18. Redshift najdalszych obiektów protogalaktycznych.

   Może paść pytanie: Jaka jest wartość przesunięcia z dla protogalaktycznych obiektów bezwzględnie najdalszych, tworzących wyodrębnione skupienia materii? Istniejącymi dziś uczestnikami (i świadkami) tego, co się wówczas działo, są gwiazdy gromad kulistych, nie należących zasadniczo do dysku Galaktyki, tworzących dziś, jak wiadomo, halo galaktyczne. Wiek ich szacowany jest nawet na 15 mld lat, choć dziś pewne dane obserwacyjne, łapczywie podchwycone w związku z dzisiejszymi koncepcjami, dają gromadom kulistym, powiedzmy, że o miliard lat mniej. Same gwiazdy gromad kulistych istniały jeszcze zanim uformowała się nasza Galaktyka, już ok. 200 milionów lat po Wielkim Początku. O tym, jak uformowały się gromady kuliste będzie mowa we wspomnianym eseju: pt. „Jak powstały galaktyki?” Wiek gwiazd w gromadach kulistch i innych gwiazd z halo galaktycznego, potwierdzałby moje przypuszczenia dotyczące genezy galaktyk, a w tym także mechanizmu wyjątkowo wydajnej energetycznie emisji promieniowania przez kwazary. [Sądzi się, że masa pierwszych gwiazd była stosunkowo duża, a wiele z nich wybuchało jako supernowe (w związku z zamówieniem złożonym przez uczonych, na pierwiastki cięższe, niż hel, tzw. metale). Wygląd gwiazd starych, gwiazd halo galaktycznego i tych z gromad kulistych, nie wskazywałby na to. Powinniśmy oczekiwać też sporo (statystycznie) pozostałości po wybuchach supernowych – gwiazd neutronowych, czarnych dziur, wprost jako prawidłowość dotyczącą obiektów w halo galaktycznym. Także tam powinny zalegać (choćby w jakichś obłokach materii midzygwiazdowej), spore ilości materii metalicznej.  Jakoś nie natknąłem się na informację o czymś takim. Za to prawie cały zapas pierwiastków ciężkich znajduje się właśnie w dysku. Pierwiastki ciężkie powstały inaczej, niż się dziś sądzi. Jak? O tym będzie w eseju pt. „Jak powstały galaktyki”. Skąd ten dysk? Czy od samego początku? To dlaczego coś się poniewiera w kulistym (w przybliżeniu) halo?]

     Z w pełni wiarygodnych obliczeń, jak wiadomo, wynika, że pierwsze obiekty świecące typu gwiazd pojawić się mogły już po upływie 200 – 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Dostrzeżenie pojedyńczych gwiazd jest jednak mało prawdopodobne, w każdym razie w ciągu najbliższch dziesięcioleci. Skoncentrujmy więc uwagę na nieco młodszych protogalaktykach, właśnie uformowanych ok. 1,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu i wypełnionych już mrowiem gwiazd. Sądzę, że zostaną dostrzeżone w rozsądnym czasie. Dlatego w naszych obliczeniach skupimy się właśnie na nich.

Jak będą wyglądały? Chyba jako mgiełki na tle absolutnej czerni. Ale to nie wszystko. Odległość między nimi nie była zbyt duża. Powinniśmy więc zobaczyć coś w rodzaju niejednorodnej poświaty, wypełniającej całą sferę niebieską. Będziemy wówczas dość blisko horyzozntu, który, choć dla nas jest sferą (gdyż zewsząd go „widać”), stanowi początek Wszechrzeczy. Tyle wyobraźnia. Ad rem.

   Dla upoglądowienia sprawy warto trochę policzyć. Najpierw obliczymy wiek Wszechświata odpowiadający obiektom, dla których wartość przesunięcia (już nie ku czerwieni, lecz znacznie dalej) z = 10. Chodzi o obiekt, który kierunkowo znajduje się wśród galaktyk gromady Abell 1835, którą obserwowano z użyciem kamery podczerwieni ISAAC (Infrared Spectrometer And Array Camera), współpracującej z teleskopem VLT. [Dziś, tzn. w roku 2018 znane są już obiekty, których z przekracza 11.] Jak widać, linie lymanowskie (ultrafiolet) już nawet przestały być liniami światła widzialnego. Sam obiekt odkryty został dzięki możliwości wykorzystania zjawiska soczewkowania grawitacyjnego. Obliczenie przeprowadzimy dla wartości współczynnika H = 20 Korzystamy oczywiście ze wzoru:

Otrzymujemy więc:

Interesujące, że jeśli z jest liczbą naturalną, równanie powyższe prowadzi do równania kwadratowego, którego wyróżnik jest dokładnie kwadratem liczby naturalnej. Zainteresowanym czytelnikom proponuję podjęcie próby udowodnienia tego twierdzenia dla dowolnej liczby naturalnej. Dowód ten wcale nie jest trudny. Swoją drogą, to też o czymś świadczy z punktu widzenia filozoficznego (i nie tylko).

    Odpowiada to odległości aktualnej (H = 20) równej 14,75 miliardów lat świetlnych. Stwierdzany przez nas wiek Wszechświata w naszym obiekcie obliczymy tak, jak już to powyżej robiliśmy, ze wzoru (I):

Wcześniej jednak obliczyć musimy wiek Wszechświata u nas, czyli w miejscu najbardziej zaawansowanym wiekiem. Oprzemy się na definicji wieku Wszechświata jako odwrotności współczynnika H.

 Wyekwipowani w te dane możemy oszacować wiek Wszechświata tam, wtedy, gdy obserwowana przez nas galaktyka znajdowała się w fazie kwazara odkrytego jako, powiedzmy, że najdalszy ze znanych (z = 10):  Δt' = 2,70·10⁹ y .  Zauważmy, że wiek                                                                

tego obiektu na razie znacznie przekracza 1,5 miliarda lat. Mamy więc szansę dostrzec obiekty o znacznie większej wartości z. Pytanie: „Jaka jest ta wartość?”, jest jak najbardziej naturalnym. By to obliczyć zakładamy, że:

Oczywiście bazujemy na wzorze (***):

Teraz korzystając ze wzoru (*) otrzymujemy wartość z: z ≈ 18,95. Nie znając dokładnej wartości współczynnika H, przyjmijmy, że umowna maksymalna wartość przesunięcia wynosi 20 (wspomniałem już o tym wyżej). Można przypuszczać, że szanse odkrycia obiektów odleglejszych, niż te do dziś odkryte, są zatem jak najbardziej realne. Musimy jednak zaczekać na trochę lepsze teleskopy i zaopatrzyć się w odpowiednie antycypacje. Inna sprawa, chyba nie mniej ważna, to możliwość w tym potwierdzenia słuszności drogi jaką obrałem. Dojście do granicy, przez nas wyznaczonej powyżej jest chyba rzeczą nawet realną, sądząc po ostatnich sukcesach w dziedzinie technik obserwacyjnych.

