Uzupełnienie do postów o promieniowaniu reliktowym

   Posty o promieniowaniu reliktowym, nie dla wszystkich były w pełni zrozumiałe. Śpieszę więc z wyjaśnieniami. Każde ciało jest źródłem promieniowania. Nawet w temperaturze tylko nieco wyższej od zera bezwzględnego (0K = – 273^oC). Przyczyną są ruchy cieplne atomów i cząsteczek ciała. Chodzi o to, że cząstki posiadające ładunek (elektrony, protony), poruszają się ruchem przyśpieszonym (w szczególności gdy dochodzi do zderzeń). Cząstka naładowana, w ruchu przyśpieszonym, jest źródłem promieniowania elektromagnetycznego. Siłą rzeczy, im niższa temperatura, tym energia fotonów promieniowania jest mniejsza – mniejsza częstotliwość (dłuższa fala).   

   Podgrzewając ciało powodujemy wzrost średniej energii kinetycznej cząstek – powodujemy skracanie się fali emitowanego promieniowania. Co ważne, chodzi o średnią energię kinetyczną. [Prędkości chwilowe cząstek tworzących ciało, nie są jednakowe]. Ciało emituje więc różne fotony. Promieniowanie cieplne posiada więc określone widmo, czyli w promieniowaniu tym występują wszelkie częstotliwości (nie jest monochromatyczne). Jeśli temperatura ciała jest wyższa, fotonów o większej energii jest więcej. Pewnej długości fali odpowiada maksimum natężenia (fotony najbardziej reprezentatywne). W promieniowaniu ciała o wyższej temperaturze więcej jest fotonów o dużej energii. W miarę wzrostu temperatury maksimum natężenia przesuwa się ku falom coraz krótszym (na poniższym wykresie – w lewo). Na nim E oznacza natężenie promieniowania. Okazuje się, że długość fali o maksymalnym natężeniu jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury (w Kelwinach). Wyraża to prawo Wiena.

Oto wzór wyrażający to prawo:

                                                                 

                (3)

Tutaj: C – stała,   C = 2,898·10^-3m·K; T – temperatura w skali bezwzględnej, którą nazwać można „temperaturą promieniowania”. Na przykład temperatura promieniowania reliktowego (mikrofalowego) równa jest ok. 2,7 K.

    Rzecz można przedstawić też inaczej. Podgrzewamy ciało. Jeśli robimy to w ciemności, zauważamy, że w pewnej temperaturze (ok. 500^oC) zaczyna świecić. Najpierw świeci na czerwono. W miarę wzrostu temperatury czerwień przechodzi w kolor żółty, i tak dalej, aż do białego żaru. Oznacza to, że reprezentatywne stają się coraz krótsze fale. Gwiazdy o niskich temperaturach powierzchniowych mają barwę czerwoną. Nasze Słońce jest żółte, a jego temperatura powierzchniowa wynosi prawie 6000K. Temperatura gwiazd najgorętszych dochodzi do 30.000K. Tu warto poszukać hasła: Klasyfikacja gwiazd – typy widmowe. https://pl.wikipedia.org/wiki/Typ_widmowy

    Promieniowanie reliktowe jest promieniowaniem cieplnym, którego maksimum odpowiada temperaturze 2,7K. W ciągu kilkunastu miliardów lat, temperatura promieniowania obniżyła się już do tego stopnia.

2. Obliczamy gęstość Wszechświata

...W każdym razie, co do płaskości przestrzeni Wszechświata panuje consensus omnium, bo przecież wskazują na to obserwacje (i odpowiednie rachunki). Obliczmy więc gęstość Wszechświata przyjmując uproszczenie (w tym przypadku jak najbardziej strawne), że Wszechświat stanowi obiekt kulisty. Zatem:   

 Tutaj R – promień Schwarzschilda (grawitacyjny) Wszechświata: R = 2GM/c². Wobec zakładanej płaskości przestrzeni można Wszechświat traktować jako kulę o promieniu R. [My znajdujemy się na jej powierzchni, będąc najdalej od momentu Wybuchu (przy tym stanowimy centrum Wszechświata). Oto niezgłębiona topologia naszego domu.]  Otrzymujemy więc: 

Jak widać, sądzac po tym wzorze, gęstość Wszechświata (a także gęstość obiektu zamkniętego promieniem grawitacyjnym, nazywanego czarną dziurą) jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu jego masy, która, jak już wiemy, wzrasta. Na wzór ten powoływać się będę wielokrotnie.

                                                                                                                                                      

Gęstość Wszechświata. 1. Wstęp

Jeszcze trochę o płaskości przestrzeni Wszechświata. Celowość???

Płaskość oznacza, że parametr gęstości (stosunek średniej gęstości Wszechświata do gęstości krytycznej) Ω = 1. Jak najbardziej wiarygodne obliczenia (Oczywiście bazujące na równaniu Friedmanna – niekoniecznie słusznym) wskazują na to, że gdyby w pierwszej sekundzie od początku ekspansji parametr ten był tylko nieco większy od jedności, to Wszechświat już dawno by się zapadł. Gdyby był tylko nieco mniejszy od jedności, to nie mogłyby powstać atomy (w skutek zbyt szybkiego rozproszenia materii). Po prostu nie istnielibyśmy. A przecież upłyneło już może nawet 15 mld. lat od początku ekspansji. Robert Dicke w jednym ze swych wykładów przedstawił to w sposób bardzo poglądowy: „Gdy wiek Wszechświata równy był jednej sekundzie, wartość parametru Ω, już wówczas, nie mogła przekraczać przedziału: 1±0,00000000000000001”, aby Wszechświat posiadał dzisiejsze cechy budowy materii i dynamiki rozwoju*. Problem płaskości. Dziwne balansowanie Wszechświata na linie grubości włosa. Czy to powód dla przyjęcia zasady antropicznej? Osobiście zasadę tę odrzucam, widząc w niej nawet rodzaj mistycyzmu (w materialistycznej oprawie). Powód: poniżej. Swoją drogą, już wcześniej, już we wstępnej części poprzedniego artykułu stwierdziłem, że w związku z immanentną płaskością przestrzeni Wszechświata, „krytyczność” jest jedyną opcją. W tej sytuacji nie ma mowy o krytyczności, w związku z jej semantyką, a parametr gęstości traci swą przydatność jako wyłącznie równy jedności. Oto baza dla nowej kosmologii.

   Aktualnie tak się tego nie widzi. Przyjmuje się, że wprawdzie dziś parametr gęstości rzeczywiście równy jest jedności (powiedzmy, że „w przybliżeniu”), ale być może w przyszłości jego wartość będzie inna, dlatego często dodaje się przy symbolu Ω indeks zero. [To „w przybliżeniu” wywołuje u mnie sprzeciw. Przyczyną użycia tej formułki jest mentalna ostrożność astronomów i fizyków, patrzących na wszystkie wielkości jako dane pomiarowi, którego immanentną cechą jest błąd pomiaru. Ale nie o to przecież chodzi. Przecież Przyroda jest jednoznacznie taka, jaka jest i jej cechy nie są uwarunkowane przez obecność mierniczych.]  W dodatku, zgodnie z dzisiejszym modelowaniem, na wartość parametru gestości składają się różne czynniki niezależne od siebie, co oznaczać może, że jedynkowa wartość omegi wcale nie jest taka oczywista, może nawet jest przypadkowa. Aż się w pale nie mieści to, co zauważył Robert Dicke. Zgodnie z modelem prezentowanym przeze mnie, ta „przypadkowość” nie jest możliwa (jako przypadkowość). Zgodnie z modelem prezentowanym tutaj, Ω nie ulega zmianom. Płaskość przestrzeni jest obiektywną cechą przyrody, a nie nieprawdopodobnym stanem wycelowanym w nasze istnienie. Jeszcze trochę, a pomyślimy, że dzieje się tak dlatego, gdyż wszystko, co nas otacza, jest, dla każdego z nas z osobna, rodzajem podarku od siły wyższej, a może także wyłącznie wrażeniem, jak to stwierdził przed setkami lat niejaki Berkeley. Zatem Wszechświat nie został stworzony na rzecz naszego istnienia a jego opis bazujący na podstawowych i uniwersalnych prawach przyrody jest prostszy i nie ma w tym krzty celowości...

