Treść

Wstęp

1. Czy istnieje grawitacyjny niedobór masy? Nowa definicja masy

grawitacyjnej. Postulat o istnieniu bytu absolutnie elementarnego.

2. Grawitacyjny defekt masy układu dwóch ciał

3. Możliwość istnienia dpychania grawitacyjnego.

4. Oddziaływanie grawitacyjne punktów materialnych.

Modyfikacja prawa newtonowskiego. O zjawisku

zderzenia inaczej. Pierwsze wnioski.

5. Energia potencjalna oddziaływania dwóch punktów

materialnych po uwzględnieniu niedoboru masy

grawitacyjnej.

6. Potencjał grawitacyjny układu dwóch punktów materialnych.

Potencjał niedoboru masy Potencjał całościowy.

Apendyks. Energia zawarta w polu grawitacyjnym.

Wstęp

Artykuł ten przedstawia niekonwencjonalne ujecie zagadnień związanych z oddziaływaniem grawitacyjnym. Ukazuje też prespektywy badawcze dotąd nie uwzględniane. Artykuł ten poprzedza serię trzech artykułów poświęconych grawitacji w skali planckowskiej i konsekwencjom kosmologicznym proponowanego modelu. Wszystkie cztery stanowią jedną zintegrowaną całość. Wszystkie tworzą też bazę fizykalną dla niekonwencjonalnej kosmologii. Tym zajmiemy się dalej.

W swojej pracy bazuję na newtonowskiej koncepcji grawitacji i oddziaływań, ale uwzględniam to, co wnosi do sprawy szczególna teoria względności. Interesuje mnie szczególnie oddziaływanie grawitacyjne w bardzo krótkim zasiegu. Dzisiaj kluczową rolę w tym zakresie badań spełniać ma kwantowa teoria pola, z tym, że nie rozważa ona grawitacji – to poważny niedostatek tej teorii. Tutaj rzecz odnosi się w szczególności do układów o bardzo dużej koncentracji materii. Należy zaznaczyć, że w tym zakresie ogólna teoria względności nie była testowana, a to, co „wiemy” (czarne dziury) jest raczej ekstrapolacją tego, co ustalono w odniesieniu do układów dynamicznych, dostępnych bezpośredniemu badaniu. Mianowicie, chodzi potwierdzony ilościowo fakt istnienia soczewkowania grawitacyjnego, a także o znaną wcześniej i niewytłumaczalną na bazie teorii newtonowskiej, anomalię perihelium Merkurego. Za potwierdzenie przewidywań OTW uznano też wynik doświadczenia z pomocą interferometru Ligo, o którym doniesiono w lutym 2016. Chodzi o odkrycie fal grawitacyjnych.
Materia bardzo skondensowana, to raczej domena mechaniki kwantowej – mógłby ktoś zaznaczyć. Problem w tym, że grawitacja jest poza jej zasięgiem. A jednak dla nas czarne dziury z materialnym wnętrzem nie do określenia (!) są już realnym faktem (...), a nadzieją na rozwiązanie problemu materii w ich wnętrzu jest zdaniem niektórych, kwantowa grawitacja, którą usilnie poszukuje się, choć ta, jak na razie, znajduje się poza horyzontem (zdarzeń). Oto jedna z motywacji starań, które podjąłem. Jak dalej zobaczymy, to nie takie łatwe, nawet ideowo, wobec muru kompletnej obojętności (nawet nie krytyki) ze strony osób zdawałoby się kompetentnych.

Praca ta ma skonkretyzować nadzieję na rozwiązanie rozlicznych problemów, dziś na razie znajdujących się poza zakresem dociekliwości badaczy, ot choćby problem materii wewnątrz czarnej dziury. Istnieje bowiem opcja, zgodnie z którą materia poniżej horyzontu grawitacyjnego jest jak najzwyklejszą materią. Sądzę, że warto pójść właśnie w tym kierunku.

Niespójność istniejąca na styku deterministycznej teorii grawitacji (taką jest także ogólna teoria względności) i indeterministycznej mechaniki kwantowej (to ma miejsce w układach materii skondensowanej) skłania do podjęcia próby pójścia „trzecią drogą”; chyba raczej nie w poszukiwaniu rozwiązań kompromisowych, także niekoniecznie w kierunku grawitacji kwantowej w dzisiejszym pojmowaniu spraw. Okazuje się, że grawitacja newtonowska (w tym powrót do sił), trzeba przyznać, że zmodyfikowana i po uwzględnieniu ustaleń szczególnej teorii względności, daje dość obiecujące wyniki. Przedstawia to niniejszy esej, wraz z trzema pracami, które poprzedza.

Szczególną rolę odgrywa tu, jak się niebawem przekonamy, właśnie modyfikacja teorii newtonowskiej. Chodzi przy tym o określoną ideę (to na razie), a nie o pakiet równań. Te mogą zaczekać. Dziś odwrotnie, sądzi się, wprost automatycznie, że fizykę otrzymamy rozwiązując określone równania. Skąd się wezmą? Z powietrza? Jeśli chcemy iść nową drogą, to raczej nie na bazie tego, co wytycza starą. Przecież to, czym nauka dziś dysponuje, stanowi o ograniczoności naszego wglądu w przyrodę. To przecież teorie, których zakres adekwatności w pewnej skali kończy się. A my, znajdujemy się właśnie tam u granic. Bazować na tym, co już nie działa, dlatego, gdyż tam jest odpowiednio zaawansowana matematyka? To tak, jak byśmy szukali czegoś pod jasną latarnią tylko dlatego, gdyż tam jest widno. To już zakrawa na... Nie, to nie kpiny. Po prostu, mnie nie kręcą rzeczy już wcześniej przebadane.

W naszych rozważaniach, jak zauważycie, wystarczy matematyka elementarna, gdyż chodzić będzie o układy elementarne. Jeśli przy tym okaże siָָę, że wpadłem na właściwy trop, to rzeczy rozwiną się i dostaniecie matematykę matematykę. Na razie na to za wcześnie.

Powszechnie uważa się, że opis grawitacji zgodny z procedurami ogólnej teorii względności jest bardziej ogólny, więc nie ma sensu stosowanie podejścia newtonowskiego. W teorii tej jednak mowa nie o siłach, lecz o geometrii czasoprzestrzeni, a grawitacja manifestuje się stopniem jej zakrzywienia. Różnica jest więc istotna. We mnie intuicyjny sprzeciw budzi ontologizacja geometrii przestrzeni, która nie jest bytem materialnym. Czy rzeczywiście należy „wyrzucić do kosza” podejście newtonowskie jako nierzeczywiste („bo przecież przestrzeń”)? Jestem temu przeciwny, już choćby ze wzglęgu na to, że pozostałe oddziaływania operują jednak siłami. [Czyżby grawitacja ulepiona była z innej gliny? To mimo wszystko rodzaj niekonsekwencji, jeśli chcemy patrzeć na przyrodę całościowo.]

