Grawitacja Wszechświata

Grawitacja Wszechświata

Treść

1. Dzisiejsze modelowanie świata na cenzurowanym.

2. O polu grawitacyjnym Wszechświata inaczej. Potencjał

     grawitacyjny  Wszechświata.

1. Dzisiejsze modelowanie świata na cenzurowanym.

    Kosmologia powszechnie akceptowana dziś, jest domeną ogólnej teorii względności, będącej teorią zakrzywionej czasoprzestrzeni (w tym istota grawitacji według tej teorii), zakrzywionej na ile się da w przypadku bardzo wielkich gęstości i w skalach rozmiarowych odpowiednio małych (czy rzeczywista kulka może być punktem?). Dalej nawet ta teoria załamuje się, chyba, że ją skwantujemy...Nie, kwantowanie nie może sprowadzać rzeczy do punktu z powodu właściwej mu nieoznaczoności i w związku z tym fluktuacji  tym większych, w porównaniu z rozważaną skalą rozmiarów, im głębiej schodzimy w eksploracji małości. A zakrzywienie...

 

    Zakrzywienie przestrzeni stało sie pojęciem o charakterze ontologicznym pomimo, że chodzi tu w gruncie rzeczy o specyficzną metodę formalną – geometryzacja (zaczęło się od Minkowskiego). Nie sądzę, aby ta ontologizacja była słuszna z punktu widzenia przyrodoznastwa. Jakoś  nie zwraca się uwagi na tę kwestię jakby nie istniała. Czy słusznie? A ja  zwracam na to uwagę w prawie każdym artykule. Czy słusznie (że zwracam)? Nie zwracają na to uwagi nawet ci którzy zawodowo trudnią się filozofowaniem. Ta skłonność do ontologizowania środków służących poznaniu rzeczywistości – utożsamianie ich z realnym bytem fizycznym, nie jest obca także mechanice kwantowej. Oto jedna z przyczyn kryzysu i zastoju dzisiejszej nauki, a w odniesieniu do jej podstaw... lepiej nie rozwijać tematu. Mogłoby się wydawać, że, przynajmniej konceptualnie, wiemy już wszystko (Czy stąd ten zastój?). Uprzedzając fakty mogę tajemniczo stwierdzić, że zbliżamy się do katastrofy – przeżyje ją ten, kto będzie kontynuował lekturę.

   Sądząc po dzisiejszym traktowaniu grawitacji,  nie chodzi o siły przyciągania między ciałami. Nawet trudno grawitację nazwać oddziaływaniem w tradycyjnym sensie. Oddziaływania elektromagnetyczne i silne, to coś innego. Mnie ta wyjątkowość grawitacji zastanawia. Odczuwam w tym jakby dysonans (filozoficzny). Mamy tu odejście konceptualne od grawitacji jako oddziaływania par excellence. W gruncie rzeczy oddala to nas od idei unifikacji, która przyświecała Einsteinowi. [Można próbować wszystkie oddziaływania sprowadzić do uwarunkowań czasoprzestrzennych, próbować zgeometryzować je; można też inaczej: uczynić je różnymi manifestacjami deterministycznej grawitacji dualnej. Co lepsze? Zobaczymy.]

   „A po co nam to? Przecież OTW działa znakomicie.” Tak, rzeczywiście, w odniesieniu do elementów układu takiego, czy innego i  w skali astronomicznej, ale przecież sam Wszechświat jest Wszystkością, a nie elementem jakiegoś układu. [Nietraktowanie masy grawitacyjnej jako masy układu jest jedną z przyczyn swoistego dysonansu.] Nic dziwnego, że wnioski kategoryczne dotyczące własności Wszechświata (wyrażone w równaniu Friedmanna), prowadzą do problemów. Dwa z nich, to „klasyczne” problemy płaskości i horyzontu. Już to oznacza, że teoria Friedmanna-Einsteina posiada cechy sondy roboczej i nie może pretendować do miana modelu Wszechświata; a jeszcze gdy dodamy stałą kosmologiczną, to już zupełnie sprawa staje się zagadkowa (z punktu widzenia psychologii nauki) – jeszcze będzie o tym sporo.  

W dodatku koncepcja zakrzywionej przestrzeni jest problematyczna w odniesieniu do skali struktury materii, w szczególności w przypadku jej dużej koncentracji i na poziomie cząstek elementarnych – przewiduje istnienie osobliwości (czarne dziury i Wszechświat przed samym Wielkim Wybuchem). Dodadajmy, że OTW nie zajmuje się strukturą materii, która ma charakter ziarnisty, a sama przestrzeń, zgodnie z tą teorią, jest ciągła i nie ma żadnych ograniczeń w głąb. Jest to nad wyraz problematyczne, choćby filozoficznie (nie lekceważmy). Z tego powodu nie ma miejsca na kwantyzację (ziarnistość) charakteryzującą świat cząstek elementarnych, charakteryzującą materię w jej strukturze. Ale to już domena mechaniki kwantowej. Nie jest łatwo połączyć te dwa światy, te dwa systemy,... ale można (dla chcącego...). Dla przykładu, oto schemat: energia → masa → grawitacja → zakrzywienie przestrzeni (wychodząc z opisu kwantowego dochodzimy do jakości stanowiącej element pojęciowy OTW). Niektórzy kwantowcy posuwają się nawet dalej. Jak ziarnistość, to ziarnistość – w rozpędzie, chcą kwantować przestrzeń i czas, a także (to oczywiste) mówią o funkcji falowej Wszechświata, co czyni prawdopodobieństwo jego istnienia mniejszym od jedności. A może nie istniejemy? Kotek Schrӧdingera – rozumiem, ale cały Wszechświat?

