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Quali sono Gravitoni? Con Don Lincoln il Wed, 14 maggio 2014 In un concorso per l'istruzione meno polemico una persona può fare, "ciò che sale deve scendere" è sicuramente un concorrente forte. Dei quattro note fondamentali forze di gravità, la forza elettromagnetica, e gli nucleari forti e deboli forze, abbiamo la comprensione più intuitiva di gravità. Dai nostri primi esperimenti che cadono Cheerios dal nostro seggiolone, spendiamo la nostra vita alle prese con le limitazioni che la gravità ci impone. Alla fine del 1600, Isaac Newton ha ideato il primo serio teoria della gravità. Ha descritto la gravità come un campo che potrebbe raggiungere fuori attraverso grandi distanze e dettare il percorso di oggetti di massa come la Terra. La teoria di Newton era incredibilmente efficace, ma la natura del campo gravitazionale è rimasto un mistero. Nel 1915, la teoria della relatività generale di Albert Einstein diede teorici loro primo sguardo "sotto il cofano" di gravità. Ciò che noi chiamiamo la gravità, Einstein sosteneva, è in realtà la distorsione dello spazio e del tempo. La Terra sembra che sia l'arrotondamento al Sole in una ellisse, ma in realtà seguendo una linea retta attraverso lo spazio-tempo deformato. la teoria della gravità di Einstein è molto bravo a spiegare il comportamento di oggetti di grandi dimensioni. Ma pochi anni dopo, i fisici hanno aperto il mondo della ultra-piccolo, rivelando che le altre forze fondamentali sono dovute allo scambio di particelle di forza che trasportano specializzati: i fotoni trasmettono l'elettromagnetismo, la forza nucleare forte è trasmesso da gluoni e la forza nucleare debole è impartita dal movimento dei bosoni W e Z. È la gravità a causa dello stesso tipo di scambio di particelle? Noi in realtà non si conosce la risposta a questa domanda, ma abbiamo un nome per quella ipotetica particella se esiste: si chiama il gravitone. E anche se non abbiamo mai osservato un gravitone, sappiamo molto su di loro, se sono reali. In primo luogo, dato che la gamma della forza di gravità è infinita e la forza di gravità si indebolisce come uno sopra il quadrato della distanza tra due oggetti (cioè 1 / r 2), il gravitone deve avere massa zero. Lo sappiamo perché se il fotone ha massa, cambierebbe il "2" nella esponente e che "2" è stato istituito con incredibile precisione. Come i fotoni senza massa, gravitoni devono viaggiare alla velocità della luce. La relatività generale ci dà anche una certa comprensione della natura della gravitoni. In relatività generale, la distribuzione di massa ed energia nell'universo è descritto da una matrice di quattro per quattro che i matematici chiamano un tensore di rango due. Questo è importante perché se il tensore è la fonte di gravitazione, è possibile mostrare che il gravitone deve essere una particella con una rotazione meccanica quantistica di due. Un altro bel ricaduta di questa corrispondenza è che il gravitone è l'unica priva di massa possibile, girare due particelle. Se si osserva una priva di massa, la rotazione di due particelle, avete trovato il gravitone. Allora perché non ha nessuno trovato un gravitone ancora? Il problema con la ricerca di gravitoni è che la gravità è incredibilmente debole. Per esempio, la forza elettromagnetica tra un elettrone e un protone in un atomo di idrogeno è di 10 39 volte più grande della forza gravitazionale tra gli stessi due particelle. Forse un esempio più intuitivo è il comportamento di un magnete e una graffetta. Un magnete terrà una graffetta contro la gravità della Terra. Pensate a cosa significa. Un piccolo magnete, come quella che ha tenuto la tua arte al frigorifero del vostro genitore quando eri un ragazzino, tira la graffetta verso l'alto, mentre la gravità di un intero pianeta tira verso il basso, e il magnete vince. gravitoni individuali interagiscono molto debolmente, e ci si svolgono solo al pianeta, perché la Terra emette tanti di loro. Perché un singolo gravitone è così debole, è impossibile per noi di rilevare direttamente le singole gravitoni classici. Tuttavia, ci sono nuovi e innovativi idee circa gravità in cui potrebbero esistere altre forme di gravitoni. Alcuni di questi gravitoni