A teraz zauważmy, to ważne – newtonowskie prawa dynamiki są słuszne w odniesieniu do wszystkich rodzajów oddziaływań. Kogo to zastanowiło? Warto zauważyć też, że grawitacyjnie oddziaływują wszystkie bez wyjątku cząstki, natomiast w pozostałych oddziaływaniach nie wszystkie uczestniczą. Newtonowskie prawo grawitacji, w powiązaniu z zasadami dynamiki, wobec powyższego, nawet sugeruje, że oddziaływanie to jest oddziaływaniem pierwotnym, podstawowym. Niepomiernie wzmacnia to twierdzenie fakt równoważności masy i energii, i jej zachowania. Wszak masa stanowi o istnieniu pola grawitacyjnego. W tym kierunku warto pójść. Zauważmy przy okazji, że w tym konkretnym punkcie mamy pełną ideową zbieżność także z ogólną teorią względności.

Dodajmy do tego, że już newtonowska teoria grawitacji prowadzi, w większości przypadków do tych samych wyników, co OTW. Jeśli więc do tego samego wyniku dojść można bądź stosując siły (po newtonowsku), bądź też traktując grawitację jako zakrzywienie przestrzeni (bez sił), to metoda „czasoprzstrzenna” nie ma żadnych cech ontologicznych. Jest wyłącznie procedurą formalną. Wątpliwość wzbudza więc ontologizacja przestrzeni. Jeśli więc OTW przewiduje efekty nieprzewidywalne przez teorię newtonowską, to znak, że właśnie, teorię newtonowską należy zmodyfikować. W artykule tym podjąłem próbę takiej modyfikacji. Pozostaje tylko sprawdzenie, czy rzeczywiście ta modyfikacja prowadzi do wyników zbieżnych z przewidywanymi przez OTW (i potwierdzonych obserwcyjnie). Jestem przekonany, że należy pójść tą właśnie drogą, nawet jeśli się okaże, że proponowana przeze mnie modyfikacja nie całkiem spełnia to oczekiwanie... A jeśli nie dojdziemy tych samych wyników, to zaistnieć może nawet szansa, że zmodyfikowany opis newtonowski opisuje przyrodę, o zgrozo, lepiej... Ale to już nieplanowana arogancja z mojej strony. Intuicja podpowiada mi, że dojdziemy do pełnej zbieżności wyników, z tym, że dużo prostszą matematycznie drogą. W tym moim życzeniu pomijam interpretację OTW uznającą za fakt istnienie grawitacyjnej dylatacji czasu, która byłaby efektem ontologicznym, a nie li tylko obserwacyjnym, czy proceduralnym. Podkreślam: interpretację. Na tę ontologiczność absolutnie się nie zgadzam. Argumentację przeciw istnieniu grawitacyjnej dylatacji czasu znajdziecie dalej, w niejednym artykule, w szczególności w eseju powięconym czarnym dziurom. Ten artykuł poświęcony jest bowiem innym sprawom.

1.Czy istnieje grawitacyjny niedobór masy?

W swej książeczce pt. Elementarne wprowadzenie to szczególnej teorii względności, nieco... inaczej, w jednym z przypisów zamieściłem takie oto ostrzeżenie:

Uwaga! Co wrażliwszych muszę uprzedzić. Paragraf ten zawiera treści nie do przyjęcia dla wielu, szczególnie tych, dla których fizyka stanowi chleb powszedni. Zostaną zaskoczeni. Zachęcam więc do wskazania błędu merytorycznego. Uprzedzam, że w argumentacjach bazowanie na ogólnej teorii względności nie jest słuszne, gdyż z założenia, w wywodach swych nie bazuję na tej teorii. Radzę kierować się logiką i nie dać się zwieść nawykom myślowym ukształtowanym w czasach edukacji i działalności dydaktycznej. Rutyna zamyka nawet najbardziej otwarte głowy.

Podtrzymuję to. Trudno mi będzie kogokolwiek przekonać o słuszności choćby tylko kierunku myślenia, nawet jeśli mam rację, choćby w części. Przypuszczam, że czytanie przeważnie zakończy się dosyć wcześnie. A oto, co napisał Donald Goldsmith w swej godnej polecenia książce pt. Największa pomyłka Einsteina? (Wyd. Prószyński i S-ka 1998):

Ponieważ teoretycy, niemalże z definicji, to osobnicy o najbardziej płodnej wyobraźni, obalenie wymyślonej przez nich teorii może okazać się czasem równie trudne, jak dla Herkulesa zabicie wielogłowej hydry. Większość teorii umiera całkowicie dopiero wraz ze swoimi twórcami. Są one bowiem tak bliskie sercu uczonego, że prędzej dokona on w nich jakichś desperackich modyfikacji, niż porzuci je z powodu niezgodności z obserwacjami.

A młodzi? (To już ode mnie) Ci na razie zachłystują się radością opanowania "wiedzy tajemnej". Pełni dumy z posiadania wiedzy nabytej, są najbardziej krytyczni (krytykanccy) wobec wszystkiego, co inne, w szczególności, gdy ta inność nie jest głoszona przez uznaną znakomitość. A jeśli tak, to od razu staje się częścią zasobu świętych prawd. A jeśli już wpadają na jakiś pomysł, to wyłącznie w ramach megakoncepcji istniejącej – źródła ich satysfakcji. Ogrom nagromadzonej wiedzy przytłacza i zamyka dostęp działaniom twórczym. Co bardziej ambitni osiągają stan przeuczenia - ku samozadowoleniu, tracąc przy tym zupełnie inwencję twórczą. Będą świetnymi wyrobnikami nauki. Dla nich najważniejsze są kolejne szczeble kariery i społeczne nobilitacje.

Za faktyczny postęp odpowiedzialni są outsiderzy.