   A ponad tym wszystkim mamy swoistą dychotomię determinizmu z indeterminizmem. Dodajmy do tego, że w świecie cząstek grawitacja jest tak słaba, że nie jest brana zupełnie pod uwagę. Czy oznacza to, że lokalne zakrzywienie przestrzeni w tej skali dąży do zera – przestrzeń płaska? [Jak się to ma do „nieskończonego” zakrzywienia przestrzeni w osobliwości?] A jeszcze głębiej, w skali struktury cząstek? Krzywizna ma być ujemna (dodatnia → zerowa → ujemna)? W sprzecznoci z tym, że w OTW grawitacja, to tylko przyciąganie? [Tu warto przypomnieć sobie o dualności grawitacji, proponowanej w mych artykułach.] Coś mi się widzi, że OTW należałoby uzupełnić, jeśli nie skasować, by zastąpić modyfikacją teorii newtonowskiej – rzecz do sprawdzenia w kontekście grawitacji dualnej. [Tu mi się dostanie.]

Oczywiście cząstkami i ich oddziaływaniami, zajmuje się, z dużym powodzeniem, mechanika kwantowa. Jednak także tu są problemy. W obliczeniach z zastosowaniem kwantowej teorii pola stosuje się procedurę renormalizacji. Okazuje się, że grawitacja nie poddaje się temu zabiegowi. Już wcześniej wyraziłem sąd, że dualna grawitacja rzecz tę umożliwi. Problemem jest też to, że skwantowanie ogranicza eksplorację w głąb z powodu właściwej mu nieoznaczoności, a w jej ramach fluktuacji tym większych, im schodzimy głębiej w badaniach struktury materii; fluktuacji, głębiej, nawet większych, niż rozciągłość przestrzenna układów, bytów danych opisowi. Taki elektron, na przykład, (tymczasowo?) uznano za byt punktowy, bo cóż z nim robić, jeśli, choćby nieoznaczoność położenia, pożera go w całości. O strukturze w ogóle nie ma mowy.  W dodatku rzecz przypieczętowuje paradygmat „obserwabli”, na którym zbudowana została mechanika kwantowa. Powrócić do determinizmu? Jeśli już tak, to chyba, że gdzieś tam najgłębiej, u podstaw, w świecie dualnej grawitacji, gdzie mechanika kwantowa ginie nieoznaczonością ogromnych fluktuacji. [Á propos, ta nieoznaczoność, wraz z jej fluktuacjami, nie stanowi obiektywnej cechy przyrody, lecz granicę wglądu, a więc także granicę zakresu teorii – moim skromnym zdaniem.] Gdzieś tam głęboko, u podstaw bytu, króluje wyłącznie grawitacja (dualna), nie ma miejsca na mechanikę kwantową, a bardziej pasuje opis deterministyczny.

   Jednakże tam, gdzie mechanika kwantowa funkcjonuje, odwrót (rezygnacja z niej) byłby rezygnacją z osiągnięć niewątpliwych i potwierdzonych doświadczalnie. Tam mechanika kwantowa pozostanie wspaniałym narzędziem badawczym.

   Nic dziwnego, że jak dotąd nie ma jednoznacznych (tym bardziej zgodnych z doświadczeniem), wiążących wyników badań dotyczących skali skrajnych małości, a teorie dzisiejsze, choć zadziwiają pomysłowością, w punktowej nieskończoności, mijają się ze sobą (i z prawdą).

Tak nawiasem mówiąc, jeśli OTW załamuje się w określonej skali rozmiarowej, to, czy wnioski bazujące na niej, a dotyczące tej własnie skali są słuszne? Na myśli mam osobliwość czarnych dziur. Pomińmy jednak ten drażliwy temat, przynajmniej na razie.

   Mimo to istnieje współpraca między tymi dwoma systemami, bo przecież intuicja podpowiada, że Przyroda jest jedna, a rezygnacja z tak przecież sprawdzonych, rozwijanych przez całe stulecie teorii, byłaby krokiem nieroztropnym. Myśli się więc o kwantyzacji grawitacji. Przykład takiej współpracy stanowią teorie superstrun. Były one nadzieją ostatniego trzydziestolecia. Była to ambitna próba połączenia ze sobą dwóch obcych sobie (u ich podstaw) koncepcji, w celu uzyskania unifikacji, na drodze do jednolitej teorii pola. Marzenie Einsteina. Oczywiście, to istotne, wszystko na bazie dotychczasowej spuścizny, na bazie dotychczasowego widzenia świata, na bazie obowiązującej megakoncepcji. W moim odczuciu nie jest to możliwe, zważywszy na zasadniczą dychotomię ciągłości i determinizmu jednej wobec nieciągłości i indeterminizmu – drugiej. [Inna sprawa, że możliwą opcją jest też zdeterminowana nieciągłość.] Mnie nie dziwi to, że także teorie superstrun (i M- teorie) nie przyniosły wiele, choć wzbogaciły historię twórczych poszukiwań, historię nauki. W nieskończonych złożonościach, matematycznych tworów teorii superstrun, mogłyby (na papierze) powstać nieskończone warianty wirtualnej rzeczywistości. Wysupłanie spośród nich rzeczywistości realnie istniejącej, tej jedynej istniejącej, stało się niemożliwe, tym bardziej, że nie wiemy do końca jaka ona jest. Po prostu koniec drogi. Chwalebną rolą matematyki jest to, że gdy zaczyna nas zwodzić nieskończonością wariantów, to znak, że nie tędy droga. To najlepszy wskaźnik, między innymi słuszności założeń wstępnych. Fizyki realnego świata należy poszukiwać gdzieś indziej. Moim (więcej, niż) skromnym zdaniem, kluczem do jednolitej teorii pola jest grawitacja dualna, przy tym matematyka, której wymaga jej opis powinna być dużo prostsza. Dla niektórych (rzemieślników) to wada.  

