XX a. antrojoje pusėje stygų teorija buvo iškelta kaip fizikos pagrindus vienijanti teorija. Tačiau stygų teorija nepateisino lūkesčių. Todėl manome, kad mokslo bendruomenei reikia iš naujo apsvarstyti, kas sudaro elementariąsias jėgas ir daleles.

Nuo pat bendrojo reliatyvumo pradžios žymiausi fizikai, tokie kaip Albertas Einšteinas ir Erwinas Schrödingeris, bandė suvienyti gravitacijos ir elektromagnetizmo teoriją. XX amžiuje buvo daug bandymų, tarp jų ir Hermano Weylo (Hermann Weyl).

Pagaliau, atrodo, pavyko rasti vieningą sistemą, leidžiančią elektros ir magnetizmo teoriją sutalpinti į grynai geometrinę teoriją. Tai reiškia, kad tiek elektromagnetinės, tiek gravitacinės jėgos yra erdvėlaikio geometrijos pulsacijų ir kreivių apraiškos.

Svajonės apie vieningą lauko teoriją

Einšteinas siekė paaiškinti elektromagnetizmą kaip geometrinę keturmačio erdvėlaikio savybę. Šį darbą jis tęsė iki pat savo mirties 1955 m. Darbas nebuvo užbaigtas. Artūras Edingtonas, Teodoras Kaluza ir kiti taip pat pateikė savo teorijas, kaip suvienyti gravitaciją ir elektromagnetizmą, tačiau nė viena iš šių teorijų nebuvo visuotinai pripažinta.

Kvantinės mechanikos tėvas Schrödingeris XX a. ketvirtajame dešimtmetyje pateikė savo suvienytąją lauko teoriją, tačiau ji nebuvo visiškai sėkminga. Buvo pasiūlyta daug įvairių požiūrių, įskaitant penkių matmenų teorijas ir teorijas, pagrįstas asimetrine metrika.

Nauja perspektyva, naujos netiesinės Maksvelo lygtys

Mūsų požiūriu elektros krūvis ir elektros srovės, taip pat elektromagnetinės jėgos vertinamos kaip grynai geometrinės ir imanentinės paties erdvėlaikio savybės, o ne kaip kokie nors išoriniai objektai. Tokį požiūrį palaikė vėlyvasis fizikas Johnas Wheeleris savo geometrodinamikos vizijoje. Pasirodo, kad keturmatis elektromagnetinis potencialas iš tikrųjų yra erdvėlaikio metrinio tenzoriaus sudedamoji dalis.

[Vokietija] Tokio daikto dar nesate matę! 2 kartus pigiau nei Lietuvoje. Piešia ant kūno, konditerijos gaminių ir kt. Profesionalus „pasidaryk pats“ rinkinys 4119 Nuostabiai gera kaina Iš Vokietijos, greitas ir saugus pristatymas Puiki kokybė ir panaudojimo galimybės Išsamiau

Pasinaudodami variacijų skaičiavimo metodu, pateikėme estetiškai patrauklią geometrinę elektromagnetizmo formuluotę. Kai metrinio tenzoriaus variacija optimizuojama naudojant funkcines išvestines, būtinos optimalumo sąlygos leidžia gauti naują netiesinį Maksvelo lygčių apibendrinimą. Mūsų darbas paskelbtas Journal of Physics: Conference Series žurnale.

Klasikinėje elektromagnetizmo teorijoje Maksvelo lygtys, valdančios elektrinį ir magnetinį laukus, yra tiesinės dalinės diferencialinės lygtys. Mūsų požiūriu reikalaujama, kad optimalios metrikos būtų harmoninės, todėl gaunamos netiesinės lauko lygtys elektromagnetiniams potencialams, o Maksvelo lygtys yra specialus tiesinis atvejis. Tuomet lauko lygtys suteikia teisingą elektromagnetinio lauko dinamiką.

Geometrijos apibendrinimas išsprendžia mįslę

Albertas Einšteinas, formuluodamas savo gravitacijos teoriją, taikė matematiką, vadinamą pseudorimanine diferencialine geometrija. Atlikdami tyrimus nustatėme, kad pseudorimaninė geometrija nėra pakankamai bendra grynai geometrinei elektromagnetizmo teorijai. Reikėjo bendresnės diferencialinės geometrijos.

Grynai lokalią geometriją 1918 m. sugalvojo garsus vokiečių matematikas Weylas (Weyl). Pasinaudojus Weylo idėjomis ir sujungus su savo ankstesniais šios temos tyrimais, atrodė, kad galvosūkis mums atsiveria. Weylo geometrijoje ilgiai yra lokalios erdvėlaikio savybės, todėl ji atitinka reliatyvumo teorijos principus.

Išsiaiškinome, kad Weylo geometrija leidžia patikrinti lokalų erdvėlaikio suspaudimą. Tokie pat rezultatai gaunami ir mūsų tyrimuose naudojant vadinamąją geometrinę algebrą. Todėl atrodo, kad geometrinė algebra ir Weylo geometrija yra vienodai naudingos formuluojant geometrinę elektromagnetizmo teoriją.