W fizyce jądrowej stosowane jest pojęcie defektu mas. Czy defekt masy istnieje także w grawitacji? Sądzę, że tak, pomimo, że w ramach ogólnej teorii względności rzeczy tej się nie rozpatruje. Aby podnieść ciało do góry, trzeba zainwestować energię. Energia równoważna jest masie. [Nierzadko, nauczyciele, by upoglądowić równoważność masy i energii w słynnym wzorze Einsteina, twierdzą, że masa ciała podniesionego jest większa, niż masa tegoż przed podniesieniem. „Przecież, by podnieść, dostarczamy mu energię.” Nic z tych rzeczy. Energia potencjalna jest energią układu, w tym przypadku: ciało-Ziemia. Chodzi więc o układ oddziaływujących ciał. Wielu młodych fizyków bez zastanowienia przechodzi do porządku dziennego nad wypowiedzią nauczyciela, nie wgłębiając się, bo przecież świadomi są, że to przecież tylko szkółka. I dalej brną zachowując tę szkółkę w podświadomości.]
Czy masa układu Ziemia-ciało wzrasta? Nie, jeśli ciało podnoszone jest kosztem części energii wewnętrznej układu. A jeśli mamy układ zamknięty dwóch ciał, a ich swobodny ruch względny uwarunkowany jest przez ich wzajemne oddziaływanie grawitacyjne? Także w tym najprostszym przypadku łączna energia układu nie zależy od czasu.
A teraz, skoncentrujmy się wyłącznie na energii potencjalnej wzajemnego oddziaływania grawitacyjnego ciał tworzacych układ, traktując ją wyłącznie jako jeden ze składników energii całkowitej. Siłą rzeczy pomijamy tu energię kinetyczną, a ogólnie, wszelkie inne rodzaje energii istniejacej w danym układzie. Dla dociekliwych sceptyków właśnie zapala się światełko. Dodam więc dla porządku rzeczy, że zasada zachowania energii obowiązuje w układzie zamknietym i dotyczy łącznej energii. Ale kontynuuję. To tylko relacja z przebiegu rozumowania. Na ferowanie nowych prawd za wcześnie.

Jeśli zmienia się energia potencjalna, to zgodnie z zasadą zachowania, jakiejś zmianie ulegają pozostałe formy energii w tym układzie. Nie można odizolować się od innych form energii, bo wówczas energia całkowita ulegnie zmianie. Można więc zapytać: Czy możliwa jest sytuacja, w której, wyłącznie w przypadku energii potencjalnej grawitacyjnej, można odejść od tej reguły nie godząc w zasadę zachowania? To już zakrawa na kpinę z porządnej nauki.

Ale brnijmy. A może jednak taka możliwość istnieje. Spróbujemy jednak na to zasadnicze pytanie odpowiedzieć dalej. Na razie, zauważymy, że gdy wzrasta odległość między ciałami, wzrasta też wartość energii potencjalnej. Ten wzrost równoważny jest masie:

(1)

Tej masy brakowało, gdy odległość między ciałami była mniejsza. [Czy komuś to przeszkadza?] Można więc masę tę nazwać (względnym) niedoborem masy grawitacyjnej układu. Dalej podana zostanie ścisła definicja (ilościowa) absolutnego niedoboru masy grawitacyjnej układu. W miarę oddalania się ten niedobór maleje, a energia potencjalna wzrasta. Skąd się wzięła ta dodatkowa energia, „zasilająca” energię potencjalną? Oczywiście kosztem innych form energii tegoż układu. Ale przecież na początku przyjęliśmy, że rozważamy wyłącznie energię potencjalną...
Dalej podana zostanie ścisła definicja (ilościowa) absolutnego niedoboru masy grawitacyjnej układu. Mowa tu o energii wiązania grawitacyjnego. Kojarzy się to z energią wiązania nukleonów w jądrze atomowym. Energia wiązania grawitacyjnego układu (jako ujemna) jest tym większa, im odległość między ciałami jest większa. W układach nukleonów rzecz wygląda podobnie, z tym, że oddziaływanie silne ma bardzo krótki zasięg, więc np. neutron jest albo w środku, albo na zewnątrz – mamy dwa stany różniące się energią (i masą), różniące się o energię fotonu gamma. Szczegóły nie są, istotne; na przykład nie ważne to, że neutron zaabsorbowany przez jądro zapoczątkowuje przemiany, których przebieg zależy w znacznej mierze od masy jądra. Inną analogię stanowią poziomy energetyczne atomu (elektrony).

W przypadku grawitacji zmiany mają jednak charakter ciąły, nie można więc liczyć na emisję fotonów w trakcie zbliżania się ciał do siebie. Dlaczego fotonów?

Trudno o czymś takim (defekt masy) mówić, gdy mamy do czynienia z układem makroskopowym, np. na powierzchni Ziemi. Musielibyśmy przyjąć, że gdy ciało opada, przyrost jego energii kinetycznej byłby nieco mniejszy, niż by to wynikało z równości zmian energii kinetycznej i potencjalnej – bazy dla naszych rutunowych, szkolnych obliczeń. Mniejszy o defekt masy odpowiadający różnicy wysokości. W naszych warunkach to rzecz zupełnie niemierzalna, więc któż by o tym miał pomyśleć. Że jednak warto pomyśleć, przekonamy się niebawem. Zatem na razie lepiej tego nie wykluczać pomimo, że już sama myśl ściągnie na mnie niejeden kubeł pomyj. Zobaczmy jednak, do czego nas to doprowadzi. Czy do sprzeczności z danymi empirycznymi? Jeśli tak, to po co od razu się podniecać? Niech ma za swoje.

Proponuję więc (roboczo) przyjęcie istnienia jeszcze jedenego rodzaju energii, jak dotąd nie branego pod uwagę: energia potencjalna niedoboru masy, dodatnia. [Znana nam energia potencjalna grawitacyjna jest ujemna. To rzecz obiektywna, a nie, jak niektórzy sądzą, jedynie sprawa konwencji.] To, że dotąd nie brano pod uwagę proponowanej możliwości, nie znaczy, że nie istnieje. W naszych warunkach faktor ten jest niemierzalnie mały. [Einsteinowi wolno było wprowadzić stałą kosmologiczną. Mi nie wolno czegoś takiego, bo przecież Einsteinem to ja nie jestem. Co prawda, to prawda.] Jak zobaczymy, w odpowiednio małej skali, będzie to faktor niezmiernie istotny. 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 świat dla wyobraźni ukształtowanej w szkole (włączając w to uniwersytet).

Zaskoczenie? To dopiero początek. Kto nie chce, niech nie czyta. Kto pozostał? Palce jednej ręki? Dobre i to. Dla przypomnienia, roztrzygające znaczenie ma konfrontacja koncepcji z faktami empirycznymi, a nie widzimisię przeuczonych mądralków, którzy sami niczego w życiu nie wymyślili.

Opis oddziaływania na bazie ogólnej teorii względności, jak wyżej wspomniałem, nie rozpatruje istnienia deficytu masy. Czy słusznie? Właściwie nie musi, dzięki zupełnie innemu podejściu. Istotne jednak jest to, że także założenie istnienia deficytu masy grawitacyjnej prowadzi, przynajmniej w jednym punkcie, do rezultatu zbieżnego z OTW. Przekonamy się o tym dalej. 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 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, a nie, jak niektórzy sądzą, natura rzeczy („Grawitacja, to coś zupełnie innego, chodzi przecież o zakrzywienie przestrzeni”).

