A tömeg az anyagi világunk meghatározó jellemzője. Minden, ami anyagból van rendelkezik tömeggel. A tömeg mégsem szükségszerűen egyértelmű ...
A tömeg az anyagi világunk meghatározó jellemzője. Minden, ami anyagból van rendelkezik tömeggel. A tömeg mégsem szükségszerűen egyértelmű tulajdonsága az anyagi állapotnak, a létezését többféle módon is származtathatjuk.
Létezik a tehetetlen tömeg, amely egy anyag erőhatásra történő mozgásállapot-változásának a mértékét jellemzi.
Létezik a gravitációs tömeg, amely az anyagi állapotok univerzális egymásra hatásának a mértékét jellemzi, illetve általánosan az anyagnak a térre történő hatását, a tér deformációját okozza.
Tömeget bármilyen formájú energia is létrehozhat, illetve a tömeg, mint az anyagi világ alapvető jellemzője, a jelenlévő energia megjelenési formájaként is jellemezhető.
Ehhez kapcsolódóan létezik a relativisztikus tömeg, amely az anyagi állapotok egymáshoz viszonyított mozgásából, egymáshoz képesti relatív mozgási energiájából ered. A relativisztikus tömeg ebből adódóan azonban viszonylagos, származtatott jellemző, nem fundamentális tulajdonsága az adott anyagi állapotnak.
Az anyagok tömegének az eredete az anyagot felépítő elemi részecskék tömegének az együtteséből származtatható. Azonban az elemi részecskék létezése valójában hullám állapot, amelynek nem nyilvánvaló jellemzője a tömeg. Az elemi részecskéknek - a fotonon és esetleg a gluonon kívül, valamint a neutrino állapotban létező részecskét is beleértve - határozottan van tömege. Az elemi részecskéknek szükségszerűen van energiája, amely saját energia lehetővé teszi számukra a tömegként történő megjelenést is.
Az elemi részecskék tömegének létezése azonban további megfontolásokat igényel, hiszen létezik elemi részecske tömeg nélkül is, tehát a tömeg nem minden esetben az energia szükségszerűen jelenlévő megjelenési formája.
A problémát tovább árnyalja, hogy a tömeg nélküli elemi részecskének, mint a foton, van momentuma, amely a mozgásban lévő tömegnek a tipikus jellemzője, tehát a tömeg nélküli részecske energiájának anyag jellegű viselkedésére utal.
A hullámszerű állapotban létező elemi részecskék tömegre jellemző viselkedésének eredetére egy mező, a Higgs mező (és vele együtt a Higgs részecske) lett bevezetve, amely a részecskefizika standard modelljébe jól illeszkedő módon létezik, és az elmélet ezzel a mezővel történő kölcsönhatásként értelmezi, és ebből a kölcsönhatásból eredezteti a hullámszerű állapotban létező elemi részecskék tömegeit.
A tömeg létezését tovább vizsgálva, a hétköznapi anyagi világunkban létező legnagyobb mértékben jelenlévő tömeg létezésének a forrását ráadásul a standard modell nem is egy konkrét anyagi formában létező tömegből eredezteti, hanem a quarkok és gluonok közötti kölcsönhatás energiájából származtatja.
A tömeg többféle eredetét szemlélve felmerül a kérdés, hogy a tömeg, mint meghatározó tulajdonsága az anyagi világnak, valójában alapvető jellemzője az anyagnak, vagy más tulajdonságokból származó tulajdonságként létezik, azaz alapvetőbb, különböző tulajdonságok hasonló módon megjelenő formája?
A tömeg eredete láthatóan alapvetően többféle formában létezik. A tömeg létezésének általános meghatározása a tömeg alapvető jellegéből származóan azonban elvárható törekvés. Létezhet-e egy általánosan megfogalmazható meghatározás, amely minden tömegként megjelenő tulajdonságra egyaránt érvényes?
