• Za�to se magnetska interakcija �iri brzinom svjetlosti? (Iva iz Zagreba)

  • Magnetska interakcija je dio �ire klase me�udjelovanja, tzv. elektromagnetske interakcije. A posljedica elektromagnetske interakcije jest i postojanje elektromagnetskih valova, tj. fotona. To zna�i da se magnetska interakcija mo�e shvatiti kao 'oda�iljanje i primanje' fotona, pa se prema tome magnetska interakcija �iri brzinom kojom se gibaju fotoni. A za njih znamo da se gibaju brzinom svjetlosti.

    Naravno, odgovor na pitanje za�to je priroda izabrala da se elektromagnetska interakcija tj. fotoni gibaju brzinom svjetlosti ... na to nemam odgovora.

    Odgovorio:
    mr.sc.M.Basleti�, PMF

    Za one sa malo vi�e predznanja, dajemo to�nije obja�njenje razloga zbog kojih se elektromagnetska (EM) interakcija �iri brzinom svjetlosti.

    To se, naime, mo�e izvesti iz dva zahtjeva (oba zahtjeva moraju biti ispunjena da bi se EM interakcija �irila brzinom svjetlosti):

    1. Jednad�be koje opisuju EM polje moraju biti u skladu s Einsteinovom teorijom relativnosti.
    2. EM polje mora biti bezmaseno, tj. foton ne smije imati masu.

    Zanimljivo pitanje je za�to je EM polje bezmaseno? Postoji jedno apstraktno teorijsko obja�njenje bezmasenosti EM polja: kada bi ono bilo masivno, tada bi jednad�be koje opisuju EM polje (tzv. Maxwellove jednad�be) bile ne�to kompliciranije, te bi time izgubile jedno va�no svojstvo - tzv. ba�darnu simetriju.

    Na�alost, ovdje ne mo�emo ulaziti u detaljno matemati�ko obja�njenje pojma ba�darne simetrije. Spomenimo samo da je jedna od posljedica ba�darne simetrije �injenica da potencijal elektri�nog polja uvijek mo�emo redefinirati tako da mu dodamo ili oduzmemo proizvoljnu konstantu. Drugim rje�ima, potencijalna energija naboja u elektri�nom polju nije dobro definirana veli�ina. Jedino mo�emo odrediti razliku potencijalnih energija dvaju razli�itih polo�aja naboja u elektri�nom polju, tj. promjenu potencijalne energije pri pomaku s jednog polo�aja na drugi. Samu potencijalnu energiju na danom polo�aju ne mo�emo odrediti.

    Ba�darna simetrija ima posebno va�nu ulogu u tzv. kvantnoj teoriji polja, koja opisuje sve poznate interakcije me�u elementarnim �esticama. Kada ne bi bilo ba�darne simetrije, kvantna teorija polja ne bi bila konzistentna sama sa sobom jer bi sadr�avala beskona�nosti koje se ne mogu ukloniti tzv. postupkom renormalizacije. Za teorije polja koje posjeduju ba�darnu simetriju poznato je da se sve beskona�nosti mogu ukloniti postupkom renormalizacije.

    Dakle, kao zaklju�ak mo�emo re�i da se EM interakcija mora �iriti brzinom svjetlosti jer ina�e kvantni opis te interakcije ne bi bio konzistentan.

    Odgovorio:
    dr.sc.Hrvoje Nikoli�, IRB