Wracamy więc do sił, do klasycznego pojęcia 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, niezależnie od ich osobistej masy, równoważność, na którą rzadko się zwraca uwagę, choć jest to istota trzeciej zasady dynamiki. Mówi się „oddziaływanie”, ale się nie myśli zgodnie z duchem tej zasady. To tylko werbalny zwrot. „To dla dzieci w szkole, a my zajmujemy się Nauką”. Mi zatem, jako outsiderowi, pozostaje badanie podstaw. Zapewniam, że jest co badać.

W tym kontekście palącą rzeczą jest nowa definicja masy grawitacyjnej, nowa tym, że uwzględnia energię wiązania grawitacyjnego. Aby rzecz opisać ilociowo, zdefiniujemy więc pojęcie „masy grawitacyjnej” inaczej, niż dotychczas. Masa grawitacyjna jest masą układu ciał, w ścisłym związku z faktem ich wzajemnego oddziaływania, które dotyczy w tym samym stopniu obydwa ciała. Przykład: masa grawitacyjna układu Ziemia-Słońce. Nie z osobna masy tych ciał. To bardziej sprawiedliwe. Jest w tym też spory potencjał heurystyczny. A poza tym to dużo prościej, niż rozważanie krzywizn przestrzeni stworzonych przez obydwa (niezależnie) ciała, przy czym wzajemność ich oddziaływania jest tylko domyślna. 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 równoważność obydwu rodzajów masy. 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 glowie, a ja postawiłem tylko kropkę nad i.

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).

Zauważmy, że możliwość usystematyzowania pierwiastków chemicznych według ich cech (w tym okresowość) jest konsystentna z istnieniem atomu jako podstawowego elementu pierwiastka chemicznego. Odkrycia tego dokonał John Dalton (1809), gdy zwrócił uwagę na istnienie stałych zależności ilościowych pierwiastków w związkach chemicznych.

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 strukturalnym materii. Byłby to już byt niepodzielny. Tak jest lepiej, niż nieskończona odchłań 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. Tam już nie ma miejsca na oddziaływania elektromagnetyczne i jądrowe. Te pozostały wysoko ponad nami (jeśli już weszliśmy do środka). Pozostaje wyłącznie grawitacja. Nie może więc być zaskoczeniem sąd, że grawitacja stanowi bazę dla pozostałych rodzajów oddziaływań. Zbieżne to jest z wnioskiem wypowiedzianym już wyżej, 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. Grawitacja jest uniwersalna. To argument uzasadniający tezę, że stanowi ona bazę dla pozostałych oddziaływań. To chyba brzmi dość przekonywująco. Odczuwał to Einstein już sto lat temu i dlatego uparcie szukał unifikacji wszystkich oddziaływań – pod berłem grawitacji. To było jego zasadniczym celem. Do samego końca. Jakoś nie wszyscy zdają sobie z tego sprawę, zafascynowani wyłącznie matematyką, która zresztą nie od niego pochodzi.
Dziś fizyka próbuje już sięgać ku skali Plancka. To dziś już nic nowego. Ale 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? To dlaczego w „nano”-skali już blisko skali Plancka, grawitacja ma być bardzo silna, 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 mają bardzo konkretny sens fizyczny. Zatem także masa Plancka coś chyba znaczy.] Inną poszlaką może być też właśnie słabość, wprost niewyczuwalnść grawitacji w świecie cząstek subatomowych, jakby nisza. 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 przy 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. Czy to nie energia próżni?...

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.

2. Grawitacyjny defekt masy układu dwóch ciał.

Celem naszym jest zbudowanie matematycznej definicji defektu masy układu dwóch ciał (punktów materialnych). Na możliwość jego istnienia zwróciłem uwagę powyżej. 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. (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:

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

O tyle też wzrasta masa układu, czyli:

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

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: Δmc² = 66,69·10^-12 J ≈ 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 = 6·10^24 kg (masa Ziemi)

M = 2·10^30 kg (masa Słońca)

r = 15·10^10 m (średnia odległość Z-S)

Potraktujmy te ciała jako punkty materialne (kształt kulisty i odpowiednio duża odległość). Otrzymujemy: Δm = 6·10^16 kg. Czy to dużo? To masa sześcianu o krawędzi ok. 23 km, o gęstości 5g/cm^3 (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 nigo uwolnić? Oczywiście z prędkością ucieczki. Czy to otrzymamy?

Otrzymaliśmy.

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

Okazuje się, że: Δm = 8,6·10^15 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, mianowicie, można 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 mawiaja chirurdzy).

Ale nie uprzedzajmy faktów.

3. Możliwość istnienia odpychania grawitacyjnego.

Jeśli odległość miedzy dwoma ciałami zmniejsza się, deficyt masy grawitacyjnej układu rośnie. Rozwiążmy więc następujące zadanie:

Obliczyć odległość wzajemną identycznych punktów materialnych, jeśli ubytek masy ich układu równy jest masie jednego z nich.

Rozwiązanie:

Przyjmująć, zgodnie z warunkiem zadania, że: Δm = m otrzymujemy:

Dla przypomnienia, promień grawitacyjny punktu materialnego o masie m wyraża się wzorem:

Jak widać otrzymana odległość równa jest połowie (!) promienia grawitacyjnego (Schwartzschilda) jednego z elementów. W tej sytuacji masa układu równa jest więc masie jednego ze składników. Można się nawet pokusić o nową definicję promienia grawitacyjnego Promień grawitacyjny, to podwojona odległość między dwoma identycznymi punktami materialnymi, taka, że masa grawitacyjna tego układu równa jest masie jednego z tych punktów. Jak widać, to coś zupełnie nowego.

Warto zwrócić uwagę na to, że powyższy wniosek nie ma zastosowania, gdy mowa o ciałach z naszego otoczenia. A przecież właśnie to kształtuje naszą intuicję. Promień grawitacyjny nawet planety Jowisz nie dochodzi do 3m. Jednakże w odniesieniu do gwiazd masywnych i oczywiście jąder galaktyk rzecz nabiera znaczenia. Przekonamy się o tym dalej.

A jeśli jeszcze bardziej zbliżymy do siebie nasze punkty materialne? Łatwo wykazać (pozostawiam to czytelnikowi), że masa grawitacyjna układu może też być równa zeru – jeśli te punkty materialne będą jeszcze bliżej siebie. W tym przypadku odległość równa jest ćwierci promienia grawitacyjnego. Taki układ jest grawitacyjnie wysycony. Jakby nie istniał. Fałszywa próżnia?

