Czy dylatacja czasu wpływa na ładunek cząstek elementarnych?

Pytanie

Pyta Marcin

Czy dylatacja czasu ma jakikolwiek wpływ na ładunek cząstek elementarnych? Czy przy znacznie zwiększonej prędkości lub silnej grawitacji obserwuje się zmianę ładunku cząstek elementarnych?

Odpowiedź

Odpowiada Arkadiusz Kobus

Współczesny opis cząstek elementarnych nie przewiduje zmiany ładunku cząstek przez efekty relatywistyczne – w szczególności, poruszające się cząstki powinny mieć taki sam ładunek jak te same cząstki, które spoczywają.

Na mocy prawa Coulomba wiemy, że każda elektrycznie naładowana cząstka wytwarza wokół siebie pole elektryczne. W przypadku spoczywającej cząstki sprawa jest prosta, każdy z nas pole elektryczne cząstek spoczywających liczył w liceum przy pomocy prostych wzorów. Sprawa się komplikuje, gdy nasza cząstka zaczyna się poruszać, bowiem wtedy pole wytwarzane przez tą cząstkę również zacznie się zmieniać. Dobrą analogią będzie efekt Dopplera, w którym przykładowo dźwięk dobiegający z głośnika spoczywającego będzie miał inną częstotliwość co ten sam dźwięk dobiegający z poruszającego się głośnika, co obserwujemy za każdym razem gdy mija nas ambulans. Pole elektryczne w podobny sposób się zmieni, jeśli jego źródło zacznie się poruszać.

Szczególna teoria względności została historycznie odkryta właśnie poprzez analizę własności pól elektromagnetycznych. Opis pól elektromagnetycznych jest zadany przez zestaw równań zwanych równaniami Maxwella. Pod koniec XIX wieku zauważono, że równania Maxwella posiadają pewną nietrywialną symetrię, zwaną symetrią Lorentza. Symetria ta polega na tym, że zmieniając pola elektromagnetyczne w specjalny sposób, ale nie zmieniając ładunków elektrycznych, równania będą wyglądać identycznie.

Niedługo później Einstein zapostulował, że cały wszechświat posiada symetrię Lorentza i sformułował teorię względności. Zamiast mówić o symetrii pól elektromagnetycznych zapostulował, że jest to symetria czasoprzestrzeni. Konsekwencją tego założenia są zjawiska takie jak dylatacja czasu, które później zaczęto obserwować doświadczalnie. Wszystkie takie doświadczenia potwierdzają poprawność założeń teorii względności, a także niezmienniczości ładunków.