Katastrofa horyzontalna A.
Problem horyzontu – konfrontacja dwóch stanowisk.
Treść
Wstęp
1.
Problem horyzontu
2. Wstępna konfrontacja dwóch koncepcji. Czy można
stosować
Szczególną teorię
względności w odniesieniu do obiektów mających
znaczenie
kosmologiczne?
3. Próba uściślenia na bazie równania Friedmanna, we wstępnej
konfrontacji z
rzeczywistością i zdrowym rozsądkiem.
4. Co by z tego wszystkiego mogło wynikać?
Wstęp
Na przełomie wieków XIX i XX doszło do przełomu w fizyce. Teoria
promieniowania ciała doskonale czarnego na bazie fizyki klasycznej okazała się
sprzeczna z wynikami badań eksperymentalnych. Teoria Rayleigha-Jeansa, w miarę poprawna w
odniesieniu do fal długich, rozminęła się całkowicie z prawdą doświadczalną w
odniesieniu do fal krótkich, tym bardziej, im krótsze fale rozważała. Nazwano
to „katastrofą ultrafioletową”. Prawidłowy, zgodny z doświadczeniem, opis
promieniowania ciała doskonale czarnego uzyskano po uwzględnieniu uwarunkowań
kwantowych (kwantyzacja, czyli porcjowanie np. energii promieniowania, dyskretność poziomów energetycznych) – wzór Plancka. Coś
mi się wydaje, że podobny
przełom czeka także kosmologię współczesną (w każdym razie sądząc po
proponowanym tu modelu). Katastrofa horyzontalna. Wszystko się bowiem zaczyna od problemu horyzontu. W dwóch
kolejnych artykułach podejmę próbę uzasadnienia swych zapatrywań w tej kwestii, no i
oczywiście tego wiele mówiącego wyrażenia (dla
określenia dzisiejszego stanu wiedzy). Jak na razie, to wprost niewybaczalna
arogancja z mej strony. Co za brak pokory...
W artykule poprzednim sporo miejsca poświęciłem równaniu Friedmanna, bez
przesady, nawet teraz uznanemu za podstawowe równanie kosmologii. Równanie to
tworzy bazę dla dalszych badań, koniecznych już choćby z tego powodu, że samo
równanie nie rozwiązuje dwóch problemów: problemu płaskości i problemu
horyzontu. O płaskości przestrzeni Wszechświata była już mowa w poprzednich artykułach. Tam nie przedstawiłem tego jako aktualny problem, gdyż uznałem, że Wszechświat
jest płaski (brak zakrzywienia) w samej swej istocie. Podałem sporo argumentów
na rzecz tej tezy. Tutaj zajmę się problemem horyzontu, który w swietle mej
argumentacji, ma przestać być problemem. Na początku przedstawię jednak ten
problem inaczej, niż się to zwykle czyni, bazując w zasadzie na własnym modelowaniu. Chyba zyskam tym
na poglądowości.
Problemy te zostały (rzekomo) rozwiązane
dzięki hipotezie inflacji, której poświęcę odrębny esej.
1. Problem horyzontu
Jak już ustaliliśmy, nasze położenie we Wszechświecie nie jest
wyjątkowe. Mimo to stwierdzamy, że niewątpliwie znajdujemy się w jego środku.
Jednak nie tylko my, lecz wszyscy stwierdzają
to samo, niezależnie od tego gdzie się znajdują – w całej rozleglości, w całym
ogromie Wszechświata. I tu pojawia się problem. Nasze centralne położenie
oznacza istnienie średnicy, czyli odległości między skrajnymi punktami „na lewo
i na prawo” od nas. Odległość między tymi punktami powinna być więc równa 2R.
Wynika stąd, że prędkość względna dwóch obiektów znajdujących się na
tych „antypodach” równa jest 2c. To jednak nie jest możliwe, zgodnie z
ograniczeniem prędkości do c, stanowiącej kres górny
prędkości obiektów
oddziaływujących elektromagnetycznie, choćby materii galaktyk. To także
niezmiennicza prędkość ekspansji Wszechświata. Dalej, niż sfera o promieniu R, Wszechświat nie sięga. To nie jest
możliwe. Istnienie „średnicy”
2R nie jest też
konsystentne z zasadą kosmologiczną.
Mamy kłopot, gdyż oznaczać by to mogło, że część Wszechświata nie jest widoczna.
Nie byłoby to jednak zgodne z przyjętą już i uzasadnianą
różnymi argumentami tezą,
że „widzimy Wszystko, a odległość R jest promieniem grawitacyjnym (też
hubblowskiego) horyzontu, ogarniającego całą zawartość Wszechświata.” Przy tym
położenie obserwatora, gdziekolwiek by się znajdował, nie jest wyjątkowe
(zgodnie z zasadą kosmologiczną). Wychodząc z pewnika (bazującego na zasadzie
kosmologicznej), że każdy obserwator widzi siebie jako centrum Wszechświata,
przyjęliśmy, że horyzont znajduje się dokładnie w odległości R od niego
(zgodnie z definicją), przy czym odległość ta ciągle wzrasta. Sam horyzont jest
także miejscem geometrycznym położeń wszystkich obserwatorów, wszak najbardziej
oddalony od nas obserwator (w odległości R) „widzi” nas tuż przy horyzoncie.
R jest też odległością każdego obserwatora od miejsca-momentu Wielkiego
Wybuchu, będącego początkiem wszystkiego, co dane jest naszym zmysłom. Wszyscy
kiedyś bowiem byliśmy razem. Tak przedstawia się, w kilku słowach,
topologia Wszechswiata (łaściwie takie są przesłanki
dla jej formalnego określenia). O odległości 2R nie ma więc
mowy.
A jeśli jednak ta odległość 2R istnieje, to co tam
jest? Jeśli dobrze popatrzymy, po prostu zobaczymy siebie, a właściwie
zwierciadlane odbicie nas samych. Dobrze, że daleko, gdyż odbicie to zbudowane
jest z antymaterii... Upsss, wypsnęło mi się. Trochę dla żartu. Wierutne fantazie.
