Rummets krumning – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

09. december 2012

Rummets krumning

Hej Spørg om Fysik
På samme måde, som lyset bliver krummet i et tyngdefelt ved at følge rummets struktur i feltet, vil lyset i dette tilfælde følge den eneste mulige vej, og følge rummets krumning.

På samme måde bør man vel kunne opfatte" rummet" som en ladet partikel i et elektrisk felt,  som den eneste mulige bevægelsesvej og retning.

Jeg er udemærket klar over at samme partikel ligeledes er underlagt et gravitationsfelt. Og det er på denne måde jeg mener, at man bør kunne tale om flere felter og rumkrumninger i samme punkt.

Det interessante i spørgsmålet er, hvorvidt man med elektriske magnetiske felter er i stand til at skabe rumsammentrækninger med samme egenskaber som et gravitationsfelt.

Perspektiverne er jo ret så interessante.

Med venlig hilsen
k W

Det er korrekt, at i Einsteins generelle relativitetsteori fortolkes gravitation som en krumning af den 4-dimensionale rumtid. På den anden side, så beskrives elektromagnetiske kræfter via (kvantiserede) felter som optræder i denne rumtid.

Det samme er tilfældet for de svage og stærke kernekræfter. Hvad du foreslår, er en beskrivelse, hvor også elektromagnetiske kræfter kunne fortolkes geometrisk ligesom gravitation. Du indser helt korrekt, at dette ikke er simpelt (eller måske overhovedet muligt?), idet du ville opnå to forskellige krumninger af rummet i samme punkt: én fra gravitation og en anden fra elektromagnetisme. Men du er faktisk ikke den første, der har været inde på lignende idéer.

Theodor Kaluza

Theodor Franz Eduard Kaluza

Allerede i 1921, altså 6 år efter Einsteins generelle relativitetsteori, foreslog Theodor Franz Eduard Kaluza (D, 1885 -1954) en matematisk forening af tyngdekraften og den elektromagnetiske kraft. For at få dette til at lykkes måtte han udvide den 1+3 dimensionelle rumtid med én ekstra rumlig dimension. Så hans model lever altså på 5-dimensional manifol. Selvom den matematiske forening lykkedes, var der jo visse alvorlige problemer med teorien, som f.eks. den åbenbare, at vi aldrig har observeret den 4. rumlige dimension.

Oskar Benjamin Klein

Fem år senere foreslog Oskar Benjamin Klein (S, 1894 – 1977) at den fjerde rumlige dimension kunne være krøllet op og altså være kompakt: I hvert punkt i rummet kan man bevæge sig ud i en fjerde rum-dimension, men denne er cirkelformet, og man kommer umiddelbart tilbage igen.

Oskar Klein

Hvis nu denne fjerde rumdimension er meget lille, så kunne dette være årsagen til, at man ikke havde observeret den. Denne såkaldte Kaluza-Klein teori virker i det store hele matematisk, men har selvfølgelig ikke den enkle fortolkning, som det du efterspørger her. En ekstra rum-dimension er nu engang vanskelig at forstå. Det siges at Einstein var chokeret over Kaluzas tanker. Kaluza-Klein-teorien levede således en ret glemt tilværelse i mange år.

Først i slutningen af forrige århudrede, hvor man begyndte at tage teorier, der beskriver verden via ekstra rumlige dimensioner mere alvorligt, fik Kaluza-Klein-teorien igen opmærksomhed. Nu har vi teorier der forudsiger eksistensen af nye elementarpartikler, skulle Kaluza-Klein-teorien have rigtighed. Disse eftersøges p.t. i de store partikelfysik-eksperimenter ved LHC-acceleratoren ved CERN.

Med venlig hilsen
Mogens Dam