Strona głównaPytania → Co to jest grawitomagnetyzm?

Co to jest grawitomagnetyzm?

Pytanie

Pyta szczepan1

Co to jest grawitomagnetyzm? Dlaczego ten składnik grawitacji jest pomijany w fizyce teoretycznej?

Odpowiedź

Odpowiada Andrzej Okołów

Obecnie w fizyce teoretycznej istnieje pojęcie grawitoelektromagnetyzmu, które oznacza pewne formalne podobieństwa pomiędzy teorią grawitacji a elektrodynamiką.

Najbardziej ewidentnym i najwcześniej dostrzeżonym przykładem takiego podobieństwa jest podobieństwo newtonowskiego wzoru opisującego siłę grawitacji $\vec{F}_{\rm graw}$, z jaką punktowa masa $m_2$ działa na masę $m_1$ do wzoru opisującego siłę elektrostatyczną $\vec{F}_{\rm elektr}$, z jaką ładunek punktowy $q_2$ działa na ładunek $q_1$:
\begin{align*}
\vec{F}_{\rm graw}&=G\frac{m_1m_2}{|\vec{r}|^3}\vec{r},& \vec{F}_{\rm elektr}&=-\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\frac{q_1q_2}{|\vec{r}|^3}\vec{r},
\end{align*}
gdzie $\vec{r}$ jest wektorem położenia masy $m_2$ (ładunku $q_2$) względem masy $m_1$ (ładunku $q_1$), $G$ jest stałą grawitacji, a $\epsilon_0$ przenikalnością elektryczną próżni.

W drugiej połowie XIX wieku, gdy był już znany bliski związek pomiędzy polem elektrycznym i magnetycznym, pojawił się postulat uzupełnienia newtonowskiego pola grawitacyjnego o odpowiednik pola magnetycznego — skoro istnieje formalne podobieństwo pomiędzy siłami $\vec{F}_{\rm graw}$ i $\vec{F}_{\rm elektr}$, a pole elektryczne jest powiązane z polem magnetycznym, to być może pole grawitacyjne też jest powiązane z jakimś innym polem formalnie podobnym do pola magnetycznego, które można by nazwać polem grawitomagnetycznym.

Po sformułowaniu przez Einsteina ogólnej teorii względności (OTW) okazało się, że na różne sposoby można dopatrzeć się formalnych analogii pomiędzy polem grawitacyjnym opisywanym przez tą teorię a polem elektromagnetycznym — przykładem takiej analogii jest precesja Lense-Thirringa.

Nie jest więc prawdą, że grawitoelektromagnetyzm jest obecnie pomijany w fizyce teoretycznej — jest on obecny w OTW. Natomiast pomysł uzupełnienia newtonowskiego pola grawitacyjnego o pole grawitomagnetyczne zdezaktualizował się wraz z rozwojem OTW.