Przed Wami, czytelnicy, fantazje niemniejsze, które o dziwo (i o zgrozo) mogą mieć znamiona rzeczywistości.
Dziś
sądzi się, że horyzont nie zamyka pełnej zawartości materialnej Wszechświata,
że choćby za sprawą inflacji istnieją byty, których dostrzeżenie nie jest
(dziś, może wcale) możliwe. Tu (pod moim dachem) jednak, dla przypomnienia,
preferowany jest pogląd, że Wszechświat w całości jest dostrzegalny, że
mówienie o bytach poza horyzontem nie ma sensu, że sam horyzont zamyka nawet
całą przestrzeń. Oczywiście chodzi o horyzont
grawitacyjno-hubblowski. Czy zatem obserwatorzy
z antypodów widzą się wzajemnie? Sądzę, że tak, z tym, że odległość między nimi jest nawet mniejsza, niż R
w związku z ich mimo wszystko podświetlną prędkością względną (dwukrotnie
większa odległość zastrzeżona jest dla nas i naszych antynas). Właściwie, czy Wszechświat byłby opisywalny (jako całość), gdyby
tylko jego część, nie wiadomo jaka, dana była
obserwacji? [Tu warto
przypomnieć sobie konkluzję do jakiej prowadziły rozważania dotyczące
promieniowania reliktowego. Zgodną z przewidywaniami długość fali tego
promieniowania otrzymaliśmy (nawet my, obliczonkami
na poziomie licealnym) zakładając, że Wszechświat jest
zamkniętą wnęką o określonych rozmiarach. Jeśli nie jest możliwe określenie
tych rozmiarów, to nie jest możliwe określenie długości fali (a więc i
temperatury tego promieniowania). A jednak nasze (uproszczone) przewidywanie i oczywiście
przewidywanie uczonych, zostało w pełni potwierdzone.] Jeśli
tylko część dana jest obserwacji, to wynikałoby stąd, że wydedukowane na podstawie obserwacji
cechy Wszechświata są cechami lokalnymi... To daje szerokie pole dla
fantazji (na przykład wieloświat), jak byśmy już wszystko
wiedzieli o naszym poczciwcu, jakby nadszedł czas na dalszą penetrację. Wprost przeciwnie. To fantazjowanie
świadczy o istotnych brakach wiedzy. Prawdziwa wiedza sprowadza się do
prostoty. Prawda jest jedna, a niepewności tworzą zbiór nieskończony. Łatwiej więc szukać prawdy
w ich gąszczu. A ja popełniam poważną niestosowność brutalnie
sprowadzając
wszystko na ziemię twierdzeniem, że Wszechświat obserwowalny jest Wszystkością.
Zasygnalizowany tu został (w dość
niekonwencjonalny sposób), tak zwany problem horyzontu, jeden z dwóch
podstawowych problemów kosmologii (ten
drugi, to problem płaskości, który dla nas przestał już być problemem). Nawet go wstępnie „ideologicznie” roztrzygnąłem bazując na specyficznej wizji
topologii Wszechświata.
Zagadnienie to omówione zostało w innym artykule. Jednak wbrew pozorom to jeszcze nie koniec debaty na ten
temat. To tylko wstęp, gdyż same „problemy” wynikają wprost z dzisiejszego
opisu spraw bazującego na OTW i na paradygmacie łącznościowym*, a także na
zdemonizowanej mechanice kwantowej (na
przykład „funkcja falowa Wszechświata”).
Spróbuję w uproszczeniu opisać problem ten nieco inaczej, w sposób bardziej tradycyjny, by później zaproponować jego rozwiązanie zgoła odmienne niż to powszechnie znane, a we mnie wzbudzające sporo wątpliwości. Za chwilę przedstawię pierwsze argumenty. Potem dla upoglądowienia sprawy zilustruję rzecz przykładami obliczeniowymi.
Obserwator, znajdujący się w dowolnym miejscu (zasada kosmologiczna)
widzi siebie jako centrum Wszechświata. Patrząc w lewo i w prawo spogląda
oczywiście ku jego granicom, ku horyzontowi. Jak daleko sięga jego wzrok, widzi
po ubu stronach to samo: tę samą materię, te same cechy jej rozkładu. Dostrzega
obiekty (będąc w środku), których wzajemna odległość sprawia wrażenie większej
(w skrajnym przypadku nawet prawie dwukrotnie),
niż odległość od horyzontu (promień Wszechświata). [Tradycyjnie
przyjmuje się, że tak właśnie jest pomimo
rzekomego zakrzywienia przestrzeni, pomimo, że Wszechświat, wbrew
konserwatywnej intuicji (lub intelektualnego lenistwa), nie jest nieskończony.] „Swiatło nie mogło więc w czasie równym wiekowi
Wszechświata przebyć drogi dzielącej je. Jeszcze nie doszło do kontaktu między
nimi, nie mogło dojść do uzgodnienia cech, procesów i rozkładu
materii. Z tego samego powodu także my (ponoć)
widzimy tylko część Wszechświata. A jednak ich cechy fizykalne nie różnią się niczym
istotnym. Dowodem obserwacyjnym tego jest izotropowość i jednorodność
promieniowania tła, biegnącego od tych nie kontaktujących się (ponoć) ze sobą
obszarów (z lewa i z prawa), stwierdzona dzięki
intensywnym badaniom prowadzonym w ostatnich latach.” Godne podkreślenia jest
to, że chodzi o promieniowanie, będące reliktem czasów, w których dopiero
kształtowało się dzisiejsze oblicze Wszechświata. Jego wiek jest przecież
skończony. Wszak gdyby
Wszechświat był nieskończenie wielki, nie dostrzeglibyśmy gradacji
zaawansowania ewolucyjnego obserwowanych obiektów. Tak można „podsumować” tradycyjne
widzenie sprawy. „Mamy więc problem. Co się stało, jakie zdarzenie spowodowało to, że mimo
wszystko Wszechświat jest jednorodny i izotropowy (już pomijając to, że
przestrzeń jaką tworzy jest płaska)?” Wszyscy
myślą, że stało się coś wyjątkowego. Deus ex machina? „Oczywiście, Inflacja!” A
jednak nie koniecznie. W gruncie rzeczy należało
