Universidade do Arizona físico Andrei Lebed tem agitado a comunidade da física com uma idéia intrigante ainda precisa ser testado experimentalmente: equação mais emblemática do mundo, Albert Einstein, E = mc2, pode estar correta ou não, dependendo de onde você está no espaço.
Com as primeiras explosões de bombas atômicas, o mundo tornou-se testemunha de um dos princípios mais importantes e consequentes da física: energia e massa, fundamentalmente falando, são a mesma coisa e pode, de fato, ser convertidos um no outro. Isto foi demonstrado pela primeira vez por Albert Einstein Teoria da Relatividade Especial e famosa expressa em sua equação icônico, E = mc2, onde E significa energia, m para massa e c para a velocidade da luz (quadrado).
Embora os físicos desde então validada a equação de Einstein, em inúmeras experiências e cálculos, e muitas tecnologias, incluindo telefones celulares e GPS de navegação dependem dele, da Universidade do Arizona o professor de física Andrei Lebed tem agitado a comunidade de física, sugerindo que E = mc2 não pode deter-se em determinadas circunstâncias.
A chave para o argumento Lebed reside no próprio conceito de massa em si. De acordo com o paradigma, mas não há diferença entre a massa de um objecto em movimento que podem ser definidos em termos da sua inércia e a massa concedida a esse objecto através de um campo gravitacional. Em termos simples, o primeiro, também chamado de massa inercial , é o que faz com que um carro pára-choques de dobrar com o impacto de um veículo, enquanto a segunda, chamada massa gravitacional, é vulgarmente referido como "peso".
Este princípio de equivalência entre as massas inerciais e gravitacionais, introduzidas na física clássica porGalileu Galilei e na física moderna por Albert Einstein, foi confirmado com um nível muito elevado de precisão.
"Mas meus cálculos mostram que, além de uma certa probabilidade, há uma chance muito pequena, mas real, a equação de quebra de uma massa gravitacional", disse Lebed. Se se mede o peso dos objectos quânticos, tais como um átomo de hidrogénio, com bastante frequência, o resultado será o mesmo, na grande maioria dos casos, mas uma pequena porção destas medições dar uma leitura diferente, em violação aparente de E = mc2 . Isto tem confundido os físicos, mas poderia ser explicado se a massa gravitacional não foi a mesma que a massa inercial, que é um paradigma em física.
"A maioria dos físicos não concordar com isso, porque eles acreditam que a massa gravitacional exatamente igual à massa inercial", disse Lebed. "Mas o meu ponto é que a massa gravitacional não pode ser igual a massa inercial devido a alguns efeitos quânticos em Relatividade Geral , que é a teoria de Einstein da gravitação . Ao melhor de meu conhecimento, ninguém jamais propôs isso antes. "
"O problema mais importante na física é a teoria unificadora de tudo - uma teoria que pode descrever todas as forças observadas na natureza", disse Lebed. "O principal problema para a tal teoria é como unir mecânica quântica relativística e gravidade. Tento fazer uma conexão entre objetos quântica ea relatividade geral."
A chave para entender o raciocínio Lebed é gravitação. Pelo menos no papel, ele mostrou que, apesar de E = mc2 sempre vale para massa inercial, nem sempre para a massa gravitacional. "O que isso provavelmente significa é que a massa gravitacional não é a mesma de inércia", disse ele.
De acordo com Einstein, a gravidade é o resultado de uma curvatura no espaço em si. Pense em um colchão em que vários objetos foram definidos, por exemplo, uma bola de ping-pong, uma bola de beisebol e uma bola de boliche. O ping pong bola não fará mossa visível, a bola vai fazer uma muito pequena e uma bola de boliche vai afundar na espuma. Estrelas e planetas fazer a mesma coisa para o espaço. Quanto maior a massa de um objeto, a maior de um dente que vai fazer no tecido do espaço.