esotici potrebbe essere rilevabile, ma richiedono modifiche significative alla nostra comprensione del nostro universo. Questo è dove le cose si fanno un po 'mind-bending. Se "ciò che va in su, deve scendere" potrebbe essere uno slogan per Capitan Ovvio, "viviamo in tre dimensioni" potrebbe essere il grido di battaglia del suo assistente, il tenente Duh. Tuttavia, alcuni scienziati hanno proposto l'idea che la gravità può avere accesso a più di tre dimensioni. In tal caso, la gravità non potrebbe in realtà essere debole come pensiamo che sia. Sembra solo debole perché, a differenza delle altre forze fondamentali, ha dimensioni extra in cui può "sparsi". Sulla faccia di esso, questo sembra stupido. Il 1 / r 2 natura della gravità è un segno incontrovertibile che la gravità opera in tre dimensioni, e questo comportamento è stato direttamente verificato fino a distanze minori di un millimetro. Ma questo lascia aperta la possibilità di dimensioni extra di dimensioni inferiori a 150 micrometri o giù di lì. Si può immaginare queste dimensioni pensando a una corda tesa. Per un funambolo, che possono solo camminare avanti e indietro sulla corda, la corda è unidimensionale. Ma per una formica, che può anche strisciare circonferenza della corda, la corda sembra essere bidimensionale. Quello che sembra essere unidimensionale ad una grande essere è bidimensionale uno più piccolo. Queste dimensioni più piccole sono ciclici nel senso che se si viaggia intorno alla parte esterna di uno, si finisce per tornare nello stesso posto. La meccanica quantistica ci dice che ogni particella è anche un'onda di vibrazione, ed è stato proposto che gravitoni potrebbero vibrare in queste dimensioni extra, avvolgendo attorno alla piccola dimensione come i braccialetti che circondano un polso sottile. Tuttavia, la natura ciclica della dimensione extra impone dei limiti su come un gravitone può vibrare. Solo un numero intero di lunghezze d'onda può adattarsi uniformemente nella dimensione supplementare. E questo ci porta ad un paio di interessanti conseguenze. In teorie con dimensioni extra, più di un tipo di graviton può esistere. Un modo di vedere che è quello di immaginare di prendere una sinusoide e avvolgendolo attorno ad un cilindro. Affinché si adatti perfettamente, è necessario utilizzare una lunghezza d'onda o due o tre o un qualsiasi numero intero di lunghezze d'onda. Ciascuno di questi esempi è un gravitone distinta; quelli con più vibrazioni possono effettivamente avere massa. Particelle di questo tipo sono chiamate gravitoni Kaluza-Klein dopo fisici Theodor Kaluza e Oskar Klein, che per primo ha proposto l'idea di piccole dimensioni spaziali aggiuntive. Su piccole scaglie, gravitoni Kaluza-Klein possono avere massa, ma su scala più ampia, si riduce ai gravitoni prive di massa familiari della teoria classica. Utilizzo di acceleratori di particelle come il Large Hadron Collider, i fisici sono già alla ricerca di queste piccole dimensioni extra, in parte con la ricerca di prodotti di decadimento attesi di gravitoni massicce. Non hanno ancora trovato nulla, il che significa che, se esistono dimensioni extra, essi devono essere mille volte più piccolo di un protone, anche se ci sono molti avvertimenti di come si interpreta i dati. La gravità è quella conosciuta forza fondamentale che ha resistito studio nel regno dei quanti e la ricerca di gravitoni di qualsiasi tipo sarebbe un enorme passo avanti nella nostra comprensione del fenomeno. L'elaborazione di una teoria di successo della gravità quantistica è uno degli obiettivi più caldi della fisica moderna e ricerche sperimentali in corso per gravitoni avranno un ruolo centrale. Approfondire nostre scelte per ulteriori letture Natura della realtà: Cos'è la gravità fatti? In questo video blog, fisico Greg Kestin descrive i 2014 risultati di questo esperimento BICEP2 e le loro implicazioni per gravitoni e gravità quantistica. The Physics Teacher: dimensioni extra dello spazio Autore Don Lincoln spiega ciò che i fisici parlano quando si parla di dimensioni extra. Premio Poincaré Lecture: E 'un Graviton rilevabile? In questa conferenza tecnica, eminente teorico Freeman Dyson chiede se sarà mai possibile rilevare gravitoni. Warped