zapytać inaczej. Zamiast: „Co się stało, by...?”, można było
zapytać: „Jaka jest przyczyna?”. Nie chodzi więc o jakieś
ekstra wydarzenie dla spełnienia potrzeb (ukryta celowość). W każdym razie nie mam przekonania do tego, że mogło zajść
wydarzenie skonstruowane w sposób sztuczny tak, by dopasować się do znanych
faktów i przy tym pozbyć się problemów dotąd nie
rozwiązanych. [Domyślić się można, że tym wspaniałym
konstruktorem jest nie kto inny, jak sam człowiek (z całym bagażem
niedostatków). Czy to podejście
jest w stu procentach naukowe?] Inflacja jest (bo w rzeczywistości jej nie było)
wydarzeniem w gruncie rzeczy bezprzyczynowym: „Aż tu nagle jak nie pie...” w
niemiejscu i w nieczasie. O hipotezie tej znacznie więcej będzie w eseju
specjalnie jej poświęconym. Jak wiadomo, z poprzednich artykułów, na samym
początku BB zajść miał proces przyśpieszonej ekspansji: Urela, będący
skutkiem odpychania grawitacyjnego (grawitacja dualna mojego chowu); proces stanowiący pierwszy etap, początek cyklu
oscylacji Wszechświata. Tu, w przeciwieństwie do inflacji, mamy konkretną przyczynę fizyczną, konkretny proces (odpychanie grawitacyjne).
Zatem, czy ci z antypodów nie mogą widzieć się wzajemnie? Nie mogą,
gdyż światło jeszcze nie zdążyło przebyć drogi równej odległości między nimi? By roztrzygnąć sprawę przypomnijmy sobie,
że horyzont jest
wspólny dla wszystkich, bo jest to moment Wybuchu, w którym wszyscy
uczestniczyliśmy, a zasada kosmologiczna obowiązuje wszystkich w
jednakowym stopniu. Zasada ta żąda, by odległość wszystkich od horyzontu
była jednakowa, gdyż wszyscy są sobie równoważni, a horyzont jest wspólnym dla
wszystkich miejscem (momentem) startu. Poza tym, ci tam z antypodów wcale nie
uważają, że horyzont znajduje się tuż tuż. Horyzont dla nich jest tak samo
odległy, jak dla nas. Zatem, jeśli ja, będąc w centrum, widzę i jednych i
drugich, czy to pewne, że oni sami się nawzajem nie widzą? Tylko dlatego, gdyż
my (dziś) nie widzimy, nie dostrzegamy możliwości ich wzajemnego kontaktu,
ograniczeni przez paradygmat łącznościowy (i demon nieskończoności), a przestrzeń Wszechświata
postrzegamy tak samo, jak przestrzeń naszego fizycznego otoczenia?
Poza tym, tak dla przypomnienia, co najważniejsze, wszyscy
wtedy byliśmy razem, wszyscy się nawzajem widzimy od samego opoczątku
Wielkiego Wybuchu. Zatem czekanie na fotony, które mają dotrzeć, byśmy
mogli zobaczyć po raz pierwszy w historii jakiś tam obiekt, jest
nieporozumieniem, powiedziałbym nawet:
„infantylnością” (choć trzeba przyznać, że inflatylną),
gdyby nie to, że dziecko tak by nie pomyślało. Chyba, że Wszechświat jest nieskończony
i statyczny. W tym wariancie jednak już czekać nie trzeba (w związku z czasową
nieskończonością i niezmiennością). Widocznie mentalnie jesteśmy jeszcze tam (demon). Wszystko wskazuje jednak na to, że
Wszechświat ewoluuje, aktualnie ekspanduje, a kiedyś w przeszłości był czymś
bardzo małym. A jednak mimo wszystko paradygmat łącznościowy stał się
automatyczną bazą dla wartościowań, bazą dla wnioskowania i pojmowania
kosmologii i... wyprowadził
nas na manowce, czego oznaką jest istnienie między innymi problemu horyzontu. Paradygmat ten stał się wprost mentalnym DNA. Przydał się więc pomysł inflacji, której „trafność” polega na
dopasowaniu się do problemów, by je zminimalizować do obserwacyjnego zera, ale
nie zlikwidować. Zatem nie tędy droga Przydał się też tutaj, dla uwypuklenia
sztuczności i niekonsekwencji tradycyjnego myślenia kosmologicznego. Jeszcze wrócimy do tego wątku.
2. Wstępna konfrontacja dwóch koncepcji.
Wielokrotnie wspominałem
o kwazarach. Są to obiekty, z percepowanych, najbardziej oddalone od nas.
Przesunięcie ku czerwieni ich widm jest bowiem szczególnie duże, na ogół
przekracza liczbę 3. W latach osiemdziesiątych ub. wieku znane już były kwazary
wykazujące przesunięcie widm dochodzące do 4. Pod koniec lat
dziewięćdziesiątych, odkrywano już obiekty, dla których przesunięcie ku
czerwieni dochodziło do sześciu, a stosunkowo
niedawno**, dzięki zastosowaniu
wymyślnych metod badań (m.in. bazujących na wykorzystaniu grawitacyjnego
soczewkowania światła kwazarów przez masywne ciała (galaktyki) znajdujące się
znacznie bliżej nas), zarejestrowano obiekty, których z przekracza nawet
10. Wspomnę jeszcze o tym dalej.
Dla wstępnego
zilustrowania zagadnienia posłużę się konkretnym przykładem liczbowym. Rzecz
potem zostanie uściślona. Pozostajemy przy kwazarach. Za przykład do naszych obliczeń weźmy jednak
kwazar bliższy,
bardziej reprezentatywny: OQ 172, dla
którego z = 3,53. Stosunkowo łatwo obliczyć jego prędkość. W tym celu stosujemy
wzór:
Czy rzeczywiście odległość aktualna? W celu wyznaczenia wartości (dzisiejszej) wspólczynnika H powinniśmy właściwie bazować na
pomiarach dokonywanych na obiektach stosunkowo bliskich, o stosunkowo
niewielkim względnym przesunięciu widm. Wówczas jednak wpływ (zakłócający) na
wynik mają ruchy własne galaktyk, nie mające nic wspólnego z kosmologią. Wynik
pomiaru jest więc niepewny. Pomiar należy wykonać więc dla sporej liczby
obiektów i uczynić rzecz sprawą statystyki.