*) Informację na ten temat znaleźć można na przykład w książce: Alan H. Guth – Wszechświat inflacyjny.  

9. Podsumujmy i pospekulujmy przy okazji omawiania masy Wszechświata

   Ten post będzie trochę dłuższy, mimo to warto, a może należy, dokonać przeglądu tego, co już było, tym bardziej, że uzupełnionego o nowe refleksje.

1) Masa Wszechświata. Trzeba przyznać, że rozważania dotyczące masy Wszechświata mają jakikolwiek sens pod warunkiem przyjęcia tezy, że Wielki Wybuch faktycznie miał miejsce. Jeśli bowiem coś wybucha, to nie może mieć nieskończenie wielkiej masy, a sam Wszechświat po prostu (...) oscyluje. [Już filozoficznie sam Wybuch ni stąd ni zowąd wraz z niekończącą się ekspansją stanowi problem poważny, którego bagatelizować nie można. Dla stroniących od filozofii kosmologów – problemu nie ma pomimo, że do niedawna kosmologia była działem filozofii. Masa Wszechświata (nie ważne jak jest definiowana) jest więc ograniczona, jest konkretną liczbą, nie ważne jak wielką. Jest więc sens zajęcia się też masą, pomimo jej ekstensywności. W szczególności nader interesujące byłoby pytanie: „Jaka będzie maksymalna masa Wszechświata w momencie inwersji między ekspansją, a kontrakcją?” Moje robocze oszacowania (aktualne na dziś) dają wielkość rzędu: 10^63kg (w odniesieniu do dzisiejszych wartości jednostek). 

2) Prędkość ekspansji. Na razie zauważmy, nie po raz pierwszy, że prędkość ekspansji jest, zgodnie z zasadą kosmologiczną, niezmiennicza. To także największa możliwa prędkość, to prędkość względna najbardziej oddalonych od siebie punktów ekspandującego Wszechświata. [Jak wiadomo, przed miliardami lat, cała materia tworzyła byt o bardzo małych rozmiarach i wtedy rozpoczęła się ekspansja. Powstał też chaos. Nadmiar energii kinetycznej urelowskiej ekspansji zdyssypował – pojawiła się temperatura jako nowy parametr stanu układu. Ruchem tego zbioru elementów rządzić zaczęły prawa statystyki. Elementy względnie najszybsze oddaliły się od siebie najbardziej. Dziś dzieli już je odległość kilkunastu miliardów lat świetlnych.] Wszechświat jest bytem materialnie ograniczonym, a więc jest przestrzennie ograniczony. Zatem prędkość ekspansji jest ograniczona (a nie nieskończona). Prawo Hubble'a, a więc także zasada kosmologiczna, wyraża także to. [Być może uzasadniony byłby sąd, że gdyby Wszechświat był nieskończony, to nie byłoby ograniczenia na wielkość prędkości względnej. Prędkość mogłby (teoretycznie) być nieskończenie wielka. Czy istniałyby wówczas oddziaływania elektromagnetyczne? Czy świat, który znamy mógłby istnieć? Może to tylko filozofowanie, albo czcze spekulacje, ale warto mimo wszystko zastanowić się.]   

   Jaka liczbowo jest ta prędkość? Gdyby spojrzeć na to od strony struktury – każde ciało (w tym galaktyki) zbudowane jest z atomów, a te z cząstek oddziałujących elektromagnetycznie. Przez wzgląd na to ich prędkość względna ma swój kres górny: c.* Od tego stwierdzenia zacząć by można rozważania z których wnioski stanowią treść szczegolnej teorii względności. Zatem prędkość ekspansji Wszechświata równa jest c. To także prędkość światła, prędkość fotonów, a także kres górny prędkości (względnej) obiektów (cząstek) oddziaływujących elektromagnetycznie. Wszystko się zazębia.

    Ale to jeszcze nie koniec. Można na rzecz spojrzeć z innej strony. Co ma wspólnego prędkość fali elektromagnetycznej z prędkością ekspansji? Bardzo możliwe, że oddziaływania elektromagnetyczne pojawiły się właśnie w momencie, gdy ustaliła się prędkość ekspansji wartością c, że są reliktem tego momentu. [Jeśli tak, to mamy jeszcze jeden argument uzasadniajacy tezę, że Wielki Wybuch miał rzeczywiście miejsce (pomijając inne ważkie argumenty). Tu chodzi o konsystentność argumentacji.] Wcześniej, jak już wiemy była Urela kończąca się przemianą fazową. Prędkość c jest więc, jak zauważyłem powyżej, reliktem początków ekspansji hubblowskiej, a także momentu, w którym pojawiły się oddziaływania elektromagnetyczne. Mamy więc wyjaśnienie sensu tak bulwersującej przecież niezmienniczości prędkości światła. Sto lat temu była postulatem, a dziś, za sprawą moich fantazji, jest oczywistym wnioskiem, wprost wynikającym z zasady kosmologicznej. Chodzi tu właściwie nie tyle o wniosek, co o konsystentność danych o charakterze kosmologicznym z podstawowymi cechami materii. Tu ta konsystentność wprost krzyczy.

    Jak widać, wątek ten co jakiś czas wraca w moich postach. Że się powtarzam? Nie zawadzi, bo to dosyć ważne. Czy o wszystkim, co już napisałem, pamiętacie? Nawet niektórzy nie pamiętacie treści postu ostatniego (i dlatego niektórzy z „gniewnych”, bezwiednie trollują, bo wcześniej nie uważali na lekcjach). 

3) Wszechświat jako Wszystkość. Stwierdziliśmy, że rozmiary Wszechświata sukcesywnie wzrastają, choć są ograniczone. Poza horyzontem hubblowskim nie istnieje nawet przestrzeń, gdyż Wszechświat dany obserwacji jest wszystkim. Istnienie czegokolwiek poza granicą horyzontu byłoby nawet sprzeczne z zasadą  kosmologiczną, choćby dlatego, że obszar powyżej horyzontu musiałby mieć inne zupełnie cechy, niż znany nam Wszechświat. O tym, że obserwowalny Wszechświat jest Wszystkim, świadczyłyby też parametry promieniowania reliktowego. [Gdyby był większy, to temperatura tego promieniowania była niższa, niż stwierdzona obserwacyjnie, a ta stwierdzona obserwacyjnie odpowiada rozmiarom hubblowskim.] Wszechświat nie jest jakimś ciałem, zanurzonym w przestrzeni. Sam bowiem tworzy przestrzeń swą materią. Jak to strawić? Trzeba by zaordynować jakieś suplementy, albo powoli się przyzwyczajać. Proponuję to drugie, a czeka Was jeszcze sporo zaskoczeń. 

4) Grawitacyjne wysycenie Wszechświata. Jak już wiemy, Wszechświat posiada konkretną masę. Czy wokół niego roztacza się pole grawitacyjne? Niby tak, ale przecież przestrzeń wokół niego nie istnieje. Taka była nasza konkluzja.

    Jedną z konsekwencji przyjęcia zasady kosmologicznej było też stwierdzenie, że globalne natężenie pola grawitacyjnego równe jest zeru. W każdym punkcie przestrzeni.

Stwierdziliśmy bowiem, że w związku z izotropowością Wszechświata siły działające na dowolne ciało z przeciwnych kierunków równoważą się. Przy tym, by to miało miejsce, Wszechświat wcale nie musi być nieskończenie wielki – co by mogło wynikać z pełnej kompensacji sił (zasada kosmologiczna). Sprawę absolutnej równowagi sił załatwia specyficzna (dziś nie znana) topologia.

