W warunkach „domowych” pomiar natężenia pola grawitacyjnego nie jest trudny. Wystarczy wahadło. Do bardziej precyzyjnych pomiarów ziemskiego pola grawitacyjnego (w różnych miejscach) 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 technicznie wykryć i ewentualnie zmodelować ich źródło, a w dodatku, i przede wszystkim, ich wykrycie stanowiłoby potwierdzenie słuszności przypuszczenia o istnieniu fal grawitacyjnych, przypuszczenia bazującego na ogolnej teorii względności. To dodatkowa, nawet silna motywacja dla podjęcia badań. Pierwotnym źródłem tego przypuszczenia jest analogia. W uproszczeniu, jak wiadomo, w wyniku ruchu przyśpieszonego naładowanej cząstki emitowana jest fala elektromagnetyczna. Ruch przyśpieszony ciała masywnego powinien powodować emisję fali, oczywiście grawitacyjnej. Stąd krótka droga do poszukiwania tej możliwości w eisteinowskich równaniach pola – z pozytywnym skutkiem. Dziś już wszyscy wiedzą, że istnienie fal grawitacyjnych przewiduje ogólna teoria względności, a ich detekcja stanowić ma kolejne potwierdzenie tej teorii. To duża motywacja. Ogólnie, źródłem fali grawitacyjnej, powinno być ciało poruszające się ruchem przyśpieszonym, tak, jak źródłem fali elektromagnetycznej jest naładowana cząstka w ruchu przyśpieszonym. [Jak wiadomo, w układzie nieinercjalnym istnieją tzw. siły bezwładności, a te działają, jak grawitacja – w bardzo dużym uproszczeniu.] Czy analogia ta w pełni wystarcza? Przecież to nie dokładnie to samo pomimo, że w skali makroskopowej, w odniesieniu do promieniowania elektromagnetycznego właściwie trudno mówić o dyskretności poziomów energetycznych. Grawitacja, zgodnie z ogólną teorią względności, ma charakter ciągły. Możliwość dopasowania równań nie wystarcza, ale dajmy na to.
Problem w tym, że możliwe dla zaobserwowania są tylko fale emitowane przez układy bardzo masywne, przy czym przyśpieszenie powinno być tam bardzo wielkie. Z tego powodu nie jest możliwe, przynajmniej dziś, wykrycie drobnych, przypadkowych zmian natężenia pola grawitacyjnego spowodowanych na przykład ruchami planet. W dodatku nie wystarczy 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 otrzymanego wyniku. Chodzi zatem o ciasny odległy układ dwóch czarnych dziur, które zlały się w jedną (tak interpretuje się wynik eksperymentu.). To wielkie wydarzenie, gdyż, jak dotąd wykrycie (wraz z pomiarem) 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 opisywałem plankony i ich wzajemne oddziaływania. Tam istnienie grawitonów sprowadziłem do absurdu. Jeszcze odważę się pisać na ten temat.
Niektóre „automatyczne” sądy, bazujące na luźnych skojarzeniach, widzą w grawitonach i falach grawitacyjnych analogię do dualizmu korpuskularno-falowego (mechanika kwantowa). „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, wbrew pozorom, nie wszystko jest 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 (i analogia wzięta z elektromagnetyzmu).
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 zmiana zachodzi pod warunkiem zmiany masy grawitacyjnej obiektu lub układu, co nie jest możliwe, jeśli grawitacja nie ma charakteru dualnego – z natury nie istnieje odpychanie grawitacyjne, a defekt masy grawitacyjnej nie jest konkretem. By stał się (konkretem), najpierw należałoby zdefiniować masę grawitacyjną jako masę układu. Jeśli masa kolapsującej gwiazdy nie zmienia się, to gdzieś tam ponad nią nie zmienia się też natężenie pola grawitacyjnego. Dziura niedziura – na jedno wychodzi. Jeśli jednak grawitacja ma charakter dualny, to jeśli gwiazda zapada się, dojść musi do jej pulsacji objętościowych, a więc także pulsowania natężenia pola (w związku ze zmianami masy grawitacyjnej). Może to być na przykład pulsowanie zamierające wskutek rozpraszania się energii w materii gwiazdy. Cykliczne zmiany masy grawitacyjnej powinny być dość szybkie, gdyż zachodzą przede wszystkim głęboko, w jądrze gwiazdy. Warto tę rzecz sprawdzić.