A jeszcze bliżej? To ... masa układu powinna być ujemna. Układ powinien odpychać każde ciało obce. A nasze punkty materialne? W dalszym ciągu się przyciągają? Zastanówcie się. Roztrzygnięcie za chwilę.

Można zapytać: A dlaczego jądro atomowe posiada określone rozmiary, a nie zapada się pod działaniem sił jądrowych? Odpowiedź: „Bo oddziaływanie silne, to także odpychanie w krótszym zasięgu” – nie zadawala. Także nie zadawala odpowiedź, że chodzi o fermiony i zakaz Pauliego: „Skąd tak na prawdę bierze się ten zakaz?” A może jednak chodzi tu o odpychanie grawitacyjne, uniemożliwiające kolaps jądra. Ale jeśli to słuszne w odniesieniu do jądra atomowego, to także słuszne w odniesieniu do całej materii.

Jednak, to już nie układ dwóch punktów materialnych. To coś znacznie bardziej złożonego, to już dotyczy struktury cząstek, może nawet unifikacji oddziaływań: jądrowego i grawitacyjnego... Struktura cząstek, to jednak temat, którego tutaj nie chcę rozwijać. Na razie trochę na to za wcześnie. Ale już w pracy następnej będzie niespodzianka.

A jeśli masy naszych punktów nie są sobie równe? Ten przypadek mieliśmy w przykładach obliczeniowych powyżej. Czy także w tym przypadku masa grawitacyjna układu może się zerować? Rozważmy więc ogólnie układ punktów materialnych o różnych masach, jednak przy założeniu, że masa układu zeruje się. W tej sytuacji mamy:

Stąd:

(5)

Gdzie:

(6)

Jest masą zredukowaną układu.

A jeśli jeszcze bardziej zbliżymy? [Wracamy do układu dwóch identycznych punktów materialnych] Powyżej wyciągnięty został wniosek, że masa grawitacyjna układu staje się ujemna. Zastanówmy się. Natężenie pola grawitacyjnego, wytwarzanego przez ten układ (jako wektor) zwrócone jest na zewnątrz. Zatem na każde ciało „obce” działa siła odpychania. Ale siła na zewnątrz działa też na elementy samego układu. W tym sensie odpychają się wzajemnie. Dalej przedstawię fakty świadczące o tym. Mamy więc odpychanie grawitacyjne między punktami materialnymi. Jak to jest więc z nukleonami tworzącymi jądro atomowe? Jak to jest z odbiciem podczas zderzeń cząstek elementarnych, szczególnie tych o wielkiej energii i pozbawionych ładunku?

Kontynuujmy nasze rozważania. Przede wszystkim zauważmy, że masa wypadkowa układu dwóch identycznych punktów materialnych wyraża się wzorem:

m* = 2m – Δm. (7)

Tutaj m – masa pojedyńczego punktu. Widzimy, że gdy: Δm > 2m, to m* < 0. W tym przypadku wypadkowa masa jest liczbą ujemną. Układ więc odpycha. A dwa takie układy? Powinny się wzajemnie przyciągać (iloczyn mas w newtonowskim prawie grawitacji, jest dodatni).

Odpychanie powinno wzrastać bardzo szybko, wraz z maleniem odległości. [Bardzo podobnie działa odpychanie elektrostatyczne, powodujące zderzenia ciał.] Właśnie to odpychanie uniemożliwia nieograniczoną zapaść ku osobliwości. Czy zakaz Pauliego jest manifestacją tego absolutnego ograniczenia? To jeszcze jeden, nowy trop.

Jak widać, rozważania nasze prowadzą do wniosku o możliwości istnienia dualności oddziaływania grawitacyjnego. A przecież ogólna teoria względności nie przewiduje tego, nawet powiedziałbym, że ludzie stosujący ją na codzień, zdecydowanie odrzucą tę rzecz (patrz nawiązanie do pierwszego rozdziału). Jeśli mimo wszystko jest to prawdą (to oczywiście wymaga sprawdzenia doświadczalnego), to opis materii supergęstej powinien tym dużo zyskać.

Sądzę, że tu aż się prosi wspomnieć o tak zwanej asymptotycznej swobodzie, przewidzianej już w roku 1973 (F. Wilczek, D. Gross, H. D. Politzer; Nobel 2004) [Dziś przy opisie oddziaływań na poziomie kwarkowym mówi się o tak zwanym uwięzieniu koloru.] Odkrycie to może mieć bardzo duże znaczenie, także w kontekście naszych rozważań. Możliwe, że dla jego wyjaśnienia oprzeć się trzeba będzie właśnie na grawitacji dualnej. Jeśli z powodzeniem, to...oj, tylko nie to.

Odnoszę wrażenie (prywatnie), że za sprawą grawitacji dualnej zbliżymy się do styku modelu standardowego, z grawitacją. Niestety, na razie małe są szanse, by się to stało, gdyż sprzeczne to jest z ugruntowanymi paradygmatami obowiązującymi dziś. Odkrycie Wilczka i jego kolegów sprzed ponad czterdziestu lat dotyczy wiązań między kwarkami. Siła przyciągania między nimi maleje w miarę wzajemnego ich zbliżania się i dąży do zera na styku. „A czym jest styk?” Można zapytać. To po prostu, jeszcze bliżej, odpychanie w dużo krótszym zasięgu. Kojarzy się to trochę z naciągniętą, a potem ściskaną sprężyną. Przy dalszym zbliżaniu, można oczekiwać, że narastająca bardzo szybko siła odpychania spowoduje zatrzymanie. Właśnie tak działa grawitacja dualna. „Uwięzienie koloru” jest z tym spójne. Być może tędy właśnie wiedzie droga ku unifikacji grawitacji z oddziaływaniami silnymi. To moja arogancka hipoteza.

Jak wiadomo, w większym zasięgu oddziaływania silne, siły przyciągania między nukleonami są tym większe, im mniejsza jest odległość między nimi. Sądząc po tym i w związku z istnieniem głębiej asymptotycznej swobody, przypuszczać należałoby, że wraz ze zbliżaniem się do siebie elementów układu (nukleonów), siły przyciągania powinny osiągnąć maksimum, by natępnie maleć przy dalszym ściskaniu, już jako układy kwarkowe (którymi są nukleony, ogólnie hadrony). Opisałem to z grubsza powyżej. Odkrycie asymptotycznej swobody było dla uczonych poważnym zaskoczeniem. Może nie mniej zaskoczy (czytelnika) to, że rzecz ta uwidoczni się w sposób poglądowy w dalszej części naszych rozważań, oczywiście poświęconych dualnej grawitacji. Tak, grawitacji. Nawet nie są tu potrzebne gluony. Czy zatem tutaj dochodzi do unifikacji tych dwóch rodzajów oddziaływań? Tak właśnie sądzę, a właściwie przypuszczam. Na razie jakoś się o tym nie myśli. Czy słusznie? Chyba dlatego, gdyż na razie nie ma punktu zaczepienia. Czy naprawdę nie ma?