    Wkrótce przekonamy się, dla odmiany, że potencjał pola globalnego jest wielkością stałą, nie koniecznie zerową i wszędzie jest jednakowy. [Przypomina to do złudzenia naładowany elektrycznie przewodnik (w warunkach równowagi elektrostatycznej)] Wysycenie pomimo istnienia grawitacji... Czy to możliwe? Także grawitacją Wszechświata zajmiemy się, w odpowiednim czasie.

    Wszechświat zatem nie zdradza swej obecności nawet gdyby instniała jakaś zewnętrzność – zgodnie z naszymi konkluzjami, nie istnieje. Ale dajmy na to. Stwierdziliśmy, że natężenie pola równe jest zeru – Wszechświat na zewnątrz nie zdradza swego istnienia. Jeśli więc na zewnątrz nie ma pola, to Wszechświat nie może być widoczny dla „kolegów”, nie istnieje więc dla jakiegokolwiek obserwatora zzewnątrz. Dla swych mieszkańców jest więc jedynym istniejącym, nawet jeśli stanowi element nieskończonej mnogości. O tej mnogości wiedzą przy tym tylko naukowi fantaści. Jeśli On, to także pozostałe wszechświaty z nieskończonego zbioru (albo jeden jedyny, albo nieskończenie wiele) nie są widoczne. My nie ujawniamy swego istnienia, to samo oni, bo jeśli istnieją inne wszechświaty, to posiadają tę samą cechę. Więc po co kombinować z wieloświatami i mnogością nieskończoną wszechświatów? To na pewno nie pomoże zrozumieć naszego poczciwca. Dla „obiektywnego” obserwatora będącego „na zewnątrz” istnieje więc tylko nieskończona pustka. To co on tam robi, do jasnej przez Marszałkowską? Czy istnieje sens dla istnienia nieskończonej pustki? Dla istnienia nieskończonego Nieistnienia? Że to nieistnienie może być pozorne, fałszywe: pełna energii „Fałszywa Próżnia”? Że sam Wybuch, a więc i Wszechświat, to bąbel kreowany lokalnie z nieskończonej energii, a takich bąbli – wszechświatów jest nieskończenie wiele? Atrakcyjna fantazja – no nie? Ale... Co to ma do rzeczy? Czy pomoże nam w zrozumieniu naszego Wszechświata? Dodatkowo, istnienie nasze nie ma zupełnie wpływu na fakt istnienia (lub nieistnienia) czegoś poza nami. Z istnienia naszego Wszechświata wcale nie wynika konieczność istnienia innych wszechświatów.  

   Już to skłania do konkluzji, że to, co my percepujemy jako Wszechświat, jest jedynością i wszystkością zarazem, a przy tym jest ilościowo ograniczone. Faktem obserwacyjnym wskazującym na słuszność takiego stawiania sprawy jest znany wszystkim bez wyjątku fakt nocnej czerni nieba. Zainteresowani (i trochę mniej zorientowani) mogą poczytać sobie o tak zwanym Paradoksie Fotometrycznym Olbersa. Teza o wysyceniu i ograniczoności ilościowej Wszechświata przewijać się będzie wielokrotnie w tej pracy.

*) Opisałem to w swej książce: Elementrany wstęp do szczegolnej teorii względności, nieco ...inaczej. Jeśli ciało posiadające ładunek elektryczny porusza się, efektem tego jest pole magnetyczne. Im ciało to porusza się szybciej (to oczywiście rzecz względna – układ odniesienia), tym pole magnetyczne jest silniejsze. Gęstość energii tego pola w dowolnym punkcie nie może jednak być większa, niż gęstość energii źródłowego pola elektrycznego (oczywiście w tej samej odległości). Natężenie pola magnetycznego jest proporcjonalne do prędkości ciała. Zatem istnieje taka prędkość, przy której gęstość energii obydwu pól jest równa. Prędkość większa nie może być. Zasada zachowania energii jest nieubłagana. Istnieje zatem prędkość nieprzekraczalna – ciał oddziaływujących elektromagmetycznie. A może wszystkich ciał? Na to pytanie tutaj nie odpowiem. Po głębszym zastanowieniu możemy nawet zaryzykować sąd, że ta graniczna prędkość nie zależy od układu odniesienia – jest niezmiennicza.

8. Przywracam do łask energię potencjalną

    Pojęcie energii potencjalnej układu dwóch ciał znane jest powszechnie, a jego definicja jest ścisła i jednoznaczna. Jednakże gdy mowa o energii potencjalnej Wszechświata mówienie o jakichś ciałach nie ma sensu. Zresztą mija się też z celem poszukiwanie konkretnej wartości łącznej masy wszystkich obiektów Wszechświata. Także z tego powodu w piątym poście wprowadziłem pojęcie Umownej Masy Wszechświata (UMW). Podobnie rzecz się ma z energią potencjalną. Do wyrażenia jej użyć trzeba będzie więc właśnie UMW. Dodatkowo, w układzie (na przykład) dwóch ciał energia ta zależy od odległości, jest funkcją ich wzajemnego położenia. Co do Wszechświata, jedynym uniwersalnym parametrem przestrzennym jest wielkość promienia grawitacyjno-hubblowskiego. Tak więc należałoby w kontekście naszych rozważań przedstawić (jeszcze nie zdefiniować ilościowo) Energię Potencjalną Wszechświata, traktując ją jako globalny parametr, którego wartość jest funkcją uniwersalnego czasu Wszechświata (bo rozmiary jego rosną z czasem). [W poprzednim poście wyjaśniłem dlaczego wolno mi rozważać energię potencjalną.]

   Bazą ideologiczną dla takiego właśnie pojmowania spraw jest głębokie przekonanie (między innymi moje), że Wszechświat miał swój początek (choćby w sensie rozpoczęcia nowego cyklu), że był to początek wspólny dla wszystkich elementów jego struktury, że wszystkie obiekty łączy wspólna historia. Z tym ostatnim zgadzają się chyba wszyscy. Przy tym, Wszechświat jest integralną całością. W związku z jego rozszerzaniem się i nieprzerwanym wzrostem globalnej energii potencjalnej, wzrasta także globalna masa (maleje jej niedobór). Można to zapisać następująco:

zgodnie ze słynnym wzorem Einsteina (E = mc²). Tym razem wzrost masy pozostaje w bezpośrednim związku ze wzrostem rozmiarów, bo przecież przyrost energii potencjalnej jest ogólnie uwarunkowany zmianą położenia (klasyczny przykład szkolny stanowi podrzucanie ciał do góry). Być może wpadliśmy na właściwy trop. Warto w tym kontekście zwrócić uwagę na to, że ten sukcesywny wzrost masy Wszechświata zachowuje jego stan, czyli zapewnia (stwierdzoną obserwacyjnie) „krytyczność” rozwoju niejako w naturze rzeczy, czyniąc parametr gęstości  Ω = 1 jakby stałą uniwersalną (albo rzeczą, która stała się  zbędną). Warto zapamiętać to zdanie, nawet jako bazę dla przemyśleń w kontynuacji lektury. To roztacza przed nami nowe horyzonty do dalszych rozważań (nie wyłączając z tego horyzontu zdarzeń), choć oczywiście nie uwalnia nas od „problemów wzrostu”, przeciwnie. Z pomysłem rosnącej masy Wszechświata, w dodatku rosnącej w sposób przedstawiony tu, nie zetknąłem się w źródłach pisanych, stanowiących bazę standardową dla powszechnej świadomości poznawczej (tym gorzej dla mnie).