Okazuje się że dysponujemy dziś narzędziem, dzięki któremu możliwe byłoby sprawdzenie, czy kolapsująca gwiazda jest źródłem fal grawitacyjnych. Tego dotąd nie udało się potwierdzić. Czy dlatego, gdyż wtedy natężenie pola nie ulega zmianie? Nie byłoby to zbieżne z wnioskami grawitacji dualnej. Mamy więc motywację dla działań.
No właśnie, a co z detekcją fal grawitacyjnych dokonaną dzięki interferometrowi LIGO? Tu jednak, sądząc po relacji, a właściwie po interpretacji wyników, chodzi o ciasny układ dwóch bardzo masywnych obiektów. Stwierdzono, że po połączeniu się dwóch czarnych dziur, masa nowopowstałej dziury była mniejsza, niż łączna masa obydwu (o prawie trzy masy Słońca). To jednak mogłoby oznaczać nie tylko to, że nadmiar energii, równoważny temu niedoborowi masy, wyemitowany zotał falami grawitacyjnymi. Także to (jako alternatywa), 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, z rzeczywistością empiryczną. 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. Właśnie taki efekt uzyskano w doświadczeniu LIGO. No i mamy fale grawitacyjne. [Zgodnie z interpretacją doświadczenia, zarejestrowane drgania pochodzą ze wzajemnej, coraz szybszej rotacji zbliżających się do siebie czarnych dziur – zanim doszło do ich fuzji – powszechnie znana już jest symulacja i animacja tego domniemanego zjawiska. Moment pędu nowopowstałego obiektu przestał interesować naukowców. Już otrzymali co chcieli.] Czy fale te uniosły energię równoważną masie trzech Słońc? Skąd ten wynik? Skąd ta pewność? Stąd, że przyjęta odległość tych obiektów jest bardzo wielka. Nie znam szczegółów, ale proponuję ponownie przemyśleć rzecz. Zgodnie z ustaleniami grawitacji dualnej, zapadanie się każdego obiektu powoduje malenie jego masy grawitacyjnej, nie koniecznie emisję fali grawitacyjnej. Koncepcja ta jednak na razie jest w powijakach i wymaga głębszej analizy. A wracając do doświadczenia, cykliczna zmienność natężenia pola grawitacyjnego może rzeczywiście oznaczać proces podobny do opisanego, choć nie koniecznie chodzi o czarne dziury (lub gwiazdy neutronowe) i niekoniecznie tak odległe (ponad miliard lat świetlnych). [Dlaczego tak odległe? Po prostu, odkryty efekt był bardzo słaby. Jeśli mowa o energii równoważnej masie trzech Słońc, to można wyliczyć odległość (natężenie promieniowania jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości). Oczywiście przy założeniu a priori, że energia ta stała się energią wykrytych fal grawitacyjnych.]
Patrząc na to inaczej, stwierdzić możemy, że masa grawitacyjna (także tego) układu maleje w miarę wzajemnego zbliżania się obiektów. Oczywiście zmienia się cyklicznie ich wzajemne położenie, a więc i natężenie pola grawitacyjnego w punkcie obserwacji – co widać w doświadczeniu (w związku ze zmianami odległości od nas, elementów układu). Ale nie znaczy to, że energia unoszona przez te fale grawitacyjne, równa jest ubytkowi masy układu. Same obiekty nie ulegają ilościowej degradacji, gdy chodzi o zawartość materii, a więc i grawitacji, którą współtworzą. Chodzi wyłącznie o rejestrowanie zmian natężenia pola grawitacyjnego. Wniosek stąd, że obiekty te znajdują się znacznie bliżej, może nawet w naszej Galaktyce. Jak widać w interpretacji, nie wzięto pod uwagę istnienia defektu masy grawitacyjnej układu, defektu istniejącego w każdym układzie grawitacyjnym i będącego wyłącznie funkcją wzajemnej odległości obiektów, niezależnie od jego stanu kinematycznego. Ten defekt masy nie ma nic wspólnego z falami grawitacyjnymi. [W intepretacji doświadczenia, masa układu po zlaniu się ze sobą jego elementów ma być mniejsza o masę równą prawie masie trzech Słońc. Równoważność tego ubytku masy stanowć ma energia rejestrowanych fal grawitacyjnych.]
Nauka do dziś nie bardzo radzi sobie z opisem defektu masy. Dlatego rzadko się o tym mówi. Przyczyna? Wystarczyło (bagatela) zdefiniować inaczej, bardziej naturalnie, masę grawitacyjną. Patrz artykuł traktujacy o dualnej grawitacji.