   W ostatnim czasie badania mające na celu dotarcie do najbardziej oddalonych obiektów zintensyfikowały się. Wśród bardziej oddalonych źródeł promieniowania wyróżnić należałoby grupę galaktyk aktywnych. Do grupy tej zalicza się lacertydy, galaktyki Seyferta i oczywiście kwazary. Aktywność tych obiektów polega między innymi na nieustannej zmienności ich silnego promieniowania, co oznacza, że zachodzą w nich bardzo intensywne przemiany energetyczne, w szczególności ruchy materii. Statystycznie najbardziej oddalonymi, najbardziej intensywnie promieniującymi, a przy tym „punktowymi” są kwazary. Galaktyki Seyferta stanowią raczej formę pośrednią, przejściową ku galaktykom normalnym, a lacertydy, też słabsze od kwazarów, wyróżnia „radialne” ku nam ukierunkowanie ich promieniowania. Może to Jet kwazara zwraca się przypadkiem ku nam. Dziś znanych jest ok. miliona kwazarów. Interesujący jest rozkład ich zliczeń w zależności od odległości, do dziś nie w pełni wyjaśniony. Istnieje bowiem wyraźne maksimum. Nazwano to, jak najbardziej słusznie, „ewolucją kosmiczną kwazarów”, choć o przyczynie tej „ewolucji”, jak na razie (!), niewiele wiadomo. Propozycję wyjaśnienia tego fenomenu znajdziecie przede wszystkim w eseju poświęconym kosmogonii galaktyk: „Jak powstały galaktyki?” Otóż zdecydowaną większość stanowią kwazary, których redshift wynosi 2-2,5. Odpowiada to odległości 12-13 miliardów lat świetlnych. Bliżej jest ich mniej (za to więcej coraz normalniejszych galaktyk – wraz ze zmniejszaniem się odległości), a dalej, choć ich liczba w miarę odległości spada, stanowią grupę coraz bardziej reprezentatywną i znaczącą. Dziś znanych jest kilkadziesiąt kwazarów, których z przekracza liczbę 6. Powyżej wspomniałem o rekordziście, którego z = 10. Odkrycie jeszcze dalszych obiektów, wobec ich faktycznej rzadkości i koniecznych do tego środków technicznych, będzie rzeczą niezwykle trudną. Sądzę, że ekstrapolacja krzywej zliczeń w funkcji z powinna prowadzić do zera w okolicach punktu z = 20, odpowiadającego wiekowi Wszechświata równemu 1,5 miliarda lat.        

Wszystko wskazuje na to, że metoda bazująca na ujawnieniu „wielkiej pomyłki” jest nad wyraz koherentna, nawet jeśli nie jest słuszna wobec tego, co przyjęte jest powszechnie jako „wiadome” (lub tego, co jak wiadomo, jest w pełni „do przyjęcia”). Niech za przykład dla porównania służy artykuł Krzysztofa Rochowicza: „W pogoni za pierwszym światłem – najodleglejsze galaktyki we Wszechświecie”*. Tam zresztą znalazłem informację o odkryciu obiektu, którego redshift równy jest 10. Twierdzi w nim autor między innymi, że nowo odkryty obiekt znajduje się w odległości 13,23 mld lat świetlnych, przy tym to, co widzimy przedstawia sobą obiekt istniejący „zaledwie 470 mln lat po Wielkim Wybuchu”. Zakładam, że wszystkie obliczenia te, wykonane zostały prawidłowo, pomimo, że ostatni wynik wzbudza moje wątpliwości. Autor po prostu poszedł na łatwiznę. Mianowicie, niefrasobliwie odjął podaną odległość (13,23) od zakładanej dziś jako ostateczny werdykt, wielkości wieku Wszechświata (13,7 miliardów lat, dziś szacuje się na 13,82). Problem w tym, że w tak odległych czasach jeszcze się materii nie śniło w najlepszych snach, że będzie kiedyś tworzyła galaktyki, wypełnione mrowiem gwiazd. W tych odległych czasach pojawiały się tu, czy tam niewielkie skupienia gwiazd, których dostrzeżenie dziś nie jest możliwe. Materia w dużej skali była bowiem jeszcze zbyt ciepła na to, by się należycie zagęścić, by utworzyć się mogło to, czym jest kwazar...

*) Urania 3/2004  

17. Mała refleksja przed finałem.

   Powyżej, abstrachując od równania Friedmanna, określiliśmy widomy wiek Wszechświata w epoce kwazarów na, powiedzmy, siedem miliardów lat. Powróćmy do tego wątku. Jak już wielokrotnie wspominałem, zgodnie z wiarygodnymi (w każdym razie nie moimi) obliczeniami, już około półtora (do dwóch) miliarda lat po Wielkim Wybuchu zaistniały warunki umożliwiające koncentrację materii wystarczającą do tego by utworzyły się pierwsze złożone obiekty świecące, układy gwiazd, mające ewoluować w kierunku kwazarów, będących, zgodnie z przyjętym tu poglądem, obiektami protogalaktycznymi. Wyniki tych obliczeń przedstawili między innymi George Smoot i Keay Davidson w swej książce: „Narodziny galaktyk” (Wydawnictwo CIS, Warszawa 1996). To nawet pasuje, gdyż, jak wynika z naszych obliczeń opartych na prawie Hubble’a, wybrany przez nas kwazar (OQ 172, z = 3,53) dziś znajduje się w odległości 13,61 miliarda lat świetlnych od nas, czyli reprezentuje to, czym był Wszechświat około półtora miliarda lat po Wielkim Wybuchu. (Tak na marginesie, zauważmy, że już w tych odległych czasach istniała niejednorodność przestrzennego rozkładu materii tak intrygująca dziś astronomów.)

   I tu właśnie czeka nas niespodzianka. Jak bowiem pogodzić tę tak obiecującą zbieżność z tym, że nasz kwazar, w naszych oczach jest dużo starszy (bardziej zaawansowany w rozwoju), że jawi się nam jako obiekt we Wszechświecie istniejącym już ponad sześć (6,33) miliardów lat (a nie półtora)? Czy sprzeczność? Do kwestii tej ustosunkowałem się już wcześniej, ale nie zawadzi zająć się nią w innym nieco kontekście. Zobaczymy dalej.

   I jeszcze jedno pytanie: Co było wcześniej, przed kwazarami, już będącymi przecież obiektami dość zaawansowanymi pod względem organizacji struktur materialnych? Dlaczego nie widzimy struktur starszych, stanowiących wcześniejszy etap ewolucji? Widocznie zjawisko kwazara poprzedzał etap energetycznie znacznie mniej wydajny, a właściwie bardziej rozproszony, gromadzenia się materii i tworzenia się pojedyńczych gwiazd. [Wówczas, w związku z dużo mniejszymi rozmiarami Wszechświata, prawie cała przestrzeń wypełniona była gazem, z którego tworzyć się mogły gwiazdy. Niejednorodności (obszary pustki) były mniej wyraźne. Dziś ten sam gaz, gdyby miał wypełniać całą przestrzeń, byłby zbyt rozproszony, by mogły utworzyć się gwiazdy. Wszystko ma swój czas. Ta słynna sentencja z Biblii dotyczy również tego.] Choć pierwsze gwiazdy istniały już co najmniej miliard lat wcześniej, ich (nawet) łączna wydajność świetlna, z powodu rozproszenia, była zbyt mała byśmy mogli je dziś dostrzec. W tym widzieć można przyczynę rzekomego braku materii świecącej nieco dalej (dawniej) niż kwazary. Przypomina to zjawisko supernowej, która pojawia się jakby z niczego, tam gdzie dotąd istniał obiekt na tyle słaby, by nie być widocznym nawet przez największe teleskopy. Jakieś szanse na dostrzeżenie tych najstarszych gwiazd dają poczynania aktualne: budowa gigantycznych teleskopów naziemnych (jak wyżej wspomniałem) i rozwój obserwacyjnych technik satelitarnych, w tym budowa nowego pokolenia obserwatoriów orbitalnych. Zasłużony teleskop Hubble kończy już bowiem swą zaszczytną misję. Jednak nawet te ogromne teleskopy na nic się nie zdadzą w odniesieniu do czasów jeszcze odleglejszych. To zrozumiałe. Materia świecąca jeszcze wówczas nie istniała. Dopiero zagęszczała się by utworzyć pierwsze gwiazdy. One przy tym zaczęły się formować dopiero po ok. 200 milionach lat. Obserwacyjnie określa się ten dosyć długi przedział czasowy mianem epoki ciemności. Mamy tu coś w rodzaju luki, przerwy w życiorysie, trwającej około pół miliarda lat. Dziś, dzięki burzliwemu rozwojowi techniki obserwacyjnej, zaczynamy już dostrzegać poświatę rozproszonych pierwszych gwiazd, jeszcze zanim zaczęły one tworzyć zgrupowania ewoluujące ku formom pregalaktyk. Jest to zbieżne z moimi (i nie tylko moimi) przypuszczeniami.