Odległości ich przy tym nie są jednakowe, a współczynnik H wyznaczony na
podstawie obserwacji obiektów bardziej oddalonych odpowiada dawniejszym czasom
– wówczas wartość jego była większa. Oto jeszcze jedna przyczyna braku precyzji
w obliczeniach z użyciem współczynnika Hubble'a.
Całe szczęście odchylenia od jego wartości
rzeczywistej, nie mają znaczenia, gdy chodzi o ustalenia o charakterze ogólnym,
kosmologicznym.
Obserwujemy nasz kwazar. Czy widzimy go dzięki temu, że właśnie
przybywają do nas fotony wysłane przez niego? Nie. Widzieliśmy go zawsze, a patrząc mogliśmy śledzić
jego ewolucję (oczywiście pomijam tu naturalną, długość ludzkiego życia). Dla przypomnienia, my tu nie bazujemy na
paradygmacie łącznościowym, gdyż
zakładamy, że cały czas widzimy (potencjalnie) wszystko, co istnieje i nie
musimy czekać, aż przybyłe fotony dadzą nam świadectwo istnienia czegoś, o
czego istnieniu dotąd nie mogliśmy wiedzieć (z powodu odległości większej, niż
R). Dla przypomnienia, rozpatrując zagadnienia kosmologiczne, nie bazujemy na ogólnej teorii względności i jej filozoficznych
konsekwencjach. Wszelkie kontrargumenty bazujące na tej teorii będą więc strzelaniem na wiwat (lub przykładami do obalenia związku z tą teorią). Oczywiście nie chodzi tu
o obalenie samej teorii, której wcale nie odrzucam, tylko o to, że nie stosuję jej do zagadnień kosmologicznych – wyraźnie to
podkreślam. A jeśli ktoś zapragnie, nazwać moje wyczyny herezją, schizmą lub modelowaniem naiwnym, nie pogniewam się. Przynajmniej
znak, że czytał, więc może ma coś więcej do powiedzenia poza ciskaniem gromów. Z jednej z bajek Andersena wynika, że nawet dzieci
wnoszą coś do ogólnej wiedzy, tym bardziej, że paplanie jest jej integralnym
składnikiem jako nadbudowa kulturowa.
Zgodnie z dość powszechnym,
wprost automatycznym sądem licznych miłośników astronomii, niestety nie
weryfikowanym przez specjalistów (Dlaczego?), światło od odległych
obiektów, by dotrzeć do nas, byśmy mogli dostrzec ich stan w
chwili wysyłki fotonów, potrzebuje liczbę lat równą ich aktualnej odległości (w latach świetlnych). To, co widzimy, jest więc stanem sprzed tyluż lat. OK. Zatem to, co
widzimy, na przykład w odniesieniu do rzeczonego kwazara, zdarzyło się przed
trzynastu z „hakiem” miliardami lat, jak gdyby taka była
odległość od nas, gdy zostały wysłane fotony... Wszechświat
statyczny??? Jak widać, to spore uproszczenie, gdyż w momencie wysłania światła,
nasz kwazar znajdował się bliżej nas.
Wszechświat przecież rozszerza się. W jakiej odległości znajdował
się wówczas? Obliczymy
niebawem.
W
odniesieniu do obiektów lokalnych, na przykład Słońca, nie ma zastrzeżeń.
Wybuch na Słońcu dostrzegamy po upływie ok. 8,3 minuty. W odniesieniu do
obiektów dalszych, w szczególności tych o znaczeniu kosmologicznym, trzeba
uwzglednić to, że ma miejsce ekspansja. I tu właśnie dochodzimy do rozstaju dróg w jej opisie. Albo ekspansja jest puchnięciem
przestrzeni autonomicznej w stosunku do materii (zgodnie
z OTW), albo też jej istnienie jest rezultatem
naturalnego ruchu względnego obiektów. Właśnie to drugie podejście należy
rozwinąć, bo dotąd nikt się tym poważnie nie zajmował, a wyniki skonfrontować z
dzisiejszym modelowaniem i oczywiście z roztrzygającymi wynikami obserwacji. Chyba warto.
Zgodnie z koncepcją
przedstawianą tutaj, wiek Wszechświata jest
po prostu czasem hubblowskim, a nie wynikiem wiarygodnych obliczeń bazujących
(tylko z jednej strony) na faktach obserwacyjnych, oraz (z drugiej strony) na
narzuconej koncepcji, która, zgodzicie się ze mną, wcale nie musi być adekwatna
z cechami Wszechświata realnego. W kontekście tym 13,8 miliarda lat, to wcale
nie prawda objawiona (jak sądzą liczni miłośnicy astronomii), a liczni
naukowcy już paplają – „bazują na miarodajnych i sprawdzonych wynikach badań”. Podobnie z rozmiarami Wszechświata. Dziś wszyscy już
wiedzą, że średnica Wszechświata obserwowalnego wynosi 92 miliardy lat
świetlnych. Skąd się to wzięło? To trochę (...) więcej, niż podwojony promień hubblowski. Otóż
przestrzeń puchnie. Przy omawianiu ruchu należy więc operować tak zwanymi współrzędnymi
współporuszającymi się. W koncepcji, którą przedstawiam, mam z tym spokój.
