Varför letar vi efter gravitonen?

Men det Einstein gjorde var att han formulerade en lokal fältteori där energi och rörelsemängd kopplar till rumtidens krökning. Det hade Maxwell (och andra) redan gjort 40 år tidigare för laddning och ström som kopplar till elektromagnetiska fält, så det du verkar efterfråga är något som existerat i mer än ett århundrade.

Maxwells ekvationer är lokala. Kraften på en partikel bestäms helt och hållet av fältet i den punkten i det ögonblicket. Visst uppstår fältet från laddnings- och strömfördelningarna men eventuella förändringar utbreder sig med c, som är en ändlig fart. I Maxwells ekvationer existerar ingen verkan på avstånd. Sen att man skriver det så att kraften på en partikel är en funktion av laddnings- och strömfördelningarna är en annan sak, men i ekvationerna är kraften en funktion av fältet som kopplar till laddnings- och strömfördelningen.

Om du rubbar laddningsfördelningen i ett område kommer det inte dra med sig laddningar långt bort, utan det kommer uppstå en störning i fältet. Störningen utbreder sig med c och knuffar till laddningar längre bort. I varje punkt är bilden helt lokal, se det som vattenvågor eller ett elastiskt membran där varje liten bit drar i sin omgivning. Om du har ett stort fartyg som kör förbi en liten båt, är det då fartyget som knuffar till båten? Ja, i någon ultimat mening eftersom fartygen är källan till vattenvågorna på samma sätt som laddningar och strömmar är källan till elektriska fält, men den lilla båten påverkas direkt av vattenvågorna och hur de ser ut lokalt.

Jag tror att den här tråden kommer sig av att du dels kan för lite fysik och dels för lite om fysik, för verkan på avstånd har inte funnits i någon vedertagen teori sedan 1915.
Den påverkas av fälten från alla andra partiklar i universum (mja, inom det observerbara universum i alla fall, per definition hinner ju inte fälten utanför hit). Fältet däremot påverkas ju av alla laddningar. Verkan på avstånd existerar fortfarande inte i Maxwells ekvationer.
Men då har du ju fullständigt fel eftersom det finns två sådana teorier, den ena nästan ett århundrade gammal och den andra ännu äldre. De kallas "Maxwells ekvationer" och "allmän relativitetsteori", du kanske hört talas om dem?

Om det vore obegripligt, hur kommer det sig då att radio och radar fungerar?
En storhet, det är en vektor... Har du sagt att riktningar (två dimensioner) är en storhet kan du lika gärna säga att hela vektorn (tre dimensioner) är en storhet.
Platonism.
Den är bättre om den kan förklara fler fenomen, eller samma fenomen bättre. Och de bästa teorier vi har inför ännu fler fält.

Det är bara för dig det är obegripligt.


Har du exempel på en observation som tyder på att det inte finns några fält? Hur vet du annars att de inte finns? Vet du att det finns fält för alla partiklar, vad är det som blir kvar när man tar bort fälten egentligen? Är fermionfält ok, tillsammans med krökningsfält, men bosonfält med spin 1 har du svårt att acceptera (samt kvantiseringen av spin-2 fält, av någon anledning)? Tycker du själv att du är konsekvent och har koll på ämnet?

Det var inte riktigt så jag menade med mitt instick. Det är kanske inte nödvändigt att förkasta en hel modell för att en liten pusselbit saknas.

Tänkte bara lägga till lite förklarande om det här med att fältbilden innebär att partiklar inte kommunicerar direkt. Om vi kollar på newtons gravitationslag så har vi

F = Mg = MG \sum m_i/r_i^2 r

där M är massan hos en testpartikel, m_i är massan hos en partikel, r en enhetsvektor mellan M och m_i och r_i motsvarande avstånd. g är alltså gravitationsfältet. Den ekvation som styr gravitationsfältet är inte lokal för den beror på massfördelningen i hela universum. Om vi däremot kollar på Maxwells ekvationer i elektrostatik

div E = rho/epsilon_0
curl E = 0

som är samma som Poissons ekvation

div grad U = rho/epsilon_0

så innehåller ekvationerna bara lokala storheter, derivatorna av U i en punkt och värdet av rho i den punkten. Om vi går till hela elektrodynamiken så kan vi ändå lösa ut tidsderivatorna av E och B så att de bara beror på lokala storheter

dB/dt = - curl E
dE/dt = c^2 curl B - 1/epsilon_0 J

så någon verkan på avstånd har vi inte.

