Решён
Можно ли свести материю к энергии-импульсу в современной физике?

Никола Т. • Физика •
1.1k
5

Изучаю общую теорию относительности и натолкнулся на тензор энергии импульса. Насколько понял, он описывает распределение энергии и импульса в пространстве времени.

Вопрос такой: можно ли свести материю к энергии импульсу полностью? То есть материя это просто частный случай распределения энергии импульса, или есть какие то фундаментальные отличия? В уравнениях Эйнштейна материя фигурирует через тензор энергии импульса, получается она редуцируется к нему?

Интересует именно концептуальная сторона в рамках ОТО и квантовой теории поля.

Квантовая теория поляМатерияОТОФизикаЭнергия

5 ответов

Лучшие Новые Старые
Решение
43
Участник • 6 ответов

В рамках ОТО материя полностью описывается тензором энергии импульса T_μν. Это не редукция в философском смысле, а математическое описание всех источников гравитационного поля.

Тензор включает компоненты: плотность энергии, плотность импульса, поток энергии и тензор напряжений. Частицы, поля, излучение - все вносят вклад в разные компоненты T_μν.

В квантовой теории поля ситуация сложнее. Там материя описывается операторами полей, а тензор энергии импульса строится через лагранжиан. Частицы это возбуждения полей, энергия импульс тоже свойство поля.

Формально да, можно сказать что материя сводится к энергии импульсу как к обобщенному понятию. Но это скорее унификация описания, чем онтологическая редукция. Электрон не "состоит" из энергии, он обладает энергией и импульсом.

28
Участник • 1 ответ

Зависит от того, что понимать под словом "свести". Если математически - то уравнения Эйнштейна действительно работают только с тензором энергии импульса справа, геометрия слева. Никакой отдельной "материи" там нет.

Но это не значит что материя иллюзия или что то в этом роде. Просто в контексте гравитации важны только энергия импульс, а не химический состав или внутренняя структура. Черной дыре без разницы из чего ты сделан, важна только твоя масса энергия.

А вот в квантовой механике частицы имеют дискретные состояния, спины, заряды. Это уже не сводится к одному тензору. Полная картина требует квантовой гравитации, которой пока нет.

18
Участник • 8 ответов

Ты путаешь уровни описания. Тензор энергии импульса это феноменологическая величина, характеризующая макроскопическое состояние системы. На микроуровне материя состоит из фермионов (кварки, лептоны), которые подчиняются принципу Паули и имеют полуцелый спин.

Энергия и импульс это интегралы движения, связанные с симметриями пространства времени через теорему Нетер. Редуцировать фермионы к энергии импульсу означало бы потерять информацию о квантовых числах, статистике, калибровочных взаимодействиях.

Короче, нет. Материю нельзя свести к энергии импульсу без потери существенных физических свойств.

Аватар Никола Т.
Никола Т. Автор

Понял, спасибо за уточнение про фермионы. Получается в ОТО это допустимое упрощение, но в полной картине нужно учитывать квантовую природу?

3
Участник • 3 ответа

E=mc² же. Материя и энергия эквивалентны, можно переходить туда сюда. В ускорителях частиц постоянно энергию в материю превращают и обратно.

10
Эксперт • 5 ответов

Читал Уилера, он предлагал концепцию "it from bit" - информация первична. Может материя это просто информация о распределении энергии импульса в пространстве? Тогда тензор энергии импульса как раз и есть эта информация в закодированном виде.

Правда как это связать с квантовой запутанностью и нелокальностью, непонятно. Может в теории струн есть ответ?

Написать ответ

Визуальный редактор (WYSIWYG)
Премодерация гостей

Вы отвечаете как гость. Ваш ответ будет скрыт до проверки модератором. Чтобы ответ появился сразу и вы получали репутацию — войдите в аккаунт.

Или войдите в систему
Будьте вежливы и соблюдайте правила платформы.