Ale to nie wszystko. „Nie ma dowodu na to,
że nie istnieją byty nieobserwowalne. Zatem możliwe jest ich istnienie.” Często kojarzy się tę możliwość z
inflacją (jako podkładka) – powyżej pisałem już o tym. Dla
niektórych możliwość często staje się dowiedzionym faktem.
A tak wracając do naszego kwazara... To, co widzimy przedstawia sobą obiekt już dość zaawansowany w rozwoju, liczący z całą pewnością znacznie więcej, niż 1,4
miliarda lat (od początku ekspansji: 15 – 13,6). Sądząc po wynikach badań, w
tym wiarygodnych obliczeń (nie moich), pierwsze protogalaktyki, które
przekształciły się potem w kwazary, uformować się mogły
dopiero po upływie ok. 1,5 miliarda lat od BB. Wtedy jeszcze nie były
kwazarami. Nasz kwazar był dopiero jakimś zgęszczeniem gwiazd,
oddalajacym się od nas ze stałą prędkością – tą samą, co dziś i dlatego wiemy,
jak daleko jest dziś. To, co widzimy jest obiektem starszym, na przykład istniejacym już 5
miliardów lat od uformowania się z
protogalaktryki. Widzimy to, gdyż mieliśmy możność podglądania go cały czas,
od samego początku ekspansji. Á propos, widzimy, że tam ewolucja przebiega
wolniej, niż u nas. Dlaczego? Dalej zajmiemy się i tą kwestią uściślając rzecz.
Można wprost zastanowić
się nad tym, czy ma sens rozważanie wędrówki fotonów dla wnioskowań kosmologicznych, w tym,
dla określenia wieku Wszechświata na podstawie równania Friedmanna i z
uwzględnieniem paradygmatu łącznościowego: „Fotony wędrują od
momentu, gdy się pojawiły, aż docierają do nas.”
Przecież w momencie „Startu”
wszyscy bylismy razem, więc ta wędrówka nie jest warunkiem dostrzeżenia obiektu, jak sądzą niektórzy miłosnicy astronomii, a sądu tego nie weryfikują autorzy książek
popularyzujących astronomię. Cały czas bowiem (przez wszystkie minione miliardy lat)
widzimy go.
Chodzi więc o to, jakim go widzimy.
Przecież, gdy fotony zostały wysłane, odległość między nami była inna, może
nawet znacznie mniejsza, a sam kwazar był już obiektem zaawansowanym w rozwoju.
Właśnie to stwierdzamy. Ten przysłowiowy foton został wysłany znacznie później
i właśnie do nas dotarł. A o tym jak daleko jest nasz kwazar, mówi nam jego
prędkość (wielkość redshiftu – z), niezależnie od
naszego fotonu. Gdy
jednak mówimy o ekspansji Wszechświata, o procesie globalnym, czakanie na
fotony przylatujące do nas z miejsca Wybuchu, tożsamego z horyzontem
hubblowskim, docierające, by nas o fakcie Wybuchu poinformować,
naprawdę nie ma sensu.
Patrząc na określoną galaktykę, możemy
określić jej udział w ekspansji, określić jej parametry kosmologiczne (na przykład wielkość redshiftu z). A teraz załóżmy, że w galaktyce tej ma miejsce jakieś
wydarzenie nie mające nic wspólnego z kosmologią, np. wybuch supernowej.
Właśnie dostrzegamy go. Co powinniśmy stwierdzić badając jasność tej
supernowej? To odosobnione zdarzenie, nie mające nic wspólnego z kosmologią.
Wrócimy do tego wątku.
Podkreślam jeszcze raz. Jeśli Wielki
Wybuch faktycznie nastąpił, zakładamy, że tak, gdyż wskazują na to argumenty obserwacyjne,
to przecież kiedyś wszyscy byliśmy razem stanowiąc elementy czegoś bardzo
małego i zintegrowanego. Jako elementy tej całości widzieliśmy się przez cały
czas i widzimy się dzięki temu także dziś, bez przerwy cały ten długi czas miliardów lat. Zatem czekanie na fotony
mające przybyć
od odległych obiektów, jako warunek ich (Ponownego?) zobaczenia, po prostu nie ma sensu. A tak sądzą
niektórzy miłośnicy astronomii. Dotyczy to
wszelkich obiektów o znaczeniu kosmologicznym, nawet najdalszych.