Jakie mogą być konsekwencje, a właściwie przewidywania bazujące na powyższej konkluzji? Przede wszystkim, zapaść grawitacyjna gwiazdy lub jądra galaktyki ograniczona jest przez odpychanie, w sposób naturalny, w odpowiednio krótkim zasięgu. Osobliwość nie może powstać, choć wcale to nie wyklucza możliwości istnienia obiektów zamkniętych przez horyzont grawitacyjny. W szczególności dotyczy to jąder galaktyk, być może także gwiazd wyjątkowo masywnych (jeśli przy tym są w miarę stabilne). Chodzi o to, że gęstość średnia obiektu zamkniętego horyzontem grawitacyjnym zależy od jego masy. Jest odwrotnie proporcjonalna do jej kwadratu. Masa jądra galaktyki może być nawet miliard razy większa od masy Słońca. Materia w jądrze galaktyki posiada więc cechy materii nam znanej. Gęstość średnia tej materii może być w przybliżeniu na przykład równa gęstości wody. Nawet materia gwiazdy, którą w wyniku kolapsu zamknął horyzont grawitacyjny, niczym się nie różni od materii nam znanej, w każdym razie jest opisywalna, nawet jeśli doczekać się nie możemy jakiegokolwiek przekazu stamtąd. Czy na prawdę nie możemy? A czy musimy wszystko dotykać jak dzieciak? Jej gęstość w zasadzie nie przekracza gęstości materii jądrowej. Tak na marginesie, w tym kontekście także grawitacyjna „dylatacja” czasu staje się rzeczą wątpliwą , a to ze względów zasadniczych, a nie ilościowych. Będzie i o tym.

4. Oddziaływanie grawitacyjne punktów materialnych. Modyfikacja prawa newtonowskiego.

Celem naszym jest przede wszystkim wyprowadzenie wzoru przedstawiającego zmodyfikowane prawo grawitacji. W nowym wzorze uwzględnimy defekt masy grawitacyjnej układu dwóch identycznych punktów materialnych. Masa grawitacyjna układu, czyli jego masa wypadkowa, wyraża się wzorem:

Tutaj: M – masa rzeczywista punktu materialnego. Grawitacyjna masa jednostkowa układu oczywiście równa jest połowie grawitacyjnej masy wypadkowej. Zatem siłę wzajemnego oddziaływania zapisać można w następującej postaci:

Wyrażenie to można uprościć uwzględniając wzór na promień grawitacyjny Schwartzschilda:

Otrzymujemy:

Ale to jeszcze nie koniec. Zwróćmy uwagę na to, że siła jest tu dodatnia. Jednakże już wiemy, że masa układu może być ujemna. Czy ma wtedy miejsce także odpychanie między elementami układu? Była już o tym mowa. Zauważmy, że siła zeruje się gdy:

Odpowiada to niedoborowi masy równemu 2M. Przy odległości wzajemnej jeszcze mniejszej, od razu nasuwa się myśl, że elementy układu powinny odpychać się wzajemnie. Siła powinna być ujemna. Nie chodzi tu o samą estetykę. O istnieniu odpychania świadczą fakty. Jądro atomowe nie zapada się, nawet nie daje się go bardziej ścisnąć. Nukleony nie są przecież punktami materialnymi, gdyż są już obiektami złożonymi – jak ściana, przez którą nie można się przebić, nie można też do niej wniknąć. Powodem jest odpychanie niezwykle silne i w zasięgu bardzo, wprost zaniedbywalnie krótkim. Dla upoglądowienia sprawy, w świecie naszej percepcji, zderzenie-odpychanie (ściana) ma oczywiście charakter elektrostatyczny. Zasięg (droga hamowania) tego zderzenia jest jednak dużo większy, niż podczas zderzeń cząstek subatomowych. Jest rzedu rozmiarów atomu. Nasze rozważania dotyczą znacznie krótszego zasięgiu hamowania.

O istnieniu odpychania świadczy więc też zjawisko zderzenia cząstek, nie koniecznie posiadających ładunek elektryczny, na przykład zderzenie neutronów. Zauważyłem to już wcześniej. Zderzenie, nie musi sprowadzać się jedynie do odpychania elektrostatycznego. Bardziej uniwersalna jest grawitacja. By się nie rozpraszać, trzymajmy się zderzenia sprężystego i czołowego. Podczas takiego zderzenia cząstki nie znikaja, spełnione są zasady zachowania energii, pędu i krętu – w każdym doświadczeniu (także krętu, gdyż cząstki w rzeczywistości nie są punktami materialnymi). Zjawisko zderzenia w naszej świadomości jest czymś oczywistym, przyjmowanym bez zbytniej refleksji (Jak? Dlaczego?). A przecież to rzecz sama w sobie wyjątkowo ciekawa. Mowa bowiem o odpychaniu niezwykle silnym, gdyż zachodzącym na drodze bardzo krótkiej i w czasie wyjątkowo krótkim. Oznacza to istnienie wyjątkowo dużych sił występujących, w szczególności, w świecie cząstek subatomowych. Powyżej podałem przykład, zachęcając do samodzielnych obliczeń. Zachęcam ponownie. Przyjmijmy, że zasięg oddziaływania wynosi 10^-20m Byłoby to zderzenie sprężyste „na styku” (jak dwie piłki) – chyba wielkość do przyjęcia. Możemy na przykład zbliżyć do siebie dwa neutrony. Zadanie nie tylko dla małolatów – wynik pozwala na refleksję. Wychodzi dużo, naprawdę dużo, także jak na skalę naszej percepcji. Przy okazji widzimy, że siły, w tym przypadku – odpychania, występujące w świecie cząstek subatomowych, są ogromne.

Zwróćmy uwagę na jeszcze jeden fakt. Cząstki subatomowe na ogół poruszają się bardzo szybko. Te maleństwa latają z prędkościami niejednokrotnie bliskimi prędkości światła. Choć mowa o ruchu względnym, prędkość wszystkich względem nas jest bardzo wielka pomimo, że względność ruchu oznacza możliwość istnienia prędkości zerowej. Jak to wytłumaczyć? Skąd w ogóle ta prędkość? Musiały uzyskać tę prędkość w wyniku bardzo silnych oddziaływań, raczej w bardzo krótkim zasięgu, oddziaływań, które w naszej skali rozmiarowej nie występują. Trudno nawet mówić o spoczynku tych cząstek (względem nas). W pewnym stopniu upodobniają się one tym do fotonów.