Pragnienie połączenia (na podobieństwo iloczynu zbiorów) OTW z mechaniką kwantową, na zasadzie kompromisu, z góry skazana była na niepowodzenie. Nie dlatego, że kompromis, nie tylko wtedy, gdy chcemy opisać Przyrodę, jest rzeczą żałosną. Jedynym wyjściem jest zbudowanie teorii deterministycznej par excellence obejmującej całość, teorii niezależnej od cech ludzkiej percepcji. Moje skromne usiłowania stanowią właśnie próbę czegoś takiego. Nie oznacza to, że neguję OTW i mechanikę kwantową. Wcale nie neguję. Jestem pełen pokory dla dzieła stworzonego przez tysiące najzdolniejszych wśród ludzi, przez sto lat. Gdzie mi do nich. To wszystko (z osobna) działa znakomicie. Sądzę, że jedną z przyczyn problemu jest to, że procedury formalne (teorie i modele matematyczne) utożsamia się z ontologicznymi, obiektywnymi (niezależnymi od postrzegawczości człowieka-badacza) cechami przyrody. I tu pogrzebano pieska. Już nie mówiąc o zakresach adekwatności teorii. Przecież modele budowane na nich są tylko przybliżone, a ontologizacja matematycznych tworów, to już rzecz naprawdę do bani.

    Czy „załamanie się” OTW jest skutkiem jej geometryczności? [Newtonowska teoria grawitacji operuje siłą centralną, przy czym w punkcie centralnym natężenie pola praktycznie równe jest zeru, gdyż nie istnieją ciała o punktowych rozmiarach.] Chodzi raczej o coś innego. Po pierwsze, zakłada się a priori, że grawitacja to tylko i wyłącznie przyciąganie; po drugie, przyjmuje się w tej teorii (milcząco, jakby w tajemnicy i wstydliwie – pod dywan) ciągłość (nie ziarnistość) przestrzeni, a wraz z nią materii. Stąd możliwość (Czyżby?) istnienia punktowej osobliwości, powstałej z zapaści grawitacyjnej obiektu wystarczająco masywnego. „Wystarczająco”? Istnienie tego ograniczenia (wyłącznie przyciąganie), a także ciągłości wraz z osobliwością, stwarza wątpliwości, nie tylko natury intuicyjnej. [Właśnie z powodu tej ciągłości i jednokierunkowości oddziaływania, grawitacja w jej opisie formalnym nie poddaje się zabiegowi renormalizacji (przy obliczeniach w ramach kwantowej teorii pola).] Dotyczy to także początków Wszechświata. Punktowa osobliwość oznacza bowiem nieskończone zakrzywienie przestrzeni (Czy to fizycznie realne?); poza tym nie tylko grawitacja tutaj decyduje. Zatem osobliwość czarnej dziury eufemistycznie sprowadza się do rozmiarów Plancka  – tu wtrynia się machanika kwantowa (A fluktuacje?). W dodatku tam gdzieś wyżej, na linii horyzontu (grawitacyjnego), zachodzi nieprzerwanie kreacja i anihilacja cząstek wirtualnych, co jest powodem istnienia promieniowania Hawkinga. Zatem czarna dziura (singularna) jest w gruncie rzeczy wynikiem owocnej współpracy ogólnej teorii względności z mechaniką kwantową (nie jest li tylko rezultatem dociekań w ramach OTW). Współpracy w koncepcji, a nie w istocie obiektywnych fizykalnych cech układów. Współpracy pomimo, że teorie te ontologicznie są sobie obce (jeśli nie wykluczają się nawzajem). Współpracy głęboko w podwymiarach, tam, gdzie obie teorie załamują się...

W pracy tej, jak już wspominałem niejednokrotnie, podjęta została próba koherentnego opisu Wszechświata na bazie newtonowskiego prawa grawitacji, wraz z uwzględnieniem efektów przewidywanych przez szczególną teorię względności. Możliwe to jest dzięki stwierdzonej obserwacyjnie płaskości geometrii Wszechświata, która, sądząc po określonych argumentach, jest cechą właściwą mu w sposób obiektywny. „Dziwny kolaż absolutnego czasu z jego względnością” – ktoś by powiedział. Ale to nie prawda. Chodzi o coś zupełnie innego. Otóż mam na myśli (być może tymczasowy) powrót do oddziaływań (sił), zastępujących zakrzywioną czasoprzestrzeń. To „siłowe” podejście, jak już przekonaliście się dzięki lekturze pierwszych artykułów w odniesieniu do skal (prawie) nieskończonej małości, otwiera nowe możliwości. Na przykład pozwala na wprowadzenie bytu absolutnie elementarnego, a dzięki temu daje szansę opisu struktury cząstek – rzecz ta dotąd była poza zasięgiem możliwości nauki. Daje to szansę na opis tej podpercepcyjnej rzeczywistości, bardziej spójny ze znanymi nam faktami przyrodniczymi, w dodatku opis na bazie praw znanych i stosowanych z pełnym powodzeniem od dawna. Przyroda jest jedna, a jej cechy obiektywne nie zależą od skali rozmiarowej. Uważam, że wbrew powszechnemu mniemaniu, paradygmat zasadniczej odmienności cech mikroświata wobec cech świata naszej bezpośredniej percepcji, nie jest słuszny, pomimo odmienności środków opisu. Czymś innym jest obiektywna rzeczywistość, a czymś innym jej opis siłą rzeczy bazujący na empirii, na cechach postrzegawczości badacza i możliwościach technicznych pomiaru. Mieszanie ontologii z epistemologią dziś jest normalką. Czy tak powinno być?

     Wcześniej zwróciłem już uwagę na to, że wprowadzenie bytu absolutnie elementarnego (artykuł wprowadzający pojęcie dualnej grawitacji) stworzyło logiczną bazę dla wyjaśnienia równości masy bezwładnej i grawitacyjnej, równości stanowiącej, jak dotąd postulat, mający uzasadnienie empiryczne. Ale to nie wszystko. Ma to głębszy sens, z tym, że pod warunkiem przyjęcia tezy o absolutnej jedności świata – we wszystkich skalach, w myśl zdania zapisanego powyżej tłustym drukiem. Istnienie bytu absolutnie elementarnego wskazujące też na ziarnistość bytu materialnego już w skali faktycznie (a nie percepcyjnie) najmniejszej, w skali Plancka, świadczy o istnieniu skwantowania (porcja) w tej najmniejszej skali. Twierdzę, że ta absolutna i skonkretyzowana najmniejszość istnieje, a uzasadniają to cechy tego bytu elementarnego absolutnie. Jakie? Opisałem to w artykułach poświęconych elsymonom. 