Elektros krūvis kaip vietinis erdvėlaikio suspaudimas

Atradome, kad, be naujų netiesinių lauko lygčių, elektros krūvis yra susijęs su vietine erdvėlaikio divergencija arba suspaudimu. Taigi krūvis yra laukas, turintis savo judėjimo dėsnius.

Parodyta, kad gerai pažįstamas Lorenco jėgų dėsnis, reguliuojantis krūvį turinčias daleles veikiančias jėgas, yra sąlyga bandomajai dalelei keliauti geodezijomis, kaip ir bendrajame reliatyvumo teorijoje. Ši savybė užbaigia geometrinį elektromagnetizmo aprašymą.

Išvados

Mūsų rezultatai rodo, kad šviesa ir visa elektromagnetinė spinduliuotė iš tikrųjų yra paties erdvėlaikio virpesiai. Kalbant apie senesnes „eterio“ teorijas, atrodo, kad Einšteinas buvo teisus, darydamas išvadą, jog „eteris“ yra erdvėlaikis. Elektros krūvis yra vietinis erdvėlaikio suspaudimas, o elektros krūvius veikiančios jėgos atitinka judėjimą trumpiausiais keliais, t. y. geodezijomis.

Manome, kad dabar jau galima sukurti pakankamai išsamią geometrinę elektromagnetizmo teoriją, kurią bus galima toliau tyrinėti. Be to, darant prielaidą, kad erdvėlaikio metrinio tenzoriaus fluktuacijos Planko masteliu lemia atsitiktinai kintantį elektromagnetinį lauką vakuume.

Modelis numato atsitiktines elektromagnetinio lauko fluktuacijas Planko masteliu, taigi ir atsitiktinį krūvio sukūrimą ir sunaikinimą Planko masteliu dėl atsitiktinės elektromagnetinio keturių potencialų kovariantinės divergencijos. Galiausiai mūsų teorija numato krūvius veikiančias „jėgas“ net be elektromagnetinio lauko, t. y. paaiškina ir numato Aharonovo-Bohmo efektą.

Jussi Lindgren
phys.org

Šis pasakojimas yra dalis Science X Dialog, kur mokslininkai gali pranešti apie savo paskelbtų mokslinių straipsnių rezultatus. Čia rasite informaciją apie „Science X Dialog“ ir dalyvavimo jame būdus.

Daugiau informacijos: Jussi Lindgren et al, Electromagnetism as a purely geometric theory, Journal of Physics: Conference Series (2025). DOI: 10.1088/1742-6596/2987/1/012001

Jussi Lindgrenas dirba Suomijos finansų ministerijoje, Aalto universitete įgijo taikomosios matematikos daktaro laipsnį.
Andras Kovacsas dirba startuolyje „ExaFuse“, taikomosios fizikos pagrindu atliekančioje energetikos tyrimų funkciją. Jis studijavo fiziką Kolumbijos universitete.
Jukka Liukkonenas yra taikomosios fizikos mokslų daktaras, dirba Branduolinės ir radiacinės saugos tarnyboje, STUK, Vantaa, Suomija.

Komentarai ()

„Mes to net nežinome. Jie iš 4-osios dimensijos.“ Gali būti įsiveržimas į mūsų pasaulį (Video)

+5

(4)

„Yra 1％ skirtumas. To neturi būti.“ Audra fizikų bendruomenėje. Gali sugriūti Einšteino teorija

+1

200 kartų greičiau nei žmogus. DI atrado magnetą be retųjų elementų

+1

Nauja atominė baterija veiks 100 metų rekordiniu 60 ％ efektyvumu

+1

(9)

„Tai buvo tikras atsitiktinumas.“ Kvantinis eksperimentas perrašė šimtmečio senumo chemijos dėsnį

+1

Pribloškiamas 19× kondensatorių talpos padidėjimas gali tapti baterijų pabaigos pradžia

+1

(13)

Alberto Einšteino palikimas. Kodėl gravitacija mus traukia žemyn, o ne stumia aukštyn

+1

(2)

Kaip paprastas fizikos eksperimentas galėtų atskleisti „tamsųjį matmenį“

+1

Kelionės laiku sukelia žmonėms nemalonų šalutinį poveikį. Ką išsiaiškino fizikai

+1

Altermagnetizmas: nauja magnetinių technologijų era

+1

Neutrino masės matavimo kaprizai. Mokslininkams pagaliau pavyko prisiartinti prie šio tikslo

+1

LHC fizikai vos nesugavo magnetinio monopolio nurašytame vamzdyje

+1

Laikas gali praeiti greičiau. Mokslininkai rado įrodymų

+2

„Galite paaiškinti, kas yra tamsioji materija?“ „Ne“

+1

(2)

Pirmasis petavatų galios elektronų spindulys pasiruošęs ardyti materiją ir erdvę

+3