Ta duża prędkość może być reliktem czasów, w których cząstki te powstały (wraz z oddziaływaniami elektromagnetycznymi i jądrowymi), gdy zaczął kształtować się Wszechświat w dzisiejszej postaci. Jeszcze zanim pojawiły się atomy i cząsteczki. To był naturalny ruch w związku z temperaturą wówczas bardzo wysoką. Przy tym koncentracja materii była bardzo wielka, wielka na tyle, że odpychanie stanowiło nawet o przebiegu zjawisk. Śmiem twierdzić, że było to przede wszystkim odpychanie grawitacyjne, manifestujące się w zderzeniach. Droga swobodna między zderzeniami była wówczas bardzo krótka. Zderzenia były więc integralną częścią całego procesu tworzenia się tego, co dziś nazywamy Wszechświatem. Zauważmy, że wyhamowanie ruchu cząstki poruszajacej się z prędkością bliską prędkości światła, w dodatku na drodze prawie zerowej (przecież chodzi o odleglości mniejsze, niż R/4), wymaga sił gigantycznych, „nie mieszczących sie w pale”, sił zdecydowanie większych, niż odpychanie elektrostatyczne. Świat cząstek, to inny, jak na nasze wyobrażenia, niezwykły świat. To także świat grawitacji u jej źródeł. Zajmiemy się nim już w następnym artykule.

W pełni uzasadniony jest więc sąd, że (wracamy do naszego wzoru (10)) gdy odległość między naszymi punktami jest jeszcze mniejsza, czyli: r < R/4, powinno działać odpychanie. Jeśli nie odpychanie, lecz przyciąganie, to siła (przyciągania), zgodnie ze wzorem (10), powinna, w miarę dalszego zbliżania, rosnąć i dążyć do nieskończoności dla odległości zerowej. Ale to przecież przeczy faktom. Wszystko uległoby bowiem natychmiast grawitacyjnej zapaści. Jak w ogóle mogło powstać? – pytanie wcale nie najgłupsze. Po prostu, nie istnielibyśmy. Wniosek: Odpychanie grawitacyjne istnieje. Nasz wzór (10) należy jednak uzupełnić o współczynnik uwzględniający możliwość odpychania. Oto on:

Tak otrzymaliśmy ostateczną formę zmodyfikowanego prawa Newtona powszechnej grawitacji dla układu dwóch identycznych punktów materialnych :

By uprościć to wyrażenie warto wyrazić (zmienną) odległość między naszymi punktami jako: r = xR (x > 0). Otrzymujemy więc:

Teraz skorzystamy ponownie ze wzoru na promień Schwartzschilda. Otrzymamy stosunkowo prostą funkcję zmiennej x:

Jak widzimy, wzór ten nie zawiera masy. Jest on więc nawet uniwersalny. To bardzo ważna okolicznośc, która może oznaczać potwierdzenie słuszności obranej drogi.

Pochodna tej funkcji posiada miejsca zerowe w punktach:

W punkcie x1 mamy maksimum, natomiast x2 jest punktem przegięcia (po uwzględnieniu współczynnika G). Funkcja posiada asymptotę pionową: F → - ∞ gdy x → 0. Oto wykres naszej funkcji.

Znamienne jest to, że rozwiązania tego równania (punkty zerowe i ekstremum) są tak klarowne. To bardzo ważne. To chyba znak, że jesteśmy na dobrym tropie. Gdyby rozwiązaniem były na przykład liczby niewymierne lub co gorsza, gdyby nie było rozwiązania jednoznacznego, albo nawet w ogóle nie byłoby rozwiązania, byłby to znak, że poszliśmy w złym kierunku. Wszak po przyrodzie oczekujemy, że jest rodzajem ideału, do którego zmierzają wszystkie Jej opisy; nawet te różniące się zdecydowanie między sobą; że stanowi jedność samą w sobie. Tak, to bardzo ważne, że właśnie taki wynik otrzymaliśmy.

Interesujące, jaka jest szczytowa wartość siły (maksimum na wykresie), wyrażona w niutonach. By to zbadać podstawiamy: x = 1/2 do wzoru (12). Oto co otrzymujemy:

Wynik bardzo interesujcy. Siła maksymalna nie zależy od masy ciał oddziaływujących. Mogą to być dwa pyłki kurzu, a także dwie gwiazdy (jeśli nie brać pod uwagę ich rozmiarów). Jaka jest wartość liczbowa tej siły? Łatwo obliczyć: 3·10^43N. To dosyć dużo. Dla porównania, dwie gwiazdy jak Słońce, gdy odległość między ich środkami równa jest 1 milion km, przyciągają się z siłą równą 26,7·10^31N (bez uwzględnienia deficytu masy). To znacznie mniej. Zatem oddziaływanie grawitacyjne u źródeł wcale nie jest takie słabe.

Czy jest to siła absolutnie największa? Wyniki pewnych rozważań uzasadniają odpowiedź twierdzącą, choć większa okaże się maksymalna siła odpychania. Będzie też o tym. Istnieje zatem siła graniczna, siła największa, tak, jak istnieje prędkość granicznie wielka. Jak widać, doszliśmy do ciekawych rzeczy tak z punktu widzenia fizykalnego, jak i filozoficznego.

Pierwsze wnioski

Do tego samego wzoru (na siłę maksymalną) dojść można także schodząc do skali Plancka. Niektórzy nawet mówią, niesłusznie, o „sile Plancka”. Jednakże ten sam wzór otrzymaliśmy rozważając ogólnie układ dwóch punktów materialnych. Wzór ten otrzymać też można ze wzoru na natężenie pola grawitacyjnego w punkcie znajdującym się na sferze horyzontu grawitacyjnego (Schwarzschilda). Byłaby to siła, z jaka oddziaływują ze sobą dwie identyczne czarne dziury, których środki byłyby odległe od siebie o ich promień grawitacyjny. Troszkę trudno o coś takiego. Z punktami materialnymi było bardziej do rzeczy. Do wzoru tego dojść można też stosując ogólną teorię względności (!). Ale tu, w tej pracy, wzór ten wyprowadzony został w wyniku modyfikacji prawa newtonowskiego, poprzez przyjęcie istnienia deficytu masy grawitacyjnej. To bardzo wymowne.

Zatem, jeśli poprzez modyfikację prawa newtonowskiego, oraz stosując ogólną teorię względności można dojść do tego samego wyniku, to:

1. Zakrzywienie przestrzeni nie musi być faktem ontologicznym. Jest raczej swoistą cechą metody, procedury badawczej.

2. Świadczy to o słuszności (na pewno o niesprzeczności) opisu bazującego na nowej definicji masy grawitacyjnej jako masy układu, z uwzglednieniem niedoboru masy grawitacyjnej (co wprost prowadzi do takiej, a nie innej modyfikacji prawa newtonowskiego).

