Strona głównaPytania → Jaka jest różnica między falą...

Jaka jest różnica między falą grawitacyjną a falą materii?

Pytanie

Pyta łukasz

Jaka jest różnica między falą grawitacyjną a falą materii?

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Fala materii jest to pojęcie związane z mechaniką kwantową i dotyczy tzw. dualizmu korpuskularno-falowego, czyli faktu, iż każdy obiekt materialny można opisać na dwa sposoby: albo jako złożony z punktowych cząsteczek, albo też jako reprezentowany przez pewną falę, czyli właśnie falę materii. W zależności od sytuacji jeden z tych opisów prawidłowo opisuje zachowanie danego układu. Fale materii, jak każde inne fale, podlegają zjawiskom takim jak dyfrakcja i interferencja, których istnienie pozwala na wyjaśnienie pewnych procesów, np. rozpraszania elektronów. Fale materii nie są związane z teorią względności i pozwalają one na opis procesów którym podlegają obiekty materialne  w „zwykłej”, „statycznej”, płaskiej przestrzeni.

Z kolei fale grawitacyjne są efektem klasycznym, tzn. dotyczącym fizyki klasycznej, w żaden sposób nie związanym z mechaniką kwantową — natomiast związane są one z Ogólną Teorią Względności i opisują zachowanie czasoprzestrzeni jako „dynamicznego” ośrodka. W Ogólnej Teorii Względności sama czasoprzestrzeń jest obiektem dynamicznym (mogącym ulegać zakrzywieniu, drganiom, itp.), którego zachowanie opisują równania równania Einsteina. W pewnym przybliżeniu równania te wyglądają przyjmują postać analogiczną do innych równań falowych (np. opisujących fale na wodzie, fale elektromagnetyczne, itp.), a ich rozwiązania opisują rozchodzące się w czasoprzestrzeni zaburzenia. Istnienie fal grawitacyjnych nie wymaga istnienia (ani nie służy do opisu) innych obiektów materialnych — mogą one opisywać zachowanie „pustej” czasoprzestrzeni.

Fale materii oraz fale grawitacyjne związane są zatem z zupełnie odmiennymi teoriami fizycznymi, czyli mechaniką kwantową (fale materii, opisujące zachowanie obiektów materialnych) oraz teorią względności (fale grawitacyjne, opisujące zachowanie czasoprzestrzeni). Jak dotąd teorie te rozpatrywane są niezależnie od siebie, a jednym z największych wyzwań fizyki jest połączenie tych dwóch teorii i sformułowanie tzw. kwantowej teorii grawitacji. Teoria taka dotychczas nie jest znana, a w związku z tym fale materii i fale grawitacyjnie rozpatrywane są niezależnie od siebie, w zupełnie innych kontekstach.