När jag säger att vi behöver en bättre teori än vad vi har som kan förklara de elektromagnetiska krafterna, då saknar det en logisk följdriktigthet när du invänder med att säga att sådana teorier har vi redan och föreslår Maxwell och Einstein. Jag kan inte säga det på ett tydligare sätt än vad jag redan har gjort. Maxwells ekvationer är vackra och beskriver det elektromagnetsika fältets utbredning, men förmår inte att förklara kraftfältets innersta natur, av den enkla anledningen att det finns inget kraftfält egentligen.

Det är en föreställning som vi gör oss, en mänsklig modell, om hur det uppstår en "spänning" i tomrummet omkring ett laddat föremål eller ett föremål med massa. Det var Michael Faraday som upptäckte induktionen 1830 som införde begreppet kraftfält för att förklara vad han hade observerat i sina experiment med elektricitet och magnetism. Det är alltså ett "tänkt" kraftfält, i fantasin, i brist på en bättre förståelse. Det går att mäta och beräkna, men är i grunden obegripligt eftersom vi inte förstår hur det fungerar i detalj.

Men det fanns en man som hette Albert som gav oss en vacker förklaring på det som vi tyckte var obegripligt. Hur kunde Solen hålla kvar planeterna i sina banor utan att det fanns något mellan. Enligt vårt förstånd och Newtons mekanik måste det finnas en kraft som verkar på planeterna och håller kvar dem i sina banor. Något annat var otänkbart, men det berodde på att vi med våra sinnen inte kunde uppfatta att tomrummet var krökt och helt saknade sådana insikter.

Newtons gravitationsformel kunde förklara planetrörelserna och gav oss en helt ny världsbild, men likväl var det en mystisk och gåtfull kraftpåverkan som var ett stort bekymmer. Många var säkert oroliga för att det inte skulle gå att kunna förklara hur gravitationskraften fungerade, och att gränsen för mänskligt kunskap gick där och att livet skulle förbli en gåta.

Alla upptäckterna var redan gjorda och alla ingredienserna fanns där, t ex lonrentztranformationen, men det var bara Albert som kunde bringa ordning i begreppen. Det var inte så konstigt att vi inte kunde förstå oss på gravitationskraftfältet, därför att det fanns helt enkelt inte. Därmed föll en tung börda och vi kunde frigöra oss från en förutfattad uppfattning om ett kraftfält och ett tomt rum utan strukturer eller egenskaper. Ett sådant rum finns inte, och inga kraftfält heller. Newtons gravitation är en naturlig illusion som beror på att våra sinnen är anpassade till jordelivet och vi kan inte förnimma, eller göra oss en föreställningen om att rummet är krökt, efttersom vi inte behöver veta något om det i vårt dagliga jordeliv. Jag menar att en sådan kunskap, eller insikt, inte skulle påverka vår livsduglighet eller vara nödvändig eller vara en fördel, och därför har vi inte utvecklat något sinne som kan utnyttja detta.

Jaså?

Om du begriper dig på det så var vänlig och förklara för mig hur solen kan hålla kvar planeterna i sina banor. Var kommer kraften ifrån? Hur fungerar det i detalj?

Hur kan månen t ex utbyta information med Jordens alla vattenmolekyler i haven och orsaka en tidvattenvåg? Vad är det som får vattenmolekylerna att vilja röra sig i riktning mot månen?

Om du kan förklara detta för mig på ett begripligt sätt, då är du den ende som kan göra det i hela världen och då skall jag äta upp min hatt!

http://en.wikipedia.org/wiki/Einstein_field_equation Sen hur begripligt det är utan tillräckliga förkunskaper, ja, det är väl en annan sak. Frågan är hur du kan tycka att denna lokala fältteori är okej men inte Maxwells ekvationer, bara för att man pratar om den elektromagnetiska fälttensorn och inte metriktensorn. Metriktensorn är ju egentligen också ett fält, för fält betyder bara "dynamisk funktion definierad i rumtiden".

