Pojęcie to wprowadzone zostało w
wymienionej już książce: Wszechświat grawitacji dualnej i stanowi
bazę dla zupełnie nowego modelowania Wszechświata. To oczywiste, że w krótkiej
notce nie można zawrzeć pełni rozumowań i wyliczeń prowadzących do konkluzji tej, że grawitacja ma charakter dualny. Na czym ta dualność polega?
Z góry zastrzegam, że nie chodzi o jakiś plus i
minus, jak w elektryczności. A o co? Poniżej spróbuję przedstawić rzecz tak, by przede wszystkim zrozumiałe były
przesłanki dla konkluzji o jej istnieniu. Dalsze działania i wnioski będą
logiczną konsekwencją.
Jak dojść do tego? Przede wszystkim
należy uzmysłowić sobie głębszy sens pojęcia „oddziaływanie”. Jest ono wzajemne
(wyraża to trzecia zasada dynamiki), co oznacza, że ciała oddziaływujące są
sobie absolutnie równoważne, bez związku z ich masami. Wyraża to zresztą także
newtonowska teoria grawitacji – iloczynem mas.
Właściwa
definicja masy grawitacyjnej. To nie jedna z mas figurujących we wzorze
Newtona, jak to wszyscy „wiedzą”, gdyż wówczas równoważność oddziaływujących
ciał nie jest, przynajmniej intuicyjnie, oczywista. Dla przykładu, Kula
Ziemska jest ważniejsza od przysłowiowego kamienia,
wbrew temu, co przedstawia sobą trzecia zasada dynamiki.
Gdy mówimy
o energii potencjalnej, mamy na myśli nasz kamień („on ją posiada”). A co z
Ziemią? Łatwo dostrzec w tym jakiś konceptualny
niedosyt. „A jeśli ciała mają
zbliżone masy, to które posiada?” Na ogół nie zwraca się na to
uwagi. W
konkluzji: nergia potencjalna jest energią wzajemnego (!) oddziaływania. Jest energią wiązania
grawitacyjnego. To energia ujemna, rosnąca do zera w nieskończoności (przy zmianie wzajemnej odległości ciał). [Nie chodzi
tu o wzorek mgh dotyczący warunków szczególnych pola jednorodnego i
uproszczonej, szkolnej definicji. Ogólnie mowa jest bowiem o polu radialnym.]
Zdefniujmy więc masę grawitacyjną
jako masę układu. Tym spełniamy postulat (właściwie
będziemy wreszcie wierni duchowi zasad dynamiki Newtona) o równoważności
ciał oddziaływujących ze sobą. A jakie są tego konsekwencje?
Przypomnijmy sobie jądro atomowe. Jego
masa jest mniejsza od masy rozdzielonych nukleonów, tworzących je. Tu mowa jest
o niedoborze (deficycie, defekcie) masy. [Znamienne, że
masy, a nie jakiegoś ładunku jądrowego. To daje do myślenia, w związku z tym,
że istnienie masy oznacza istnienie (tam) pola grawitacyjnego. Już w tym
kontekście nie do odrzucenia jest przypuszczenie, że grawitacja stanowi bazę
dla pozostałych oddziaływań, że chyba właśnie tędy wiedzie droga do unifikacji
oddziaływań silnych z grawitacją (na razie to tylko marzenie fizyków).
Konkluzja ta stanowić może pierwszy krok do spełnienia tego narzenia. Czy ktoś
z Was się nad tym zastanowił?]
A jak to jest z grawitacją? By podnieść kamień musimy zainwestować
energię (tak samo, jak w przypadku rozdzielania składników jądra atomowego,
które się wzajemnie przyciągają). Zatem także w tym przypadku istnieje
defekt masy. [Co, nie wiedzieliście o tym? Bo nikt o tym nie mówi, bo nie ma w książkach? Wspominanie o tym wywołuje na
ogół zakłopotanie.] Nie oznacza to, że masa kamienia rośnie (mc²), gdyż chodzi
o energię układu: Ziemia-kamień. Im większa jest odległość między ciałami
oddziaływującymi ze sobą, tym większa jest masa (grawitacyjna!) układu (bo
większa jest energia oddziaływania – potencjalna). A jeśli ciała, wskutek
oddziaływania, zbliżają się do siebie, to oczywiście masa grawitacyjna układu
maleje. Doświadczenia ostatnie (LIGO) zdają się potwierdzać tę tezę, choć nie
jest jeszcze pewne, że ich interpretacja jest w pełni poprawna. Masa obiektu
otrzymanego ze zlania się dwóch mniejszych jest mniejsza od sumy mas sprzed ich
fuzji. Nagle to, co wywoływało zakłopotanie, wyszło triumfalnie na jaw w obserwacji astronomicznej.