Passages: svelare i misteri del del universo nascosto Dimensioni In questo libro popolare, Harvard fisico Lisa Randall spiega perché teorici credono possono esistere dimensioni extra, e come li potremmo trovare. Don Lincoln Don Lincoln è un fisico delle particelle sperimentale senior al Fermi National Accelerator Laboratory e professore a contratto presso l'Università di Notre Dame. Si divide il suo tempo tra la ricerca Fermilab e il laboratorio del CERN, alle porte di Ginevra, Svizzera. È coautore di oltre 500 pubblicazioni scientifiche su argomenti di buchi neri microscopici e dimensioni in più per il bosone di Higgs sfuggente. Quando don non sta facendo ricerca fisica, trascorre il suo tempo condividendo il fantastico mondo della scienza con chiunque voglia ascoltare. Ha tenuto lezioni pubbliche in tre continenti ed è autore di numerosi articoli di riviste, i video di YouTube e le colonne nel periodico on-line Fermilab oggi. Il suo libro più recente "Il Large Hadron Collider: La storia straordinaria del Bosone di Higgs e altre cose che lascerà a bocca aperta" racconta la storia del Large Hadron Collider, la fisica e la tecnologia necessaria per far funzionare il tutto, e l'umano storie dietro la caccia al bosone di Higgs. è possibile che gravitoni sono la materia grigia che cerchiamo? Vero ad un grado. Tuttavia, avete fatto una dichiarazione storica. Il campo gravitazionale come la intendiamo noi è interamente dentro il lavoro di Newton. Abbiamo appena pensiamo in modo diverso al giorno d'oggi. Così io sto dalla dichiarazione in questo articolo in quanto imperniato sulla comprensione della gravità piuttosto che il concetto di campo. Essenzialmente l'intuizione Newton era più centrale al punto che il campo uno. Grazie per un altro grande articolo Dr. Lincoln. La nozione di gravità quantized sotto i riflettori a causa della ricerca pubblicata di recente mi ha chiesto domande su come siamo arrivati a comprendere una delle forze come quantizzato. Nella mia testa mi immagino un muro viene condito con pellet come nell'esperimento della doppia fenditura. Io non sono molto sicuro anche il modo di porre la domanda ... ma che cosa vuol dire da quantizzare? Ciò che separa realtà una particella da un altro? Spazio vuoto? Sappiamo ora spazio isnt vuoto. Che cosa significa questo per ciò che sta accadendo nello spazio vuoto tra le particelle in un flusso? Credo che questa domanda implora domanda più fondamentale ... perché è qualcosa di quantizzata? È la natura quantistica della realtà oggettivamente reale o abbiamo imposto questa "natura" sulla realtà, perché, per definizione, a studiare qualcosa è necessario disporre di una "cosa" discreti / particella di studiare? Per quanto riguarda la relativa debolezza della gravità rispetto alle altre forze, mi viene in mente che nella singolarità sono stati uniti prima del Big Bang le forze. Se una gran parte della forza di gravità è legato in dimensioni più piccole potrebbe essere infatti appare o si manifesta come, per esempio, la forza nucleare forte? Solo alcuni brevi pensieri. Se si lascia cadere un sasso in acqua, vedrete un viaggio modello d'onda localizzato attraverso l'acqua. Questo è un'onda quantizzato. Questo è in contrasto con il flusso continuo di onde che colpisce una costa. E sappiamo con certezza che la materia è quantizzato. Siamo in grado di manipolare i singoli atomi. Inoltre, siamo in grado di estrarre i singoli elettroni, protoni o neutroni. E 'più difficile da vedere quando si parla di energia, ma non fondamentalmente diverso. Per quanto riguarda la gravità si spostano in dimensioni extra essere la forza nucleare forte ... non lo so ... probabilmente no, ma non ho una teoria della gravità quantistica, quindi è difficile dire qualcosa in modo definitivo. Credo che la tua proposta implicita è improbabile, ma io siepe con un'alzata di spalle e un beatstheheckouttame. Dovremo aspettare per un ragazzo intelligente o lass a venire con una buona teoria della gravità quantistica e passare da lì. LOL! Suona come un piano. Re: Quanta, grazie, il vostro analogia mi ha aiutato a capire il concetto molto meglio. Ho ragione se nel capire che la distinzione tra le cause di queste onde, ghiaia e il vento, rispettivamente, e le