   Właśnie istnienie bytu absolutnie elementarnego jest źródłem kwantyzacji w sensie atomistyczności. Tym atomem jest plankon. Właśnie to stanowi bazę dla stworzenia pomostu między światem naszych zmysłów, a światem niedostępnej małości, którego bezposrednio dostrzec nie można.   

     Nieoznaczoność, na której zbudowana została mechanika kwantowa, wraz z bogactwem jej zastosowań i bogactwem nurtów badawczych, jest rezultatem tego, że aby poznać, trzeba badać, mierzyć, eksperymentować. Tu jednak zachodzi konieczność uwzględnienia tego, że na wynik badania ma wpływ fakt dokonywania pomiaru (czy chcemy, czy nie). Ten zakłócający wpływ jest tym większy, im głębiej drążymy, im mniejsze byty chcemy poznać. [Także błąd systematyczny pomiaru – niezmienny, jest coraz bardziej znaczący w porównaniu z rozmiarami coraz mniejszych obiektów.] Właśnie to jest przyczyną narastającej w głąb nieoznaczoności, która w zakresie struktury cząstek jest zbyt duża, by tę strukturę poznać. I tu kończy się zakres działania mechaniki kwantowej, która, trzeba przyznać, jest wspaniałym narzędziem badawczym. Dodajmy do tego, że medium umożliwiajace nam obserwację świata, to przede wszystkim promieniowanie (i oddziaływanie) elektromagnetyczne.  Głębiej jednak niepodzielnie panuje grawitacja. Jej naszymi oczami nie zobaczymy. Znów mamy determinizm – z natury rzeczy, a nie z metody. Czy koncepcja ta jest nie do przyjęcia? Wszechświat, to nie tylko ogrom miliardów lat świetlnych. To także świat małości, w skali nie mniej, nawet bardziej rozległej, poczynając od skali naszych zmysłów. W sumie od 10^26m do 10^-35m. 

Wróćmy ku skalom bliższym naszej percepcji. W kontekście dotychczasowych rozważań opis grawitacji Wszechświata, jakby trochę inny, stanowi naturalną potrzebę. Kto wie, możliwe, że grawitacja jest nawet kluczem do wszystkiego, jak wspomniałem, niezależnie od skali. 

W warunkach „domowych” pomiar natężenia pola grawitacyjnego nie jest trudny. Wystarczy wahadło. Do bardziej precyzyjnych pomiarów ziemskiego pola grawitacyjnego geolodzy używają grawimetrów. Jednak o pomiarze subtelnych zmian pola spowodowanych ruchami planet, nie ma mowy (Księżyc zostawmy na boku, bo nie dotyczy sprawy). W gruncie rzeczy nie ma na to motywacji. Bardziej interesująca dla astrofizyków byłaby możliwość istnienia zmian pola o charakterze cyklicznym – te łatwiej wykryć, a w dodatku ich wykrycie stanowiloby kolejne potwierdzenie ogólnej teorii względności – o istnieniu fal grawitacyjnych. To duża motywacja. Ogólnie, źródłem fali grawitacyjnej jest ciało poruszające się ruchem przyśpieszonym. Problem w tym, że możliwe dla zaobserwowania są tylko fale emitowane przez układy bardzo masywne, przy czym przyśpieszenie powinno być tam bardzo wielkie. Nie wystarczy jednak wykrycie. Dla potwierdzenia teorii trzeba zmierzyć. Udało się to dopiero niedawno (rzecz opublikowano w lutum 2016), dzięki laserowemu interferometrowi LIGO i sprzyjającej okoliczności – sądząc z interpretacji obserwacji. Chodzi o ciasny odległy układ dwóch czarnych dziur, które zlały się w jedną (tak interpretuje się wynik obserwacji). To wielkie wydarzenie, gdyż, jak dotąd wykrycie i pomiar fal grawitacyjnych było tylko marzeniem. W badaniu tym oczywiście nie było możliwe (nikt nie myślał nawet o tym) wykrycie grawitonów, mających być bozonami* oddziaływania grawitacyjnego. Można więc przypuszczać, że teraz poszukiwania nasilą się, gdyż grawitony stanowiłyby pomost między teorią grawitacji (OTW) a mechaniką kwantową. Ja osobiście jestem sceptykiem. Dawałem temu wyraz niejednokrotnie, w szczególności, gdy opisywalem plankony i ich wzajemne oddziaływania. Tam istnienie grawitonów sprowadziłem do absurdu.

Niektóre „automatyczne” sądy widzą w grawitonach i falach grawitacyjnych analogię do dualizmu korpuskularno-falowego. „Dlatego grawitony powinny istnieć”. Czy słusznie? Przecież tu nie chodzi o oddziaływanie cząstek mikroświata. Zresztą zakłada się, że tam praktycznie grawitacja nie istnieje. Więc po co? Ale zostawmy w spokoju grawitony. Pozostańmy przy falach grawitacyjnych, co do których na razie nie wszystko zaklepane. Mógłby ktoś stwierdzić: „Fale grawitacyjne spowodowane są przez określone zdarzenia, jak na przykład kolaps grawitacyjny gwiazdy, zdarzenia związane z szybkimi zmianami natężenia pola grawitacyjnego w jakimś ograniczonym obszarze.” Ale dlaczego fale? Czy to naiwne pytanie? Jeśli fale, to muszą być drgania – czego? Jeśli grawitacja jest wyłącznie przyciąganiem, to co tu drga? Kłania się grawitacja dualna. Ale ta dziś nie istnieje. Za to równania OTW dają tę możliwość. Wystarczy ruch przyּśpieszony.   

Zaraz, zaraz, czy rzeczywiście w otoczeniu kolapsującej gwiazdy zmienia się natężenie pola grawitacyjnego? [Natężenie pola grawitacyjnego w danym punkcie zależy bezpośrednio od masy źródła.] Jeśli tak, to pod warunkiem zmiany masy grawitacyjnej układu, co nie jest możliwe, jeśli  z natury nie istnieje odpychanie grawitacyjne i nie istnieje defekt masy grawitacyjnej Jeśli masa kolapsującej gwiazdy nie zmienia się, to gdzieś tam ponad nią nie zmienia się też natężenie pola grawitacyjnego. Dziura niedziura – na jedno wychodzi.