    Nie można w tym kontekście pominąć promieniowania tła, odkrytego przez Penziasa i Willsona. Jest ono reliktem (mimo wszystko) czasów, w których promieniowanie elektromagnetyczne zaistniało stając się dominującym medium (być może od razu tak było – bez anihilacji). Podczas przemiany fazowej (wraz z zakończeniem się fazy Urela), energia kinetyczna uporządkowanej, a przy tym gwałtownej ekspansji, zdyssypowała w znacznej mierze.  Pojawił się chaos, a więc i temperatura, przypominam, że najwyższa w historii. Wtedy właśnie pojawiło się też promieniowanie reliktowe. Jest to zatem promieniowanie o charakterze cieplnym. Sądzi się, że w samych początkach doszło do anihilacji ogromnej liczby cząstek z ich antycząstkami. Czy to jednak dawałoby promieniowanie o charakterze cieplnym? Wątpię. Dzisiejsze tumaczenie, dlaczego promieniowanie tła ma charakter cieplny, nie zadawala. Hipotetyczny proces inflacyjny także nie prowadzi do „cieplności” tego promieniowania. Promieniowanie reliktowe-cieplne pojawiło się wraz z cząstkami masywnymi, ale do anihilacji, moim skromnym zdaniem nie doszło. Powstała tylko materia. Fotony pojawiły się przed cząstkami masywnymi – jak zobaczymy, w serii poświęconej grawitacji dualnej, w pierwszej niszy energii potencjalnej. Zauważmy, że mimo wszystko asymetria między materią i antymaterią, istniała. Anihilacja wcale nie wyjaśnia nieistnienia antymaterii, nie wyjaśnia asymetrii. O tym, kiedy dominować będzie antymateria, też coś napiszę. 

     Tak dla przypomnienia, zerowa masa fotonów odpowiada zerowej masie grawitacyjnej Wszechświata w momencie zakończenia Ureli.        [Zgodnie z mniemaniem bardzo wielu, promieniowanie tła jest reliktem czasów, gdy nastąpiło oddzielenie materii substancjalnej od promieniowania, tak zwane rozprzężenie, ok. pół miliona lat od początku ekspansji. To uproszczenie. Promieniowanie to istniało przecież dawniej. Chodzi tylko o to, że czas rozprzężenia stanowi punkt odniesienia. W artykule poświęconym promieniowaniu reliktowemu wykorzystałem to do wstępnego oszacowania, nie najgorszego, długości fali przewidywanego reliktowego promieniowania tła.]

   Wróćmy do poprzedniego wątku. Jeśli przyjmiemy, że we Wszechświecie mającym wszystkiego nie więcej, niż półtora miliarda lat, zgodnie z teoretycznymi obliczeniami, na które powołałem się wcześniej, istniała już materia świecąca, tworząca wyodrębnione zgrupowania gwiazd (zalążek przyszłych galaktyk), względne przesunięcie jej widma ku „czerwieni” powinno sięgać ok. 20-tu. [To nie tylko moje oszacowanie.] Poniżej wykonamy odpowiednie obliczenie. Dla przypomnienia, wiek Wszechświata w czasach kwazarów (tych wykrytych i znanych) zgodnie z naszymi obliczeniami wynosi, powiedzmy, 5 – 7  miliardów lat). Serię widmową Balmera (w laboratorium światło widzialne) odebralibyśmy (w przypadku z = 20) dopiero w dalekiej poczerwieni. Wątpliwe, czy dziś byłaby wykrywalna środkami pozostającymi do naszej dyspozycji, choć pewną nadzieję dają umieszczane ostatnio na orbicie okołoziemskiej, teleskopy do badań w zakresie podczerwieni. Przykładem może być wysłany w sierpniu 2003 roku, „The Spitzen Space Telescope”. Wzbudza także nadzieję jak już wspomniałem, budowa gigantycznych teleskopów nowego pokolenia, budowanych aktualnie (i niedawno zbudowanych), o średnicy zwierciadeł przekraczającej 10m. Jak już wiemy, za kilka lat będziemy mieli już teleskop o średnicy 30m. Na tym się jednak możliwości nie kończą. Prawdziwym rekordzistą byłby teleskop ziemno-satelitarny. Otóż satelita stacjonarny znajdowałby się dokładnie w ognisku gigantycznego teleskopu naziemnego, o średnicy zwierciadła na przykład 100km (zbudowanego z segmentów zsynchronizowanych ze sobą). Takie trzy teleskopy, odpowiednio rozmieszczone, mogłyby objąć znaczną połać nieba. To tylko pomysł, który nasunął mi się podczas pisania tego tekstu. Niech specjaliści orzekną, na ile to jest realne.

   Wróćmy do zasygnalizowanego powyżej problemu „rozbieżności” między wiekiem kwazarów obliczonym w oparciu o prawo Hubble’a, a wiekiem wyliczonym ze wzoru [I]. Przede wszystkim obiekty te widzimy jako rozwinięte, o określonych stabilnych już cechach morfologicznych i energetycznych. Już sądząc po tym, moglibyśmy określić z grubsza wiek Wszechświata w czasach kwazarów. Gdy patrzymy na nie, widzimy tym Wszechświat mający, powiedzmy, sześć z hakiem miliardów lat (w odniesieniu do kwazara, którym zajęliśmy się na samym początku). Przedstawia on sobą Wszechświat sprzed około dziewięciu miliardów lat. Wynik ten otrzymaliśmy bazując na szczególnej teorii względności. Te same kwazary znajdują się dziś w odległości, powiedzmy, że około trzynastu miliardów lat świetlnych od nas, czyli tylko dwa miliardy lat świetlnych od horyzontu. Sprzeczność? Niekoniecznie. Otóż prędkość kwazarów jest stała w czasie i nie zmienia się przez wszystkie miliardy lat historii, a wartość stałej H użytej w naszych obliczeniach odpowiada czasom dzisiejszym. Oto korzyść z przyjęcia, już wcześniej, tezy o stałości prędkości względnej obiektów o znaczeniu kosmologicznym. Na podstawie tego wiemy jaka jest dziś odległość kwazarów (także w porównaniu z promieniem horyzontu). Wszak także odległość (dzisiejszą) horyzontu wyznaczyliśmy używając dzisiejszej wartości współczynnika H. O tym, jak są daleko od nas wiemy tylko na podstawie ich prędkości (przesunięcie widma ku czerwieni). A jednak patrzmy na nie od samego początku będąc świadkami ich stopniowego (wolniejszego niż u nas, ze zrozumiałych powodów) rozwoju. Dziś, niezależnie od aktualnej odległości, przedstawiają sobą obiekty w jakimś tam stopniu zaawansowane ewolucyjnie, choć dużo młodsze niż my. Nie istnieje więc żadna sprzeczność. Gdybyśmy mogli, patrzylibyśmy cały czas, miliardy lat na ich spowolniony (powolniejszy niż nasz) rozwój. Jednak my, ludzie, możemy dowiedzieć się o tej ewolucji tylko na podstawie obserwacji dużej liczby obiektów reprezentujących sobą różne stadia rozwoju, od kwazara do dzisiejszych galaktyk. Jakie to proste, aż nie chce się wierzyć. Już w liceum można uczyć kosmologii.

   Przedstawiona tu została „Wielka Pomyłka”, tak to nazwałem. To brzmi bardzo prowokacyjnie i może wywołać reakcje nawet irracjonalne (nie wnikam w psychosomatyczne). Czy zmienić to na, powiedzmy, „Poważne Niedopasowanie”? Właściwie, czy ważne jak nazwiemy coś, co wymaga dodakowych przemyśleń, a przede wszystkim badań, nie tylko przy biurku? Bardzo prawdopodobne, że chodzi tu o moją pomyłkę... Nie bacząc na to brnąć będę jednak dalej, bo to dopiero (nawet nie) półmetek. Jakie są dalsze konsekwencje innego podejścia, zobaczymy dalej. Najpierw jednak dadzą się słyszeć reakcje sporej części czytelników, gromkie i wcale nie przyjazne. To naturalne. Proszę więc Was, szanowni gwałtownicy o zwrócenie uwagi na to, że pisząc to wszystko, przedstawiłem określony proces myślowy, głośne rozważania, a nie nowe, zobowiązujące prawdy objawione. Wam wystarczą te stare. Oprócz tego, bardzo dużo jeszcze przed nami. Trzeba więc oszczędzać amunicję.

16. A może składnik termodynamiczny?

   Podczas kolejnego czytania znów zastanowiłem się nad znikomością gęstości pochodzącej od materii substancjalnej (wliczając w to ciemną materię). Przyjęte jest, że wkład ten wynosi ok. 30%. A reszta? To nie jakaś ciemna energia, jak zauważyliśmy tuż powyżej. Więc co? Przypomnijmy sobie, że znaczna część urelowskiej energii kinetycznej, na samym początku Wielkiego Wybuchu, zdyssypowała w przemianie fazowej. Ta zdyssypowana energia – termodynamiczna stanowi dość istotny, może nawet stały w czasie (tę rzecz warto przemyśleć) składnik łącznej masy-energii Wszechświata*. Aż narzuca się przypuszczenie, że właśnie uwzględniając go otrzymamy wartość masy CMU, dającą średnią gęstość Wszechświata równą gęstości krytycznej, oczywiście bez jakiejś ciemnej energii. W związku z przypuszczalną stałością tego składnika, można wysunąć przypuszczenie, że brakujące 70%, to właśnie energia wewnętrzna (termodynamiczna) Wszechświata, ta, otrzymana podczas przemiany fazowej z dyssypacji nadmiaru energii kinetycznej urelowskiej ekspansji. EUREKA?** Nie, to narazie skromne przypuszczenie. A ruchy uporządkowane: ruchy (względne) ciał, planet, gwiazd, galaktyk? Chyba nie ma potrzeby specjalnie oddzielać ich od tych chaotycznych, cieplnych, gdyż mają charakter niemniej lokalny. Gdyby można było patrzeć na Wszechświat z zewnątrz, rozróżnienie ruchów cieplnych (energia wewnętrzna) i uporządkowanych, nie byłoby łatwe, może nawet nie byłoby możliwe. Z takiego punktu obserwacji byłaby to wyłącznie sprawa skali rozmiarowej.

   I jeszcze jedno. W skład tych 70% powinna wejść także łączna energia promieniowania elektromagnetycznego i zawarta we wszystkich oddziaływaniach niegrawitacyjnych – tak w każdym razie można przypuszczać.

   Tak przy okazji warto zauważyć, że te 70% stanowić może punkt zaczepienia dla badań nad samymi początkami, oczywiście po uwzględnieniu bazy, którą jest grawitacja dualna.

    „Czym właściwie jest ciemna energia?” Pytanie to padło natychmiast po wymyśleniu tej nazwy (1999 - bug2000). Od razu zwrócono więc uwagę na kwantowe fluktuacje próżni, związane z kreacją i anihilacją cząstek wirtualnych, będące źródłem energii próżni. Czy z niej bierze się ciemna energia, przyśpieszająca ekspansję Wszechświata? I tu pojawia się problem. Wprost zastanawiające jest to, że wielkość energii próżni nie odpowiada zupełnie oczekiwaniom związanym z ciemną energią, bazującym na „wnioskach” wyciągniętych z obserwacji supernowych. Okazuje się bowiem, że energia zawarta w jednym centymetrze sześciennym próżni jest 10¹²⁰ razy większa od oczekiwanej. Tej rażącej rozbieżności nie da się już stonować. Może należy poszukać jakiegoś czynnika odwracającego, czegoś prawie całkowicie neutralizującego energię próżni? A może poddać w wątpliwość jej istnienie? Istnienie czego? Energii próżni, ciemnej energii? Obydwu? Co wymyślić na jej (ich) miejsce? Chyba można otworzyć sklep z brzytwami. Zyskami chętnie podzielę się z panem Ockhamem.

*) W innym miejscu, w jednym z dalszych artykułów, zwróciłem uwagę na możliwość, w miarę ewolucji Wszechświata, stopniowej zamiany części energii termodynamicznej na energię ruchu uporządkowanego. Być może istnieje powiązanie tego ze stopniowym maleniem prędkości ekspansji, a więc też prędkości światła. Ale to już hipotea nie poparta przez obserwację.

**) Może także energia zawarta w promieniowaniu elektromagnetycznym. Tu jednak niepewność wzbudza fakt istnienia neutrin, wraz z ich, jak zobaczymy, ujemną masą. W każdym razie i ta kwestia jest daleka od rozwiązania.

15. Zamiast podsumowania

    Czy „interesujace wyniki”, do jakich doszedłem nie stanowią jeszcze jednego (z wielu) przykładu (trzeba przyznać, że) dość swoistego wyczynu? – Mógłby  ktoś z ironią zapytać.  Może to nawet wybryk, ale należy rzecz sprawdzić. Ci, którzy twierdzą, że nie trzeba sprawdzać, stanowią zacniejszą większość. Tak było też (właściwie dokładnie) 500 lat temu. Aż ciarki... Przez 300 lat (z tych pięciuset) odkrycie Kopernika było wiedzą zakazaną. A jednak.. się kręci...  

    Jednoznaczne roztrzygnięcie, to sprawa badań profesjonalnych (Czy ktoś się da na nie namówić?), z użyciem odpowiedniego sprzętu. Z niecierpliwością oczekiwać więc należy zakończenia budowy gigantycznych teleskopów (ok. 30m średnicy zwierciadeł), choć już dzisiejsze mogłyby z powodzeniem wypełnić tę misję. A może, wbrew ugruntowanym teoriom, coś przypadkiem i ku zdumieniu badaczy zostanie odkryte, tak, jak to było na przykład z osłabieniem supernowych?... Tak bywa dosyć często. Wskazane więc, by podsunąć astronomom z obserwatoriów odpowiednią antycypację, co z przyjemnością niniejszym czynię. Póki co, należy więc czym prędzej tę herezję obalić, gdyż ciemna energia stanowi już integralny składnik powszechnej świadomości poznawczej. [A cóż dopiero autorytet szanownej komisji przyznającej Nobelki.] Zanim jednak zacznie się to obalanie, zauważmy, że gdyby okazało się, że supernowe świecą jaśniej (a nie słabiej), to oznaczałoby to, że Wszechświat nie tyle spowalnia (to by musiało wynikać już z równania Friedmanna), co zapada się. Jeśli zatem te wszystkie fantazje mają ręce i nogi, otrzymujemy, tak przy okazji, kryterium dla sprawdzenia rozwojowej tendencji Wszechświata. Jak się więc okazuje, rozszerzamy się. Kryterium to jest nawet mocniejsze, niż przesunięcie widm ku czerwieni. Przekonamy się także o tym. Rozszerzamy się! Jeśli ktoś nie wierzy, niech zaczeka i sprawdzi. Grunt to cierpliwość. Zatem do zagrożenia naszego bytu na razie droga daleka, a nasza cywilizacja... 

Ciemna energia...

    Jak wiadomo, dziś o przyszłości Wszechświata decyduje ciemna energia (a o naszej inne ciemności). Sądząc po dzisiejszych przypuszczeniach, a właściwie po powszechnie obowiązującym przekonaniu, supernowe z jeszcze bardziej oddalonych galaktyk zdradzać powinny względnie mały efekt osłabienia. Wraz z odległością efekt ten powinien nawet znikać do zera, gdyż grawitacja w tych wczesnych czasach stanowiła czynnik bardziej znaczący. Sądząc po tym, supernowe, te jeszcze dalsze, powinny mieć nawet jasność większą, niż by to wynikało z odległości ich macierzystych galaktyk. Świadczyłoby to o istnieniu spowolnienia ekspansji – przed upływem, powiedzmy, że 5-7 miliardów lat po Wielkim Wybuchu – zgodnie z dzisiejszym głębokim przekonaniem wielu miłośników astronomii i niejednego uczonego. Wynikałoby stąd, że powinniśmy oczekiwać stopniowego malenia osłabienia, ku galaktykom bardziej odległym lub, co na jedno wychodzi, stopniowy wzrost tendencji osłabienia w odniesieniu do galaktyk coraz bliższych (w związku z przyśpieszeniem coraz bardziej uwolnionym od grawitacyjnego przyciągania). Ale to już byłoby absurdem, gdyż supernowe z naszego najbliższego otoczenia (z najbliższych galaktyk) służą za wzorzec jasności. I co się okazuje? Otóż, efekt osłabienia supernowych dostrzegany jest jedynie w odniesieniu do galaktyk macierzystych odległych, powiedzmy, że bardziej, niż 1 miliard lat świetlnych. Sam pomiar nie jest łatwy pomimo szybkiego rozwoju technik obserwacyjnych, jest na razie wyzwaniem. W odniesieniu do galaktyk odległych o 7-8 mld. lat świetlnych, osłabienie wynosi ok. 25%. A przecież to właśnie odległość, w której zrównywać się mają wpływy grawitacji i ciemnej energi. To odległość galaktyk, których supernowe nie powinny wykazywać osłabienia. Czy także o tym nie pomyślano w tym owczym pędzie entuzjazmu dla stałej kosmologicznej? Potrzeba tu chłopca z baśni Andersena...

Niepewność co do wyniku jest spora. Z obliczeń bazujących na wzorze [M] wynika, że osłabienie supernowej w galaktyce odległej o 4 miliardy lat świetlnych, wynosi 7%, a w galaktyce odległej o jeden miliard lat świetlnych, tylko 0,4%. Rzecz taką na prawdę trudno wykryć. Wykryto dla galaktyk znacznie odleglejszych. Już to cos mówi. Pośrednio potwierdzałoby to moją koncepcję. A ciemna energia... słoń na glinianych nogach. 

Ciemna energia. Opisałem już niejeden raz przesłanki na podstawie których uczeni doszli do wniosku o przyśpieszeniu ekspansji. To wprost naturalna, nawet spontaniczna reakcja na niespodziankę. [Wciąż mamy niespodzianki. To znak, że obowiązujący model ich nie przewidywał, a więc nie jest adekwatny z rzeczywistością. Zamiast niespodzianek powinny być przewidywania, a w ślad za tym odkrycia je potwierdzajace. Szanowni astronomowie, właśnie otrzymujecie na tacy komplet przewidywań.] Spontaniczna... Nie dziw, że wątpliwości w stosunku do takiego postawienia sprawy są, a ich wymowa jest nie do pominięcia. Ciemna energia stanowi czynnik odpychania. Pomijam tu niezborność tego z zasadą kosmologiczną, zgodnie z którą, tak dla przypomnienia, wypadkowa siła działająca na każdy obiekt fizyczny (w skali kosmologicznej) równa jest zeru. Dajmy na to, tym bardziej, że moja interpretacja tej zasady może być nie w pełni słuszna. W dodatku ogólna teoria względności nie zajmuje się siłami.  

   Można sądzić, że jeśli istnieje ciemna energia, energia odpychajaca (czyli dodatnia), to równoważna jej masa powinna być ujemna, tak, jak dodatnią jest masa związana z ujemną energią potencjalną przyciągania. A to by sugerowało, że parametr gęstości związany z nią, także powinien być ujemny. W tej sytuacji łączny parametr gęstości powinien być więc równy: 0,3 – 0,7 = - 0,4 (a nie 1). Już wcześniej zasygnalizowałem tę rzecz. Dla przypomnienia, sądząc na podstawie wniosków, a właściwie swoistej interpretacji wyników obserwacji, masa substancjalna (wraz z masą ciemnej materii) stanowi tylko ok. 30% wkładu do łącznej wartości parametru gęstości, równego jedności (gęstość krytyczna). Dziwne, że masę związaną z energią odpychania uznano za dodatnią. Z jakiego powodu? Czy chodzi o grube nici? Nawet jeśli są cienkie, to to tylko fastryga. Jakoś trzeba się dopasować. [A potem usankcjonować tę fastrygę Noblem. To zakrawa na symbol.]

    „Czym właściwie jest ciemna energia?” Pytanie to padło natychmiast po wymyśleniu tej nazwy. Od razu zwrócono więc uwagę na kwantowe fluktuacje próżni, związane z kreacją i anihilacją cząstek wirtualnych, będące źródłem energii próżni. Czy z niej bierze się ciemna energia, przyśpieszająca ekspansję Wszechświata? I tu pojawia się problem. Wprost zastanawiające jest to, że wielkość energii próżni nie odpowiada zupełnie oczekiwaniom związanym z ciemną energią, bazującym na „wnioskach” wyciągniętych z obserwacji supernowych. Okazuje się bowiem, że energia zawarta w jednym centymetrze sześciennym próżni jest 10¹²⁰ razy większa od oczekiwanej. Tej rażącej rozbieżności nie da się już stonować. Może należy poszukać jakiegoś czynnika odwracającego, czegoś prawie całkowicie neutralizującego energię próżni? A może poddać w wątpliwość jej istnienie? Istnienie czego? Energii próżni, ciemnej energii? Obydwu? Co wymyślić na jej (ich) miejsce? Chyba można otworzyć sklep z brzytwami. Zyskami chętnie podzielę się z panem Ockhamem.

            

14. „Osłabienie” supernowych i twierdzenie TET

    Zauważmy, że wzór [M] stanowi antycypację określonych wyników obserwacji. W tym jego ważność. Potwierdzenie obserwacyjne tego wzoru stanowiłoby o słuszności całej koncepcji. Dziś można to z łatwością sprawdzić, gdyż liczba supernowych (oczywiście w licznych odległych galaktykach), odkrytych dzięki burzliwemu rozwojowi technik obserwacyjnych, jest już pokaźna. By zachęcić do pomiarów należałoby jednak podsunąć podaną tu antycypację. Czy oświeceni przez ciemną energię (...) astronomowie zechcą się tym zająć? Mało prawdopodobne. Nobel przypieczętował sprawę. Nawet nie byłoby też realne oczekiwanie, że któryś z nich dokona wielkiego odkrycia i zdobędzie nobelka, zapomniawszy przypadkiem o lekturze tego artykułu (albo moich książek wydanych w latach 2010 i 2018). Oczywiście to tylko jedna z możliwych opcji rozwiązania kwestii. (Ktoś by rzekł: „Jeszcze jedna z jego fantazji.”). Czy ciemna energia stanowi zatem obiektywny fakt przyrodniczy? A może ciemna energia jest subiektywnym, lokalnym wrażeniem, złudzeniem? Raczej nie. Po prostu nie istnieje. A jeśli istnieje? To jako fikcja. Nie. Jako kwintesencja*... fikcji, bynajmniej nie arystotelesowska. 

   Do tego samego wyniku (wzór M) dojść można też inną drogą. Oprzyjmy się na twierdzeniu TET. Przesłanką dla tego twierdzenia przypominam, było spostrzeżenie, że „od momentu Wielkiego Wybuchu jesteśmy w kontakcie wzrokowym ze wszystkimi elementami wybuchającego Wszechświata”. Supernowa jest jednak zjawiskiem odosobnionym, nie mającym znaczenia kosmologicznego. Stąd efekt obserwacyjny, którym zajmujemy się (osłabienie). Różnicę wieku Wszechświata (patrz twierdzenie TET powyżej) tam i u nas w momencie zauważonego wybuchu supernowej, a więc czas jaki upłynął od momentu wybuchu do zauważenia go przez nas, wyrazić można następująco:  

Droga, jaką przebył foton w tym czasie równa jest:                                               

Zapytajmy: „O ile krótszą drogę przebyłby promień świetlny, gdybyśmy się nie oddalali?”. Chodzi oczywiście o różnicę między odległością (między naszymi galaktykami) dzisiejszą i odległością w momencie wybuchu supernowej. Stosując prawo Hubble’a w odniesieniu do dwóch momentów czasu (w tym wzór (**)) otrzymujemy: 

Od razu widać, że wielkość: (Δr/Δl)²  mówi nam: „o ile natężenie światła jest mniejsze”. Chodzi bowiem o różnicę dróg. Zatem:

Stąd:

Otrzymaliśmy wynik identyczny [M]. Przy okazji uzyskujemy potwierdzenie spójności spostrzeżenia, które nazwaliśmy twierdzeniem TET, z ogólną koncepcją przedstawioną w tej pracy. Sprzyja to wiarygodności opisywanego tu modelu, w szczególności w odniesieniu do dynamiki ekspansji Wszechświata. Prezentowany tu pogląd zaowocuje w kolejne ustalenia (chyba także dość zaskakujące), do których dojdziemy w odpowiednim czasie, w spostrzeżenia spójne (lub niesprzeczne) z wynikami obserwacji.

   Zauważmy, że definiując i precyzując wielkość osłabienia supernowych Ia w funkcji odległości uzyskaliśmy dodatkowe narzędzie do pomiaru odległości, kryterium nawet dość precyzyjne, pod warunkiem, że odległe supernowe zasadniczo nie różnią się od tych z galaktyk najbliższych. To rzecz do sprawdzenia w konfrontacji z innymi metodami oceny odległości, w szczególności z metodą bazujacą na red-shifcie i prawie Hubble'a (w odniesieniu do galaktyk bardzo odległych). Zbieżność (lub rozbieżność), w każdym przypadku, da sporo do myślenia. Mimo wszystko mamy dodatkową antycypację. Można to przedstawić następująco: mamy do dyspozycji:

Stąd otrzymujemy:

   

    By zakończyć sprawę, obliczmy (zgodnie z obietnicą), jaka była odległość galaktyki, której redshift z = 2, w momencie wybuchu tam supernowej. [Tak na marginesie, przypominam, że czas wędrówki światła od supernowej wybuchającej w tej galaktyce wyznaczyliśmy w oparciu o wzór [I] i twierdzenie TET, jako równy 6 miliardów lat.] Odległość tej galaktyki w chwili wybuchu supernowej wyliczamy ze wzoru (**). Otrzymujemy: 7,2·10^9ly. Aktualna odległość tej galaktyki wynosi 12 miliardów lat świetlnych. Osłabienie wynosić powinno w tym przypadku aż 64%. Jest już tak duże, że szanse na dostrzeżenie supernowej w tej galaktyce są niewielkie (odległość bardzo duża, a sama supernowa nie jest dużo jaśniejsza od tła. Poza tym galaktyka jest mniejsza rozmiarami, a w dodatku jest chyba galaktyką aktywną, ewentualnie kwazarem.

*) Kwientesencja – hipotetyczne dynamiczne pole kwantowe dpowiedzialne za przyśpieszenie ekspansji. To jedna z dwóch form ciemnej energii. Ta druga, to statyczna stała kosmologiczna. Tak dziś się sądzi. W tym kierunku poszły intensywne badania. A ja, na przekór temu... Be! Nie ładnie!

                                 

13. To nie ciemna energia! Wzór na osłabienie supernowych.

   Wyekwipowani należycie w bazę pojęciową i niezbędne środki opisu, możemy w kulminacji naszych dociekań zająć się tym, co ponoć przesądzone. Zacznijmy od zapowiedzianego wcześniej obliczenia odległości określonej galaktyki, tej mianowicie, w której wybuchła supernowa (chodzi o supernowe Ia), odległości w momencie wybuchu. Interesują nas galaktyki odległe, na tyle, by wyraźny był efekt mniejszej jasności supernowych (w porównaniu z jasnością oczekiwaną na podstawie wielkości przesunięcia ku czerwieni ich macierzystych galaktyk). Dla przypomnienia, to „osłabienie” spowodowało powołanie do życia (myślę, że dość krótkiego), bytu nazwanego przez astrofizyka amerykańskiego Michaela Turnera w 1999 roku „ciemną energią”. Bug 2000... Znak czasu. Znak degradacji. 

   Załóżmy, że mamy do czynienia z galaktyką odległą od nas o 7 mld lat świetlnych. Prędkość tej galaktyki (według H₀ = 20 zgodnie z decyzją podjętą na samym początku naszych rozważań), zgodnie ze wzorem (*) w poście 4, wynosi: 140.000 km/s. Jej odległość od nas w chwili wybuchu supernowej (nie dzisiaj), obliczymy ze wzoru:

Wykorzystując wzór [J] otrzymujemy w wyniku: r = 6,181·10⁹ lat świetlnych. [Pod warunkiem, że prędkość v nie ulega zmianie. Jeśli się zmienia, to wyłącznie w związku ze zmianą inwariantu c, o której niewiele dziś wiemy; zmianą chyba w naszej epoce znikomą. Ale to nie ma wpływu, gdyż chodzi o prędkość właściwą v/c.] To odległość oczywiście mniejsza, niż dziś. Z powodu różnicy odległości jasność supernowej powinna być więc mniejsza. O ile? To łatwo wyliczyć. Jak wiadomo, obserwowana jasność punktowego źródła światła słabnie z kwadratem odległości od niego (zależność odwrotnie proporcjonalna). Zatem stosunek jasności obserwowanej dziś do jasności oczekiwanej na podstawie redshiftu (η) wyraża się kwadratem odwrotnego stosunku odległości. Wielkość osłabienia jest różnicą: 1 – η. Jedynka oznacza brak osłabienia (dla supernowej np. w naszej Galaktyce). Otrzymujemy zatem:                               

A liczbowo w odniesieniu do naszej galaktyki: 

Dla galaktyki odległej o 8 mld lat świetlnych otrzymujemy:

h = 0,716      i      1 – h = 28,4%

Sądzę, że uzyskaliśmy bardzo dobrą zgodność wyniku naszych obliczeń z obserwacją. Oznaczałoby to, że wyjaśnienie fenomenu podane przeze mnie ma duże szanse być słusznym. Jeśli tak, to słusznym było też stosowanie powyższych wzorów, słuszna cała koncepcja, tak przecież odmienna od tej, dziś przyjętej za obowiązującą. Co najważniejsze, koncepcja zaproponowana tutaj zdaje się potwierdzać, gdyż stwierdzone osłabienie supernowych wynosi około 25%, przy czym chodzi o galaktyki odległe od nas o 4 – 8 mld. lat świetlnych. [Mierzona wielkość osłabienia w funkcji odległości jest niepewna, w związku z niepewnością dotyczącą pomiaru odległosci.] Istnieje więc zgodność tych danych z wynikiem powyższego obliczenia. Że to nie przypadek, przekonamy się za chwilę. Jeśli już tak, to „ciemna energia” niech wzbogaci historię twórczych pomyłek. Podkreślam, „jeśli już tak”.

By postawić kropkę nad i, podejdźmy do sprawy ogólnie. Rozwiążmy zadanie na ogólnych symbolach (jak to się mawia w szkole). Stosując wzory: [J] i (**), mamy [M]: 

Sprawdźcie. Wynik bardzo elegancki, zgodny zresztą z intuicyjnymi oczekiwaniami. Im dalsza jest galaktyka, tym większe powinno być osłabienie (w stosunku do standardowego dla danej odległości). Zauważmy, że w odniesieniu do galaktyk bardzo bliskich, osłabienie jest bardzo, wprost niemierzalnie małe. Wykrywalne jest tylko w odniesieniu do galaktyk bardziej odległych. W kwazarach jednak osłabienie byłoby już spore. To dodatkowe utrudnienie. Trudno oczekiwać, że dostrzeżemy tam wybuch supernowej, w dodatku supernowej Ia, bo białych karłów tam raczej nie ma – są obiektami zbyt młodymi. Kwazary są też zbyt odległe, by dostrzec takie szczegóły, a w dodatku przedstawiają sobą obiekty (dla nas) punktowe o jednolitej, bardzo dużej luminancji.

12. Jeszcze zanim groźba się spełni

   Powyżej obliczyliśmy wiek kwazara właśnie stosując wzór na dylatację czasu. W tych dawnych czasach oczywiście inna była wartość współczynnika Hubble’a. Można ją wyznaczyć. Bazując na koncepcji alternatywnej wobec akceptowanej powszechnie, przedstawionej wcześniej, wyprowadzimy wzór na H(t) i porównamy go ze wzorem [A] bazującym na równaniu Friedmana. Czy są jednakowe? Raczej trudno tego oczekiwać. Przy wyprowadzeniu bazujemy na ustaleniu że odwrotność współczynnika H równa jest wiekowi Wszechświata (patrz artykuł traktujący o prawie Hubble'a). Dla przypomnienia, odwrotność dzisiejszej wartości współczynnika Hubble'a nazywana jest czasem Hubble'a. To podejście najprostsze, bez sztucznych uwarunkowań, bazujących na tym, czy innym paradygmacie. Zgodnie z tym podejściem, także przestrzeń nie rozszerza się samowolnie. Wiek Wszechświata gdzieś tam (w naszych oczach) jest już znany ze wzoru [I]. Mamy więc:

Zatem:

Choć otrzymaliśmy wyrażenie stosunkowo proste, nie jest ono trywialne. Sama prostota mogłaby nawet stanowić zachętę do uznania tego kierunku przemyśleń za wzbudzający zaciekawienie. Kontynuujmy więc.

   Celem naszym jest wyrażenie H jako funkcji z (przesunięcia ku czerwieni), by porównać ze wzorem [A], przytoczonym w poście szóstym. Dla przypomnienia, oto wzór (*) na wielkość redshiftu z:

Przekształcając ten wzór (*) otrzymujemy:

A to daje w ostatecznym rachunku:

Jak było do przewidzenia, otrzymaliśmy wzór różniący się wyraźnie od wzoru [A]. Inny jest też ich sens fizyczny. We wzorze [A] H jest wartością współczynnika Hubble’a w momencie wysłania fotonu przez daną galaktykę (koncepcja łącznościowa). Natomiast we wzorze [L] H jest wielkością współczynnika odpowiadającą wiekowi Wszechświata zarejestrowanemu przez nas w badanej (przez nas) galaktyce, wieku innego z powodu jej dużej prędkości względem nas, przy oczywistym założeniu, że „kiedyś byliśmy razem”. Zauważmy jednak, że obydwa wzory dają to samo dla obiektów bliskich, co symbolicznie zapisać możemy następująco: z → 0 => H = H₀. Stanowić to może kryterium poprawności obliczeń. Który z tych wzorów jest słuszny (jeśli któryś z nich jest)? Na roztrzygnięcie sprawy należy zaczekać. Całe szczęście nie jest to rzecz o zasadniczym znaczeniu dla dalszych przemyśleń, chociaż... Właściwie czas oczekiwania nie będzie zbyt długi. Wystarczy wygenerować antycypację czegoś, co można obserwacyjnie stwierdzić.

11. Twierdzenie TET i konfrontacja dwóch odrębnych podejść.

   Powyżej obiecałem ustosunkować się do kwestii czasu potrzebnego światłu z wybuchającej supernowej (ewentualnie innego ekscytującego zdarzenia), należącej do odległej (kosmologicznie) galaktyki, by dotarło do nas. Powszechnie miłośnicy astronomii (nieprofesjonaliści) sądzą, że aktualna odległość galaktyki, w której nastąpił wybuch, określa bezpośrednio czas wędrówki światła (z winy profesjonalistów-popularyzatorów). Na przykład, jeśli określona galaktyka odległa jest od nas o 8 miliardów lat świetlnych, to światło wędrowało tyleż lat do nas. Zwracałem już na to uwagę niejednokrotnie. Wiemy już, że jest to fatalne, wprost infantylne uproszczenie, którego popularyzatorzy na ogół nie sprostowują. Załóżmy, że dziś dostrzegamy supernową w galaktyce, której widmo posiada przesunięcie z = 2. Wiek Wszechświata tam, wyliczamy w oparciu o wzór [I]: 9·10⁹ lat (według H = 20). Wiek Wszechświata dziś szacujemy (według przyjętej tu wartości H) na 15 miliardów lat. A teraz uwaga! Różnica wieku naszego i galaktyki (wyznaczonego na podstawie wzoru [I]) oznacza, że tę właśnie liczbę lat temu, według naszej rachuby, wybuchła tam supernowa. Nazwijmy to zdanie roboczo Twierdzeniem o czasie zdarzenia (Theorem of Event Time – TET). Od tego momentu do dzisiaj światło od tej supernowej podążało ku nam (i dotarło). Zatem światło ze supernowej podążało ku nam 6 miliardów lat.  A przecież odległość dzisiejsza tej galaktyki od nas równa jest 12 miliardów lat świetlnych. Łatwo to sprawdzić stosując wzór (*) i prawo Hubble'a. Różnica wyraźna. To też powinno być oczywiste na „chłopski rozum”. Przecież gdy wybuchała nasza supernowa, jej macierzysta galaktyka znajdowała się znacznie bliżej nas, z całą pewnością nie w odległości dzisiejszej dwunastu miliardów lat świetlnych. Jaka była ta odległość, obliczymy później. Dzisiejsza odległość nie może więc określać czasu wędrówki światła od supernowej, która wybuchła na przykład przed pięciu miliardami lat (według naszego, a więc i globalnego czasu Wszechświata). Do twierdzenia TET wrócimy w odpowiednim momencie.

By dokonać konfrontacji i dla pełności opisu, przeprowadźmy najpierw odpowiednie obliczenia bazując na OTW, w odniesieniu do naszej przykładowej galaktyki (z = 2).

1.  Obliczmy, bazując na wzorze Mattiga dla przypadku rozwoju krytycznego (wzór [D] w poście 6), dzisiejszą odległość tej galaktyki od nas (z = 2, H = 20). Otrzymujemy: 12,7 miliardów lat świetlnych. W konfrontacji z wynikiem obliczenia, uzyskanym powyżej, różnica niewielka, ok. 0,7 miliardów lat swietlnych. Można by to złożyć na karb zakrzywienia przestrzeni (gdyby nas to zakrzywienie akurat w tym momencie interesowało).

2.  Obliczamy odległość tej galaktyki od nas w momencie wysłania fotonów, które dziś do nas dotarły (wzory D i H)): 4,23 miliardów lat świetlnych.

3.  Obliczamy (ze wzoru (B)) wiek Wszechświata dziś (dla  k = 0): 10 miliardów lat. To bardzo mało (Choć jest to uproszczenie, nie uwzględniające wszystkich czynników, w tym ciemnej energii, wynik ten uznać można za reprezentatywny przy testowaniu samej idei, dla porównania z rozwiązaniem kwestii proponowanym w tej pracy). Zauważmy, że odległość dzisiejsza tego kwazara (w latach świetlnych) jest większa niż obliczony przed chwilą dzisiejszy wiek Wszechświata (w latach ta sama liczba co odległość). Czy to nie zastanawia? Wynik ten otrzymaliśmy na bazie podejścia łącznościowego. „Wszystko jest oczywiście wytłumaczalne. Wystarczy zastosować OTW. Wszystko jest OK”.

   Zapisałem zdanie w cudzysłowiu (cytat) po to, by udobruchać co bardziej zapalczywych obrońców (starego porządku), najczęściej młodych, bo przede wszystkim ci są ostoją konserwy. Jakżesz to? Takżesz, że jeszcze własnych przemyśleń nie posiedli, a wszystko, co wiedzą, to wiedza nabyta. Ich jak najbardziej uzasadniona duma wszystko wyjaśnia. Jak widać, gdybym był współczesnym Mickiewiczem, napisałbym „Odę do młodości” nieco inaczej. Cóż, to przywilej siwej głowy. 

4.  Obliczamy wiek Wszechświata w momencie wysłania fotonów: 1,92 miliarda lat (wzór [C]). Trochę mało, zważywszy, że to, co widzimy (tymi fotonami, co dotarły), widzimy przecież obiekt zaawansowany ewolucyjnie, z całą pewnością liczący już dobrych kilka miliardów lat. Z obliczenia bazującego na wzorze [I] wynika, że patrzymy właśnie na galaktykę we Wszechświecie liczącym 9 miliardów lat (dla H = 20).

5.  Czas wędrówki fotonów (już zgodnie z twierdzeniem TET) jest różnicą wieku Wszechświata dziś i wtedy. Bazujemy jednak na wynikach dopiero co przeprowadzonych wyliczeń (w p. 3 i 4). Wynosi on: 8,08 miliardów lat. Wynik ten wyraźnie różni się od wyniku oszacowań bazujących na mojej koncepcji (6 miliardów lat – patrz powyżej). Która metoda jest lepsza? Niechaj osądzi czytelnik, szczególnie wobec dalszych wywodów. Nie zapominajmy przy tym „zgrzytu” niekoherentności przy obliczeniach bazujących na równaniu Friedmanna, gdy okazało się że w momencie wysłania przez kwazar (z = 3) fotonów, nie mógł on jeszcze istnieć (mniej niż półtora miliarda lat od początku ekspansji) – patrz post szósty. Dla obiektów jeszcze odleglejszych, na przakład w przypadku z = 6, zgodnie z obliczeniem na bazie równania Friedmanna, fotony wysłane zostały tylko 540 milionów lat po Wielkim Wybuchu, a w przypadku z = 20 (ta liczba jeszcze wróci do naszych rozważań), tylko 103  miliony lat. To pewne, że wtedy nie mógł istnieć żaden obiekt świecący, nawet pojedyńcze gwiazdy. Planet skalistych oczywiście też nie było. Jeszcze nie istniały bowiem pierwiastki cięższe niż lit.

Zauważamy zatem istnienie niezgodności wyników tych obliczeń z realiami odpowiadającymi naszej już ugruntowanej wiedzy o ewolucji materii, nie mówiąc o wynikach obliczeń bazujących na mojej koncepcji, raczej zgodnych z tymi realiami.  

   Warto przede wszystkim skonfrontować dzisiejszą odległość od określonego obiektu, wyliczoną dwiema metodami.  Jak na razie, dla obiektu z = 2, różnica jest niewielka: 12·10⁹ ly i 12,7·10⁹ ly. Uczyńmy to samo, jednak dla większej wartości z, by uwydatnić jak bardzo dwa przedstawione tu podejścia różnią się. Niech z = 8. Otrzymujemy odpowiednio:  14,63·10^9 ly i 20·10^9 ly. W pierwszym przypadku (bazującym na mojej koncepcji) nie jest możliwe otrzymanie wielkości większej, niż promień horyzontu (według naszych obliczeń: 15 miliardów lat świetlnych), który przecież oddala się z prędkością niezmienniczą. W drugim otrzymujemy liczbę przekraczającą tę wielkość, nawet znacznie. „Tego właściwie wymaga rozwój krytyczny – rzekłby ktoś.” Graniczna odległość (patrz wzór [D]) przy tym, dla z → ∞, równa jest: 30·10⁹ ly. By odległości te przebyć, światło potrzebuje czas znacznie przekraczający wiek Wszechświata, który, według rachuby bazującej na równaniu Friedmanna i dla przypadku rozwoju krytycznego (patrz wzór [B]) i przyjętej przez nas wartości współczynnika Hubble’a, wynosi: 10·10⁹ lat. A przecież obiekty te (nawet dla 

z = 10) są widoczne...

   Co wynika z tej konfrontacji? Otóż z łatwością zauważamy rozbieżności, tym większe, im bardziej odległych obiektów dotyczą. Przypomina to nam rozbieżności, które stanowiły o „katastrofie ultrafioletowej”. Tym razem mamy do czynienia z inną katastrofą. [Dla przypomnienia warto zajrzeć do postu pierwszego (wstępnego) tej serii.] Czy moja propozycja jest słuszna? Dla przypomnienia, oparłem się na twierdzeniu, wyróżnionym powyżej tłustym drukiem (TET), twierdzeniu raczej oczywistym, jeśli rozważamy dylatację czasu, w oczach obserwatora, w odniesieniu do obiektów odległych w sensie kosmologicznym (oczywiście przy założeniu, że kiedyś wszyscy byliśmy razem i razem uczestniczyliśmy w Wielkim Wybuchu). Wyszło mi najpierw (z = 2) 6 mld. lat wędrówki fotonów, a potem (z = 8) 11,71 mld. lat wędrówki fotonów, aż do zauważenia ewentualnego wybuchu supernowej. Ten właśnie sposób podejścia zastosuję dalej, by wyjaśnić „osłabienie supernowych”, to, które dało asumpt do wymyślenia ciemnej energii. „To brzmi jak groźba”.

   Po czyjej stronie racja? Z punktu widzenia teorii (OTW), wszystko w porządku. Czy także wobec Przyrody? Czy teoria, choć niezwykle dokładna w odniesieniu do układów, daje absolutną prawdę w odniesieniu do Wszechświata stanowiącego wszystkość, a nie lokalny element układu? W odniesieniu do Wszechświata jest przecież mimo wszystko niesprawdzalna (Także teraz?...). Czy wystarcza zgodność rachunkowa z wymogami określonych modeli? Nie istotne tu, co otrzymaliśmy w naszym przykładzie liczbowym. Chodzi o sprawy  ogólniejsze. Wybujała matematyka, czy logos bytu obiektywnego? W tym kontekście OTW, w gruncie rzeczy, nie spełniła oczekiwań, za to moje propozycje wyszły z tej próby obronną ręką – czy się to komuś podoba, czy nie.

   A wracając do wyników, od razu daje się słyszeć: „Odległość wyliczona na bazie OTW powinna być większa, z tego prostego powodu, że rozszerza się przestrzeń – czynnik dodatkowy. Odległość może być więc dużo większa, niż promień horyzontu, gdyż światło, by dotrzeć do obserwatora, biegnie ze swoją stałą prędkością wzdłuż krzywej geodezyjnej.” A jednak obiekty te, jak już zauważyłem, dziś widzimy (I widzieliśmy w przeszłości dowolnie odległej), pomimo odległości wykluczającej kontakt .... „Nie. To, co widzimy jest stanem sprzed miliardów lat wędrówki fotonów. Nie widzimy dzisiejszego stanu obiektu.” Zgadza się. Widzimy obiekt opóźniony w rozwoju, ale widzimy go nawet wtedy, gdy z jest bardzo duże. Przy tym, naszym wzrokiem nie możemy sięgać dalej, niż horyzont Wszechświata, oddalający się z prędkością c. Przecież dzisiejsze rozmiary Wszechświata określa dzisiejsza wartość współczynnika H. Raczej o zobaczeniu przyszłości nie ma mowy.

   ...A może jednak mimo wszystko należałoby spojrzeć na to inaczej? Na razie za wcześnie. Jeszcze nie skończyłem. Powyżej niejednokrotnie zwracałem uwagę na to, że widzimy się cały czas, gdyż pochodzimy z tego samego Wybuchu. To tak, jak dwa samochody... W tym kontekście rozwiązanie (uproszczone – naiwne, prostackie?), nie liczące się z rozszerzaniem się zakrzywionej ponoć przestrzeni, a więc nie bazujące na równaniu Friedmanna, jak się przekonaliśmy, wydaje się nawet bardziej koherentne, bardziej pasujące do realiów, nawet do tego, co podpowiada nam ogólna dzisiejsza wiedza o przyrodzie. [Jeśli zrezygnujemy z subiektywnego nastawienia i z negatywnych emocji.] Zobaczymy to dalej.