Törölt nick Creative Commons License 2004.12.31 0 0 103
NEXUS7 megjegyezte, hogy regényíró vagyok. Akkor most kisregény Volovikról és a szuperfolyékony vákuum legendájáról. Ezt offline írom, ennek következménye, hogy nincs benne direkt reakció a topikban folyó dolgokra, viszont így több időm van és alaposabban át tudom tekinteni a dolgot. Amikor legközelebb az interneten járok, felteszem.

Grigory E. Volovik (Low Temperaturre Laboratory, Helsinki University of Technology és Landau Institute for Theoretical Physics, Moszkva) kondenzált anyagok fizikájával foglalkozik, elsősorban szuperfolyékonysággal. Eközben figyelt fel arra, hogy a He-4 és méginkább a He-3-ban egyes fizikai jelenségei és számos részecskefizikai/kozmológiai folyamat között párhuzam van. Ez önmagában nem meglepő, mivel régóta ismert és sokrétűen kiaknázott az analógia a kondenzált anyagok fizikája és a kvantumtérelmélet között. A konkrét esetben azonban sok érdekes és meglepő párhuzam merül fel.

A He-3 lényegében egyfajta "toy model"-je a kvantumtérelméletnek. Mindenféle dolognak van benne analógiája: spontán szimmetria sértés, nagy egyesítés, barion genezis, kvantumelektrodinamika, sőt gravitáció. A leírására használt modellt Landau alkotta, a neve kölcsönható Fermi-folyadék modell. Volovik a végsőkig analizálja ezt a modellt, erről könyvet is írt ("The Universe in a Helium Droplet", Oxford University Press, 2003). Igen komoly díjakat nyert (pl. Simon Memorial Prize), a világ vezető elméleti fizikai szaktekintélyei nagyra értékelik a munkáját (pl. James D. Björken (SLAC) írt a könyvhöz előszót, aki rendkívül nagy név a részecskefizikában). Mindezt ezért írom le, mert NEXUS7 azzal kelt hangulatot, hogy azok a begyepesedett fizikusok elnyomják a dolgot :) Mindjárt meglátjuk, mi az oka annak, hogy mégsem a "szuperfolyékony kvantumvákuum" tölti be a világsajtót mint a mindenség elmélete. Már említettem, hogy százas nagyságrendű publikációja, legalább ezres, de valószínűleg inkább tízezres hivatkozásszáma van. Könyve az Oxford University Pressnél jelent meg. Ez nem egy Hal Puthoff, vagy Egely, és nem is Korom Gyula "főprofesszor úr" kaliberű ember.

Mit jelent az, hogy "toy model"? A Fermi-folyadék elmélet (továbbiakban FLT mint Fermi liquid theory) a fundamentális fizikára (kvantumgravitáció és GUT) alkalmazva ilyen "toy model". Ennek lényege, hogy nyilvánvalóan nem írja le a jelenséget, csak bizonyos lényegi aspektusokban analóg, ezért alkalmas arra, hogy egyszerű keretek között vizsgáljuk ezeket az aspektusokat. Maga a modell nem realisztikus (erre utal a "toy" előtag), legtöbbször sok tekintetben explicite ellentmond az adott jelenségre vonatkozó lényeges empirikus tényeknek.

Az FLT a toy modellben a mikroszkopikus "theory of everything", aminek az általunk ismert fizika az alacsonyenergiás határesete lenne. Ha realisztikus lenne, akkor vissza kellene adnia alacsony energián az Einstein egyenletet, valamint a standard modellt. Na ez nem megy, és ennek mély okai vannak a modellben, amire a könyve részletesen kitér. (Ebben különbözik a "crackpot" irodalomtól, ahol az ilyen dolgokról mélyen hallgatnak). Az alacsonyenergiás effektív "gravitáció", amit leír a modell, legfeljebb "karikatúra gravitáció" (a könyv saját szavaival), egy csomó minden hiányzik belőle (pl. fontos szabadsági fokok, valamint nem is kovariáns). Benne van egy QED (kvantumelektrodinamika)-szerű elmélet is, ami vezető rendben egészen úgy néz ki, mint a QED, csakhogy adódnak hozzá olyan nem Lorentz invariáns korrekciók, amiknek egyszerűen túl nagyok (csak logaritmikus faktorokkal vannak elnyomva), így a kísérleteknek egy az egyben ellentmondanak (emlékeztetek arra, hogy a QED sok-sok tizedesjegy pontossággal igazolt elmélet).

Na most ennek az útja a neten olyan volt, mint a pletykáé. Felkerült fórumokba, újságírók írtak róla, akik szokás szerint minden hülyeséget összehordtak az egészről, aztán már úgy ment tovább a köztudatba, hogy a "szuperfolyékony kvantumvákuum"-ból kijön minden, ami kell, csak azok a szűklátókörű fizikusok elnyomják. Ugyebár tudjuk: a hír igaz, de nem New Yorkban, hanem Moszkvában, nem Mercedeseket, hanem Volgákat, és nem osztogatnak, hanem fosztogatnak. Valóban van a dologban autó és város, meg emberek valamit csinálnak is vele, de a többi...