W kontekście
powyższych wynurzeń, w szczególności wobec widomego, innego zaawansowania
ewolucyjnego odległych galaktyk (ich opóźnienia w stosunku do nas), narzuca się
pytanie: Czy można stosować szczególną teorię względności w odniesieniu do
obiektów mających znaczenie kosmologiczne? Odpowiem nie od razu. Otóż rozważając
w pierwszym rozdziale problem horyzontu, zwróciłem uwagę
na to, że zgodnie z aktualnym widzeniem spraw, możliwe jest istnienie
odległości większej, niż R, możliwa jest więc prędkość większa, niż c
(już choćby w skojarzeniu z prawem Hubble'a). Ograniczenie c dotyczy
właściwie informacji, uzgodnienia właściwości i zjawisk. Niewykluczona jest
więc prędkość większa, niż lokalnie
mierzona prędkość światła. Czy to nie przeczy szczególnej teorii
względności? Okazuje się, że nie... „Wiąże się to bezpośrednio z istnieniem
pola grawitacyjnego, zakrzywiającego czasoprzestrzeń. Otóż w niej każdemu nieosobliwemu punktowi przyporządkować
można styczną (do zakrzywionej grawitacją) płaską czasoprzestrzeń Minkowskiego,
w której obowiązują w pełni prawa szczególnej teorii względności, w tym
oczywiście niezmienniczość prędkości światła. Gdy chodzi jednak o dwa oddalone
(wystarczająco) od siebie punkty, czasoprzestrzenie Minkowskiego związane z
nimi nie pokrywają się. Zakrzywienie przestrzeni łączącej
bardzo odległe od siebie obiekty jest już znaczące Sygnał
biegnie przecież po krzywej geodezyjnej, a nie po prostej. Ich prędkość względna może więc być
większa od c. Dla przypomnienia, prawa szczególnej teorii względności
obowiązują w odniesieniu do układów inercjalnych. Obecność pola grawitacyjnego
jednak narusza tę inercjalność. [Pamiętamy, że ruch w
układzie nieinercjalnym traktować można jako ruch w polu grawitacyjnym.] Zatem wszystko w porządku, a stosowanie
wzorów relatywistycznych gdy mowa o obiektach bardzo dalekich nie ma żadnego
uzasadnienia”. Tak,
często uzasadnia się rzecz. Czy jednak w odniesieniu do Wszechświata jako
całości przesłanka ta jest słuszna? Przecież wspomniany kwazar widzimy, zatem
światło od niego już do nas dotarło (oczywiście nie z prędkością większą
niż c). Czy słuszna pomimo, że prawo Hubble’a jednak obowiązuje, a
prędkość naszego kwazara wyznaczona przez nas w oparciu o analizę widmową jest
jak najbardziej wiarygodna (nie tylko dla mnie)? A przecież wyznacza się ją ze
wzoru relatywistycznego, wynikającego bezpośrednio ze szczególnej teorii
względności, w tym przypadku zastosowanej bez wahania i bez zastanowienia,
nawet w odniesieniu do najbardziej odległych obiektów. Chodzi o wzór (*) przytoczony powyżej. Czyż więc teorii tej (STW)
nie można stosować wobec obiektów bardzo dalekich, pomimo, że przecież łączy
je wspólna historia, że kiedyś w przeszłości wszystkie były razem i
uczestniczyły wspólnie w Wielkim Wybuchu jako elementy tego samego układu?
Przypomnijmy sobie, że zgodnie z ustaleniem tej pracy w wielkiej skali Wszechświat
jest w swej naturze płaski. Płaski jest też zgodnie z obserwacją. W każdym
razie możliwe do wykrycia odchylenia od płaskości mają charakter lokalny,
natomiast w odniesieniu do obiektów o charakterze kosmologicznym są one
absolutnie niezauważalne. To odwrotnie, niż się dziś przypuszcza (patrz fragment
powyżej, zapisany kursywą), wbrew skonstatowanej przecież płaskości, która z
tego właśnie powodu stanowi „problem”. Czy zatem stosowanie ogólnej teorii względności przy opisie Wszechświata
jako całości jest w pełni uzasadnione? Ze szczególną
raczej nie ma problemu (wobec tejże płaskości).
Płaskość Wszechświata, jak już wiemy,
uzasadnia zresztą już zasada kosmologiczna, z której wynika, że wypadkowa siła
kosmologiczna, działająca na każdy obiekt, równa jest zeru (nawet jeśli ktoś
uroczyście stwierdzi, że stosowanie tu sił nie ma najmniejszego sensu, gdyż
chodzi o rozszerzającą się przestrzeń). W ostatecznej konkluzji stwierdzić więc możemy, że dopuszczalne jest stosowanie wzorów szczególnej teorii
względności (STW)
wobec bardzo odległych obiektów.
Tutaj pojawić się może jednak wątpliwość. W artykule poświęconym grawitacji Wszechświata stwierdziliśmy, że jego
potencjał grawitacyjny jest stały, w dodatku niezerowy, bo zależy od
prędkości ekspansji - c. Uzasadnione więc może
być twierdzenie, że mimo wszystko widzieć należy przestrzeń Wszechświata jako riemanowski
bąbel, ale to przeczy płaskości, stwierdzonej
przecież obserwacyjnie. „Tak, ale Wszechświat rozszerza się, a potencjał (jako wzór)
nie ulega zmianie. Czy to ma oznaczać, że w rzeczywistości potencjał maleje...
maleniem inwariantu c – by zmniejszała się krzywizna?” Problem jednak w tym, że
to malenie inwariantu nie jest przewidywane przez OTW, w dodatku raczej nie jest
proporcjonalne do czasu. Jeśli zachodzi, to z całą pewnością
aktualnie dużo wolniej, niż w początkach ekspansji – wtedy przemiany
były dużo intensywniejsze. W eseju poświęconym
oscylacjom Wszechświata przedstawiłem wzór na inwariant jako funkcję czasu,
wzór bazujący na równaniu cykloidy. [Cykloidalny rozwój preferuję, gdyż
cykloida jest krzywą tautochroniczną – patrz artykuł: „Przyczynek do topologii
Wszechświata”.]
„Zatem problem płaskości w dalszym ciągu istnieje – w związku z zakładaną
w tym momencie niezerowością potencjału”. Uprzedzam więc, że i tym się
zajmę – w Aneksie do artykułu Neutrino A. Tam pojawił się pewien pomysł na dodatkowe wsparcie tezy
o płaskości przestrzeni Wszechświata. Zatem, potencjał (ujemny) przez cały czas
jest kompensowany przez potencjał (dodatni) wytwarzany przez neutrina. Zmiany
tego potencjału, widocznie przebiegają identycznie jak zmiany potencjału
ujemnego. Ale to już spekulacje. Zostawmy.
Ad rem.
Wszechświat jest płaski i można stosować
STW przy badaniu dynamiki
ekspansji Wszechświata. Choć nie ma pewności, że ta droga jest właściwa,
pójdźmy nią, a następnie skonfrontujmy otrzymane wyniki z obserwowalną
rzeczywistocią. Pójdźmy wbrew wszystkiemu. Zanim jednak pójdziemy tą drogą
(dzisiaj zarośniętą chwastami, jeśli w ogóle została
wytyczona), warto uściślić to, co stanowi
bazę dla powszechnie uzgodnionego, dzisiejszego pojmowania spraw. To nie dróżka dla samotnika, to szeroka autostrada dla tysięcy aut, na
którą się wszyscy pchają pomimo korków (i tworzą
nieprzebywalny zator).
