Strona głównaPytania → Teoria względności a rodzaje oddziaływań

Teoria względności a rodzaje oddziaływań

Pytanie

Pyta Krzysiek

Powszechnie dostępne są informacje o tym, że istnienie magnetyzmu wynika ze szczególnej teorii względności. Moje pytanie brzmi: czy można uzyskać składowe pól oddziaływań słabych i silnych na analogicznej zasadzie?

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Istnienie magnetyzmu jest konsekwencją szczególnej teorii względności tylko o tyle, o ile istnieje pole elektryczne. Po prostu w teorii względności to, jakie pole obserwujemy — elektryczne czy magnetyczne — zależy od układu odniesienia, i przy zmianie tego układu coś, co nazywaliśmy polem elektrycznym, może wyglądać jak mieszanka pola elektrycznego i magnetycznego (lub odwrotnie). Dlatego lepiej mówić po prostu o polu elektromagnetycznym, który w różnych układach odniesienia może wyglądać inaczej; zachowanie pola elektromagnetycznego (czy też pól elektrycznych i magnetycznych) w pełni opisują równania Maxwella (na poziomie klasycznym), czy też równania elektrodynamiki kwantowej (gdy rozważamy teorię kwantową). Natomiast pole elektromagnetyczne, opisywane równaniami elektrodynamiki (czy to klasycznej, czy kwantowej), nic „nie wie” o oddziaływaniach słabych ani silnych — są to zupełnie innego rodzaju oddziaływania, i ich istnienia nie można w żaden sposób wydedukować z zasad szczególnej teorii względności.

Warto natomiast zaznaczyć, że w teorii cząstek elementarnych oddziaływania elektromagnetyczne są unifikowane ze słabymi w jeden rodzaj oddziaływań zwanych elektrosłabymi. W teorii oddziaływań elektrosłabych zachodzi zjawisko zwane spontanicznym łamaniem symetrii — i to ono jest odpowiedzialne za to, że oddziaływania elektromagnetyczne mają zupełnie inny charakter niż słabe (w szczególności za przenoszenie oddziaływań elektromagnetycznych odpowiedzialne są bezmasowe fotony, natomiast za oddziaływania słabe odpowiadają bozony W i Z, które są masywne w wyniku zachodzenia mechanizmu Higgsa). Ta unifikacja oddziaływań elektromagnetycznych i słabych, czy też samo istnienie oddziaływań słabych, nie jest jednak po prostu konsekwencją szczególnej teorii względności.