Może paść pytanie: Czy planeta okrążająca Słońce jest źródłem fali grawitacyjnej? Niby tak, gdyż porusza się z przyśpieszeniem (dośrodkowym). Czy tu chodzi wyłącznie o zbyt słaby (dla detekcji) efekt? Ale przecież układy cykliczne nie tracą energii (dlatego są cykliczne). Układ Słoneczny istnieje już co najmniej cztery miliardy lat w niezmienionej formie, a na Ziemi istnieje życie (a więc warunki ku temu), już ok. trzech miliardów lat. Podobnie atom – nie zmienia się pomimo, że w nim elektrony okrążają jądro. A sztuczny satelita Ziemi, dlaczego w końcu opada? Opada tylko i wyłącznie wskutek tarcia o atmosferę. Gdyby nie to, krążyłby w nieskończoność. Zachowanie energii układów cyklicznych, nie ważne jakich, konsystentne jest z jednym z postulatów Bohra, który w jego czasach stanowił zastanawiające nowum.
Jeśli więc nasze czarne (lub gwiazdy neutronowe) mimo wszystko, nieuchronnie zbliżają się do siebie (by się połączyć), krążąc wokół wspólnego środka masy, to ich układ traci energię, nie jest stabilny. Widocznie energia kinetyczna obiektów rozprasza się. Jeśli Układ Słoneczny jest stabilny przez miliardy lat, to dlaczego nie jest stabilny ciasny układ gwiazd? Istotę grawitacji nie obchodzi skala. Czy pojawia się jakaś nowa jakość? Wyjaśnieniem, chyba nawet trywialnym, mogłoby być (jeśli już mamy do czynienia z takim układem) wzajemne hamowanie ruchu przez atmosfery tych obiektów, a nie emisja fal grawitacyjnych, niosących tak ogromną energię. Ubytek masy byłby wówczas wyłącznie efektem przewidywanym przez grawitację dualną. W dodatku, jeśli miałyby to być obiekty znajdujące się dużo bliżej i mniej masywne, to także defekt masy byłby proporcjonalnie mniejszy (przy tym samym efekcie doświadczalnym). [Obniżanie się masy układu, można było wydedukować z ruchu – zagadnienie Keplera.] Doświadczenie LIGO stanowiłoby więc potwierdzenie słuszności idei grawitacji dualnej.
Przy interpretacji samego doświadczenia LIGO mamy gotowca – konkretny układ, poddawalny naszym symulacjom, opartym na tym, jak rozumiemy nasze życzenia poznawcze. Dodajmy do tego, że wzajemna bliskość (Jak do tego w ogóle mogło dojść?) powoduje zjawiska pływowe. Wzajemna odległość tych obiektów jest już mniejsza od granicy Roche’a.
Nasze czarne dziury (dziś już wiemy, że także gwiazdy neutronowe) zbliżają się do siebie okrążając wspólny środek masy. „Jeśli jednak masa układu się zmniejsza, sądząc po interpretacji, to przyciąganie wzajemne słabnie, więc powinny, przy zadanej prędkości orbitalnej, oddalać się wzajemnie, a nie zbliżać. A właściwie, układ powinien ustabilizować się” – tak na chłopski rozum. Ale to nie punkty materialne, a o domniemanej przyczynie hamowania ich ruchu, napisałem powyżej. Ten model zbliżających się czarnych dziur podsuwa analogia do niestabilnego układu elektron-pozyton (pozytonium), który po krótkim czasie anihiluje z emisją dwóch lub trzech fotonów gamma. Analogia ta nie jest jednak absolutna. Rzecz bierze się też stąd, że grawitację traktuje się jako wyłącznie przyciąganie. Czy słusznie?
Dziś mamy szeroko nagłośniony sukces – odkrycie fal grawitacyjnych, a odpowiedni film animowany znają już wszyscy. Czytelnicy tych słów wprost obrażają się na mnie.
Miara sukcesu jest miarą oczekiwań.
Szczególnie wyraźnie to widać, tak patrząc na doświadczenie LIGO, jak i na „odkrycie” ciemnej energii (oczekiwanie na niezerowość stałej kosmologicznej). O tym było w eseju pt. Katastrofa horyzontalna.
Ale kropki nad i nie stawiam.
*) 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, natomiast cząstki materii są fermionami. Do bozonów należą: przede wszystkim foton, oraz mezony.