  „Kosmologia naiwna”? Energia potencjalna, niedobór masy grawitacyjnej? Co jeszcze? Współczesna kosmologia wprost nie koncentruje swych wysiłków na masie (a tym bardziej na energii), z wiadomych już powodów. Czyżbym się aż tak strasznie mylił? A jednak wnioski wynikające z przyjęcia tej koncepcji prowadzą dość daleko, do niekonwencjonalnego, acz spójnego, modelu Wszechświata wraz z jego początkiem (!), modelu generującego antycypacje zbieżne z wynikami obserwacji. A to przecież najważniejsze. Zauważymy to dalej. W tym kontekście modele zbudowane na równaniach Einsteina-Friedmanna zyskują być może inny sens praktyczny (na przykład historyczno-edukacyjny). Czy pomysł (ze wzrostem masy, zsynchronizowanym ze wzrostem globalnej energii potencjalnej) ma naprawdę szansę być słusznym? Czy szansę tę zaprzepaści jego odrzucenie na bazie nawyków myślowych obowiązujących dziś? W każdym razie (i na razie) spójny jest ten pomysł z przedstawionym tutaj (to znaczy w moich pracach) dość specyficznym traktowaniem grawitacji.

  Reasumując stwiedzić możemy, że masa grawitacyjna Wszechświata (zgodnie z zasygnalizowaną tu koncepcją) stopniowo wzrasta wzrostem jego globalnej energii potencjalnej. Maleje tym deficyt masy Wszechświata. Zgodnie z dzisiejszym sądem, jego ekspansja naturalnie stopniowo ulega spowolnieniu, a po niedawnych odkryciach, że coś ją przyśpiesza. [Chodzi jednak (zgodnie z tym sądem) nie tyle o zmianę prędkości względnych, co o zmianę krzywizny przestrzeni w powiązaniu ze wzrostem czynnika skali.] W tym sensie maleje (lub wzrasta) tempo ekspansji. Nie uwzględniając ciemnej energii porównuje się to ze zwalnianiem podrzuconego do góry ciała, pomimo, że w przykładzie tym mamy do czynienia z ruchem jako takim. Wobec Wszechświata przestrzeń, a wobec ciał faktyczny ruch... Upoglądowienie niezbyt trafione. Ruch, czy też zmiana zakrzywienia czasoprzestrzeni? Jak widać, w tradycyjnym podejściu (i w przykładzie z podrzuconym ciałem) mamy równocześnie dwa diametralnie różne podejścia (ruch faktyczny + zakrzywiona czasoprzestrzeń ze zmianami czynnika skali, w odniesieniu do Wszechświata jako całości)). Niekonsekwencja? Ale to tylko tak dla upoglądowienia.

7. Mechanizm wzrostu masy Wszechświata

   „Masa Wszechświata wzrasta” – to zasadnicza konkluzja poprzedniego postu. Wcześniej stwierdziliśmy, że zawartość materialna Wszechświata jest ograniczona (a nie nieskończona), nawet substancjalnie niezmienna. Przesłankę na to stwierdzenie stanowi przyjęte za fakt zajście Wielkiego Wybuchu. A tak swoją drogą (i z innej beczki) konsystentne to jest z zasadą zachowania liczby barionowej i leptonowej. Kiedyś więc ta „zabawa” powinna się skończyć (bo ilość materii jest ograniczona). Dojdziemy do granicy wzrostu masy. [„Chyba, że wzrost masy jest asymptotyczny ku jakiemuś kresowi górnemu.” Staram się rozważać różne opcje. Tu jednak trochę przeszkadza ta asymptotyczność, gdyż chodzi o realny świat i rzeczywistą materię. W przyszłości, jak Bozia da, wskażę (nie bez matematyki) właśnie na to, że w rozwoju materii, a szczególnie w oddziaływaniach, istnieją konkretne granice absolutne – nie asymptotyczne. Ale musicie uzbroić się w cierpliwość.] Co wtedy? W tym kontekście logiczną wydaje się hipoteza, że Wszechświat zacznie się kurczyć. Trudno bowiem liczyć na to, że ekspansja nagle zatrzyma się. „Tak nagle? Co będzie dalej?” Zatem mamy Wszechświat oscylujący. Zauważcie, że do konkluzji tej doszliśmy ponownie i to wychodząc z innych przesłanek, niż w artykule pierwszym, o zasadzie kosmologicznej. Wówczas tę właśnie opcję rozwoju Wszechświata uznałem za priorytetową. To nas (powiedzmy, że mnie) utwierdza w tym przekonaniu. Hipoteza o takim właśnie Wszechświecie wprost narzuca się. Mamy więc jeszcze jeden argument na potwierdzenie tezy o periodyczności cech przestrzennych (może też fizycznych) Wszechświata. Argumentacja na rzecz tej tezy pogłębia się więc. Wynikać więc by mogło stąd, że w półokresie zapadania się, masa Wszechświata powinna maleć.  No dobrze, ale...

     Jak dotąd oszacowaliśmy masę Wszechświata traktując ją jako wielkość określającą zawartość materialną (powiedzmy: substancjalną). [Tu nie bierzemy pod uwagę składnika termodynamicznego, o którym wspomniałem pod koniec postu trzeciego.] A tu niespodzianka. Masa wzrasta, choć wcale nie uważam, że wzrasta liczba nukleonów, elektronów i innych cząstek (wiemy dlaczego). W Przyrodzie nie ma hokus-pokus. Skąd się może brać ta dodatkowa masa? [„W gruncie rzeczy chodzi o Umowną Masę Wszechświata” – to jednak nie uspakaja.] Zgodnie z ustaleniem wcześniejszym Wszechświat jest wszystkim, jest tworem zamkniętym, więc nic zzewnątrz nie przybywa. Także odrzucamy możliwość tworzenia się materii z niczego. A może ta dodatkowa masa jest po prostu równoważna energii? Jakiej? Jaka energia wzrasta wraz ze wzrastaniem rozmiarów, jaka energia jest funkcją wzajemnej odległości? Wiadomo, energia potencjalna.  Czy zatem ta dodatkowa masa bierze się ze wzrastającej energii potencjalnej oddziaływania grawitacyjnego wszystkich bez wyjątku obiektów – od najmniejszego do największego? Bo skąd? Energia ta powinna więc sukcesywnie wzrastać w związku ze wzrostem wzajemnej odległości ciał. I tak było zawsze? Nawet wtedy, gdy nie było naszych nukleonów i elektronów? A co było? W tym kontekście warto przypomnieć sobie o grawitacji dualnej, o której, zgodnie z moją zapowiedzią, będzie mowa, o Ureli i przemianie fazowej kończącej ją – będzie i o tym. Na razie, to tylko hasła w wydumanej encyklopedii. Sądzę, że ten właśnie kierunek należy obrać, by roztrzygnąć kwestię mechanizmu wzrostu masy Wszechświata.

     Masa Wszechświata, zresztą tak, jak masa każdego obiektu, jest masą grawitacyjną. [W serii opisującej grawitację dualną, będzie mowa także o masie bezwładnej. Uzasadnię tam postulat Einsteina o równości tych mas. Cierpliwości.] Masa ta wzrasta wraz ze wzrostem odległości między elementami układu, wzrostem energii potencjalnej oddziaływania grawitacyjnego między nimi. Maleje wówczas niedobór masy. Podobnie Wszechświat. Wszak jego zawartość materialna nie ulega zmianie. Teorię stanu stacjonarnego w tym kontekście można ze spokojem odrzucić. Zatem wzrost masy Wszechświata jest powiązany bezpośrednio, zsynchronizowany ze wzrostem jego grawitacyjnej energii potencjalnej... Łatwo powiedzieć...   