Okazuje się że dysponujemy dziś narzędziem, dzięki któremu możliwe byłoby sprawdzenie, czy kolapsująca gwiazda jest źródłem fal grawitacyjnych. No właśnie, a co z układem, który przysłał nam fale grawitacyjne (odkryte z pomocą interferometru Ligo)? Sądząc po relacji, po połączeniu się dwóch czarnych dziur, masa nowopowstałej dziury była mniejsza, niż łączna masa obydwu (o prawie trzy masy Słońca). To mogłoby oznaczać nie tylko to, że nadmiar energii wyemitowany zotał falami grawitacyjnymi. Także to, że istnieje defekt masy grawitacyjnej, że masa grawitacyjna, to masa układu. Mamy tu więc jakby potwierdzenie niesprzeczności mych tez, wypowiedzianych  w artykule poświęconym dualności grawitacji. Połączenie dwóch obiektów oznacza implozję nowopowstałego obiektu i bardzo intensywne drgania objętościowe w jego jądrze. Masa grawitacyjna takiego jądra, cyklicznie maleje i wzrasta. W tym samym rytmie zmienia się natężenie pola grawitacyjnego. No i mamy fale grawitacyjne. To wyjaśnienie jest chyba nie mniej przekonywujące, niż wnioski wynikające z równań ogólnej teorii względności. Przekonywujące... dla kogo? Chyba zbyt proste.   

Mimo wszystko wróćmy do grawitonów. To bozony mające przekazywać siły grawitacyjne. Siły te istnieją nawet w najbardziej stabilnych układach, no i w każdej skali. Nie tylko w skali cząstek subatomowych. „Grawitony są, ale bez fal grawitacyjnych – jeśli układ jest stabilny”. Tam, w skali cząstek, właściwie grawitacja znika, zatem, czy tam grawitony nie istnieją lub jest ich bardzo mało? A jeśli mamy ciało odosobnione? To mamy chmurkę wirtualnych grawitonów. Po co nam ona do szczęścia? Muszę się przyznać, że istnienie grawitonów poddawałem w wątpliwość już niejednokrotnie i będę to robił dalej, już nawet zdążyłem sprowadzić ich istnienie do absurdu. To taki dzisiejszy flogiston. Jednak ostatnie słowo nie do mnie należy (śmiem przypuszczać, że także nie do dzisiejszych autorytetów).

Fale grawitacyjne, jak powyżej wspomniałem, właściwie zdradzać mogą tylko zachodzenie zdarzeń w układach lokalnych nie stanowiących istotnego składnika grawitacji globalnej o zasięgu kosmologicznym. Przykładem takiego zdarzenia może być zmiana położeń planet, co wpływa na zmiany środowiska grawitacyjnego w otoczeniu naszej planety. Tego jednak zmierzyć się nie da, przynajmniej na razie.

Określone w sposób powyższy fale grawitacyjne nie mają żadnego związku z grawitonami. wymyślonymi dla zadośćuczynienia inercji kwantowego myślenia.  Wprowadzono je (zresztą jako niekonieczny dodatek) do spisu podstawowych cząstek modelu standardowego. Zrobiono to właściwie ad hoc. Przecież nie zostały odkryte. I nie zostaną (mym skromnym zdaniem).  Być może jakąś rolę fale grawitacyjne (a właściwie lokalne zmiany natężenia pola grawitacyjnego) odegrać mogą w bardzo bujnie dziś rozwijającej się astrologii. Mówię poważnie. Chodzi o to, że zmiany (okresowe) ziemskiego środowiska grawitacyjnego (spowodowane np. przez ruchy planet), pomimo, że na powierzchni Ziemi są bardzo słabe energetycznie i niemierzalne, mogą mieć jakiś wpływ na procesy zachodzące w ziemskiej tektonice, przez zakłócenie równowagi, prowadzące do trzęsień ziemi. Mogą też mieć wpływ na organizmy żywe. Jeśli zwierzęta czują zbliżające się trzęsienie ziemi, mimoza więdnie na myśl (ludzką) o jej spaleniu, a my, ludzie, czujemy się tak, czy owak w określonym dniu (nie tylko z powodu biometeorologii), dlaczego zmiany pola grawitacyjnego wskutek ruchów planet nie miałyby wpływać na organizmy żywe, nawet na bazę fizjologiczną, metaboliczną w organiźmie ludzkiego płodu lub nowo narodzonego dziecka (i oczywiście matki), mającą wpływ na dalsze losy zdrowotne człowieka? Czy tylko dlatego, gdyż my, naukowcy, nie potrafimy tego zmierzyć i zaszufladkować zgodnie z tym, co wydaje się nam, że wiemy? 

[Tak swoją drogą można by wyselekcjonować pewne organizmy, szczególnie wrażliwe (np. wychodować odpowiednie szczepy bakterii), by służyły do detekcji mikrozmian pola grawitacyjnego, na przykład dla uprzedzenia o zbliżających się trzęsieniach ziemi. Zachodziłyby w nich zmiany metabolizmu powodujące mikrozmiany elektrochemiczne, od razu wykrywalne naszymi przyrządami. Á propos, tym chciałem się zająć pracując przed wielu laty w zakładzie biofizyki Akademii Medycznej. To był krótki epizod. Były też inne, podobne epizody. Taka sobie fantazja? Znamy większe fantazje, które się ziściły.]

