• Zašto se magnetska interakcija širi brzinom svjetlosti? (Iva iz Zagreba)

  • Magnetska interakcija je dio šire klase međudjelovanja, tzv. elektromagnetske interakcije. A posljedica elektromagnetske interakcije jest i postojanje elektromagnetskih valova, tj. fotona. To znači da se magnetska interakcija može shvatiti kao 'odašiljanje i primanje' fotona, pa se prema tome magnetska interakcija širi brzinom kojom se gibaju fotoni. A za njih znamo da se gibaju brzinom svjetlosti.

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

    Odgovorio:
    mr.sc.M.Basletić, PMF

    Za one sa malo više predznanja, dajemo točnije objašnjenje razloga zbog kojih se elektromagnetska (EM) interakcija širi brzinom svjetlosti.

    To se, naime, može izvesti iz dva zahtjeva (oba zahtjeva moraju biti ispunjena da bi se EM interakcija širila brzinom svjetlosti):

    1. Jednadžbe 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 zašto je EM polje bezmaseno? Postoji jedno apstraktno teorijsko objašnjenje bezmasenosti EM polja: kada bi ono bilo masivno, tada bi jednadžbe koje opisuju EM polje (tzv. Maxwellove jednadžbe) bile nešto kompliciranije, te bi time izgubile jedno važno svojstvo - tzv. baždarnu simetriju.

    Nažalost, ovdje ne možemo ulaziti u detaljno matematičko objašnjenje pojma baždarne simetrije. Spomenimo samo da je jedna od posljedica baždarne simetrije činjenica da potencijal električnog polja uvijek možemo redefinirati tako da mu dodamo ili oduzmemo proizvoljnu konstantu. Drugim rječima, potencijalna energija naboja u električnom polju nije dobro definirana veličina. Jedino možemo odrediti razliku potencijalnih energija dvaju različitih položaja naboja u električnom polju, tj. promjenu potencijalne energije pri pomaku s jednog položaja na drugi. Samu potencijalnu energiju na danom položaju ne možemo odrediti.

    Baždarna simetrija ima posebno važnu ulogu u tzv. kvantnoj teoriji polja, koja opisuje sve poznate interakcije među elementarnim česticama. Kada ne bi bilo baždarne simetrije, kvantna teorija polja ne bi bila konzistentna sama sa sobom jer bi sadržavala beskonačnosti koje se ne mogu ukloniti tzv. postupkom renormalizacije. Za teorije polja koje posjeduju baždarnu simetriju poznato je da se sve beskonačnosti mogu ukloniti postupkom renormalizacije.

    Dakle, kao zaključak možemo reći da se EM interakcija mora širiti brzinom svjetlosti jer inače kvantni opis te interakcije ne bi bio konzistentan.

    Odgovorio:
    dr.sc.Hrvoje Nikolić, IRB