     Brzmi to trochę obco dla obcujących na codzień z ogólną teorią względności. Energia potencjalna nie jest rozważana przez OTW. Chodzi o to, że w ogólnej teorii względności energię pola grawitacyjnego (potencjalną) można zdefiniować tylko wtedy, gdy „czasoprzestrzeń jest asymptotycznie płaska”. Dziś sądzi się, że zakrzywiona czasoprzestrzeń w jednorodnym i rozszerzającym się Wszechświecie nie spełnia tego warunku. Jednak myśmy przyjęli, z uzasadnieniem, że przestrzeń Wszechświata jest, nawet immanentnie, płaska. Nie chodzi nawet o asymptotę. Zgodnie z koncepcją preferowaną w tej pracy, przestrzeń w skali bytów materialnych raczej nie jest bytem autonomicznym, „pierwotnością”, podkładem dla geometrii sprawiającej, że nieruch jest „ruchem”. Przeciwnie. Tworzy ją ruch względny materii. Stąd też najprawdopodobniej jej immanentna (tak, tak...) płaskość. Model „balonika” nie jest więc tu adekwatny, a problem płaskości wprost nie istnieje. Dzięki temu energia potencjalna tutaj ma konkretny sens, wbrew dzisiejszemu stawianiu spraw. [Tak nawiasem mówiąc, nie jest to wcale sprzeczne z możliwością istnienia czwartego wymiaru przestrzennego, „odpowiedzialnego" za specyficzną topologię Wszechświata, wymiaru (właściwie dodatkowego parametru), stanowiącego o periodyczności jego cech tak przestrzennych, jak i fizycznych. Już kiedyś, w szóstym poście poprzedniego cyklu, zdefiniowałem czas (filozoficznie, a nie fizykalnie) jako byt określony przez cykliczną zmienność Przyrody.] Jak wiadomo, to dzisiejsze stawianie spraw prowadzi do dwóch, klasycznych już, problemów kosmologicznych: wspomnianej powyżej płaskości i horyzontu (także ten problem niebawem odproblemuje się). Świadczy to o nieadekwatności dzisiejszego ogólnego podejścia z immanentnymi cechami Wszechświata. Jak się nie ma co się lubi, to się lubi, co się ma. Ratunkiem dla koncepcji einsteinowsko-friedmannowskiej, wmiatającym pod dywan owe problemy kosmologiczne, była hipoteza inflacji Alana Gutha, która jednak wprost razi swą sztucznością i typowo ludzkim kombinatorstwem. Z jednej strony mamy kwantową teorię pola, stroniącą od grawitacji nie dającej się zrenormalizować, z drugiej zaś teorię grawitacji (OTW). To tylko modus vivendi, Stwórca nie jest partaczem. A dla ludzi... to wspaniała przygoda w poszukiwaniu Prawdy.

   Dodać do tego należy jeszcze jedną rzecz. Otóż zgodnie z równaniem Friedmanna możliwa jest opcja ekspansji nieskończonej, w przypadku rozwoju Wszechświata zgodnie z modelami krytycznym i otwartym. W tej sytuacji rozważanie energii potencjalnej stworzyłoby dodatkowy kłopot natury filozoficznej. Zmierzając ku obiektywnej prawdzie należy bowiem unikać nieskończoności (a także osobliwości). 

     W pracy tej, jak widać, celowo nie bazuję na ogólnej teorii względności (rozumiem doskonale niewybaczalność tego kroku). By być OK musiałbym nic nie robić, dumny (bez jakiejkolwiek zadumy) z osiągnięć nauki. Dumny jestem z tych osiągnięć, ale to nie wystarcza. Podjąłem więc (w swej arogancji) próbę testowania spraw za pomocą środków klasycznych, choć, co ważne, z uwzględnieniem efektów relatywistycznych. Wbrew pozorom nie odrzucam OTW. Uważam jednak, że teoria ta jest na razie niedokończona: wobec układów astronomicznie makroskopowych działa bez zarzutu, natomiast do opisu Wszechświata jako całości jest nierelewantna. To dla niej za duże buty. [Tak przy okazji ponownie przestrzegam przed ontologizacją procedur obliczeniowych, a w tym pojęć o charakterze matematycznym.]

   Sądzę, że powinna na przykład uwzględniać istnienie niedoboru masy. To może być przyczyną niedopasowania równań Friedmanna do kosmologicznej rzeczywistości, przyczyną tego, że w odniesieniu do Wszechświata OTW nie spełniła pokładanych w niej nadziei. Tak, nie spełniła, choć jak na razie nikogo, z tych, którzy ją stosują w kosmologii, nie stać na odwagę, by tę rzecz stwierdzić otwarcie, by nawet o tym pomyśleć. Stwierdzić? Uświadomić sobie. Na ogół kałapućkają się oni w matematycznym modelowaniu, dumni z doskonałości swego warsztatu. Oto jedna z przyczyn tego, że postanowiłem zabrać głos i podejść do sprawy w sposób niekonwencjonalny.

   A w mikroświecie? Po prostu grawitacja nie jest brana pod uwagę, rzekomo z powodu swej słabości. W tej skali scedowano wszystko na kwantową teorię pola, która nie rozważa grawitacji. Dlaczego nie można jej zrenormalizować w obliczeniach?... Z całą pewnością nie dlatego, gdyż jest zbyt słaba w skali cząstek. Słabość, wbrew niektórym, nie oznacza nieistnienia. To, że nie można jej zrenormalizować w obliczeniach stanowi motywację dosyć ważką do traktowania grawitacji jako nie tyle oddziaływanie, co stan (taki, czy inny) zakrzywienia czasoprzestrzeni. Ale to łatwizna.

    A jeszcze głębiej, w skali struktury cząstek, grawitacja jest wyjątkowo silna, a nawet stanowi bazę dla wszystkich oddziaływań. Przekonacie się o tym jeśli uważnie śledzić będziecie kolejne posty.

6. Masa Wszechświata sukcesywnie wzrasta...

   ...Wszak wielkość masy bezpośrednio określa wielkość promienia horyzontu grawitacyjnego, a ten wzrasta razem ze wzrostem promienia hubblowskiego.

     Masa Wszechświata wzrasta? Czy to możliwe? Czy w oparciu o wiedzę współczesną można tę rzecz wyjaśnić? Czy rzecz jest do strawienia? Jaki jest więc mechanizm wzrostu masy? Oto jest pytanie. Spróbujmy na nie odpowiedzieć. Od razu nasuwa się teoria stanu stacjonarnego (Steady State theory), której twórcami byli: H. Bondi, T. Gold i F. Hoyle (1948), dość popularna w latach pięćdziesiątych i na początku lat sześćdziesiątych ub. wieku. Zakładała ona między innymi ciągłą kreację materii z niczego, mającą zapewnić stacjonarność cech Wszechświata pomimo jego rozszerzania się. To „z niczego” w końcu pogrzebało tę teorię, choć wcale nie było to aż takie absurdalne, zważywszy na to, że chodziło o roboczą próbę uratowania stabilności cech Wszechświata, bo „to przecież Wszechświat”; zważywszy też na dzisiejszą mnogość pomysłów nie mniej interesujących i przyjmowanych z głębokim, jeśli nie nabożnym „zrozumieniem”, jakby kamień filozoficzny był tuż tuż. Och, choć na chwilkę być Harry Potterem... Tak nawiasem mówiąc, nie wszystko, co istnieje, musi być widoczne. To nie było aż tak głupie, jak by się wydawało, nawet z dzisiejszej perspektywy. Wówczas było to intuicją. Niebawem znajdziemy zgubę, czyli skąd się bierze ta dodatkowa masa. Ale to wcale nie uratuje Wszechświata statycznego.

     Jaki jest więc mechanizm, wzrostu masy? Odpowiedzi należy szukać z całą pewnością gdzieś indziej. Rozważmy następującą możliwość. Wszechświat rozszerza się, co oznacza poszerzanie się horyzontu. Tak, jak byśmy patrzyli ze startującej rakiety lub choćby ze wznoszącego się samolotu, widząc coraz rozleglejszy krajobraz, dostrzegając wciąż nowe szczegóły, coraz odleglejsze od punktu startu. Analogia ta sugeruje, że mowa tu o horyzoncie łącznościowym*.