A fentiek ellenére ez egy zseniális "toy model". Miért érdekli az ilyesmi a fizikusokat? Nos, erről van valami képem, mivel én is "toy model"-lekkel foglalkozom a kutatásaim során. Azért, mert egy bonyolult jelenség megmagyarázásánál, ahol szinte semmi fogódzónk nincs, se elméleti, se kísérleti, jól jön legalább valamiféle intuíció, a lehetőségek feltérképezése, egy jó kis brainstorm.

Mi az, ami konkréten ebben a He-3 dologban érdekes? Egyfelől van benne egy lehetséges mechanizmus arra, hogy miért ilyen kicsi a kozmológiai konstans (sötét energia) és miért esik egy nagyságrendbe a nemrelativisztikus anyag sűrűségével. A magyarázattal van két probléma: az egyik, hogy az jön ki belőle, hogy a sötét energia sűrűsége a nemrel anyag sűrűségének harmada, míg a valóságban mintegy 2.5-3 szorosa. A másik, hogy azt jósolja, hogy a sötét energia sűrűsége együtt változik a nemrel anyag sűrűségével (ami a tágulással csökken), a mérések azonban arra utalnak, hogy leginkább konstans, de mindenesetre nagyon lassan változik (ezzel már számos ún. kvintesszencia modell is a padlóra került). Ettől még érdekes, mert lehet, hogy a kvantumgravitáció majdani elméletében ennek a mechanizmusnak egy módosított változata majd működhet.

Megjegyzés: a kozmológia konstans megmagyarázására sok más szcenárió is vannak, az én személyes kedvencem a holografikus elven alapuló érvelés, amit egyszer talán éppen NEXUS7-tel csevegve idéztem. Közös vonásuk, hogy ezek ún. szcenáriók, azaz olyan érvelések, amik akkor működnek, ha már adott a kvantumgravitáció egy jó modellje, amiben bizonyos feltételek teljesülnek, de önmagukban nem modellek. A szcenárió olyasmi, mint a paradigma, csak kicsiben, egy konkrét probléma esetén, míg a paradigma egy tág jelenségkörre vonatkozik.

Másfelől Volovik sok mindenről mutatja meg, hogy másképp is lehet gondolkodni róla. Konvencionálisan az emberek úgy keresték a nagy egyesítést, hogy ahogy megyünk felfelé az energiával egyra nagyobb a szimmetria, az Univerzum hűlése során spontán szimmetriasértések sorozata történt. Volovik megmutatja, hogy elképzelhető más út is, ami a kondenzált anyagok fizikájában ismert: hogy sok szimmetria csak az alacsonyenergiás effektív elmélet sajátja, és egyáltalán nem jellemzi a fundamentális modellt. Ilyen lehet pl. a Lorentz invariancia: az igazsághoz hozzátartozik, hogy erre mások is gondoltak, és többek között ezért akarják pl. a Michelson-Morley kísérletet megismételni az űrben, hátha a pontosság növekedésével kibukik valami. Többek között hasonló okból lőtték fel a Gravity Probe B-t is, és akarnak gravitációs hullámdetektort telepíteni az űrbe.

Aztán az is érdekes, hogy maga a kísérletileg elérhető He-3 ezek szerint rengeteg párhuzamot mutat részecskefizikai/kozmológiai jelenségekkel. Persze a párhuzam távolról sem teljes (mint feljebb írtam), de ha óvatosan interpretáljuk az eredményeket, akkor lehetséges Ősrobbanást játszani a laborban (populárisan fogalmazva). Egy egész világegyetemet elég nehéz kísérletileg reprodukálni, így egy valamennyire is érvényes laboratóriumi analógiának nagy haszna van. Ez persze a modell fentebb vázolt limitációi miatt csake egy idézőjeles "Ősrobbanás" lesz, de ettől függetlenül sokat lehet tanulni, ötleteket lehet meríteni belőle.

Hogyan viszonyul ez a dolog más modellekhez? Emlegettem az Ashtekar megközelítést/spinhabokat, a szuperhúrokat, pályaintegrálos kvantumgravitációt, elővehetném a Regge kalkulust, brane-világokat stb. Ezek sokkal jobban teljesítenek annyiban, hogy pl. alacsony energián nem egy "karikatúra gravitáció" jön ki, hanem garantálják az Einstein egyenleteket, viszont nagyon gyerekcipőben járnak abban a tekintetben, hogy bariogenezis, vagy a kozmológiai konstans probléma megoldása látszana belőlük. Ezek nem toy modellnek vannak szánva, viszont nagyon nehéz is megoldani őket. Egy toy modell tudja mutatnia az utat, merre érdemes keresgélni, milyen mechanizmusok után érdemes kutatni, és esetleg teljesen új modellekre adhat ötleteket. Mert persze lehet, hogy az ismert erőfeszítések egyike sem lesz célravezető, és a kvantumgravitáció elmélete valami egészen váratlan dolog lett.

