2002. november 14.
Szondy György (gyorgy_szondy@hotmail.com)
A XX. századi elméleti fizika két fõ vívmánya az Általános Relativitáselmélet, melyet Einstein gravitáció elméletének tekintünk és a részecskefizika vagy más néven kvantum-térelmélet. A század utolsó évtizedeiben az egyik fõ törekvés e két elmélet egyesítésében mutatkozott. Annak ellenére állíthatjuk ezt, hogy általánosságban inkább a lemondás hangulata volt érezhetõ:Sokak szerint egyik legnagyobb hatású elméletének mégis az Általános Relativitáselméletet kell tekintenünk, mely 1915-ben látott napvilágot. Ez az elmélet forradalmasította a gravitációs jelenségek leírását, és a mai napig alapvetõ építõköve az égi mechanikával, kozmológiával foglalkozó elméleteknek, leírásoknak.
| "Le kell szögeznem, hogy az általános relativitáselmélet fenomenológiai általános elmélet, amelyet nemlineáris jellege miatt egzaktul nem lehet a kvantumelméletekkel összekombinálni. A nemlineáris jelleg kizárja a lineárkombináció érvényességét. Tehát két különféle szólam a két elmélet, melynek közös kicsengését várni félreértés, eleve ellentmondásokhoz vezetõ valami, ami többek között abban is elfogadott történelmi tény kb. 80 éve, hogy nem létezik az általános relativitáselméletnek becsületes kvantumelmélete!"[Lektori vélemény] |
Körülbelül ez az a pont, ahol meg kell állnunk: Vajon mi lehet az oka a törekvések és az idézett szakvéleményben tükrözõdõ tapasztalat látszólagos ellentmondásának?
A helyes elméletektõl joggal várjuk el, hogy azon kívül, hogy önmagukban a megfigyeléseknek megfelelõen írják le a jelenségeket, valamilyen egyesített formában egy még átfogóbb képet adjanak a fizikai valóságról.
A mai modern technológiánkban igen sokat köszönhetünk a kvantumelmélet jóslatainak. Néhány közismert ezek közül a fénycsõ, tranzisztor, lézer, de ezernyi más hétköznapi eszközünk kapcsolódik a kvantumjelenségekhez. Elemzésünk témája azonban az általános relativitáselmélet, ezért a kvantumelmélet ismertetésébe nem merülünk bele.
Az általános relativitáselmélet matematikai levezetése kikezdhetetlen: számos erre irányuló kísérlet fulladt már kudarcba legutóbbi fél évszázadban. Mégis: a meg-megújuló próbálkozások nagy száma arra utal, hogy a fizikus társadalom összességében koránt sem elégedett; nem adta fel teljesen az általános relativitáselmélet továbbfejlesztésének reményét.
A téma kutatásában csakis világjelenségeket
érdemes figyelni, mivel legtöbb országáról
elmondható az a Magyarországra vonatkozó vélemény,
mely szerint:
| "… az általános relativitáselmélet mûvelése … hazánkban nem elég elterjedt (sokan tudják, sokan értik - kevesen csinálják; egy-egy témára alig jut egy egész ember)" [Lektori vélemény] |
| "Hazánk kicsi, kevesen foglalkoznak ilyen témával" [Lektori vélemény] |
Az általános relativitáselmélettel kapcsolatos törekvéseknek négy alapvetõ iránya fedezhetõ fel: az elmélet jóslatainak ellenõrzése - melynek fõ sodrása jelenleg a gravitációs hullámok észlelése terén mutatkozik meg; az elmélet egyesítése a többi erõterekkel a szuperszimmetria elméletében - mely szerint nagy energiákon
.| "a gravitációhoz tartozó kvantumkorrekciók jelentõssé válnak és a nem kvantumos (klasszikus) általános relativitáselméletet végérvényesen fel kell váltsa a gravitáció máig sem rögzített kvantumelmélete." (Természet Világa) |
; az elmélet gyakorlati használatát lehetõvé tevõ matematikai módszer kidolgozása; és az elméletet helyettesítõ alternatíva felmutatása.
Az erõforrások túlnyomó - jóval 90% fölötti - részét az elsõ két kategóriába sorolt kutatások kötik le.