Jeśli patrzymy na kulę z coraz większej odległości, rzeczywiście ogarniamy coraz większy obszar. Jednak całej kuli nie zobaczymy. Z odległości nieskończenie wielkiej dostrzeżemy co najwyżej obszar półkuli. A co jest dalej? Antyświat?... Dla przypomnienia, my znajdujemy się wewnątrz Wszechświata. Czy zatem to, co widzimy jest wszystkością? Sądząc po rozważaniach dotychczasowych, odpowiedź twierdząca jest wprost naturalna.

     Horyzont określony przez inwariant c, to coś innego. Tworzy on bowiem absolutną granicę między bytem, a niebytem. [Tak na marginesie, nie wyklucza to możliwości istnienia cząstek o prędkości nadświetlnej – o tym w innym miejscu] Jeśli jednak jest to horyzont łącznościowy, coś

za nim z całą pewnością istnieje. Rozszerzając się ogarnia on przestrzenie dotąd dla nas zakryte. Dzięki temu przyłączają się do nas obiekty, które jak dotąd „nie istniały” dla nas. Czy obiekty te, przyłączając się, powiększają sukcesywnie masę Wszechświata? Co by wynikało z tego przyłączania się? Powinniśmy odkrywać pojawiające się nagle obiekty, podobnie jak gwiazdy Nowe lub Supernowe, z tym, że na samym horyzoncie. Czy rozpoznalibyśmy to

po bardzo wielkim przesunięciu ku czerwieni? Nieskończenie wielkim? Nie koniecznie. To przecież nie horyzont hubblowski, lecz łącznościowy. Wyłaniają się więc te, od których światło już do nas właśnie dociera. Gdzie się wyłaniają? Znamy przecież obiekty bardzo odległe, które od dawna widzimy. Troszkę dalej niż kwazary? Ale nie dalej niż horyzont. Zaraz, zaraz. Obiekty które mamy wreszcie zobaczyć, istniały jednak wcześniej, choć ich nie widzieliśmy, gdyż fotony od tych obiektów „były jeszcze w drodze”. Obiekty te istniały przynajmniej od momentu wysłania tych fotonów. Ich masa już wtedy stanowiła więc składnik masy Wszechświata, na długo, zanim zostały dostrzeżone. Nie chodzi więc nam o to, czy dostrzegamy jakąś materię ekstra, czy też nie, lecz o to, czy już istnieje jako integralny element Wszechświata. Obiekty ewentualnie zauważone dopiero co (fotonami), nie mają nic wspólnego z tym, czego szukamy. Czy chodziłoby więc o masę jakby powoływaną do istnienia? Znów kłania się, odrzucona przecież z kretesem, teoria stanu stacjonarnego. Powód do wątpliwości dla takiego stawiania sprawy daje także nasze ustalenie, że horyzont grawitacyjny pokrywa się z horyzontem hubblowskim, skąd wynika, że masa Wszechświata

rośnie. Dla przypomnienia, „widoczny” przez nas horyzont jest horyzontem hubblowskim, będącym miejscem geometrycznym punktów posiadających niezmienniczą prędkość c. Wszystkie obiekty konkretne, galaktyki, nawet te najdalsze, oczywiście znajdują się bliżej, oddalają się z prędkościami mniejszymi i są widoczne dziś, choćby potencjalnie: należy zaczekać tylko na lepsze teleskopy i pamiętać, że nie od razu po Wybuchu istniały gwiazdy**. Wszystkie przy tym obiekty wykrywamy (jako bardzo odległe) dzięki dużej stosunkowo wartości przesunięcia ku czerwieni. One jednak już istnieją. Nie można faktu istnienia warunkować obserwowalnością (!), wbrew jednemu z paradygmatów akceptowanych dziś przez wielu fizyków. Warto dodać, że w tym, co obserwujemy, zaznacza się wyraźna stratygrafia zaawansowania ewolucyjnego obiektów. Zdajemy się nawet widzieć pierwotne gwiazdy jeszcze zanim doszło do ukształtowania się galaktyk po upływie ponad miliarda lat. W kontekście tym kurczowe trzymanie się koncepcji łącznościowej raczej mija się z celem, w każdym razie nie wyjaśnia wzrostu masy Wszechświata.

     Jaki jest więc mechanizm wzrostu tej masy? Zakładamy, że wszystko to ma sens, gdyż jak na razie (chyba) jakichś sprzeczności logicznych nie było, pomimo uporczywości nawyków myślowych.

*) Uzgodnienie własności i procesów nie może zachodzić z prędkością większą niż prędkość światła. W  związku z opisaną tu sytuacją, dany obiekt dostrzec można dopiero po czasie, jaki potrzebuje światło, by dotrzeć od niego do obserwatora. Na kwestię tę zwróciłem uwagę już wcześniej.

**) Nie w pełni jest to zgodne z dzisiejszym łącznościowym pojmowaniem sprawy: „dostrzegamy dzięki fotonom, które dotarły”, nie uwzględniającym faktu, że wraz z tym ,,kiedyś, przed miliardami lat, wszyscy byliśmy razem”. Kwestii tej poświęcimy sporo miejsca w daszych postach.

5. Umowna Masa Wszechświata [CMU]

    A co z horyzontem łącznościowym? Ten chyba zejdzie ze sceny, choć dziś właśnie on gra główną rolę. Można go zdefiniować następująco: To największa odległość, z jakiej mogą do nas dotrzeć dziś fotony informując nas łaskawie o obecności gdzieś tam, czegoś tam. Definicja ta jest jak najbardziej słuszna jeśli Wszechświat jest nieskończony (w dodatku statyczny) i oczywiście nigdy Mu się nie wybuchło.

   Zauważmy, że tuż powyżej zapostulowana równość promieni, przy głębszym zastanowieniu nie powinna być jakąś szczególną nowością, nie powinna nawet zaskakiwać. Jest wprost rzeczą naturalną. Przecież prędkość ucieczki z czarnej dziury równa jest c, tyle samo, co kres górny prędkości względnej obiektów mających znaczenie kosmologiczne (prawo Hubble’a). I nie ważne gdzie znajduje się obserwator... Jak widać równość ta spójna jest nawet z zasadą kosmologiczną. Zatem powyższym postulatem, wbrew początkowym wahaniom, nie podjąłem zbyt wielkiego ryzyka. To tylko mały kapiszon w porównaniu z beczką prochu na której siedzę. Swoją drogą jak to się stało, że nie zauważono tego wcześniej? [Może zauważono, ale rzecz nie mieściła się w systemie. Potrzebny był chłopczyk w tłumie podziwającym wspaniałe szaty króla.]

     Winne zakrzywienie przestrzeni i to, że także w związku z tym, rozważanie masy Wszechświata, jako takiej, „nie ma sensu”. Człowiek, to istota na wpół ślepa. Widzi przede wszystkim to, co chce widzieć. Ja też nie od razu tę rzecz dostrzegłem (jako człowiek). Swoją drogą, było mi łatwiej, gdyż jakoś patrzę na sprawy nieco inaczej. Po prostu, coś zostało we mnie z belfra. Ale wtedy, gdy nim byłem, nie było ze mną łatwo. Zapytajcie moich byłych uczniów. Ze studentami inna historia. 

    I tu pojawia się wątpliwość dotycząca naszego oszacowania masy Wszechświata. Przecież liczba gwiazd świecących i galaktyk, w różnych epokach była i będzie inna. Oszacowanie nasze trąci więc naiwnością. Chcemy przecież poznać cechy Wszechświata niezmiennicze, uniwersalne i niezależne od tego, kiedy je badamy (pomijając okoliczności szczególne, na przykład same początki ekspansji). Nasz czas przecież nie jest wyjątkowy. Jak pogodzić to z fantastyczną zbieżnością choćby wielkości promieni hubblowskiego z grawitacyjnym, wyznaczonym na podstawie zliczenia gwiazd i galaktyk, zbieżnościa, która, sądzić można, ma charakter uniwersalny? Tu warto powrócić do refleksji kończącej post trzeci, a dotyczacej termodynamicznego składnika łącznej energii.