A tehetetlen tömeg és a gravitációs tömeg alapvető viselkedésbeli különbsége, és ebből következően az eredetének lehetséges forrása szembeötlően különbözőnek tűnik, ugyanakkor a két különböző eredetű tulajdonság mértékének kísérleti azonossága valamilyen módon mégis egy mélyebben létező, szükségszerű kapcsolatra utal.
Bizonyos értelmezések szerint a Higgs mező származtatja az elemi részecskék tehetetlen tömegét, a gravitációs tömeg eredete pedig a jelenlévő energiából származik, de ez a nézet a megkülönböztetésre számos értelmezési nehézségbe ütközik. Nem magyarázza a Higgs mezővel nem kölcsönható foton momentumát, nem magyarázza a quarkok és gluonok kölcsönhatásából származó tömeg viselkedésének tehetetlen jellegét, nem magyarázza a tehetetlen tömeg jellegzetes viselkedését, ami szerint a tömeg csupán a sebesség változáskor jelenik meg, és csupán magyarázat nélkül kijelenti, hogy a két különböző eredetű tömeg viselkedése teljesen azonos.
Racionálisan nehéz csupán azt elfogadni, hogy olyan világunk van, amelyben a tehetetlen tömeg és a gravitációs tömeg egészen pontosan azonos, de ez csupán esetlegesség, e mögött az azonosság mögött nincs fizikai kapcsolat.
Lehetséges azonban a világunk létezésének olyan modellje, amelyben a tehetetlen tömeg és a gravitációs tömeg következményszerűen azonos. Ilyen modell a grid-modell, amelyben az anyagot tartalmazó tér struktúrájának a változását (gravitációs tömeg), és a tér struktúrájában történő elmozdulás változást (tehetetlen tömeg) a térre nézve azonos módon lehet jellemezni, jellegében azonos állapot, tehát ebben a modellben a tehetetlen tömeg és a gravitációs tömeg következményszerűen azonos.
A tehetetlen tömeg és a gravitációs tömeg egységesítése lehetővé teheti, hogy az általános relativitáselméletnek megfelelően, a tömeget, mint fizikai jellemzőt a jelenlévő energia tulajdonságaként határozhassuk meg. A tömeg energia alapú meghatározásának a szembeötlő nehézsége az energiával rendelkező tömegnélküli foton határozott momentummal történő rendelkezése jelenti. A foton azonban különleges részecske, csak mozgásban, a maximális sebességgel létező állapotban létezik. Ez a megkülönböztetés segíthet a tömeg általánosan érvényes meghatározásának megalkotásában.
(Érdekes lehetne továbbá azt is vizsgálni, hogy mivel a mozgás állapota relatív, milyen sebességgel mozognak az anyagi világunk alkotórészei a fényhez képest, ha az elektromágneses sugárzás mindig a maximális sebességgel mozog az anyagi világhoz képest? A két viszonyítási alap különbségét bizonyára a gyorsulás szükséges feltételének a különbözősége adhatja, illetve a különbség talán az idő létezésének (ha az idő létezik) a különbözőségéből származik a két viszonyítási alap között.)
Az előző megfontolások alapján már megkísérelhető egy általánosan érvényes tömeg definíció meghatározása. A tömeg az a tulajdonsága azon energiának amelyhez rögzíthető olyan referencia koordináta rendszer (reference frame) amelyhez képest az adott jelenlévő energia helyhez kötötten létezik, amely az adott energia jelenléte által a jelenlévő energia mértéke szerint a tér struktúrájának a változását okozza. Más módon megfogalmazva, a helyhez köthető energiának a tér struktúráját torzító hatása a tömeg, amely mint tulajdonság jelenik meg a fizikai rendszerekben.
(Habár ez a tömeg definíció alkalmas általánosításának látszik a tömeg létezésének, valójában ez a meghatározás sem magyarázza a jelenséget, hogy konkrétan milyen fizikai kölcsönhatás révén képes a lokalizált energia torzítani a tér struktúráját.)