2. O polu grawitacyjnym Wszechświata inaczej. Potencjał grawitacyjny Wszechświata.

Zacznijmy od natężenia pola. Zauważmy, że wszędzie, niezależnie od położenia obserwatora, jest ono równe zeru, gdyż siła wypadkowa działająca na każdy obiekt równa jest zeru. Chodzi oczywiście o siłę uśrednioną w skali kosmologicznej, zgodnie zresztą z zasadą kosmologiczną (jak już wpominałem niejednokrotnie). Tak na marginesie dodajmy, że zerowanie się natężenia pola pasuje do powracającej wciąż i uparcie eksponowanej (w różnych miejscach) tezy, że prędkość względna kosmologiczna właściwa** (dwóch określonych obiektów) jest stała w czasie. Właściwość zerowania się natężenia pola grawitacyjnego „we wnętrzu” Wszechświata przypomina zerowanie się pola elektrycznego wewnątrz naładowanego przewodnika będącego w równowadze elektrostatycznej. Także Wszechświat jest „naładowany” – posiada masę. Analogia wyraźna. Różnica polega na tym, że nie ma sensu wyznaczanie natężenia pola grawitacyjnego poza Wszechświatem, na zewnątrz, bo to „zewnątrz” po prostu nie istnieje. Mimo wszystko ta analogia z całą pewnością nie jest przypadkowa. Nawet sugerować może jakiś związek (wtórny) grawitacji z elektromagnetyzmem. Być może elektromagnetyzm jest wtórnym efektem złożoności jakichś mikroukładów grawitacyjnych. Czy posuwam się zbyt daleko? Już zdążyłem wcześniej. A spostrzeżenie Teodora Kaluzy sprzed prawie 90 lat?*** „To coś innego”...      

     Wracając do sedna, zauważmy, że w związku z zerową wartością natężenia pola, nie ma mowy o odpychaniu, a także o przyciąganiu (oczywiście w skali kosmologicznej). Implikacją tego byłoby też niewzrastanie i niemalenie prędkości względnej. Ewentualne poszukiwanie pozagrawitacyjnych przyczyn rzekomego odpychania byłoby (przynajmniej na tym etapie) mnożeniem bytów ponad potrzebę. To tak, jakby galaktyki oddalały się wzajemnie ruchem bezwładnym. Jeśli jest to ruch bezwładny, to odbywa się po prostej, zgodnie z fizyką newtonowską (oczywiście z pominięciem ruchów lokalnych). To od razu determinuje (stwierdzoną obserwacyjnie) płaskość przestrzeni (prosta jest faktycznie prostą, a nie krzywą, geodezyjną). Rozważanie grawitacji Wszechświata w kategoriach geometrii nieeuklidesowej nie ma w tym kontekście żadnego uzasadnienia. Nie popełnimy więc wielkiego ryzyka twierdzeniem, że zerowanie się natężenia pola grawitacyjnego wprost implikuje płaskość geometrii Wszechświata. [A jeśli potencjał nie jest zerowy? Będzie i o tym.]

   Na bazie równania Friedmanna stwierdzono, że Wszechświat ewoluuje zgodnie z modelem krytycznym, oznaczającym płaskość przestrzeni. A jednak pomimo akceptacji płaskości nie odpowiada to oczekiwaniom tej pracy. Chodzi o to, że, jak już niejednokrotnie nadmieniałem, krytyczność oznacza wieczne („asymptotycznie”) rozszerzanie, natomiast Wszechświat modelowany tutaj, ma charakter cykliczny. Poza tym krytyczność jest jedną z trzech możliwych opcji. To też przeszkadza (powiedzmy, że filozoficznej intuicji). Wraz z tym budowanie wszystkiego na pomiarze, mającym sprawdzić tę płaskość, stwarza z natury rzeczy niepewność („z uwzględnieniem błędu pomiaru”), stwarza problem poznawczy. Chodzi tu bowiem o „punktową” granicę między dwiema wykluczajacymi się opcjami, o balansowanie na nieskończenie cienkiej linie, w dodatku trwającym już może nawet piętnaście miliardów lat. Wcześniej stwierdziłem zresztą, nie tylko, by uciąć spór, że płaskość jest jedyną możliwą opcją, że płaskość jest wprost immanentna. Podejście zastosowane w tej pracy w odniesieniu do Wszechświata, jest zupełnie inne niż tradycyjne. 

    Zauważmy, że każdy obserwator, gdziekolwiek by się znajdował, widzi siebie w centrum Wszechświata, otoczony ze wszystkich stron miriadami galaktyk. Jakby się znajdował w środku Kuli Ziemskiej, gdzie natężenie pola grawitacyjnego równe jest zeru. Wszechświat jest miejscem geometrycznym takich punktów. Mimo wszystko nie jest kulą pyłu, na którą patrzymy zzewnątrz i badamy (z zewnątrz) zakrzywienie przestrzeni, jaką sobą tworzy, będąc obiektem wytwarzającym pole grawitacyjne. Wszechświat jest wszystkim, więc „zewnętrzność” w stosunku do niego po prostu nie istnieje. Zasada kosmologiczna jest nieubłagana. Nie dziw, że równanie Friedmanna nie przewiduje jednoznacznej płaskości (daje trzy opcje), a nasze widzenie świata zależy od wyniku obserwacji, z natury rzeczy niepewnego. Płaskość jest więc jedynie najbardziej prawdopodobną (sądząc po obserwacji) hipotezą. Choć to nawet światoburcze, śmiem zauważyć, że równanie to nie jest adekwatne z cechami rzeczywistego Wszechświata. Jest jedynie modelem na miarę danych, jakimi dysponowano już wiele lat temu. Dziś kosmolodzy jednak z uporem trzymają się tego równania. Psychologia? Jak się nie ma co się lubi, to się lubi co się ma... Jednak w sukurs im przyszła hipoteza inflacji, która dopasowała swój przebieg do aktualnych, koniunkturalnych potrzeb, czyniąc Wszechświat płaskim, zgodnie z obserwacją, ale nie zgodnie ze stanem „faktycznym”... W dodatku pojawiła się ciemna energia, której matematyczną reprezentację, zgodnie z postanowieniem ad hoc, stanowi reaktywowana po 80 latach stała kosmologiczna, przyśpieszająca (rzekomo) ekspansję****. Tak, ale przyśpieszenie podważa płaskość Wszechświata... Cśśśśśśś, bo się wyda!      