    Sądzę, przynajmniej w tej chwili, że nie bacząc na te niepewności, można równość promieni uznać za odkrycie, uznać za faktor pierwotny, wprost niezależny od tego, co aktualnie widzimy.  Powiem więcej, równość ta stanowi nawet bazę dla wyznaczenia (ścisłego) masy Wszechświata. Ale to jeszcze nie wszystko. Na prawdziwą bombę trzeba jeszcze zaczekać. Cierpliwości.

     Przypadek? Jeśli już, to nie odosobniony. Przyroda pomaga odważnym. Pomogła na przykład Hubble'owi, który ogłosił swoje prawo bazując na znikomej liczbie danych – kilkunastu galaktyk. To był naprawdę wynik nie wystarczający na to, by spostrzeżenie ogłosić jako prawo. Podjął ryzyko przekonany o swej racji. To samo robię ja. Oczywiście przykład nie jest żadnym dowodem. Co pewne, to w każdym przypadku, „dkrywcze spostrzeżenie” weryfikwane zostaje przez życie. Jak się niebawem okaże, równość promieni prowadzi do wyników konsystentnych ze znanymi ustaleniami (nie moimi).  

    Jak się za chwilkę przekonamy, równość promieni Wszechświata: grawitacyjnego i hubblowskiego, zapostulowana przed chwilą, implikuje inne podejście do zagadnienia masy Wszechświata. Masa materii świecącej, w związku z niemożnością jej pełnego oszacowania, jest właściwie pojęciem pomocniczym. Warto jednak zaznaczyć, że właśnie jej wstępne oszacowanie doprowadziło do spostrzeżenia, które nawet zyskało rangę postulatu. Poniżej wyrazimy masę Wszechświata jako wielkość wynikającą wprost z zapostulowanej równości, nie paprając się w niepewnych pomiarach bazujących na obserwacji, między innymi pomni przemyśleń powyżej. To dobrze, gdy dane uzyskane z badań dotyczacych układów lokalnych, pozwalają na wnioskowanie dotyczące cech globalnych, pozwalają na weryfikowalne uogólnienia.

    Możemy więc połączyć wzór: v = Hr ...→ c = HR, wyrażający prawo Hubble’a ze wzorem (1) na promień grawityjny. Otrzymujemy:

Konkretne obliczenia, jakie przeprowadzimy opierając się na tym, pozwolą nam roztrzygnąć, czy rzeczywiście w tym coś jest, czy też to tylko przypadek (albo jeszcze jedno moje wariactwo). Oto co otrzymujemy: 

Tak zdefiniowana masa Wszechświata nie ma nic wspólnego ze zliczeniami galaktyk, czy też z zawartością deuteru. W tym momencie nie wnikamy też w to, co składa się na tę masę. Nazwijmy więc ją Umowną Masą Wszechświata (UMW) lub z angielska: Contractual Mass of Universe (CMU). Od tego momentu, mówiąc o masie Wszechświata, mam na myśli właśnie tę Umowną. Dodatkowo zwróćmy uwagę na to, że mowa o masie grawitacyjnej, która z upływem czasu, sądząc po wzorze (2)... Ale nie uprzedzajmy faktów. 

     Przeprowadzimy teraz obliczenie, dające odpowiedź na pytanie: „Jakiej masie odpowiadają rozmiary Wszechświata, wyliczone z przyjętej przez nas wartości współczynnika H (20)?” Stosując wzór (2) otrzymujemy: M = 0,957·10⁵³kg. Obliczcie to sami (nie zapominając o jednostkach). Przypominam, że wartość współczynnika H szacowana jest na podstawie danych obserwacyjnych. Otrzymane przez nas wyniki bardzo dobrze pasują do masy Wszechświata oszacowanej przez nas na początku. Gdybyśmy przyjęli wartość stałej H za 17,5 (środek przedziału wartości współczynnika H, uznanych za możliwe), otrzymalibyśmy: 1,085·10⁵³kg. Jak widać, dokładna wartość współczynnika H, jak na razie, nie jest sprawą krytyczną, nie ma znaczenia wobec sedna sprawy. Jaki wniosek z tego wszystkiego? Otóż ten, że znajdujemy się wewnątrz czarnej dziury! [By nie było nieporozumień, nie jest to wcale mój wynalazek.] Żyjemy, nawet odkrywamy to! (I nic nas nie rozrywa na strzępy jak w niedobrej czarnej dziurze z osobliwością. Właściwie mogliśmy to dawno przewidzieć. Zatem reasumując możemy stwierdzić rzecz następującą. Wszechświat rozszerza się (to już wiadomo z obserwacji), a rozmiary jego wyznacza promień Schwrzschilda (zależny od masy); zrozumiałe, że jeśli dziś, to w każdym czasie, bo nasz czas wcale nie jest wyjątkowy. Co stąd wynika? Wynika, że...

4...Promień (Schwartzschilda) Wszechświata

     Dla przypomnienia (i w uproszczeniu), chodzi o promień czarnej dziury, innymi słowami, promień horyzontu grawitacyjnego odpowiadającego określonej masie, zawartej w nim całkowicie. Wyraża się on wzorem (1):

                                                                                                      

Do wzoru tego dochodzimy z łatwością na bazie szkolnego kursu mechaniki (newtonowskie prawo powszechnego ciążenia) i nie jest do tego potrzebna ogólna teoria względności (na niej bazując Schwarzschild wyprowadził ten wzór podchodząc do sprawy z dużo głębszych przesłanek). Po prostu wychodzimy ze wzoru na prędkość ucieczki (jak druga prędkość kosmiczna 11,2 km/s) i zakładamy, że prędkość ucieczki równa jest c.

     Jeśli podstawimy do tego wzoru oszacowaną przez nas wartość masy Wszechświata, otrzymamy następującą wartość promienia jego horyzontu grawitacyjnego: R = 15,67 miliardów lat świetlnych. Widzimy, że jest to liczba zbliżona wartością do promienia Wszechświata, wyliczonego przez nas na podstawie prawa Hubble’a (piętnastu miliardów lat świetlnych, przy założeniu, że stała H = 20). Prawie dokładnie to samo. Zauważmy jednak, że ewentualna równość promieni: R(graw.) = R(H) wcale nie jest taka oczywista. Stałą H (na tej podstawie promień hubblowski Wszechświata) wyznacza się z bezpośredniego pomiaru odległości i prędkości względnej określonych obiektów, natomiast masę Wszechświata (a stąd promień horyzontu grawitacyjnego) oszacowaliśmy na podstawie ekstrapolacji zliczeń obiektów widocznych, uwzględniając dodatkowo (szacowaną) poprawkę na masę materii nie promieniującej.

     A może jednak to tylko przypadkowa zbieżność? Nie! To bardzo mało prawdopodobne, zważywszy na wielkość samej liczby (koicydencja tak dużych liczb jest prawie nieprawdopodobna). Twierdzenie, że ta koincydencja istniała zawsze i jest swoistą cechą Wszechświata, nie jest więc pozbawione racjonalnego sensu. Wszak raczej nie żyjemy w jakimś wyjątkowym czasie. Trudno byłoby się z czymś takim pogodzić, chyba, że odwołamy się do wyjątkowej złośliwości Stwórcy. Zabił nam ćwieka? Nie, o to Go, ja osobiście (sądzę, że tym „ja” jest każdy z nas) nie podejrzewam. Antropomorfizacja Absolutu? Nie! To byłby szczyt pychy, szczyt samozakłamania.