Ennek az általános definíciónak a Higgs mezőből származó tömeg értelmezés okoz nehézséget, amely nem a lokalizált energiának a teret torzító tulajdonságaként, hanem az elemi részecskéknek a Higgs mezővel történő kölcsönhatásaként értelmezi a tömeg létezését. A Higgs mező létezése pedig nem csak a részecskefizika standard modellje elméleti struktúrájának teljessé formálója, de a Higgs mezőhöz kötődő Higgs részecske a világunk kísérletileg is kimutatott létező fizikai valósága.
Az előbb bevezetett általános tömeg meghatározás nem igényli a Higgs mező szükségszerű jelenlétét a tömeg létezéséhez, azonban szükséges feltételként határozza meg az energia lokalizált állapotát. Ez a feltétel, a lokalizált módon létező energia ebből következően lehet az, amely kapcsolatban állhat a Higgs mező fizikai létezésének a valóságával is.
Ezen következtetés szerint tehát a Higgs mező valamilyen formában kapcsolatban állna az energia lokalizált formában történő létezésével, tehát a Higgs mezővel történő kölcsönhatás vagy létrehozza az energia számára azt a tulajdonságot, amely által lokalizált lehet és lokalizált módon torzíthatja a teret, vagy a Higgs mező saját jelenléte valósítja meg azt a rögzíthető referencia koordináta rendszert, amelyhez képest az adott jelenlévő energia lokalizáltan létezik.
Ezek alapján a Higgs mező nem a meghatározója lenne a tömeg mértékének, az a jelenlévő energia nagyságából származik, hanem a világunknak az az összetevője lehetne, amely megteremtené a tulajdonságot a jelenlévő energia számára, hogy lokalizált módon tudjon jelen lenni, vagy esetleg önmaga az a referencia koordináta rendszer, amelyhez képest a fizikai elmozdulás származtatható.
Ez lehetne tehát a Higgs mező hipotetikus szerepe, amely szerep ilyen formában alapvető elméleti nehézségekbe ütközik. Egyrészt a Higgs mezőnek a részecskefizika standard modelljében jól kidolgozott formája van, amely nem látszik kapcsolatban a lokalizálható energia szükségességének általa generált létezésével, másrészt az ilyen formájú létezése valójában visszahozná az éternek, mint egy fix módon létező háttér referencia koordináta rendszernek a létezését. Továbbá, a Higgs mező, és a hozzá kapcsolódó Higgs részecske kísérletileg is kimutatott energiája több tucat nagyságrenddel kisebb, mint a Planck állandóhoz kötődő vákuumenergia, amely kapcsolatban állhatna a feltételezett háttér referencia koordináta rendszer fizikai létezésével.
Az általános gravitációs elméletnek megfelelő tömeg létezéséhez feltételül szolgáló lokalizálható energia létezésének a szükségessége, és a részecskefizika standard modelljében a tömeg létezéséhez szükséges és kísérletileg is kimutatott Higgs mező teoretikus szerepe és egymáshoz való kapcsolata azonban szembeötlő. Az elméleti nehézségek figyelembe vételével a Higgs mező inkább egy differencia mezőként funkcionálhat, amely jellemzi a vákuumenergia szintű energiával rendelkező háttér referencia koordináta rendszer torzulását a rajta lokalizált módon létező rezonanciák (részecskék) formájában reprezentált energia által. A quantumos jellegét pedig a rezonanciák hullám jellegű létezése valósíthatja meg.
A Higgs mező ilyen jellegű létezése kapcsolhatja össze a quantum elmélet törvényszerűségeit az általános relativitáselmélet törvényszerűségeivel. Ebben a modellben a tömeg létezése jól értelmezhető lehetne. Egy ilyen modell a gondolatokban tárgyalt grid-modell is.
Nincsenek megjegyzések