Pitanja, odgovori i razgovori

Zakrivljenje prostora zbog elektromagnetizma

Nikola iz Varaždina pita: Teorija relativnosti govori da gravitacija zakrivljuje prostor. Da li i elektrostatska sila zakrivljuje prostor?

KK:

Kao prvo, treba razjasniti jednu bitnu stvar: Gravitacija ne zakrivljuje prostor. Gravitacija jest zakrivljenje prostora. (Ovo nije samo jezično zanovijetanje s moje strane, što će, nadam se, biti jasno iz daljnjeg teksta.)

U Newtonovoj teoriji gravitacija je sila koju izazivaju mase.

U modernoj Einsteinovoj teoriji mase, ali i svi drugi oblici energije (sjetimo se da nam formula E=mc2 kaže da je i masa samo jedan oblik energije) zakrivljuju prostor-vrijeme oko sebe. Gibajući se kroz takav zakrivljeni prostor, tijela moraju "slijediti" zakrivljenost, a nama to izgleda kao da neka sila zakrivljuje njihove putanje. (J.A. Wheeler, pionir istraživanja crnih rupa, običava govoriti: "Masa i energija govore prostoru i vremenu kako da se zakrivljuju, a prostor i vrijeme govore masi i energiji kako da se gibaju.")

Dakle Einsteinova gravitacija se pojavljuje kao zakrivljenje prostor-vremena, za razliku od Newtonove gravitacije koja se javljala kao sila na daljinu.

Kako i elektrostatskoj sili pripada odgovarajuća elektrostatska energija, tako i ona sudjeluje u tom zakrivljavanju prostora. To npr. znači da nabijeno tijelo proizvodi nešto jače gravitaciono polje (jače zakrivljuje prostor oko sebe) nego neutralno tijelo jednake mase, premda je razlika izvanredno, izvanredno mala.

Slutim, međutim, da je pitatelj zapravo htio znati da li i elektrostatsku silu možemo interpretirati kao nekakvo zakrivljenje prostora tj. da li i Coulombovu jednadžbu elektrostatske sile (koja jako liči na Newtonovu jednadžbu gravitacijske sile) zamjenjuje neka moderna "Einsteinova" teorija u kojoj se elektrostatska sila javlja kao zakrivljenje prostora.

Ako je to pitanje, odgovor je, kratko rečeno, ne zna se. Znanstvenici su, uključujući i samog Einsteina, pokušavali zadnjih osamdeset godina na razne načine opisati elektromagnetizam kao zakrivljenje prostora, ali nitko nije do kraja uspio. To pitanje ujedinjenja, ne samo gravitacije i elektromagnetizma, već i ostale dvije temeljne sile (jake i slabe nuklearne), u jedinstvenu teoriju predstavlja sveti gral moderne fizike. (Zadnjih godina je vrlo popularna tzv. teorija struna koja je možda najbliže tom cilju, ali to tek trebaju pokazati buduća istraživanja.)

Može se još samo spomenuti da ukoliko elektromagnetizam jest zakrivljenje prostora, prostor koji se zakrivljuje nije ovaj naš uobičajeni s tri prostorne i jednom vremenskom dimenzijom već neki višedimenzionalni prostor (trenutno su u teoriji struna popularni jedanaesterodimenzionalni prostori). Te dodatne dimenzije mi ne primjećujemo jer su vrlo male. Baš kao što konac izgleda jednodimenzionalan i tek pod povećalom vidimo da on ima i svoju debljinu (tj. da je trodimenzionalan) tako se možda naš svemir samo čini tro(četvero)dimenzionalan, a neki super jaki mikroskopi bi pokazali da on uistinu ima jedanaest dimenzija. Elektromagnetska sila možda stvarno "živi" negdje u tih dodatnih sedam dimenzija i možda nam ih ona nekako pomogne otkriti i istražiti.

Srodne teme:   —   Prostor i vrijeme   —   Gravitacija   —