A co z potencjałem? O potencjale elektrostatycznym wiemy, że jest stały (jednakowy we wszystkich punktach naładowanego przewodnika). Symbolicznie zapisujemy to następująco: Δφ = 0   ó j = const. Wynika to z zerowania się natężenia pola w znanym związku pomiędzy natężeniem pola, a przestrzenną zmianą (gradientem) potencjału. Dokładnie tę samą właściwość posiada centralne pole grawitacyjne Powyższe zdanie matematyczne sformułowane jest identycznie dla obydwu pól. Określamy je jako pola zachowawcze. Sama zależność wynika ze wzoru:

                                                                                          g = – gradj

Tutaj: φ – potencjał; g – natężenie pola grawitacyjnego (tłustym drukiem, gdyż chodzi o wielkość wektorową); „gradφ” – gradient potencjału, czyli zmiana potencjału w związku ze zmianą położenia punktu, w którym jest określany. Zerowanie się natężenia pola prowadzi do stałości potencjału. Można to zapisać następująco:

Potencjał grawitacyjny Wszechświata jest wszędzie taki sam. A ile wynosi? By to obliczyć skorzystajmy ze wzorów:

Pierwszy z nich wynika z definicji potencjału, a drugi ze wzoru na promień grawitacyjny. Tutaj r jest odległością od centrum źródła pola. W przypadku Wszechświata nie możemy tej odległości określić, gdyż centrum geometryczne, zgodnie z zasadą kosmologiczną, nie istnieje. Jednak my (obserwator) znajdujemy się w miejscu najbardziej zewnętrznym, najpóźniejszym. Jesteśmy teraźniejszością, a wszystko poza nami jest przeszłością, tym odleglejszą, im bliżej znajduje się horyzontu, bliżej momentu Wybuchu. Jesteśmy odlegli od tego momentu o R, jak gdybyśmy się znajdowali na powierzchni kuli, w której środku dokonał się Wielki Początek. Podkreślam, wyznaczamy potencjał u nas, w centrum Wszechświata. [Choć nieco dziwnie to brzmi, te dwa ostatnie zdania, nie pomyliłem się. Sugeruje to, wskazuje, określony kierunek, w jakim należy pójść przy badaniu topologii Wszechświata.] Zgodnie z zasadą kosmologiczną jednak potencjał powinien być jednakowy  wszędzie. Już to skłania do przyjęcia tezy, że: r = R. Dodatkowo, jeśli geometria Wszechświata jest mimo wszystko płaska (euklidesowa), wówczas nic nie stoi na przeszkodzie by uznać tę równość za w pełni uzasadnioną (Czy wyraża też prawdę obiektywną?).

   Oto wskazówka dla matematyków, mających przedstawić topologię Wszechświata: środek kuli w percepcji pojedyńczego obserwatora – centrum Wszechświata, w nieograniczonym zbiorze obserwatorów tworzy powierzchnię jakiejś nibysfery o promieniu grawitacyjno-hubblowskim. Wśród starożytnych znana była sentencja: „Bóg jest nieskończoną sferą, której środek jest wszędzie, a obwód nigdzie.” (wspomnę jeszcze o tym). Interesujace, że Bóg jest tu utożsamiany z Wszechświatem. W każdym razie tak można to widzieć. Starożytni sporo wiedzieli. To chyba twór o szczególnych cechach topologicznych, dla którego budowy potrzebny jest też wymiar czasowy, jeśli uzasadniona jest teza o cyklicznej zmienności inwariantu c. Wtedy też płaskość pomimo tej szczególnej geometrii nie będzie można wykluczyć (jako stan, a topologia, to sprawa zmienności). Sam czas – powinien istnieć czas globalny Wszechświata. Jaki to czas? Już wiemy, to czas mierzony przez nas. Dlaczego? Będzie o tym mowa dalej, choć sporo już zdążyłem wypaplać. 

Otrzymujemy więc co następuje: 

Do identycznego wzoru dojść można zupełnie inną drogą i w innych okolicznościach, mianowicie rozważając (quasi-newtonowsko) grawitację na linii (powierzchni) horyzontu grawitacyjnego określonych obiektów (nie tylko Wszechświata) – w szczególności, patrz artykuły poświęcone czarnym dziurom. Co istotniejsze tutaj, odkrywamy rzecz co najmniej zastanawiającą. Zauważmy, że we wzorze (*) występuje stała uniwersalna c, której wartość określa wielkość globalnego potencjału grawitacyjnego. Jest to jednak stała elektrodynamiczna charakteryzująca przecież promieniowanie elektromagnetyczne. I ona właśnie stanowi parametr pola grawitacyjnego. Czyżbyśmy wpadli na trop unifikacji dwóch najbardziej podstawowych oddziaływań? A może po prostu elektromagnetyzm jest percepowalnością określonych układów grawitacyjnych w odpowiednio małej (podwymiarowej) skali? Już coś podobnego zostało wypowiedziane. Inna sprawa, że c jest tutaj prędkością ekspansji, a w tym kontekście rozważanie związku tej prędkości z elektromagnetyzmem, jest nawet zbędne. To by też potwierdzało wtórność elektromagnetyzmu. Już zajmowalismy sie tym¹.