Svarar på ditt andra inlägg imorgon.

Det är ju självklart, om det elektromagnetiska fältet verkligen var något fysiskt, då skulle vi ju kunna se det.

Men vi förstår ju ganska bra hur det fungerar i detalj. Vi vet nog om elektromagnetism för att göra väldigt detaljerade beräkningar, och vi har också en förbaskat bra modell av hur det fungerar på en mikroskopisk nivå, s.k. kvantfältteori i allmänhet och kvantelektrodynamik för elektromagnetismen i synnerhet.

Faktum är att all modern, grundläggande fysik är formulerat i termer av lokala fältteorier, och man tvingas till denna beskrivning om man vill förena speciell relativitetsteori med kvantmekanik. Så, om man tar "vad Albert sa" på allvar så tvingas man till kvantfältteori.

Som folk tidigare har sagt om och om igen så är Einsteins allmänna relativitetsteori inget annat än en fältteori. Rummets krökning är ju inget annat än ett speciellts sorts fält. Så snarare än att säga att kraftfält inte finns, så visade Einstein att vi för gravitation, precis som för elektrodynamik, behöver en fältteori. Newtons gravitationsteori är dessutom inte en fältteori, utan innehåller direkt växelverkan över distans, något som inte finns i våra fältteorier. Jag känner att jag upprepar vad andra upplysta personer har skrivit här i tråden, men kanske upprepning hjälper dig.

Vadå "kraftfältets innersta natur"? Du måste precisera vad du menar med en bättre teori. Först säger du att du vill ha en som saknar verkan på avstånd, då visar vi att vi har haft en sådan teori i 130 år (Maxwell) och du ignorerar detta. Sen frågar du efter en teori som förklarar hur information utbyts mellan partiklar, då visar vi att vi har haft en sådan teori i 60 år (QED) och du ignorerar detta och fortsätter fråga efter en "bättre" teori. Vadå "bättre"? QED har förklarat alla elektromagnetiska fenomen man hittills observerat med en fantastisk precision. Det man skulle kunna vara intresserad av är att hitta en teori som inte kräver renormering men jag är osäker på om det anses vara ett problem längre.

Vadå "det finns inget kraftfält egentligen"? Varför är metrikfältet okej men inte det elektromagnetiska fältet? Vad har du ens för argument mot det? Begrepp inom fysiken införs för att de är praktiska och förklarar observationer. Det elektromagnetiska fältet är ett mycket praktiskt begrepp och förklarar fantastiskt många observationer. Du kan lika gärna hävda att det inte finns atomer och att de inte "förmår förklara materians innersta natur" men för en fysiker är det ett helt meningslöst påstående.

Visst finns möjligheten att något fenomen som QED inte kan förklaras observeras, men det finns inget i QED eller Maxwells ekvationer som inkorporerar verkan på avstånd. Redan Newton själv anmärkte ju att verkan på avstånd var en uppenbar brist i hans gravitationslag. Men detta har vi ju löst i och med allmän relativitetsteori och motsvarande problem för elektromagnetismen (Coulombs lag - Newtons gravitationslag) har väl i princip varit löst sen Maxwell publicerade sina ekvationer (sen tog det ett tag innan man löste ekvationerna för punktladdningar i rörelse). Om något vill vi väl ha en version av QED som fungerar i krökt rumtid men en sådan teori kommer inte göra sig av med fältbegreppet.