     Bardziej rozsądne jest przyjęcie (skromniejszej) tezy, że ten zakątek czasoprzestrzeni, w którym znajdujemy się, z punktu widzenia Przyrody, nie jest wyjątkowy. Już Giordano Bruno głosił rzecz (do roku 1600). Nie, nie mam zamiaru być jego inkarnacją. Raczej nie jestem. Sądząc po wrodzonym znaku na mym karku, w poprzednim życiu zostałem ścięty. Chyba byłem Lavoisierem i odrzuciłem flogiston. Moim skromnym zdaniem, dzisiejszym flogistonem jest ciemna energia. [Czy znów mnie zetną?] Ale nie uprzedzajmy faktów. Przyjęliśmy bowiem za słuszną, zasadę kosmologiczną. Przyjmijmy więc, że to, co zauważyliśmy w odniesieniu do promieni Wszechświata, nie jest przypadkiem, że coś w tym jest; być może wskazuje to nawet na istnienie jakiejś głębokiej, zasadniczej prawdy przyrodniczej.    

     Uznajmy więc te promienie za (nawet) tożsamościowo równe, gdyż różnica, bardzo niewielka zresztą, między wynikami naszych obliczeń (wartość długości promieni) wynika stąd, że masę Wszechświata oszacowaliśmy z grubsza, natomiast wielkość H przyjęliśmy w sposób arbitralny nie znając jej dokładnej wartości, choć bazowaliśmy na dziś przyjętych oszacowaniach. Sformułujmy więc nasz wniosek w sposób bardziej ceremonialny: Horyzont grawitacyjny Wszechświata pokrywa się z horyzontem hubblowskim. Równość ta, a nawet tożsamość ma charakter uniwersalny. Innymi słowy horyzont grawitacyjny bytu o masie Wszechświata pokrywa się ze „sferą”, której odległość od obserwatora (nie ważne, gdzie się on znajduje) odpowiada niezmienniczej prędkości ekspansji (c), będącej przecież kresem górnym względnych prędkości obiektów (galaktyk), tak, jak wskazuje na to Prawo Hubble’a. Odległość tę nazwiemy promieniem Wszechświata. Zobaczymy, do czego to nas doprowadzi. Jeśli do jakichś bzdur, to porzucimy tę kwestię zadowoleni, że wyeliminowaliśmy kolejny zły trop.

3. Związek parametru gęstości z termodynamiką

     Dla osób obeznanych z tematem powyższe oszacowanie masy Wszechświata trąci naiwnością, „amatorską radosną twórczością”. Profesjonalnie podchodzi się do sprawy inaczej. Przede wszystkim szacuje się obserwacyjnie wartość parametru gęstości Ω, będącego stosunkiem gęstości rzeczywistej Wszechświata do jego gęstości krytycznej...

     Stosowane dziś podejście pozwala uniknąć w rozważaniach ogólnych, zajmowania się masą Wszechświata, stanowiącą konkretną liczbę, co byłoby filozoficznie dość kłopotliwe. W przeciwieństwie do tego parametr gęstości, jako wielkość intensywna, nie wnika w to, czy Wszechświat jest skończony, bądź nieskończony, nie wnika w jego „zewnętrzne” parametry. [Otóż to. Mamy różne możliwe opcje. Nie mamy jednoznaczności. A przecież Wszechświat nie jest albo taki, albo siaki. Jest bytem, jest realnością, a jego parametry powinny być obiektywnie jednoznaczne.] 

   Stosowanie wielkości intensywnych, to dobry patent, ale coś przez to (fenomenologiczne podejście) jest tracone. My zajmować się będziemy zatem masą, nie koniecznie z naiwności i nie tylko obligowani przez względy pedagogiczne. Podejście to uzasadniają wnioski, do których dzięki temu dojdziemy. Uzasadnienie, nawet mocniejsze tego posunięcia, podałem już we Wstępie, a także wcześniej, przy omawianiu promieniowania reliktowego, w szczególności, po stwierdzeniu zgodności wyników pomiaru z przewidywaniami, nawet tymi uproszczonymi. Jak się okaże później, podejście to konsystentne jest także z konstatacją o zachowaniu zasobu grawitacji („Co to takiego?”), która potem uzyska status prawa przyrody – do tego stopnia. Kontynuujmy.

 ...W celu znalezienia parametru gęstości bazuje się na danych obserwacyjnych (to bardzo ważne), szczególnie na ocenie zawartości deuteru w przestrzeni kosmicznej. Na podstawie tych danych ocenia się, że wkład materii świecącej (masywnej) stanowi ok. 5%. To zaskakująco mało, gdyż dane obserwacyjne i obliczenia poczynione na ich podstawie, wskazują na to, że parametr gęstości ma wartość zbliżoną do („może nawet” równą) jedności (100%). Gdyby taki nie był już w początkach ekspansji, dziś Wszechświat wyglądałby inaczej, może galaktyk, a nawet gwiazd by nie było.  

   Co z resztą? Resztę stanowić ma, zdaniem uczonych (aktualne na dziś): ciemna materia (25%) i  ekwiwalent wspomnianej wyżej tak zwanej ciemnej energii, którą w einsteinowskich równaniach pola wyrażać ma stała kosmologiczna, wprowadzona (i odrzucona) przez Einsteina, a dziś reaktywowana (aż 70%). Bogiem a prawdą, dane te nie bardzo pasują do naszej konkluzji dotyczącej masy Wszechświata. Należy więc ją odrzucić. Zanim jednak to zrobimy, obliczmy... 

    Tu warto się na chwilkę zatrzymać. Czy energia grawitacyjna, ta równoważna masie, to wszystko (nawet odrzucając ciemną energię)? Przecież istnieje też termodynamiczna energia wewnętrzna. Temperatura Wszechświata nie jest zerowa (i nie będzie). Pojawiła się podczas przemiany fazowej w początkach BB, w wyniku dyssypacji części energii  kinetycznej ekspansji urelowskiej*. Energia ta nie znika pomimo, że w związku ze wzrostem rozmiarów liniowych Wszechświata, ulega rozproszeniu, czego wyrazem jest stopniowe obniżanie się temperatury promieniowania reliktowego. Ale nie tylko o nie chodzi. Przy bilansowaniu łącznej energii, równoważnej przecież masie, należy ten faktor wziąć pod uwagę. Może to być znacząca część masy Wszechświata. Ta energia cieplna daje o sobie znać choćby świeceniem całej materii (we wszystkich zakresach widma), no i promieniowaniem reliktowym. Może właśnie dlatego naszym wstępnym oszacowaniem masy obiektów świecących, trafiliśmy nieoczekiwanie w sedno, może dlatego właśnie oszacowana przez nas masa Wszechświata, jak zobaczymy dalej, stanowi klucz do czegoś całkiem nowego i wielce obiecującego. 

    Obliczmy zatem...

*) Urela (Ultra-relativistic acceleration) – tak nazwałem proces przyśpieszonej ekspansji na samym początku WW. Uzasadnia go grawitacja dualna, o której będzie mowa później. Inflacja nie posiada tak konkretnej bazy [„Dlaczego to się stało, dlaczego nie w innym czasie, jakieś ni stąd ni zowąd łamanie symetrii, jakieś pole inflatonowe” – wydumane byty]. Warto już tu dodać, że Urela zakończyła się przemianą fazową, w wyniku której znaczna część kinetycznej energii urelowskiej ekspansji zdyssypowała i wtedy zaczęła się ekspansja hubblowska (z prędkością c) – pojawiły się oddziaływania elektromagnetyczne, cząstki i promieniowanie. Wtedy też, dopiero wtedy, pojawił się parametr: temperatura. Dziś mówi się o temperaturze nieskończenie wysokiej w osobliwości poprzedzającej Wielki Wybuch. Czy to bardziej naukowe? Sądzę, że proces przyśpieszonej ekspansji rzeczywiście miał miejsce. I to jest sednem intuicyjnego pomysłu Allana Gutha (mniejsza o szczegóły – musiał wykombinować jakąś przyczynę). Obaj wpadliśmy na to w mniej więcej tym samym czasie, zdala od siebie i nie wiedząc o sobie. Ja tylko wymyśliłem grawitację dualną. Dobrze, że w kwestii teorii GUT, moja orientacja była bardzo pobieżna.