    Snujmy więc dalej nasze fantazje, nawet jeśli gotować się będą na małym ogniu (Czy to chroni przed erupcją?). W epoce jeszcze wcześniejszej, poprzedzającej to, co „odkryliśmy” w błogości ducha, w archaicznej epoce pierwszej chwili (Odpychanie, Urela), oddziaływania elektromagnetyczne jeszcze nie istniały, a prędkość ekspansji, jako cały czas niezmiennicza (jako prędkość ekspansji), mogła mieć dowolnie dużą wartość. Prędkość ekspansji mogła więc być większa niż światło i nie ma tu żadnego problemu. „Prędkość światła” jest rzeczą wtórną w stosunku do prędkości ekspansji. Z pojawieniem się cząstek oddziaływujących elektromagnetycznie wraz z wyizolowaniem się samego oddziaływania (EM), grawitacja stała się (w związku z maleniem koncentracji materii) ogólnie siłą przyciągania (wcześniej było odpychanie). Być może elektromagnetyzm stanowi nierozłączne dopełnienie grawitacji lub też (w ujęciu matematycznym) grawitację w innym wymiarze? Już Kaluza zwrócił na to uwagę. Być może w tym kontekście grawitacja (ta globalna) stanowi eter, poszukiwany w dziewiętnastym wieku, który powołała do życia intuicja, a który zniszczony został przez racjonalizm poszukiwań i jawnych działań naukowych. Wszystko ma swój czas. Pisałem już o tym wcześniej. To, co dawniej kołatało w podświadomości dyktując racjonalizację reminiscencjom „marzeń sennych”, mającą „pozbierać do kupy” strzępy genetycznej intuicji, z postrzępionym powodzeniem, dziś, jutro, znajdzie swe ujście nowymi ideami, nowymi kierunkami badań. Zwróćmy uwagę na neutrino, które jak wiadomo nie odziaływuje elektromagnetycznie. Być może właśnie także jego obecność stanowi o istnieniu odpychania i przeciwnie do tego, co się sądzi aktualnie, nie wnosi do masy globalnej  nic pozytywnego (Już wspominałem o tym. Cierpliwości, będzie więcej na ten temat). Swoją drogą, jak już wiemy, nie musimy wcale poszukiwać dodatkowej masy by dowiedzieć się według jakiego modelu rozwija się Wszechświat. Nie musimy też poszukiwać masy dodatkowej, która by miała zapewniać zamknięcie się Wszechświata w odpowiednim czasie. 

¹) Spójrzmy znów na wzór (*). Czy sprawą udowodnioną jest absolutna stałość w czasie inwariantu c? Sugerowaliśmy zresztą już wcześniej, nawet tuż powyżej, możliwą jego zmienność. Już wczesniej zwróciłem też uwagę na to, że zmienność tej wielkości jest jak najbardziej możliwa. Nawet zdają się potwierdzać to wyniki obserwacji (stała struktury subtelnej). Co by to miało oznaczać? Załóżmy, że wielkość c monotonicznie zmierza do zera (matematycznie możliwa jest też wartość ujemna, ale to nie ma znaczenia dla wartości potencjału w związku z tym, że we wzorze (*) wielkość c występuje w drugiej potędze). Wynika stąd natychmiast (niezależnie od bogatej już argumentacji wcześniejszej) możliwość istnienia cykliczności w rozwoju Wszechświata (w skojarzeniu tak, jak parzysta funkcja cos). Już dawno przyjęliśmy jako wprost obowiązujący, model Wszechświata oscylującego. W tym kontekście zakończenie ekspansji zbieżne byłoby ze znikaniem potencjału grawitacyjnego. Jeśli w dalszym ciągu inwariant c będzie malał (stanie się ujemny), dla wartości samego potencjału nie będzie to miało znaczenia (patrz uwaga powyżej), za to od razu nasuwa się wniosek o cykliczności, przy czym wartość liczbową maksymalną posiadać powinien inwariant na samym początku (można przyjąć, że) hubblowskiej ekspansji. Czy ujemna wartość inwariantu w czasie kontrakcji oznacza, że w tym półokresie materię stanowi antymateria? Uzasadnia to pytanie fakt, że materia (i antymateria) w całości, oddziaływuje elektromagnetycznie, a c jest przecież stałą elektrodynamiczną. Neutrina i antyneutrina nie należą do sprawy (i nie anihilują ze sobą, w każdym razie nie dają fotonów). To wszystko jest jednak hipotezą, której potwierdzenia dziś nikt nie może oczekiwać. Spekulacja? A niech tam. Jeszcze wrócimy do tych rozważań. Tak przy okazji zauważmy, że zgodnie z naszym ustaleniem, globalna energia potencjalna Wszechświata, w miarę jego ekspansji, wzrasta. Cykliczność rozwoju Wszechświata wymaga jednak, by szybkość jej wzrostu stopniowo malała, aż do momentu inwersji, w którym powinna (ta szybkość) zerować się, przy maksymalnej wartości energii potencjalnej. Może to nastąpić pod warunkiem zerowania się inwariantu (w wyniku stopniowego malenia). Przy okazji warto przypomnieć sobie postulat o stałości b. Dalej rzeczy sprecyzujemy.

*) Cząstki podlegające kwantowej statystyce Bosego-Einsteina, stąd nazwa. Cechą zasadniczą tych cząstek jest spin całkowity. Tym wyraźnie odróżniają się one od tak zwanych fermionów (statystyka Fermiego-Diraca), posiadających spin połówkowy (wśród nich najbardziej znane, to elektrony i nukleony). Cząstki przenoszące oddziaływania są bozonami. Do bozonów należą: przede wszystkim foton, oraz mezony.

**) Tak nazwałem wielkość β = v/c

***) W roku 1919 ten matematyk z Królewca, w liście do Einsteina przedstawił swoje spostrzeżenie, że jeśli do trzech percepowanych przez nas wymiarów przestrzennych dołożyć czwarty, równania Einsteina przybierają postać równań Maxwella, opisujących pole elektromagnetyczne. Spostrzeżenie Kaluzy bardzo zaskoczyło Einsteina. Zarekomendowana przez niego praca uczonego z Królewca ukazała się dopiero w roku 1921. W roku 1926 szwedzki matematyk Oskar Klein opublikował wersję poprawioną pracy Kaluzy. Dziś nazywa się to teorią Kaluzy-Kleina. Już na tej podstawie przypuszczać można, że większa liczba wymiarów mogłaby otworzyć drogę do unifikacji z pozostałymi rodzajami sił. Aktualnie uważa się, że rzeczywiście istnieją dodatkowe wymiary, nawet więcej, niż jeden (mówi się o dodatkowych sześciu, a właściwie siedmiu), z tym, że są one zwinięte w skalach bardzo małych, porównywalnych ze skalą Plancka. Wiąże się z tym teoria supestrun.

****) Chodzi o mniejszą, niż spodziewana, jasność supernowych, znajdujących się w odległych galaktykach. W jednym z następnych artykułów podam inną interpretację zauważonego efektu, wraz z obliczeniem, którego wynik potwierdza obserwację, a przy tym antycypuje wyniki podobnych obserwacji w przyszłości (zależność osłabienia od odległości). A co z ciemną energią? Do koszyka, czy do kosza?