waarom zouden we relativiteit en kwantum mechanica met elkaar combineren?

[Zeilen01]

wat is de reden dat we de kwantum mechanica met relativiteit zouden willen combineren?

[Michel Uphoff]

De algemene relativiteit beschrijft nauwkeurig wat wij waarnemen als we het over het grootste en zwaarste hebben (de ruimtetijd, heelal en zwarte gaten bijvoorbeeld).

De kwantummechanica beschrijft met grote nauwkeurigheid de fenomenen van het allerkleinste (atomen, fundamentele deeltjes).

Beide theorieën zijn uitentreuren getest en leveren telkens weer uitermate betrouwbare uitkomsten op.

Maar gaan we de algemene relativiteitstheorie toepassen op het allerkleinste, dan loopt het spaak. Dan spreken de theorieën elkaar tegen, met name de zwaartekracht is hierbij een probleem. Iedere poging de kwantummechanica en de algemene relativiteit echt te verenigen, leidt tot absurde resultaten.

Het lijkt er dus op dat QM en ART ieder alleen geldig zijn op hun eigen schaal, de QM voor het micro-decor en de ART voor het macro-decor.

Er zijn echter situaties, waarin het grootste en kleinste hetzelfde zijn, bijvoorbeeld bij de oerknal of in een black hole. En daar zitten we in onze maag we met twee perfect werkende theorieën die we dan beide nodig hebben, en die niet samen willen gaan.

Shakespeare zou zeggen: "Something is rotten in the state of Denmark"

[descheleschilder]

Ik denk dat Zeilen01 bedoelt of ruimtetijd überhaupt wel te kwantiseren is net zoals het geval bij de drie basiswissel-

werkingen, de e.m. kracht de zwakke- en de sterke kernkracht. Ruimtetijd is immers iets geheel anders dan de deeltjes en hun wisselwerkingen in het standaard model, dus waarom zou je daarop de kwantumveldentheorie op kunnen loslaten?

[JorisL]

Tot op zekere hoogte is het mogelijk om kwantumveldentheorie in het kader van algemene relativiteit te gebruiken.

Zo is dat bijvoorbeeld nodig om dingen als het Hawking effect en black hole evaporation te beschrijven.

Hierbij is dat dus ook gelukt. Het probleem is het beschrijven van andere processen/fenomenen waar alles misloopt.

[Boormeester]

Ik denk ook dat het probleem ligt bij de alg. rel. theorie. Wellicht is het ook aan te duiden. De AR werkt met een constante vacuüm energie dichtheid die goed werkt bij het huidige heelal, maar niet bij de oerknal en een zeer zwaar zwart gat. Daar kan immers de vacuüm energie dichtheid niet constant zijn (lambda). Ook bij een expanderend heelal kan natuurlijk de vacuüm energie dichtheid niet constant zijn, het expandeert immers.

Je zou dus eigenlijk een AR op moeten stellen waarbij de vacuüm energie als variabel genomen wordt.

Einstein kon lambda invoeren als een constante omdat dat geen afbreuk deed aan zijn theoretische vergelijkingen, maar een variabele vacuüm energie past niet echt in zijn vergelijkingen. Dan moet je een compleet nieuwe vergelijking opstellen met als limiet (lage vacuüm energie dichtheid) de huidige AR.

[Boormeester]

Wellicht had Einstein, met zijn genie, als hij op de hoogte was van vacuüm energie op kosmologische schaal, tot andere vergelijkingen gekomen.

[erhoy]

Ik heb het gevoel dat de gegeven reacties geen antwoord zijn op de vraag:

"wat is de reden dat we de kwantum mechanica met relativiteit zouden willen combineren?"

Ik denk dat de natuurkundigen steeds op zoek zijn naar één allesverklarende theorie

en dat dat de reden is om de kwantummechanica met de relativiteitstheorie te combineren.

[JorisL]

Wellicht had Einstein, met zijn genie, als hij op de hoogte was van vacuüm energie op kosmologische schaal, tot andere vergelijkingen gekomen.

Waarom? Ze zijn perfect consistent met of zonder de constante.

Het enige verschil is de oplossing van de vergelijking.

Het is toevallig ook zo dat Einstein weldegelijk een cosmologische constante had. De verklaring en reden ervoor waren wel fout.

Waarom combineren? Omdat we hopen zo een schijnbare informatieparadox op te lossen inzake zwarte gaten.

Op kleine schaal is het ook belangrijk om kwantumeffecten te beschouwen die daar mogelijks niet als perturbatie te beschouwen zijn.

[Boormeester]

Einstein voerde de constante in omdat enkel een constante geen afbreuk deed aan zijn vergelijkingen. Zou de "constante" variabel zijn dan klopten zijn vergelijkingen niet meer. Rondom heel zware zwarte gaten kan de vacuüm energie niet constant zijn. De temperatuur wordt dan heel hoog en krijg je reacties met het vacuüm. Er keert dan energie terug naar het vacuüm via het Higgs mechanisme (een soort omgekeerde oerknal).

Ook de uitdijing van het heelal zorgt voor een terugkeer van energie naar het vacuüm. De golflengte van de kosmische achtergrond straling wordt immers steeds groter. Dat verlies aan energie "verdwijnt" naar het vacuüm.

Een AR met een constante vacuüm energie dichtheid kan dus niet juist zijn.

We kunnen er nu heel aardig mee rekenen omdat over een mensen leven de vacuüm energie dichtheid amper verandert.

[FireMaster]

De kwantummechanica is wel verbonden met de speciale relativiteits theorie. Dit zijn de Dirac-vergelijkingen. Zij voorspelden het bestaan van anti-deeltjes. Voor het electron is dat het positron. Het is jammer dat het voor de algemene relativiteitstheorie nog niet is gelukt. Maar dat zal ook wel heel moeilijk zijn. Want de ART is in principe een meetkundige theorie en de kwantummechanica niet.

[Boormeester]

Leuk de opmerking over meetkunde. Ook de kwantummechanica kun je meetkundig opvatten waarbij de omtrek van de baan (elektron om de kern) gelijk is aan een geheel aantal malen (hoofdkwantum getal) de golflengte (de broglie golflengte).

Omdat een elektron is voor te stellen als een golfpakket met een eindige afmeting (een paar golflengtes lang) kun je moeilijk van een exacte positie spreken: vandaar de kans om een elektron ergens in de baan aan te treffen (de piek in het golfpakket, maar ook ervoor of erachter. Je zou dus inderdaad een elektron op 2 verschillende plaatsen kunnen aantreffen met behulp van 2 detectie mechanismen).