Lebed cálculos indicam que o elétron pode saltar para um nível maior de energia apenas quando o espaço é curvo. Fótons emitidos durante esses eventos de comutação de energia (seta ondulado) pode ser detectado para testar a idéia. Em outras palavras, quanto mais massa, mais forte é o puxão gravitacional. Neste modelo conceitual da gravitação, é fácil ver como um pequeno objeto, como um asteróide errante pelo espaço, eventualmente seria pego na depressão de um planeta, preso em seu campo gravitacional.
"O espaço tem uma curvatura", Lebed disse, "e quando você mover uma massa no espaço, essa curvatura perturba este movimento". De acordo com o físico UA, a curvatura do espaço é o que faz com que a massa gravitacional diferente da massa inercial. Lebed sugeridas para testar a sua ideia através da medição do peso do objecto simples quantum: um único átomo de hidrogénio, que consiste somente de um núcleo, um protão e um electrão solitário orbitando o núcleo. Porque ele espera que o efeito seja extremamente pequeno, lotes de átomos de hidrogênio seria necessário.
Em raras ocasiões, o electrão circular por núcleo do átomo salta para um nível mais elevado de energia, que pode aproximadamente ser pensado como uma ampla órbita. Dentro de um curto espaço de tempo, o elétron volta para o seu nível de energia anterior. De acordo com E = mc2, a massa do átomo de hidrogénio vai mudar, juntamente com a alteração do nível de energia. Tão longe, tão bom. Mas o que aconteceria se nós nos mudamos que mesmo átomo de distância da Terra, onde o espaço não é mais curvada, mas plana? Você adivinhou: O elétron não poderia saltar para níveis mais elevados de energia, porque no espaço plano seria confinado ao seu nível de energia primária. Não há pulando no espaço plano.
"Neste caso, o electrão pode ocupar somente o primeiro nível do átomo de hidrogénio," Lebed explicado. "Ele não se sente a curvatura da gravidade." "Em seguida, movê-lo para fechar o campo gravitacional da Terra, e por causa da curvatura do espaço, há uma grande probabilidade de que os saltos de electrões a partir do nível do primeiro para o segundo. E agora a massa vai ser diferente." "As pessoas têm feito os cálculos dos níveis de energia aqui na Terra, mas que lhe dá nada, porque a curvatura permanece o mesmo, para que não haja perturbação", disse Lebed. "Mas o que eles não levaram em conta antes que a oportunidade de que elétron pular do primeiro para o segundo nível, porque a curvatura perturba o átomo". "Em vez de medir peso diretamente, gostaríamos de detectar esses eventos de comutação de energia, o que tornaria-se conhecida como fótons emitidos - essencialmente, a luz", explicou.
Lebed sugeriu o seguinte experimento para testar sua hipótese: Enviar uma pequena nave espacial com um tanque de hidrogênio e um fotodetector sensível para uma viagem ao espaço. No espaço exterior, a relação entre massa e energia é a mesma para o átomo, mas apenas porque o espaço plano não permite o electrão para alterar os níveis de energia.
"Quando estamos perto da Terra, a curvatura do espaço perturba o átomo, e há uma probabilidade para o elétron para saltar, assim emitindo um fóton que é registrado pelo detector", disse ele.
Dependendo do nível de energia, a relação entre massa e energia já não é fixado sob a influência de um campo gravitacional. Lebed disse que a nave não teria que ir muito longe.
"Nós teríamos que enviar a sonda para fora duas ou três vezes o raio da Terra , e que vai funcionar. " De acordo com Lebed, sua obra é a primeira proposição para testar a combinação da mecânica quântica e da teoria da gravidade de Einstein no sistema solar. "Não há provas diretas sobre o casamento dessas duas teorias", disse ele. "É importante não só do ponto de vista de que a massa gravitacional não é igual à massa inercial, mas também porque muitos vêem o casamento como uma espécie de monstro. Gostaria de testar este casamento. Quero ver se ele funciona ou não. "
Para mais informações: Os detalhes de cálculos Andrei Lebed são publicados em três artigos de pré-publicações com Cornell University Library : xxx.lanl.gov/abs/1111.5365 xxx.lanl.gov/abs/1205.3134 xxx.lanl.gov/abs/1208.5756
O Galaxy Diário via Universidade do Arizona
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