3. Próba uściślenia
na bazie równania Friedmanna, we wstępnej konfrontacji
z rzeczywistością i zdrowym rozsądkiem.
Nadszedł czas uściślenia. W artykule traktującym o gęstości Wszechświata, przedstawiłem podstawowe
równanie kosmologii, równanie Friedmanna,
będące równaniem ogólnej teorii względności,
majacym modelować Wszechświat. [To model bez
stałej kosmologicznej, bardziej reprezentatywny w kontekście rozważań
prowadzonych tutaj. Poza tym uważam, że Einstein miał rację odrzucając tę
stałą. Chodzi o to, że Wszechświat nie jest statyczny i nieskończony.]
Na nim będziemy bazować w tej próbie
uściślenia. Ogólna teoria względności jest dziś
jedynym środkiem modelowania Wszechświata. Czy jedynym możliwym? Pytanie
zdawałoby się retoryczne (odpowiedź
twierdząca). Oczywiście, także tu
obowiązuje podejście łącznościowe. Uwzględniamy też, tym razem w sposób bardziej formalny to, że wartość współczynnika
Hubble’a dawniej była inna niż dziś. Wyraża to wzór poniższy (słuszny dla
rozwoju według modelu krytycznego) [A]:
Teoria ta przewiduje także, że dla
przypadku rozwoju krytycznego:
Brnijmy. Z powyżej przedstawionych zależności od razu
otrzymujemy związek między tymi czasami:
t = 1,25·10^9 lat. Zastanawia,
że stało się to mniej, niż półtora miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Wtedy jednak
materia była jeszcze zbyt ciepła, by kondensować się, by utworzyć obiekt, który
my widzimy jako ukształtowany już kwazar, funkcjonujący z całą pewnością już kilka miliardów lat. To, co widzimy, to przecież
stan, w jakim znajdował się nasz kwazar w chwili wysłania fotonów...
Ale to nie koniec. Zajmijmy się odległościami. Bazować będziemy na
znanym wzorze Mattiga, podanym tu dla przypadku rozwoju krytycznego:
oraz:
Istnienie granicy z = 3 na której dokonuje się
przełom choćby cech obserwowalności, we mnie wywołuje rodzaj zwątpienia.
Istnienie czegoś takiego w odniesieniu do konkretnego układu fizycznego, to
normalka, szczególnie gdy na próbkę poddaną badaniu oddziaływują równocześnie różne czynniki. Może to być na
przykład inwersja spinów w materiale metamagnetycznym pod wpływem określonego
zewnętrznego pola magnetycznego i określonej temperatury, zmieniająca
diametralnie właściwości magnetyczne materiału. W odniesieniu do Wszechświata
rzecz taka wydaje się wątpliwą. Sztuczność tej granicy wydaje się wskazywać na
sztuczność samej teorii, na jej nieadekwatność w odniesieniu do Wszechświata
jako absolutnej całości i Wszystkości. Zaściankowość bazująca na „obserwable”,
lokalność narzucająca się całości. Po prostu coś mi tu nie pasuje. Może to
„tylko” filozoficzna intuicja?
Ale dajmy na to. Jeśli tak, to właściwie
jedyny (przynajmniej na razie) poważny problem pojawił się, gdy wyznaczyliśmy
wiek Wszechświata w momencie wysłania fotonów przez obserwowany obiekt. Choć „jedyny”, nie można jednak tego problemu lekceważyć. Dla przypomnienia, stało się to zanim
mógł powstać, choć za pośrednictwem tychże fotonów jawi się nam ukształtowanym
kwazarem.
Czy wobec tego zastosowanie Ogólnej Teorii
Względności w tym Szczególnym przypadku Wszechświata
jest uzasadnione? Czy można traktować Wszechświat, tę wszystkość, jako „chmurę”
pyłu podlegającą jakimś tam ciśnieniom? Oto jest pytanie. A może należałoby
jakoś zmodyfikować równanie Friedmanna? Uwzględnić to, co dały ostatnie lata
intensywnego rozwoju (choćby metod i technik obserwacyjnych)? Gdyby tylko o
modyfikację chodziło... „Na co się on porywa?!
Przecież jedynym środkiem opisu, jedyną drogą do
zrozumienia Wszechświata jest ogólna teoria względności.” – stwierdza któryś z
czytelników ze sporą dozą zniecierpliwienia i
przygany. A
mi nagle znów przypomniała się pewna baśń Andersena. Proszę mi wybaczyć tę niestosowność.
Na
razie pójdźmy inną drogą. Być może jej konsystentność pozwoli przy okazji także
na porzucenie aktualnie obowiązującego, łącznościowego podejścia do kwestii,
będącego źródłem problemu horyzontu (między innymi). Ośmielam się nawet
stwierdzić, że to (dzisiejsze) podejście jest błędne. (Mojej reputacji nic już
nie uratuje.) Na nim bowiem bazując dochodzi się do wyników nie
potwierdzających wizję intuicyjcyjną (czy tylko
moją?). Zatem nie w wymyśleniach mających dostosować Przyrodę do wymogów równań matematycznych, nie w
spekulacjach obcych duchowi Przyrody, należy szukać prawdy o świecie. Nie
pomoże nawet oparcie się na teorii, której słuszność potwierdziły liczne testy... dotyczące
stosownego zakresu badań. Bo przecież każdy
model obsługujący świadomość badawczą, dobry jest
tylko dla określolonego zbioru percepowalnych bytów. Śmiem sądzić, że OTW w
dzisiejszej postaci zrobiła już swoje. Wszechświat jest trochę za duży.
Katastrofa Horyzontalna?