Jak już zauważyłem, masa grawitacyjna
układu zależna jest od wzajemnej odległości jego elementów. W miarę zbliżania
się (najlepiej) punktów materialnych, masa układu maleje. Istnieje więc taka
odległość, przy której masa układu zrównuje się z masą jednego z tych punktów
(dla uproszczenia nie mającego wpływu na istotę, masy tych punktów są równe – to bardzo upraszcza rachunki). Ma to miejsce, gdy
odległość wzajemna równa jest połowie promienia grawitacyjnego (Shwartzschilda)
jednego z nich. To tak jakby czarna dziura. Dalsze zbliżanie – masa dalej
maleje, prowadzi do zerowania się masy grawitacyjnej (przy odległości wzajemnej równej ćwierci promienia grawitacyjnego), a
dalsze, do tego, że masa układu jest ujemna. Te punkty odpychają się wzajemnie.
Siła odpychania bardzo szybko rośnie wraz z ich
wzajemnym zbliżaniem się. Osiąga nawet wartość absolutnie maksymalną.
Bardziej zbliżyć się nie mogą, gdyż to byłoby sprzeczne z zasadą zachowania
energii. W skojarzeniu przypomnijmy sobie zakaz Pauliego....
Uwzględnienie
niedoboru masy prowadzi do modyfikacji newtonowskiego prawa grawitacji. W
odniesieniu do dwóch identycznych punktów materialnych mamy:
Tutaj: duże gamma - współczynnik: = 1 gdy mamy przyciąganie i -1, gdy
odpychanie; R – promień grawitacyjny punktów; r – bieżąca odległość między
punktami. Zbadanie tej funkcji F(r) prowadzi do wykresu:
Tutaj: x =
r/R. Interesujące jest, że siła maksymalna równa jest:
F(max) = c⁴/4G
Siła ta
równa jest tzw. sile Plancka. Otrzymać ją można na różne sposoby, m.in. bazie
OTW. To znamienne, że tutaj otrzymujemy ją ze zmodyfikowanego prawa grawitacji
Newtona (MNL - Modified Newtonian Law) , co warto
zauważyć, drogą dużo prostszą. Czy równoważne jest ogólnej teorii
względności? Nie całkiem, gdyż ujawnia możliwość odpychania grawitacyjnego, ma
więc szerszy zakres działania. Sama siła jest bardzo wielka. Możecie sobie ją
wyliczyć. To największa z możliwych siła przyciągania. Istnieje też największa
z możliwych siła odpychania (64 razy większa od tamtej) - nie uwidoczniona na
wykresie. Nie ma więc osobliwości, mamy za to wyjaśnienie (czarno na białym)
głębszego sensu zakazu Pauliego.
W książce
przeprowadzona jest dokładna analiza matematyczna tego zagadnienia.
W praktyce, rzecz dotyczy wyłącznie
materii bardzo skondensowanej. W skali bardzo małej ogólna teoria względności
nie była testowana. To samo dotyczy mechaniki kwantowej, z powodu
nieoznaczoności, znacznie przekraczającej rozważane odległości.
Zauważmy przy tej okazji, że
rozważaliśmy punkty materialne, nie nazywając ich po imieniu. To podejście jak
najbardziej ogólne. Ustalenia nasze powinny więc obowiązywać także w odniesieniu do plankonów...
Teraz już wiecie, na czym polega
grawitacja dualna. Po prostu istnieje odpychanie grawitacyjne – tym razem
zdefiniowane jednoznacznie, a nie jako wydumana hipoteza.