Egy másik aspektus az emergencia. Ezen azt értjük, hogy a modell mikroszkopikus dinamikája (Volikov esetén a Fermi-folyadék) nem tartalmazza expliciten a gravitációt, mértékelméletet stb., hanem azok az alacsony energián megjelenő effektív/kollektív jelenségek. A felsorolt modellek közül több nem ilyen, mivel vagy az Einstein-féle áltrel kvantálásai, vagy kiterjesztései (pályaintegrálos modell, Regge kalkulus, Ashtekar formalizmus). A spinhabok, szuperhúrok azonban emergens modellek, és Volikov FLT elmélete is emergens, bár csak toy model.A húrokat eredetileg a hadronok leírására szánták. Ott a kvantumszíndinamika "nyert", azonban közben kiderült, hogy a húrelméletből mintegy kipottyan (váratlanul) az Einstein egyenlet az alacsonyenergiás közelítésben, és itt indul a húrelmélet karrierje mint TOE (Theory of Everything)-jelölt. A Volikov-féle FLT fordított utat járt be: a He-3 modelljeként realisztikus, a kvantumgravitációra viszont legfeljebb toy modell (de abból egy nagyon hasznos, bevilágító erejű darab).

Most pedig előjön a sárkány, és tapossa a hangyákat :)))) A fentiekből ismét látszik, mint már annyiszor, hogy az áltudományos hantával nem megyünk semmire. Félig megemésztett és meg nem értett ötleteket visszaböfögni internetes fórumokon legfeljebb elhiteti az illetővel, hogy ő mekkora Jani, meg mennyivel okosabb, mint azok a begyöpösödött fizikusok/biológusok/..., viszont ettől még csak az lesz igaz, hogy az illetőnek inkább önvizsgálatot kellene tartania, miért zavarja ennyire, hogy nem lehet ő a világ esze fizikából/biológiából/... .

A fizikus nagyon sokszor dolgozik analógiákkal, pl. a szupravezetés/szuperfolyékonyság analógiája számtalanszor előjön a kvantumtértelméletekben, spontán szimmetriasértés, kvark bezárás stb. kapcsán. Ezen analógiák mögött azonban egy egész matematikai/fizikai "fegyvertár" áll csatasorban, ami nélkül nem lehet megérteni sem azt, meddig terjednek, sem pedig felfogni valódi tartalmukat. Sajnos elég sokan aztán felkapják ezeket az analógiákat: szólamként intézik pl. ismeretterjesztő újságírók, aminek az eredménye az lesz, hogy visszahalljuk őket mint valam újabb "crackpot" elmélet alapvetését. Kedvenc példázatom a sakk (mint ezt itt más mindenki unalomig tudja, aki ismer): annak, aki nem tanulta meg az alapvető lépések szabályait, valamint nem tud kivédeni egy susztermattot, nem érdemes a nagymesterek nagyon kifinomult megnyitáselméleti stratégiai fejtegetéseit továbbgondolnia. A tábla mellett úgyis tropára verik. Bár igaz, a sakkban is ott maradnak a "nagyokosok", és sehonnan sem fognak eltűnni, így a fizikából sem.

Volovik persze nem egyszerűen ezzel a "toy model"-lel "vakít", hanem a szuperfolyékonyság elismert szakértője, tájékozottsága a fizikában bámulatos, enélkül nem is lehetne ez a dolog igazán hatásos, és korrekt.

Most pedig a sárkány ad egy morzsát a hangyáknak (korbács és mézesmadzag) :))). Egyetértek NEXUS7-tel abban, hogy egy olyan modellje a gravitációnak, ahol az ekvivalencia elv (súlyos és tehetetlen tömeg azonossága) mélyebb fizikai törvények következménye, ami feltétele annak, hogy fény derüljön a gravitáció mechanizmusára, nagyon kívánatos (na és tuti Nobel-díj: ó az a rengeteg pénz és presztízs, meg a halhatatlanság!). Szinte minden komoly elméleti fizikusnak ez maga a Szent Grál. Na persze csak amíg meg nem kaparintjuk. Mert akkor a Szent Grál már azon elvek eredetének felderítése lesz, amit így megalkottunk. És így tovább, a végtelenségig: én nem gondolom, hogy létezne egy végső elmélet, ahol majd elégedetten hátradőlhetünk, és elérjük a Minden Civilizációk Legfejlettebb Fokát.
Előzmény: NEXUS7 (102)