onde stesse che sono particelle di acqua che si muove in un certo ritmo, è dove l'analogia si rompe? Perché, a livello subatomico stiamo discutendo, in qualche modo misterioso sia la particella (localizzato "centro" dell'onda) è fatto della stessa 'roba' come l'onda stessa e sono, infatti, uno? O forse dovrei solo capire il modo in cui si parla di elettromagnetismo - la forza ci preoccupiamo tutti più familiare - che con la carica arriva un campo chiamato magnetismo che si comporta in onda come modo, e che non ha senso parlare di uno senza l'altro? È questo il modo più accurato per concettualizzare la dualità onda-particella? Ho paura che non ho capito che abbastanza bene per rispondere. Stavo solo cercando di sottolineare che in analogia con la ghiaia e le onde che crea sono due cose separate, mentre, a livello subatomico, la particella e onda sono la stessa cosa, due facce della stessa medaglia per così dire. E, infatti, che una singola particella è un'onda. Sto riferimento il paradosso nell'esperimento doppio spaccato di come un singolo fotone / particella in grado di produrre un modello d'onda, quando, ACCD all'esperienza quotidiana, ci vogliono più particelle per creare un modello d'onda. Per quanto mi risulta - o che ho capito - l'onda è il campo (o forse in altre parole, il "raggio di influenza" della particella), con cui la particella interagisce con altre particelle. E che la particella, secondo la vostra analogia, è al "centro" del modello d'onda. Mi stavo chiedendo se sto capendo questa dualità onda-particella correttamente, rendendo il concetto più difficile di quello che è, o se c'è ancora qualcosa che mi manca. E 'vero che il sasso e l'ondulazione sono diversi, ma non ben rappresentano la dicotomia particella / onda. Un'onda tradizionale va avanti per sempre e per sempre ... come un'onda sinusoidale. Una particella ha una posizione fissa. Una ondulazione è un'onda localizzato. Così il ripple ha sia proprietà delle particelle e delle onde. Questo è stato l'analogia che stavo cercando di fare. Ahhh ... che fa davvero senso. Ho capito ora. Grazie mille per il vostro tempo e continuando ingaggio con il pubblico in questo forum. Apprezzo molto che uno scienziato della tua statura è disposto ad aiutare il pubblico a capire le meraviglie dell'universo. Sono contento che lo ha aiutato. Non posso sempre rispondere ad ogni domanda, ma è bello quando posso. Mantenere l'apprendimento. Il fotone piega perché lo spazio è piegato, non perché c'è una forza "tirare o spingere" esso. Gravità piega spazio e il fotone viaggia direttamente attraverso lo spazio piegato. Un altra teoria gravitone è Aspin Bubbles, abbreviazione di Spin Anaharmic suppongo. Questa teoria "suggerisce che le forze elettriche tra singolarmente pagano le particelle elementari sono forze semplicemente meccaniche provenienti da una singola interazione meccanica tra le onde anarmonici e particella" [ "Aspin Bubbles" e la forza di gravità: Yoel Lana-Renault; Infinite Vol Energia 20 Rilascio 115 2014]. Spiega la gravità di fuori di ogni dimensione temporale. dimensione del tempo è fondamentale per la relatività generale (e BB). In relazione al BB Vorrei suggerire Hilton Ratcliffe 'The Static Universe' per eventuali studenti come antidoto alla High School e Università BB indottrinamento. La falsità del BB è in totale assenza di astrofisica a sostegno della BB. Inoltre, lo spostamento Hubble Rosso è stato abbandonato dalla teoria BB come ritrarre qualsiasi espansione dell'Universo, come Hubble ha sostenuto pure. "Come i fotoni privi di massa, gravitoni devono viaggiare alla velocità della luce. «Perché questa ipotesi? Da dove viene? "No di massa" significa che viaggia alla velocità della luce. "Mass" significa che si viaggia a meno di velocità della luce. I gravitoni dovrebbero decadere molto rapidamente se sono in viaggio più lento di velocità della luce. Se il gravitone non ha massa, quindi la velocità della luce è. Un magnete terrà una graffetta contro la gravità della Terra. "Ci sono altri forza di gravità che agiscono contro la forza di gravità terrestre (come la luna, il sole, altri pianeti e anche stelle) è per questo che appare debole."
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