Å andra sidan finns det en poäng i att försöka förklara så många fenomen som möjligt med så få antaganden som möjligt. Till exempel kan vi utifrån att det finns en elektrisk kraft och lorentzinvarians få att det måste finnas en magnetisk kraft. Det ultimata exemplet på detta är att man kan visa att varje kvantmekanisk partikel kan associeras med en representation av universums symmetrigrupp. Om universum är rotationssymmetriskt kan vi välja representationer av rotationsgruppen med dimension 1, 2, 3, 4, 5... och dessa svarar mot partiklar med spin 0, 1/2, 1, 3/2, 2... I någon mening kan man då se det som att universums symmetrier bestämmer vilka partiklar som kan existera och detta är enligt mig en mycket elegant idé och kanske tycker du också det eftersom du vill ha någon förklaring utifrån "tomrummets egenskaper". Men detta är ändå inte en bild som gjort sig av med fältbegreppet utan snarare infört ännu fler, för man får ett fält för varje partikel, även materiepartiklar som elektroner, så nu har vi inte bara ett elektromagnetiskt fält utan även ett elektronfält. (Dessutom kan man visa att en masslös partikel med spin 2 kopplar till stressenergitensorn precis som krökningsfältet...)

Och på vilket sätt är det, förutom ordvalet, annorlunda mot att rumtidens krökning skulle vara tänkt?

Men i fysiken är "mäta och beräkna" nästan samma sak som "förstå hur det fungerar". Och med tanke på att vi kan bygga nanometerstora transistorer i miljarder och bygga material atom för atom skulle jag vilja säga att vi förstår hur elektromagnetism fungerar.

Och samma sak gjorde Maxwell (och andra) för elektriska krafter och ljus genom att införa det elektromagnetiska fältet mellan partiklar, som Albert införde krökningsfältet mellan partiklar.

Javisst. Till och med Newton själv var ju inne på det. Sen är det väl fullt förståeligt att han inte lyckades. Han hade ju precis infört derivator och integraler, det är väl inte direkt konstigt att han inte hade vidare koll på differentialgeometri.

Men vi har fortfarande fält i allmän relativitetsteori, det är bara det att de kallas krökning och metrik. Den stora förtjänsten med AR är att fälten nu styrs av lokala informationer och verkan på avstånd elimineras.
Fast det Einstein gjorde var att ersätta ett fält med ett annat, som är tio gånger mer komplicerat... Sen ska man inte direkt säga att det platta minkowskirummet saknar strukturer och egenskaper, för symmetrierna är som sagt centrala för modern fysik.
Nej, Newtons gravitationslag är en numeriskt bra approximation som lider av ett grovt filosofiskt och/eller estetiskt problem.

Efter mer än etthundra inlägg i denna tråd kan jag bara konstatera att ingen lyckats besvara trådens huvudfråga - varför letar vi efter gravitonen?

Disklussionerna har kretsat kring frågan om gravitationskraften är verklig eller en illusion, men huvudfrågan har ingen gett sig in på att försöka besvara. Varför?

Om vi hittar gravitonen och higgspartikeln - vad innebär det?
Vad försöker CERN bevisa?

Ingen som vet?

För det första, vi letar inte efter gravitonen vid CERN just nu, detta måste någon ha sagt i tråden. Jag vet att jag i ett tidigare inlägg i tråden länkade till en artikel som visar att direkt observation av en graviton är så gott som omöjlig.

Higgspartikeln är något helt annat än gravitonen,och är det fält vi behöver för att kunna förklara varför partiklar har massa. Detta kanske först låter som om det borde handla om gravitation, men så är inte fallet; massa har inte så vitt vi förstår än så länge direkt att göra med gravitation. Om vi hittar Higgspartiklen (eller kanske flera stycken, det vore ännu roligare om vi kunde se supersymmetri) så ger dess massa och andra egenskaper oss viktiga ledtrådar till hur ny fysik ser ut, dvs. fysik bortom den nu etablerade standardmodellen. Så vi letar efter Higgs eftersom det kommer lära oss mer om högenergifysik. Om vi inte hittar Higgspartikeln så lär vi oss ju också något, och detta skulle faktiskt vara mycket mer omstörtande än en upptäckt, då det skulle visa att vi behöver helt nya teorier. Men antagligen kommer vi hitta åtminstone en Higgs inom ett eller två år.

Har jag sagt att Maxwells ekvationer inte är okej?
Det kan jag inte ha gjort därför att jag tycker Maxwells ekvationer är mer än okej, dom är vackra. Visst, men dom räcker inte till ändå. Newtons gravitationsformel är också vacker, men den har också brister och räcker inte heller till. Jag förstår vad du menar och egentligen är vi inte oense om någonting, vad jag kan förstå.