Hivatalos irányvonalnak tekinthetõk a gyakorlati használatot elõsegítõ kutatások is. Jó példa ezekre a Nemzetközi Csillagászati Egyesülés (International Astronomical Union) keretein belül az "Relativisztikus Égi Mechanika" témakörén dolgozó munkacsoport, melynek célja a Naprendszer dinamikájának leírása az Általános Relativitáselmélet keretein belül, ami gyakorlatilag a több-test probléma megoldását jelenti. A többtest problémát ugyanis mindeddig az Einsteini elmélet már említett nemlinearitása miatt nem sikerült egzakt módon megoldani. A felmerült matematikai nehézségek minden esetben valamilyen közelítõ eljárás (pl. valamely Post-Newtoni közelítés) használatát teszik szükségessé, ráadásul azt is valamely kiválasztott koordinátarendszerhez kötve vagyunk kénytelenek alkalmazni [S. Klioner].
Az utolsó kategóriába sorolható kezdeményezések
indíttatása valószínûleg szorosan kötõdik
az általános relativitáselmélet használatának
nehézségeihez. Ezen törekvések részaránya
százalékban nemigen mérhetõ, mégis a jelenlét
kimutatható például a pre-print archívumokban fellelhetõ
tanulmányok alapján. Komoly szaklapokban már alig van esélyünk
hogy ilyen jellegû publikációra akadjunk kivéve talán
egy-egy szaktekintélyt, mint Yilmaz, vagy Logunov. Ennek oka, hogy egy
ilyen témával nem lehet befutni: a matematika bonyolultsága
miatt a lektorok a formai szempontokon kívül jórészt
csupán a megérzéseikre és - sajnos - elõítéleteikre
támaszkodhatnak.
Az általános relativitáselmélet vívmányaként szoktak hivatkozni a mûholdas navigációs rendszerre. A GPS-rõl valóban elmondható, hogy az általános relativitáselmélettel azonos korrekciót használ a helymeghatározáshoz. A háttérben lévõ meggondolások azonban máshogy határozzák meg az idõ fogalmát, így ez a leírás alapjában tér el az általános relativitáselmélettõl.
Ugyanis amíg az általános relativitáselmélet a gravitációs térben észlelt jelenségeket a az idõ lelassulásával illetve a fény gravitációs vörös-eltolódásaként interpretálja, a GPS csupán az órák lassulásáról beszél mindenféle gravitációs vörös-eltolódás nélkül. Ennek eredményeként a GPS egyértelmû távolságméréseket tesz lehetõvé radar-elv segítségével. Tovább elemezve a különbségeket az is nyilvánvalóvá válik, hogy az GPS által használt idõfogalomra építhetõ megközelítés - bár éppúgy görbült téridõn értelmezett - méréstechnikailag korrekt, a tömeg, energia és távolság összeadásának szempontjából lineáris, így történhet az, hogy a GPS szükséges számítási igénye töredéke az általános relativitáselméleten alapuló módszerekének.
A GPS által is használt megközelítés még
nem emelkedett a mérnöki alkalmazásról a hivatalos
fizika szintjére: nem is jegyzik külön elméletként.
Ennek ellenére valószínû, hogy a mûholdas navigációs
rendszerek sikere inkább tekinthetõ egy alternatíva születésének,
mint az Einstein-féle általános relativitáselmélet
megerõsítésének.
Nemzetközi Csillagászati Egyesülés (IAU)
http://www.iau.org/
Az IAU 2000 augusztusi konferenciája http://aa.usno.navy.mil/colloq180/Proceedings
Amerikai pre-print archívum http://www.arxiv.org/
Inzelt György: Hibás a modellje, Einstein Professzor! (Természet
Világa http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/tv2001/tv0107/inzelt.html
)
Léggömb Relativitás http://www.oocities.org/gyorgy_szondy/LeggombRelativitas.html
R. A. Nelson, Relativity Fundamentals for Time Scales and Astronometry
http://ad.usno.navy.mil/ad/forum/nelson.pdf
Tom Van Flandern - What the Global Positioning System Tells Us about Relativity,
http://www.metaresearch.org/cosmology/gps-relativity.asp
Project A - Global Positioning System, http://www.eftaylor.com/pub/projecta.pdf
Copyright (c)
Szondy György 2001, 2002