4. Co by z tego wszystkiego mogło wynikać?
Moim skromnym zdaniem rozwiązanie jest dużo
prostsze. Niewątpliwie bazuje ono na tym, że bardzo wielka prędkość obiektów o
charakterze kosmologicznym (wystarczająco odległych) wymaga uwzględnienia
efektów relatywistycznych, co jest tu możliwe w związku z tym, że cały
Wszechświat jest płaski euklidesowy. Ale to nie wszystko.
A
teraz zwróćmy uwagę. Podkreślam jeszcze raz:
„Wielki Wybuch” rzeczywiście miał miejsce, więc kiedyś wszyscy byliśmy
razem! Czyżby o tym zapomniano? Od tego momentu, cały czas widzimy się
wzajemnie, wszyscy, cały Wszechświat wszystkimi swoimi częściami. To tak, jak dwa samochody, które rozstały się wyruszając równocześnie z
tego samego miejsca by podążać, każdy w swoją stronę nie traciwszy przy tym ani
na chwilę kontaktu wzrokowego. Także my, cały ten długi czas, od zarania kosmicznych
dziejów, jesteśmy w kontakcie wzrokowym ze wszystkimi, najodleglejszymi
nawet galaktykami. Oczekiwanie na łączność za pomocą fotonów (by obiekt wreszcie zobaczyć) jest bezzasadne, wprost
nie trzyma się kupy. Owszem miałoby to jakiś sens, gdyby Wszechświat był
nieskończony i statyczny. Można by przypuszczać, że jak na razie zakodowani
jesteśmy podświadomie takim właśnie modelowaniem Wszechświata. Może miałoby sens, gdyby tworzyły się nowe byty (z niczego).
Chyba raczej nie tworzą się, respektując podstawowe prawa przyrody (z tych,
które zdążyliśmy już odkryć, w szczególności zasady
zachowania). [A tak na marginesie,
istnienie zasad zachowania świadczy też o tym, że Wszechświat jest ilościowo
ograniczony.]
Wniosek: Problem horyzontu w gruncie
rzeczy nie istnieje. Został wydumany
na bazie paradygmatu łącznościowego.
Co innego czas, który upłynął od zajścia
określonego zdarzenia, na przykład wybuchu supernowej (albo „kichy” w
jednym z oddalających się wzajemnie samochodów). W tym przypadku wyznaczamy czas
w sposób tradycyjny, dzieląc znaną odległość przez prędkość światła. Nie
stanowi problemu wyznaczanie czasu gdy mowa o obiektach stosunkowo bliskich, o
małej prędkości kosmologicznej. Dość problematyczne jest jednak wyznaczenie
czasu gdy mowa jest o zdarzeniach, które miały miejsce w obiektach bardziej
oddalonych, choćby dlatego, że odległość dzisiejsza jest inna, nawet znacznie
większa niż, w momencie ich zajścia. Przykład stanowić może wybuch supernowej w
jakiejś odległej galaktyce. [Wybuch ten nie ma
oczywiście nic wspólnego z kosmologią. To wydarzenie o charakterze lokalnym.
Traktowanie go jako faktor o charakterze kosmologicznym nie sensu. A jednak...]
Temat ten rozwinę dalej.
A może właśnie tu tkwi przyczyna stwierdzonej
obserwacyjnie, mniejszej niż oczekiwana jasności supernowych z odległych
galaktyk? Jak wiemy, wyciągnięto stąd wniosek, że galaktyki, do
których należą wspomniane supernowe, znajdują się dalej, niż by to wynikało z
prawa Hubble’a, w odniesieniu do ich prędkości wyznaczonych z przesunięcia widm
ku czerwieni. Jak wiemy, było to przesłanką dla konkluzji, że prędkość
ekspansji rośnie. Konsekwencją tego było wymyślenie ciemnej energii jakby pasującej do stałej
kosmologicznej, którą, wbrew postanowieniu Einsteina przywrócono do łask i trzymano w zanadrzu. I oto nadarzyła się okazja... Chyba znów mamy do
czynienia z klasycznym mnożeniem bytów ponad potrzebę. Czy zbytek arogancji z
mojej strony? Zobaczymy dalej.
Tak między nami,
z każdym rokiem przybywa młodych ambitnych fizyków, a nowych podstawowych idei
brak. Potrzebne są nowe tematy badawcze. O proszę, stała kosmologiczna –
pobawmy się nią. Wcześniej były superstruny. Ich temat już właściwie wyczerpał
się. Teraz mamy już nowy pomysł: „A nuż prędkość światła zmienia się?” Co
uzasadnia tę rzecz? Nie ważne. Mamy nową ideę do rozpracowania – teoria VSL
João Magueijo (Variable Speed of Light). I tak się toczy nauka. Trzeba podkreślić, że wszystkie te (i inne) usiłowania nie wybiegają poza
określoną mega-koncepcję.
Propozycję
zgoła innego rozwiązania kwestii sugeruje pytanie zadane tuż powyżej (to zapisane tłustym drukiem). Rozwijając je zauważmy,
że światło od wspomnianych supernowych musiało, by do nas dotrzeć, przebyć
dłuższą drogę, niż ich odległość od nas w momencie wybuchu. Same macierzyste
galaktyki nie uczestniczyły w tym procederze, pełniąc uczciwie rolę
wymienionych wyżej samochodów. To tylko przypuszczenie. By uzasadnić zasadność
podjęcia tej kwestii, należy przeprowadzić stosowne obliczenia. Zrobimy to
jednak później, zaopatrzeni w odpowiednie środki natury ilościowej, a także
umotywowani wynikami rozważań, jakie przeprowadzimy niebawem.
*) Tu warto przypomnieć
odnośnik z dwiema gwiazdkami do artykułu poświęconego prawu
Hubble'a, właśnie na temat „paradygmatu łącznościowego”.
**) W roku 2004
odkryty został obiekt, którego red-shift z = 10. Obiekt ten kierunkowo znajduje
się wśród galaktyk gromady Abell 1835, ktorą obserwowano z użyciem kamery
podczerwieni ISAAC (Infrared
Spectrometer And Array Camera), współpracującej z teleskopem VLT.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz