8. Grawitacyjny defekt masy układu dwóch ciał - ilościowo.

Celem naszym jest zbudowanie matematycznej definicji defektu masy układu dwóch ciał (punktów materialnych). Na jego istnienie zwróciłem uwagę już na początku tego eseju. Dla ciągłości wywodów warto tam na chwilkę powrócić. Oczywiście mowa tu o oddziaływaniu grawitacyjnym. Niech układ (izolowany) stanowią dwa punkty materialne, przy tym ich masa spoczynkowa, w tradycyjnym pojmowaniu, w związku z ich niezmiennością (nie są to na przykład zapadające się gwiazdy), nie ulega zmianie. Te proste warunki ułatwią nam jednoznaczne zdefiniowanie wielkości niedoboru masy. By zdefiniować defekt masy zauważmy, że równy jest zeru, jeśli energia potencjalna układu jest maksymalna i równa zeru. Oczywiście w tych warunkach także masa układu jest maksymalna. (w innych warunkach energia potencjalna jest ujemna.)  Ma to miejsce, gdy odległość między naszymi punktami materialnymi dąży do nieskończoności. Innymi słowy, między ciałami nie ma żadnego kontaktu. Czy tylko w tym przypadku? Zobaczymy dalej.

Gdy odległość między punktami równa jest r, energia potencjalna układu równa jest: 

                                                                  E_p(r) = – Gm₁m₂/r                        (2)

Przyrost energii potencjalnej układu gdy odległość między punktami dąży do nieskończoności, równy jest: 

0 – E_p(r) 

  

O tyle też wzrasta masa układu, czyli:                                                          

                                                                      0 – E_p(r) = Δmc²                                 (3)

Tej masy brak było, gdy odległość wynosiła r. Mamy więc niedobór masy w tym punkcie. Uwzględniając wzory (2) i (3) mamy:                                                            

                                                                 Δm[kg] = Gm₁m₂/rc²                         (4)

Oczywiście Δm jest niedoborem (absolutnym) masy układu dwóch punktów materialnych, odpowiadającym wzajemnej odległości między nimi, równej r. O to nam chodziło.

Przykłady obliczeń.

1. Oblicz deficyt masy układu dwóch punktów materialnych, których jednakowe masy wynoszą 1kg, a odległość miedzy nimi równa jest 1 m

Rozwiązanie:

Podstawiając do wzoru (4) otrzymyjemy: Δm = 7,41·10^-28kg. To bardzo mało. Nic dziwnego, że efekt ten jest niewykrywalny, tym bardziej, że się go nawet wcale nie oczekuje. Inna sprawa, że wielkość: 

                                                    Δm·c² = 66,69·10^-12J ≈ 41,88MeV

Jest wielkością już mierzalną. Można więc pokusić się o doświadczalne sprawdzenie tego przewidywania. Jeśli ktoś zechce, mogę służyć moralnym wsparciem.

2. Jaki jest niedobór masy układu Ziemia-Słońce?

Rozwiązanie:

Dane:   m = 6·10²⁴ kg (masa Ziemi)

 M = 2·10³⁰ kg (masa Słońca) 

              r = 5·10¹⁰ m  (średnia odległość Z-S)

Potraktujmy te ciała jako punkty materialne (kształt kulisty i odpowiednio duża odległość). Otrzymujemy: Δm = 6·10¹⁶ kg. Czy to dużo? To masa sześcianu o krawędzi ok. 23 km, o gęstości 5g/cm³ (zbliżonej do gęstości Ziemi). Energia równoważna tej masie spowodowałaby usunięcie Ziemi z Układu Słonecznego. Nic dziwnego, przecież niedobór masy równy jest energii wiązania.

Przy tej okazji wykonać możemy fikuśne obliczonko. Niech energia wiązania (równa niedoborowi masy), równa jest jakiejś energii kinetycznej. Z jaką prędkością początkową Ziemia musiałaby się oddalać radialnie od Słońca, by się od niego uwolnić? Oczywiście z prędkością ucieczki. Czy to otrzymamy?

                                       Δmc² = GMm/rc²·c² = mv²/2  ó  v = (2GM/r)^1/2

Otrzymaliśmy. 

3. Jaki jest średni deficyt masy układu Merkury-Słońce?

Okazuje się, że: Δm = 8,6·10¹⁵ kg. Wybrałem tę planetę nieprzypadkowo. Jak wiadomo, „zbyt duże” zauważone wcześniej przesunięcie perihelium orbity tej planety dało asumpt do testowania ogólnej teorii względności (z wynikiem pozytywnym). Jak wiadomo, zgodnie z tą teorią, grawitacja traktowana jest w kategoriach geometrycznych – powoduje zakrzywienie przestrzeni. Interesujce, co otrzymamy, jeśli podejdziemy do zagadnienia inaczej, zgodnie z teorią Newtona, oczywiście po uwzględnieniu deficytu masy grawitacyjnej układu. Może wówczas otrzymamy ten sam efekt? Oto jeszcze jedna możliwość sprawdzenia (falsyfikowalność). Gdyby okazało się, że rzeczywiście..., oznaczałoby to, że samo zakrzywienie przestrzeni nie jest faktem fizykalnym, a przestrzeń nie jest autonomicznym bytem. Sama OTW byłaby genialnym patentem, procedurą obliczeniową o dużym znaczeniu praktycznym. Nota bene, to samo można by było powiedzieć także o mechanice kwantowej. To jednak nie wynika bezpośrednio z naszych aktualnych rozważań. O perspektywach poznawczych tego wszystkiego lepiej nie mówić, tym bardziej, że jedną z istniejących możliwości jest jakiś fatalny błąd (oczywiście mój).

     Tu warto się uspokoić. Otrzymane przez nas wartości niedoboru masy układów, to przecież wartości energii potencjalnej grawitacyjnej, wyrażone w jednostkach masy i z przeciwnym znakiem (plus). „Więc cóż tu nowego, przecież to tylko trywialna zabawa wzorkami?” Nawet jeśli tak to odbierasz czytelniku, zauważ, że sens tego, po uwzględnieniu nowej definicji masy grawitacyjnej jest nieco głębszy. Wszak masę grawitacyjną zdefiniowaliśmy jako masę układu, a nie jako masy ciał z osobna. To, jak zobaczymy, doprowadzi do modyfikacji prawa newtonowskiego i do wyników nawet zaskakujących i wcale nie sprzecznych z oczekiwanymi na bazie OTW. Można też przypuszczać, że w układach skali astronomicznej, niedobór masy może manifestować się określonymi efektami obserwacyjnymi. A to czyni „teorię” falsyfikowalną. Zdawałoby się: drobny formalny zabieg kosmetyczny (jak mawiają chirurdzy).

Ale nie uprzedzajmy faktów.

                                                             

7. Chyba grawitacja mimo wszystko nie jest taka słaba

    Dziś fizyka próbuje już sięgać ku skali Plancka (bo jest za co matematycznie złapać). To dziś już nic nowego. Teorie superstrun są przykładem tego trendu. Szkoda, że są przede wszystkim wyrafinowaną matematyką, dającą mnogość opcji i równoważnych rozwiązań zamiast wskazywać jednoznacznie realność przyrodniczą, antycypować empirię. Zatem pytania i zastanowienia pozostają. Oto niektóre z nich.         W naszym otoczeniu grawitacja jest znacznie słabsza od elektromagnetyzmu. A jednak czujemy właśnie ją, choć potrzeba na to całej wielkiej Kuli Ziemskiej. A elektromagnetyzm? Ciała naszego otoczenia są elektrycznie obojętne. Dlaczego grawitacja dominuje wśród ciał niebieskich? Czy dlatego, gdyż grawitacja, to tylko przyciąganie? Przecież nie czujemy elektromagnetyzmu ciał, gdyż tutaj siły przyciągania i odpychania kompensują się – dualność tych oddziaływań. Czy to znak, że grawitacja nie jest dualna, że nie może istnieć odpychanie grawitacyjne? Nie koniecznie. To znak, że jest jeszcze co badać. Najpierw jednak trzeba pytać. Na przykład: Dlaczego w „nano”-skali już blisko skali Plancka, grawitacja ma być bardzo silna (mimochodem stwierdziłem to wcześniej), a wyżej, wśród atomów, w pomiarze wprost nie istnieje? Poszlaką, że tam jest bardzo silna jest to, że masa Plancka jest bardzo wielka w porównaniu z masami cząstek elementarnych, a długość Plancka bardzo mała. [Ale to przecież tylko „zabawa” ze stałymi uniwersalnymi. Tak, ale te stałe mogą mieć konkretny sens fizyczny. Zatem także masa Plancka coś chyba znaczy.] W tym kontekście, jeśli w skali atomowej grawitacja jest bardzo słaba, nawet niewyczuwalna, to mamy jakby niszę. Może to być istotna poszlaka za tym, że jednak grawitacja mimo wszystko może mieć także charakter dualny. Poddaję to pod rozwagę czytelnikowi, szczegolnie jeśli jest fizykiem.   

  Poszlaką może być też istnienie zjawiska odbicia w świecie cząstek, również obojętnych elektrycznie. Zachodzi ono w zasięgu niemierzalnie małym („zerowym”), znacznie poniżej zasięgu sił jądrowych, w szczególności, gdy zderzają się cząstki o względnych prędkościach relatywistycznych. Oznacza to istnienie sił niezwykle wielkich. Czy siły te maja charakter elektrostatyczny, jądrowy? Wątpliwe. Są zbyt wielkie. A są to przecież siły odpychania. Stosunkowo łatwo oszacować ich wielkość. Proponuję sprawdzenie prostym rachunkiem, wprowadzając rozsądne dane i upraszczając (ruch jednostajnie opóźniony w określonym zasięgu). Wyjdzie coś rzędu miliarda niutonów – w odniesieniu do cząstek subatomowych, gdy prędkość względna jest rzędu stu tysięcy km/s. Nie wnikamy w to, co się stanie z samymi cząstkami w wyniku zderzenia (otrzymujemy lawinę innych cząstek). Dziś nad zjawiskiem zderzenia przechodzi się do porządku dziennego. Zderzenie i kropka, bezrefleksyjnie, jakby to było coś oczywistego.

   Inną poszlaką może być to, że choć nukleony w jądrze przyciągają się (silnie), to samo jądro nie zapada się w sobie, jest nieściśliwe, jak ciecz. Widocznie w krótszym zasięgu działają siły odpychania, w dodatku bardzo wielkie. Nie wnikam tu w modele oddziaływań międzykwarkowych. To tylko poszlaka, że jakąś rolę mimo wszystko odgrywać tu może odpychanie grawitacyjne.

     Zatem mimo wszystko, istnienia dualności grawitacji nie można wykluczyć. Ale chyba nie chodzi o jakieś ładunki grawitacyjne dodatnie i ujemne (jak to jest w elektryczności). Á propos, istnienie dwóch rodzajów ładunku elektrycznego świadczy niewątpliwie o złożoności strukturalnej bytu elektromagnetycznego. Wspomniany już wyżej byt elementarny absolutnie (jeśli istnieje – w każdym razie wskazują na tę możliwość nasze przemyślenia), jest bytem jedynym w swym rodzaju, tak jak jedyną prędkością inwariantną (niezależną od układu odniesienia) jest prędkość światła. To samo można powiedzieć o grawitacji, nawet tej (hipotetycznie) dualnej. Temat rozwinę dalej – w tej i w następnych pracach.

6. Postulat o istnieniu bytu absolutnie elementarnego

    Tak w gruncie rzeczy masa każdego ciała z osobna jest więc masą jakiegoś układu. Każde ciało, nawet cząstki subatomowe, zbudowane jest przecież z mniejszych elementów. Czy to dzielenie przebiegać może w nieskończoność? Zdecydowanie: Nie! Świadczyłby o tym nawet fakt zróżnicowania cząstek, mnogości ich rodzajów, a przede wszystkim to, że istnieje możliwość ich usystematyzowania (model standardowy).

     W początkach dziewiętnastego wieku, jeszcze na długo przed zbudowaniem przez Mendelejewa Układu Okresowego Pierwiastków (1869), zauważono istnienie stałych relacji wagowych między poszczególnymi pierwiastkami w związkach chemicznych. Już wtedy miały miejsce próby usystematyzowania pierwiastków. Na to było jednak za wcześnie. Wielu pierwiastków jeszcze nie znano. Najistotniejsza była świadomość, że taka systematyka jest możliwa. W roku 1808 John Dalton, bazując na tym, doszedł do wniosku, że w związku właśnie z istnieniem tych prawidłowości, powinien istnieć byt, najmniejszy z możliwych, reprezentujący dany pierwiastek. Najmniejsza niepodzielna część pierwiastka chemicznego. Nazwał to atomem nawiązując do filozoficznej wizji Demokryta. Wówczas atom był wyłącznie pojęciem filozoficznym, abstrakcyjną ideą i nikomu nie mogło przyjść na myśl, by próbować go doświadczalnie wykryć, ewentualnie zobaczyć.

    Dziś dostrzeżenie nawet pojedyńczego atomu jest już możliwe. Zajmujemy się cząstkami subatomowymi, a szczytem osiągnięć w tej dziedzinie jest model standardowy cząstek. Jak wiadomo, można usystematyzować je w dwie zasadnicze grupy: leptony i hadrony.

     Możliwość usystematyzowania cząstek, w tym istnienie praw zachowania (na przykład liczby leptonowej, barionowej) świadczy niewątpliwie o istnieniu bytu elementarnego, wspólnego dla wszystkich cząstek, będącego podstawowym elementem struktury materii. Byłby to już byt niepodzielny. Tak jest lepiej, niż nieskończona otchłań w głąb. Nawet jeśli to tylko wymóg estetyki. [Estetyka też powinna stanowić jakieś kryterium.] Byłby to też byt stanowiący jedność w sensie rodzaju, bo istnienie większej liczby rodzajów, istnienie systematyki, sugerowałoby możliwość dalszych podziałów w głąb. Postuluję więc istnienie bytu absolutnie elementarnego. Masa wszystkich cząstek, a więc i ciał makroskopowych jest wiec masą grawitacyjną układu. Jedyny wyjątek stanowi sam byt elementarny. W następnej pracy poświęconej tzw. elsymonom został on określony i opisany.

W układach atomowych i subatomowych grawitacja jest bardzo słaba. Ale to nie znak, że nie istnieje. Znacznie głębiej, pewne dane wskazują na to, że grawitacja jest bardzo silna. Oczywiście pod warunkiem, że istnieją tam jakieś byty o rozmiarach liniowych znacznie mniejszych, niż odległości charakterystyczne dla układów tworzonych przez oddziaływania jądrowe. Sądzę, że istnieją, że stanowią element struktury cząstek subatomowych, że ich oddziaływania (grawitacyjne) decydują o konkretnej budowie tych cząstek i o oddziaływaniach istniejących w ich świecie, a poprzez nie, także w naszym świecie. Tak schodząc w dół, jeszcze głębiej, dochodzimy do kresu (a nie bezkresu osobliwości), w skali Plancka. Głębiej bowiem zejść nie możemy. Chodzi o to, że parametry Plancka stanowią granicę wglądu fizyki. Określa się je za pomocą stałych uniwersalnych – znanych i mierzalnych. By zejść jeszcze głębiej, musielibyśmy znać stałe uniwersalne, nie mające nic wspólnego ze zjawiskami nam znanymi. A to przecież nie jest możliwe. W następnym artykule określimy parametry takiego elementarnego bytu.

 Tam, w głębii ostatecznej, już nie ma absolutnie miejsca na oddziaływania elektromagnetyczne i jądrowe. Te pozostały wysoko ponad nami (jeśli już weszliśmy do środka). Tam też nie ma już miejsca na mechanikę kwantową, dla której bazą jest przecież oddziaływanie elektromagnetyczne (dominujące w skali naszej percepcji). Nic więc dziwnego, że w skalach odpowiednio małych, mechanika kwantowa (ta dzisiejsza) zawodzi – zbyt wielkie fluktuacje – rozmiary nieoznaczoności nawet znacznie przekraczają rozmiary cząstek. Tam głęboko siłą rzeczy pozostaje wyłącznie grawitacja. Widocznie nasz byt elementarny absolutnie jest bytem grawitacyjnym. Jeśli przy tym odpowiedzialny jest on za strukturę cząstek subatomowych (istnienie modelu standardowego świadczyłoby o tym), w szczególności ich spoistość (proton, elektron), to grawitacja, jaką tworzy, powinna być wyjątkowo silna. Wniosek ten kieruje naszą uwagę ku „energii próżni”, której istnienie stanowi już integralną część świadomości każdego fizyka, z tym, że nie uświadamia on sobie tego, iż chodzi o potężną (w tym zakresie) grawitację. Przekonamy się o tym. 

   Nie może więc zaskakiwać sąd, że grawitacja stanowi bazę dla pozostałych rodzajów oddziaływań. Zbieżne to jest z wnioskiem wypowiedzianym już wcześniej, w innym kontekście. Zauważmy, ponawiam spostrzeżenie ze Wstępu, że wszystkie bez wyjątku cząstki oddziaływują grawitacyjnie. Pozostałe oddziaływania nie obejmują wszystkich bez wyjątku cząstek. Dla przykładu, leptony nie uczestniczą w oddziaływaniach silnych. Za to grawitacja jest uniwersalna. To argument uzasadniający tezę, że stanowi ona bazę dla pozostałych oddziaływań. To chyba brzmi dość przekonująco. Odczuwał to Einstein już sto lat temu i dlatego uparcie szukał unifikacji wszystkich oddziaływań – pod berłem grawitacji. To wytyczył sobie jako zasadniczy cel. Do samego końca. Jakoś nie wszyscy zdają sobie z tego sprawę, zafascynowani wyłącznie matematyką, która zresztą nie od niego pochodzi. Ale sam w końcu dał się jej zwieźć. Matematyka jest bardzo potrzebna, ale dla większości „badaczy” i dydaktyków pozostaje bytem jedynym. Fizyka stała się efektem ubocznym działań badawczych. A jednak prawdziwa fizyka nie zaczyna się od matematyki. To, co tu robię, w swych rozważaniach, jest manifestacją właśnie tego. 

     

5. Inna, bardziej adekwatna definicja masy grawitacyjnej

    Powyżej operowałem tym pojęciem nie definiując go, jakby rzecz była oczywista. A jednak nie jest. Powyższe rozważania wskazują właśnie na potrzebę innego podejścia dla wyeliminowania rutynowych nieścisłości, wynikających między innymi z tradycyjnego pojmowania pojęcia masy grawitacyjnej.

    Powyżej uznałem za uzasadnione, pomimo sprzeciwu aktualnego stanu zapatrywań, uwzględnienie w rozważaniach deficytu masy grawitacyjnej. By jednak go określić, należałoby najpierw zdefiniować samą masę grawitacyjną. Jak zobaczymy, to wcale nie rzecz trywialna, gdy rozważać mamy energię wiązania grawitacyjnego. Ta nowa definicja masy grawitacyjnej, powinna uwzględniać obopólność, absolutną (wynikającą z treści trzeciej zasady dynamiki) równoważność wszystkich elementów układu oddziaływujących ciał (dla prostoty – dwóch). Zdawałoby się rzecz oczywista, przecież na tym bazuje możliwość superpozycji działających sił. Nie dla wszystkich jednak ta równoważność jest rzeczą zrozumiałą samą przez się.   

    Aby rzecz opisać ilociowo w tym nowym duchu, zdefiniujemy więc pojęcie „masy grawitacyjnej” inaczej, niż się to czyni powszechnie dziś, wprost automatycznie i bezrefleksyjnie, nie jako jedną z mas figurujących we wzorze Newtona. Masa grawitacyjna jest masą układu oddziałujących ze sobą ciał, w ścisłym związku z faktem ich wzajemnego oddziaływania, które dotyczy w tym samym stopniu obydwu ciał. [W tradycyjnym (szkolnym) pojmowaniu spraw, Kula Ziemska często traktowana jest jako ważniesza od przysłowiowego kamienia.]  Przykład: masa grawitacyjna układu Ziemia-Słońce, a nie z osobna masy tych ciał. To bardziej sprawiedliwe. Jest w tym też, jak się przekonacie, spory potencjał heurystyczny. A poza tym to dużo prościej, niż rozważanie krzywizn przestrzeni stworzonych przez obydwa (niezależnie) ciała, przy czym wzajemność ich oddziaływania jest w tej sytuacji tylko domyślna. Łatwo zauważyć, że jeśli określa się masę grawitacyjną jako jedną z mas we wzorze Newtona, to trudno mówić o defekcie masy – „traci kamień, czy Ziemia?”. A jednak ta wzajemność jest rzeczą pierwotną, podstawową – mimo wszystko. Pokłon w stronę Newtona.

     W tym momencie należałoby rozróżnić między masą bezwładną poszczególnych ciał – elementów, a masą grawitacyjną układu. Zdawałoby się, że postulat równości mas grawitacyjnej i bezwładnej w tym kontekście traci na aktualności. Jeśli jednak uznamy, że każde bez wyjątku ciało jest układem grawitacyjnym, włącznie z cząstkami mikroświata, okaże się, że masa każdego ciała jest w gruncie rzeczy jego masą grawitacyjną. Zatem to, co dotąd było „postulatem”, równości mas grawitacyjnej i bezwładnej, w kontekście naszych rozważań, zyskuje na mocy, staje się prawdą, ustaleniem, wnioskiem – nie odgadnięciem bazującym na intuicji. Równość mas bezwładnej i grawitacyjnej stanowi bazę konceptualną  ogólnej teorii względności. Jak widać, nowa definicja masy grawitacyjnej sankcjonuje, a nawet uzasadnia równoważność obydwu rodzajów masy i ich ilościową równość. Inna sprawa, że fenomenologicznie, w naszej skali masę ciał, jako obiektów materii skondensowanej (lub punktów materialnych), traktować można jako masę bezwładną, bo istotny jest ich ruch, a nie pole grawitacyjne, jakie sobą reprezentują. Już sto lat temu coś kołatało w głowie, nie byle jakiej głowie, a ja postawiłem tylko kropkę nad i.

4. Wracamy do niedoboru masy grawitacyjnej – zanim zajmiemy się konkretami

    Zgodnie z zapowiedzią pod koniec poprzedniego postu, teraz zejdziemy ku małościom, ku skali podkwantowej, tam, gdzie nie obliguje już nas nieoznaczoność, tam, gdzie nie obawiamy się wpływu czynników zewnętrznych na nasz układ. Opiszemy rzecz bezpodmiotowo (nonobserwable), co oznacza też, że deterministycznie. Wolno nam. [Jak nie wolno, to prędko...] 

    Skoncentrujmy się jedynie na grawitacji. Nie interesuje nas ruch względny ciał, a wyłącznie grawitacja, jaką tworzą nasze ciała jako układ. Także, dla przypomnienia, nie rozważamy tutaj oczywistych sytuacji znanych nam z autopsji. Mam bowiem wciąż na myśli układy elementarne, subatomowe, a nawet docelowo strukturę cząstek elementarnych. Tam na przykład nie ma mowy o ruchach tworzących fenomenologicznie jakości termodynamiczne. Pozostała wyłącznie grawitacja i ewentualnie zmiany ruchu przez nią uwarunkowane. 

    Także przysłowiowy kamień do podrzucania pozostał bardzo wysoko. Rozważamy układy na wskroś elementarne. W gruncie rzeczy mamy tu tylko ruch i grawitację. Mamy do dyspozycji podstawowe elementy po oczyszczeniu z lokalności (tak, jakby poza naszymi dwoma ciałami nie było nic) i uwarunkowań statystycznych; mamy podstawowy surowiec. W tych warunkach upominamy się o nasz zasadniczy (może już zapomniany) wątek, o defekt masy grawitacyjnej. Pomijam tu celowo inne rodzaje oddziaływań, by nie przeszkadzały (jeśli w ogóle jeszcze istnieją gdzieś tam głęboko). 

   Także przysłowiowy kamień do podrzucania pozostał bardzo wysoko. Rozważamy układy na wskroś elementarne. W gruncie rzeczy mamy tu tylko ruch i grawitację. Mamy do dyspozycji podstawowe elementy po oczyszczeniu z lokalności (tak, jakby poza naszymi dwoma ciałami nie było nic) i uwarunkowań statystycznych; mamy podstawowy surowiec. W tych warunkach upominamy się o nasz zasadniczy (może już zapomniany) wątek, o defekt masy grawitacyjnej. Pomijam tu celowo inne rodzaje oddziaływań, by nie przeszkadzały (jeśli w ogóle jeszcze istnieją gdzieś tam głęboko). 

   To, że dotąd nie brano pod uwagę defektu masy grawitacyjnej, nie znaczy, że możliwość ta nie istnieje. Na wytłumaczenie tego niedopatrzenia dodam, że w warunkach naszej percepcji faktor defektu masy grawitacyjnej jest niemierzalnie słaby. Przekonamy się o tym. Jak zobaczymy, w odpowiednio małej skali, będzie to faktor niezmiernie istotny, a rezultaty jego stosowania zbieżne okażą się z tym, co jest akceptowane i znane z empirii. Przypominam, że w pracy tej chodzi mi o materię skondensowaną w najwyższym stopniu, przede wszystkim chodzi o oddziaływania w skali małości sięgającej nawet struktury cząstek, nazywanych przez nas elementarnymi. To nieco inny, nawet egzotyczny świat dla wyobraźni ukształtowanej w szkole (włączając w to uniwersytet). 

   Opis oddziaływania na bazie ogólnej teorii względności, jak zdążyłem już skonstatować, nie zawraca sobie zbytnio głowy istnieniem deficytu masy, nawet tego nie uwzględnia, gdyż nie rozważa energii potencjalnej. Interesujące, że rozważa potencjał grawitacyjny, który przecież definiuje się jako wielkość energii potencjalnej przypadającej na jednostkową masę ciała umieszczonego w danym punkcie pola.

  Czy słusznie (że nie uwzględnia)? W kontekście z powyższym, pytanie to zyskuje cechy pytania retorycznego. Właściwie nie musi uwzględniać, dzięki zupełnie innemu podejściu. Istotne jednak jest to, że uwzględnienie istnienia deficytu masy grawitacyjnej (w opisie newtonowskim) prowadzi do wyniku zbieżnego z tym otrzymanym na bazie OTW, przynajmniej w przypadku rozważanym tu – przekonamy się o tym w zakończeniu tego eseju. Oto kryterium raczej nie kwestionowane. Chyba to nie przypadek. Więc po co iść inną drogą? Bo prościej? Tak, ale istotniejsze jest to, że to moje podejście, w skrajnym przypadku, tam, gdzie OTW już przestaje obowiązywać, nie prowadzi do osobliwości, która jest obca prawdziwej przyrodzie. Przekonamy się także o tym. Z tego też powodu w odniesieniu do grawitacji (w związku z osobliwością) nie udaje się zabieg renormalizacji przy obliczeniach w ramach kwantowej teorii pola. Wprawdzie przy obliczeniach tych nie ma to znaczenia „dzięki” słabości grawitacji w układach subatomowych, ale ogólnie jest to rodzaj defektu teorii nie uwzględniającej defektu masy, a nie, jak niektórzy sądzą, natura rzeczy. [„Grawitacja, to coś zupełnie innego, chodzi przecież o zakrzywienie przestrzeni” – mógłby ktoś stwierdzić. Czyżby miejsce grawitacji poza resztą przyrody?] A ja sądzę, że grawitacja stanowi bazę tak dla struktury materii, jak i dla wszelkiego dziania się. Niedawno zwróciłem przecież uwagę na ścisły, ontologiczny związek grawitacji z istotą ruchu.

    Wracamy więc do sił, do klasycznej wizji oddziaływania. Jeśli jednak chcemy opisać właściwie oddziaływanie grawitacyjne dwóch (najwygodniej, bo chodzi o istotę, a nie o obliczonka) ciał, to trzeba zwrócić uwagę na ich równoważność. [Tak, jak wszyscy powinni być równi wobec prawa niezależnie od ich stanu majątkowego (a nie są). Tę nierówność panującą wśród ludzi, ludzie przenoszą na zrozumienie przyrody. A jednak przyroda jest sprawiedliwa.] Uświadomienie tej równoważności ciał oddziaływujących ze sobą jest najważniesze, jest rzeczą podstawową. Ciała te są sobie równoważne niezależnie od ich osobistej masy. Na równoważność tę rzadko się zwraca uwagę, choć to przecież istota trzeciej zasady dynamiki. Mówi się „oddziaływanie”, ale się nie myśli, nie rozumuje zgodnie z duchem tej zasady. Dla większości absolwentów szkoły średniej (wśród nich także ludzi bardziej wykształconych), jej treść sprowadza się tylko do regułki przyjętej bezrefleksyjnie. A przecież newtonowskie prawo grawitacji jawnie eksponuje tę równoważność ciał iloczynem ich mas.      „To dla dzieci w szkole, a my zajmujemy się Nauką” – powiedzą z dumą młodzi adepci Fizyki. Mi, spalonemu emerytowi, w dodatku outsiderowi, pozostaje więc badanie podstaw. Zapewniam, że jest co badać.

   Czy w ogóle taka rzecz jest do przyjęcia, ten niedobór masy grawitacyjnej? W układach makroskopowych tego się nie rejestruje. Może dlatego, gdyż czegoś takiego nie oczekuje się. W dodatku, mówienie o tym ma sens pod warunkiem, że mowa o układzie ciał, a nie o ciałach pojedyńczych. Na ogół pomija się obopólność (dlatego układ), która jest podstawową cechą oddziaływań. [Pomija się też (mentalnie), gdyż pojęcie pola jest bardziej ogólne. Jeśli w dodatku manifestacją tego pola jest stopień zakrzywienia przestrzeni, to wówczas obopólność cechująca oddziaływanie ciał, wprost znika ze świadomości.] I tu jest źródło nieporozumień. Jeśli więc mówimy o zmienności masy grawitacyjnej, to rzecz dotyczy wyłącznie układu.

3. Zasób grawitacji? Co to takiego? Przemyślenia na temat: grawitacja a ruch.

  Dla porządku rzeczy załóżmy, że dwa ciała tworzące układ (izolowany), są bardzo oddalone od siebie. Praktycznie nie oddziaływują ze sobą, to znaczy, przyciąganie jest śladowo, skrajnie słabe (ale istnieje). Oczywiście energia potencjalna układu równa jest praktycznie zeru. Także deficyt masy siłą rzeczy praktycznie równy jest zeru, czyli masa układu w tym momencie jest maksymalna (równa sumie ich mas własnych). Jeśli ciała w sposób naturalny zbliżają się do siebie, z początku bardzo powoli (ale to nie istotne), to energia potencjalna maleje, od wartości zerowej poczynając. O tyle samo maleje też masa grawitacyjna układu (od wartości maksymalnej). Wartości energii potencjalnej źródłowej i wartości deficytu masy w dowolnym momencie są sobie równe – w tym sensie energia grawitacyjna układu, podczas względnego ruchu jego elementów, powinna być zachowana, czyli suma zmian energii potencjalnej i ubytku masy równa jest zeru. Innymi słowy, zachowany jest zasób grawitacji w układzie izolowanym. Byłoby to prawo zachowania energii grawitacyjnej, inaczej, zachowania zasobu grawitacji. Wszak ciała (elementy układu) jako autonomiczne źródła pola grawitacyjnego pozostają tymi samymi ciałami. 

  W tym kontekście mogłoby się wydawać, że powinniśmy dokonać rozdziału pomiędzy energią grawitacyjną, a pozostałymi formami energii, w ogólności stanowiącymi o ruchu (we wszystkich formach). "Grawitacja i coś jeszcze". Czy to słuszne? Przeprowadźmy rozumowanie. Mam nadzieję, że jego śledzenie nie przysporzy większych trudności. Pozostajemy przy izolowanym układzie dwóch ciał.

  Czy ruch jest czymś obcym dla grawitacji, ulepionym z innej gliny? Wiemy, że przyciągające się ciała poruszają się ruchem przyśpieszonym. Oznaczałoby to, że energia grawitacyjna (potencjalna) maleje wzrostem energii kinetycznej. Właściwie o tym powszechnie wiadomo (z lekcji w szkole). Za to mniej wiadomo o tym, że przyrost tej energii kinetycznej równy jest dokładnie wielkości przyrostu defektu masy, jaki następuje w wyniku na przykład swobodnego spadania (o tyle masa (układu!) maleje: ΔE/c²). Gdy natomiast ciało unosi się swobodnie do góry, defekt masy układu maleje (masa rośnie) i oczywiście maleje łączna energia kinetyczna. Jeśli ciało wyrzucone zostaje z prędkością ucieczki, to energia kinetyczna zredukuje się do zera gdzieś bardzo daleko, a masa układu uzyska wartość maksymalną.

    A teraz uwaga! Jeśli układ (na przykład dwóch ciał) zapada się ksobie? Co z energią kinetyczną? Czy będzie rosła i rosła, by w osobliwości stać się nieskończenie wielką? I na tym sama zapaść ma się zatrzymać? To absurd: 0 = ∞. Coś tu nie tak, także wbrew zasadzie zachowania energii. Dlaczego wbrew? Po prostu masa układu w momencie, gdy zaczyna się zapaść, nie jest przecież nieskończenie wielka, jest ograniczona. Zatem proces zapadania się ma swój kres, może nawet jeszcze daleko od „osobliwości” w samym centrum (środku masy układu). Wyzwolona energia kinetyczna nie może swą wielkością przekraczać masy (początkowej – maksymalnej) układu. To byłby kres jej wzrostu – wartość maksymalna. Wzrost coraz wolniejszy, aż do maksimum. Kiedy? W tym momencie masa układu zeruje się (kończy się przyciąganie). O sczegółach będzie dalej. Czy zapadanie nagle zatrzyma się, w momencie, gdy energia kinetyczna równa jest maksymaknej masie, gdy prędkość jest maksymalna? [Zostawmy tu w spokoju to, że prędkość ma swoj kres górny: c.] To przecież nonsens. Gdy już osiągnie tę maksymalną wartość, to co dalej? Albo ustali się, albo zacznie maleć do zera. Czy ustali się bardzo wielką wartością? Nie, gdyż dojdzie do zderzenia... przy zerowej masie? A jeśli nie zderzenie, to może osobliwość? Furtka do nowego świata? Fantazje bez punktu zaczepienia. Wybieramy więc opcję drugą: dalsza zapaść zostanie wyhamowana. To chyba bardziej rozsądne rozwiązanie. Energia kinetyczna po osiągnięciu wartości maksymalnej zredukuje się do zera i to dużo wcześniej, w pewnym oddaleniu od centrum (środka masy układu). Osobliwości nie będzie. Ale nie uprzedzajmy faktów. Na razie energia kinetyczna wzrasta wraz z zapadaniem się układu. Przy tym o tyle samo maleje masa. W pewnym momencie masa redukuje się do zera. Energia kinetyczna przestaje wzrastać. [Mamy tu ciekawy przykład inercji pomimo zerowej masy chwilowej. Tu trzeba podkreślić znów, że chodzi o zerową masę całego układu, a nie jego elementów.] Skończyło się wzajemne przyciąganie, które istniało tak długo, jak długo masa nie była zerowa. Energia kinetyczna uzyskuje więc wartość maksymalną. Co potem? Układ zapada się coraz wolniej (bo nie może się przecież zatrzymać tak nagle). A masa układu? Czy staje się ujemna? Tak by mogło wynikać, więc załóżmy, że tak. To przeceż tylko spekulacja. A gdy zapadanie wreszcie zatrzyma się? To w jakim momencie? Chyba wtedy, gdy ujemna masa układu, maksymalnie możliwa, będzie miała wartość maksymalnej masy dodatniej z początku zapadania się. To byloby zgodne z zasadą zachowania energii. Oznaczałoby to po pierwsze, że wzrastanie energii kinetycznej przy pewnej odległości między ciałami zakończy się – energia kinetyczna zacznie maleć aż do zera – zatrzymanie się zapaści; po drugie, oznacza to istnienie  minimalnej odległości między ciałami (punktami). To już coś nowego! To raczej przypomina ściśniętą do maksimum sprężynę. To też sugeruje istnienie odpychania w odpowiednio krótkim zasięgu! Co odpycha? Czy tylko układ majacy ujemną masę, jako całość? A co z ciałami, elementami układu, których masa jest przecież dodatnia? Zobaczymy dalej.

Dalsze rzemyślenia na temat: grawitacja a ruch

    A co z Wszechświatem? Ten, jeśli będzie kolapsował, to nie do osobliwości, gdyż w pewnym momencie zatrzma się w maksymalnym skurczu – ku kolejnemu Wielkiemu Wybuchowi.  Jeśli tak potraktujemy sprawę, to ruch jest częścią integralną medium nazywanego grawitacją, jest genetycznie jej składnikiem, nawet nierozłącznym, innym wcieleniem grawitacji. Przecież na samym początku był chwilowy spoczynek, tak, jak sprężyna maksymalnie napięta do środka. Powiem więcej. Łączna energia zawarta we wszechruchu, w tym energia wewnętrzna – termodynamiczna, a także energia uwarunkowana przez oddziaływania elektromagnetyczne i silne, równoważna jest masie stanowiącej dopełnienie masy Wszechświata do wartości „krytycznej”. Ciemna energia do tego wcale nie jest potrzebna (te rzekome 70%). [Oddziaływania elektromagnetyczne i silne uważam za wtórną manifestację grawitacji w pewnych szczególnych układach struktury cząstek – będzie o tym dalej.] Reasumując możemy, nawet uroczyście, stwierdzić, że bez grawitacji nie byłoby ruchu.

   Jak widać, mamy tu rewolucję. I nie jest do tego potrzebna zaawansowana matematyka. Wystarczy trochę wyobraźni i najbardziej elementarnej wiedzy (na poziomie licealnym). Dalej będzie też miejsce dla matematyki, bez obaw, w odniesieniu do najprostszych układów, też na poziomie licealnym. Dziś, na razie, nie potrzeba wiecej. Rewolucja, czy arogancja z mojej strony?

   Ale rzecz nie jest taka prosta, jakby się mogło wydawać. Zauważmy, że energia potencjalna jest funkcją położenia, a właściwie wzajemnej odległości ciał tworzących układ. [Położenie jest rzeczą względną, jeśli określamy je za pomocą trzech liczb w układzie współrzędnych. Odległość jest wielkością bezwzględną, pod warunkiem, że nie w oczach obserwatora z zewnątrz (możliwość skrócenia F-L).] Energia potencjalna jest nielokalna (nic dziwnego, że OTW jej nie rozważa). Tego o energii kinetycznej nie można powiedzieć. Energia potencjalna jest dokładnie taka, jaka jest, nie posiada cech względności, natomiast ruch, jak wiadomo, jest względny. Można powiedzieć, że cechą podstawową ruchu jest jego lokalność. Oddziaływanie (grawitacja), jako obiektywny fakt przyrodniczy, nie związany z podmiotem-obserwatorem, posiada cechę nielokalności, nie zależy od układu odniesienia*. Obserwator relacjonuje nie tyle o oddziaływaniu, co o efektach kinematycznych, oczywiście mających charakter lokalny. Istnienie grawitacji jest rzeczą ontologicznie jednoznaczną. Jej wielkość nie zależy od układu odniesienia. Grawitacja jako taka jest nielokalna. Jej istnienie jest rzeczą ontologicznie jednoznaczną. Jej wielkość nie zależy od układu odniesienia. Jest też niezniszczalna. [Nota bene, mogłoby to oznaczać, wbrew niektórym dzisiejszym koncepcjom, że stała grawitacji G, jest absolutnie stała (w czasie i w przestrzeni).] 

To, że energia potencjalna (będąc nielokalną) w teorii względności nie jest relewantna, sprawia jednak, że z łatwością rozważa się możliwość zmienności G (nie ma powodu, by nie) – świetna nisza dla młodych fizyków łaknących nowych tematów badawczych. To jednak bardziej ćwiczenie warsztatu, niż bodziec kognitywny w poszukiwaniu i pogłębianiu wiedzy o przyrodzie. To kombinowanie raczej nie przyczynia się do uchwycenia ponadlokalnego sedna.] 

 Jak wspomniałem, OTW nie rozważa energii potencjalnej,  a przy tym jest teorią lokalną. Przyznać należy, że w odniesieniu do konkretnych układów, w szczególności w skali astronomicznej, jest najlepszym znanym narzędziem badawczym. Jednak, czy tak samo radzi sobie z nielokalnością?

  W związku ze stwierdzeniem powyżej, że „bez grawitacji nie byłoby ruchu”, mamy więc  dylemat. Z jednej strony, zmiana energii potencjalnej, a więc i niedoboru masy równa jest liczbowo
dokładnie zmianie energii kinetycznej, a energia kinetyczna (tak, jak prędkość), jest wielkością względną, a więc lokalną; z drugiej zaś, zmiana energii potencjalnej jest funkcją wzajemnej odległości między oddziaływującymi ciałami, wielkością bezwzględną.

    Na szczęście dylemat znika, gdy rozpatrujemy (konsekwentnie) układ izolowany. [Układ absolutnie izolowany nie może być obserwowany, więc to, co się tam dzieje, jest nielokalne.] W praktyce jednak to rzecz niemożliwa do realizacji. Ale my pozostaniemy właśnie przy układzie izolowanym, nawet wyłącznie dwóch ciał lub zajmować się będziemy Wszechświatem jako zintegrowaną, nielokalną całością. Relacja obserwatora nie jest relewantna. W tej sytuacji aż się prosi, by rozpatrzyć rzecz wyłącznie w dwóch szczególnych stanowiskach, w dwóch szczególnych skalach: najgłębszej małości, znacznie poniżej skali cząstek, oraz w skali całego Wszechświata. Tak pozbywamy się lokalnego bałaganu – by próbować odkryć sedno.

   Najpierw w skali największej. Spójrzmy więc na rzecz z innej strony. Podczas Wielkiego Wybuchu doszło do rozdzielenia grawitacji i wszystkiego, co związane jest z ruchem. Ruch we wszystkich postaciach jest względny, lokalny, natomiast grawitacja jest, jak zauważyłem tuż powyżej, nielokalna. Jednak patrząc globalnie, nie musimy przejmować się tym. Łączny ruch jako taki, razem z grawitacją „polową” w sumie stanowi byt niezmienny, ilościowo (i energetycznie) odpowiada grawitacji (odpychającej) w momencie początku ekspansji. Na razie to fantazja, ale w tym momencie uzasadniona tym, co już zdążyliśmy stwierdzić.

    

 *) Pomimo, że siła, jako wielkość fizyczna, nie jest niezmiennicza względem transformacji Lorentza. Jest pochodną pędu względem czasu, a pęd, jako iloczyn masy i prędkości, zależy od układu odniesienia. Także czas. Inna sprawa, że transformacja Lorentza wiąże się bezpośrednio z oddziaływaniem elektromagnetycznym. Zasygnalizowana tu niezmienniczość grawitacji wymagałaby innej, bardziej ogólnej transformacji. Na nią dziś za wcześnie.

   Dla porządku rzeczy załóżmy, że dwa ciała tworzące układ izolowany, są bardzo oddalone od siebie. Praktycznie nie oddziałują ze sobą, to znaczy, przyciąganie jest śladowo, skrajnie słabe (ale istnieje). Oczywiście energia potencjalna układu równa jest praktycznie zeru. Także deficyt masy siłą rzeczy praktycznie równy jest zeru, czyli masa układu w tym momencie jest maksymalna (równa sumie ich mas własnych). Jeśli ciała w sposób naturalny zbliżają się do siebie, z początku bardzo powoli (ale to nie istotne), to energia potencjalna maleje, od wartości zerowej poczynając. O tyle samo maleje też masa grawitacyjna układu (od wartości maksymalnej). Wartości energii potencjalnej źródłowej i wartości deficytu masy w dowolnym momencie są sobie równe – w tym sensie energia grawitacyjna układu, podczas względnego ruchu jego elementów, powinna być zachowana, czyli suma zmian energii potencjalnej i ubytku masy równa jest zeru. Innymi słowy, zachowany jest zasób grawitacji w układzie izolowanym. Byłoby to prawo zachowania energii grawitacyjnej, inaczej, zachowania zasobu grawitacji. Wszak ciała (elementy układu) jako autonomiczne źródła pola grawitacyjnego pozostają tymi samymi ciałami. 
    W tym kontekście mogłoby się wydawać, że powinniśmy dokonać rozdziału pomiędzy energią grawitacyjną, a pozostałymi formami energii, w ogólności stanowiącymi o ruchu (we wszystkich formach). Czy to słuszne? Przeprowadźmy rozumowanie. Mam nadzieję, że jego śledzenie nie przysporzy większych trudności. Pozostajemy przy izolowanym układzie dwóch ciał.

    Czy ruch jest czymś obcym dla grawitacji, ulepionym z innej gliny? Wiemy, że przyciągające się ciała poruszają się ruchem przyśpieszonym. Oznaczałoby to, że energia grawitacyjna (potencjalna) maleje wzrostem energii kinetycznej. Właściwie o tym powszechnie wiadomo (z lekcji w szkole). Za to mniej wiadomo o tym, że przyrost tej energii kinetycznej równy jest dokładnie wielkości przyrostu defektu masy, jaki następuje w wyniku na przykład swobodnego spadania (o tyle masa (układu!) maleje: ΔE/c²). Gdy natomiast ciało unosi się swobodnie do góry, defekt masy układu maleje (masa rośnie) i oczywiście maleje łączna energia kinetyczna. Jeśli ciało wyrzucone zostaje z prędkością ucieczki, to energia kinetyczna zredukuje się do zera gdzieś bardzo daleko, a masa układu uzyska wartość maksymalną.

    A teraz uwaga! Jeśli układ (na przykład dwóch ciał) zapada się ksobie? Co z energią kinetyczną? Czy będzie rosła i rosła, by w osobliwości stać się nieskończenie wielką? I na tym sama zapaść ma się zatrzymać? To absurd: 0 = ∞. Coś tu nie tak, także wbrew zasadzie zachowania energii. Dlaczego wbrew? Po prostu masa układu w momencie, gdy zaczyna się jego zapaść, nie jest przecież nieskończenie wielka, jest ograniczona. Zatem proces zapadania się ma swój kres, może nawet jeszcze daleko od „osobliwości” w samym centrum (środku masy układu). Wyzwolona energia kinetyczna nie może swą wielkością przekraczać masy (początkowej – maksymalnej) układu. To byłby kres jej wzrostu – wartość maksymalna. Gdy już osiągnie tę maksymalną wartość, to co dalej? Albo ustali się, albo zacznie maleć do zera. Czy ustali się bardzo wielką wartością? Nie, gdyż dojdzie do zderzenia... przy zerowej masie? A jeśli nie zderzenie, to może osobliwość? Furtka do nowego świata? Fantazje bez punktu zaczepienia. Wybieramy więc opcję drugą: dalsza zapaść zostanie wyhamowana. Dlaczego? Bardzo możliwe, że to wyhamowywanie (malenie wzrostu energii kinetycznej) zaczyna się dużo wcześniej. Dlaczego? Dowiemy się później. To chyba bardziej rozsądne rozwiązanie. Energia kinetyczna zredukuje się do zera i to dużo wcześniej, w pewnym oddaleniu od centrum (środka masy układu). Osobliwości nie będzie. Ale nie uprzedzajmy faktów. Na razie energia kinetyczna wzrasta wraz z zapadaniem się układu. Przy tym o tyle samo maleje masa. W pewnym momencie masa redukuje się do zera. Energia kinetyczna przestaje wzrastać. [Mamy tu ciekawy przykład inercji pomimo zerowej masy chwilowej. Tu trzeba podkreślić znów, że chodzi o zerową masę całego układu, a nie jego elementów.] Skończyło się wzajemne przyciąganie, które istniało tak długo, jak długo masa nie była zerowa. Energia kinetyczna uzyskuje więc wartość maksymalną. Co potem? Układ zapada się coraz wolniej (bo nie może się przecież zatrzymać tak nagle). A masa układu? Czy staje się ujemna? Tak by mogło wynikać, więc załóżmy to. To przeceż tylko spekulacja. A gdy zapadanie wreszcie zatrzyma się? To w jakim momencie? Chyba wtedy, gdy ujemna masa układu, maksymalnie możliwa, będzie miała wartość maksymalnej masy dodatniej z początku zapadania się. To byloby zgodne z zasadą zachowania energii. Oznaczałoby to po pierwsze, że wzrastanie energii kinetycznej przy pewnej odleglości między ciałami zakończy się – energia kinetyczna zacznie maleć aż do zera – zatrzymanie się zapaści; po drugie, oznacza to istnienie  minimalnej odległości między ciałami (punktami). To już coś nowego! To raczej przypomina ściśniętą do maksimum sprężynę. To też sugeruje istnienie odpychania w odpowiednio krótkim zasięgu! Co odpycha? Czy tylko układ majacy ujemną masę, jako całość? A co z ciałami, których masa jest przecież dodatnia? Zobaczymy dalej.

Dalsze rzemyślenia na temat: grawitacja a ruch

    A co z Wszechświatem? Ten, jeśli będzie kolapsował, to nie do osobliwości, gdyż w pewnym momencie zatrzma się w maksymalnym skurczu – ku kolejnemu Wielkiemu Wybuchowi.  Jeśli tak potraktujemy sprawę, to ruch jest częścią integralną medium nazywanego grawitacją, jest genetycznie jej składnikiem, nawet nierozłącznym, innym wcieleniem grawitacji. Przecież na samym początku był chwilowy spoczynek, tak, jak sprężyna maksymalnie napięta do środka. Powiem więcej. Łączna energia zawarta we wszechruchu, w tym energia wewnętrzna – termodynamiczna, a także energia uwarunkowana przez oddziaływania elektromagnetyczne i silne, równoważna jest masie stanowiącej dopełnienie masy Wszechświata do wartości „krytycznej”. Ciemna energia do tego wcale nie jest potrzebna (te rzekome 70%). [Oddziaływania elektromagnetyczne i silne uważam za wtórną manifestację grawitacji w pewnych szczególnych układach struktury cząstek – będzie o tym dalej.]

   Jak widać, mamy tu rewolucję. I nie jest do tego potrzebna zaawansowana matematyka. Wystarczy trochę wyobraźni i najbardziej elementarnej wiedzy (na poziomie licealnym). Dalej będzie też miejsce dla matematyki, bez obaw, w odniesieniu do najprostszych układów,też na poziomie licealnym. Dziś, na razie, nie potrzeba wiecej. Rewolucja, czy arogancja z mojej strony?

   Ale rzecz nie jest taka prosta, jakby się mogło wydawać. Zauważmy, że energia potencjalna jest funkcją położenia, a właściwie wzajemnej odległości ciał tworzących układ. [Położenie jest rzeczą względną, jeśli określamy je za pomocą trzech liczb w układzie współrzędnych. Odległość jest wielkością bezwzględną, pod warunkiem, że nie w oczach obserwatora z zewnątrz (możliwość skrócenia F-L).] Tego o energii kinetycznej nie można powiedzieć. Energia potencjalna jest dokładnie taka, jaka jest, nie posiada cech względności, natomiast ruch, jak wiadomo, jest względny. Można powiedzieć, że cechą podstawową ruchu jest jego lokalność. Oddziaływanie (grawitacja), jako obiektywny fakt przyrodniczy, nie powiązany z istnieniem podmiotu-obserwatora, posiada cechę nielokalności, nie zależy od układu odniesienia*. Obserwator relacjonuje nie tyle oddziaływanie, co jego efekty kinematyczne, oczywiście mające charakter lokalny.  Istnienie grawitacji jest rzeczą ontologicznie jednoznaczną. Jej wielkość nie zależy od układu odniesienia. Grawitacja jest też niezniszczalna. [Nota bene, mogłoby to oznaczać, wbrew niektórym dzisiejszym koncepcjom, że stała grawitacji G, jest absolutnie stała (w czasie i w przestrzeni). To, że energia potencjalna (będąc nielokalną) w teorii względności nie jest relewantna, sprawia jednak, że z łatwością rozważa się możliwość zmienności G (nie ma powodu, by nie) – świetna nisza dla młodych fizyków łaknących nowych tematów badawczych. To jednak bardziej ćwiczenie warsztatu, niż bodziec kognitywny w poszukiwaniu i pogłębianiu wiedzy o przyrodzie. To kombinowanie raczej nie przyczynia się do uchwycenia ponadlokalnego sedna.] Jak wspomniałem,  OTW nie rozważa energii potencjalnej,  a przy tym jest teorią lokalną. Przyznać należy, że w odniesieniu do konkretnych układów, w szczególności w skali astronomicznej, jest najlepszym znanym narzędziem badawczym. Jednak, czy tak samo radzi sobie z nielokalnością? 

    W związku ze stwierdzeniem powyżej, że „bez grawitacji nie byłoby ruchu”, mamy więc dylemat. Z jednej strony, zmiana energii potencjalnej niedoboru masy równa jest dokładnie zmianie energii kinetycznej, a energia kinetyczna (tak, jak prędkość), jest wielkością względną, a więc lokalną; z drugiej zaś, zmiana energii potencjalnej jest funkcją wzajemnej odległości między oddziaływującymi ciałami, wielkością bezwzględną.

    Na szczęście dylemat znika, gdy rozpatrujemy (konsekwentnie) układ izolowany. W praktyce jednak to rzecz niemożliwa do realizacji. Ale my pozostaniemy przy układzie izolowanym, nawet wyłącznie dwóch ciał lub zajmować się będziemy Wszechświatem jako zintegrowaną, nielokalną całością. Relacja obserwatora nie jest relewantna. W tej sytuacji aż się prosi, by rozpatrzyć rzecz wyłącznie w dwóch szczególnych stanowiskach, w dwóch szczególnych skalach: najgłębszej małości, znacznie poniżej skali cząstek, oraz w skali całego Wszechświata. Tak pozbywamy się lokalnego bałaganu – by próbować odkryć sedno. 

    Najpierw w skali największej. Spójrzmy więc na rzecz z innej strony. Podczas Wielkiego Wybuchu doszło do rozdzielenia grawitacji i wszystkiego, co związane jest z ruchem. Ruch we wszystkich postaciach jest względny, lokalny, natomiast grawitacja jest, jak zauważyłem tuż powyżej, nielokalna. Jednak patrząc na rzecz globalnie, nie musimy przejmować się tym. Łączny ruch jako taki, razem z grawitacją „polową” w sumie stanowi byt niezmienny, ilościowo (i energetycznie) odpowiada grawitacji (odpychającej) w momencie początku ekspansji. Na razie to fantazja, ale w tym momencie uzasadniona tym, co już zdążyliśmy stwierdzić.

 *) Pomimo, że siła, jako wielkość fizyczna, nie jest niezmiennicza względem transformacji Lorentza. Jest pochodną pędu względem czasu, a pęd, jako iloczyn masy i prędkości, zależy od układu odniesienia. Także czas. Inna sprawa, że transformacja Lorentza wiąże się bezpośrednio z oddziaływaniem elektromagnetycznym. Zasygnalizowana tu niezmienniczość grawitacji wymagałaby innej, bardziej ogólnej transformacji. Na nią dziś za wcześnie.