3. Sama modyfikacja prawa newtonowskiego (taka, a nie inna) ideowo jest rzeczą ogólnie słuszną (nie koniecznie z punktu widzenia takiej, czy innej teorii), już choćby dlatego, gdyż generuje antycypacje – jest falsyfikowalna.

Uwzględnienie ustaleń przedstawionych już w tej pracy (nie licząc nawet całokształtu wyników, do jakich doszedłem i opublikowałem w innych pracach), pociągnąć może za sobą konieczność określonych zmian interpretacyjnych tak w kwantowej teorii pola, jak i w teorii grawitacji, a to przybliżyć może zbudowanie jednolitej teorii pola.

5. Energia potencjalna oddziaływania dwóch punktów materialnych po uwzględnieniu niedoboru masy grawitacyjnej.

Oprzemy się na newtonowskim modelu oddziaływania grawitacyjnego dwóch punktów materialnych. Uwzględnimy jednak deficyt masy grawitacyjnej, dający o sobie znać przy odpowiednio małych odległościach. Dla przypomnienia, nie jest on wykrywalny w skali naszej percepcji. Nie znaczy to, że nie istnieje. Skorzystamy ze znanych już wzorów:

Dla prostoty nie mającej wpływu na istotę rzeczy, zakładam, że mamy układ grawitacyjny dwóch identycznych punktów materialnych. Obliczymy energię potencjalną ich oddziaływania, uwzględniając przy tym istnienie niedoboru masy grawitacyjnej. Wykorzystamy oznaczenia wprowadzone wcześniej. Otrzymujemy więc:

Jak widać, uwzględniliśmy tu już współczynnik Γ. Pamiętając o tym, że:

(jak to już robiliśmy obliczając wielkość siły, otrzymujemy:

Zachęcam do sprawdzenia. Zbadajmy tę funkcję. Łatwo wykazać, że jej pochodna zeruje się w punktach:

przy tym, dla x → ∞ energia potencjalna dąży do zera, a dla x → 0, energia potencjalna dąży do +∞ (po uwzględnieniu Γ = – 1 dla x < 1/4). Mamy więc wartości energii potencjalnej w znalezionych punktach:

W pierwszym przypadku mamy minimum, a w drugim mamy punkt przegięcia.

Oto wykres:

Badając rzecz, z początku, byłem w sporym napięciu. Wynik w postaci np. liczby niewymiernej, byłby nawet uzasadnionym powodem do odrzucenia koncepcji, a co dopiero brak rozwiązania (wyróżnik ujemny). Kontynuacja badań w tym kierunku nie miałaby sensu. Oczekiwałem wyniku klarownego, jak w przypadku siły. Wynik usatysfakcjonował mnie. Tak przy okazji zauważmy, że (Przypadkowo?) minimalna wartość energii potencjalnej jest trzecią potęgą liczby -2/3. Czy trzecią dlatego, gdyż operujemy w przestrzeni trójwymiarowej? Niech sobie czytelnik poduma. Jeszcze do tego wyniku wrócimy.

6. Potencjał grawitacyjny układu dwóch punktów materialnych.

Dla przypomnienia, potencjał grawitacyjny w punkcie odległym o r od punktu materialnego o masie m, wyraża się wzorem:

Graficznie potencjał grawitacyjny wokół punktu materialnego

przedstawić można w postaci studni o charakterystycznym kształcie (patrz rysunek). Widać tu, że potencjał jest tym większy (ujemny), im bliżej znajdujemy się od punktowego źródła pola i dąży do minus nieskończoności w samym centrum (punkcie). Przypomina to osobliwość. W rzeczywistości nie istnieje ciało (punkt) odosobnione w sposób absolutny, a punkt materialny jest tylko idealizacją, nie mającą odpowiednika w Przyrodzie. A może istnieje twór elementarny absolutnie... wówczas oczywiście absolutnie nie można mówić o osobliwości. To rzecz godna uwagi dla każdego, kto pragnie opisać Przyrodę rzeczywistą. „Lejek” na naszym rysunku w rzeczywistości posiada więc swe dno, gdyż wszelka materialna (i polowa) małość ma swój kres absolutny. Tak sądzę, a w sądzie tym nie jestem osamotniony. Osobliwości nie ma, nawet jeśli równania pola prowadzą do niej. Widocznie gdzieś tam głęboko załamuje się ich adekwatność z realną przyrodą. W podobnym duchu prowadzić będę rozważania w artykułach następnych. Pamiętamy też, że założenie istnienia bytu absolutnie elementarnego wyjaśnia równoważność, a nawet równość masy grawitacyjnej i bezwładnej.

A gdy mamy do czynienia z układem dwóch (lub więcej) punktów materialnych? W dodatku ciasnym? Gdy punkty materialne tworzące układ są wystarczająco zbliżone do siebie, rozkład

potencjału jest inny (patrz rysunek). Jest to oczywiście idealizacja, tak, jak idealizacją jest punkt materialny. Istotne jest to, że w środku masy układu studnia potencjału oczywiście nie jest nieskończenie głęboka. Jaka jest wartość potencjału w tym punkcie? To naturalne pytanie. Zajmiemy się tym problemem, uwzględniając jednak defekt masy układu, jak pamiętamy, zależny od wzajemnej odległości punktów. To powinno mieć istotny wpływ na wielkość potencjału. Sądzić można, że im odległość jest mniejsza, tym wpływ ubytku masy na wartość potencjału w tym punkcie jest większy. Zmodelujemy to matematycznie. Załóżmy, że dwa punkty materialne o jednakowych masach tworzą odcinek AB = r, jak na poniższym rysunku. Obliczymy potencjał („klasyczny”) w środku odcinka AB, w punkcie O. Potencjał jest wielkością skalarną, więc potencjały pola od poszczególnych jego źródeł po prostu sumują się.

Wyrażamy to następująco:

By pogłębić spojrzenie na sprawę, odejdźmy na chwilkę od głównego nurtu rozważań. Obliczmy potencjał pola w punkcie oddalonym o promień Schwartzschilda od pojedyńczego punktu materialnego. Oto obliczenie:

Jak się przekonamy, ten właśnie wynik otrzymamy też jako potencjał na powierzchni horyzontu grawitacyjnego konkretnego obiektu. Identyczny z tym wynik otrzymamy też jako potencjał Wszechświata, z tym, że w każdym jego punkcie, nie tylko na linii horyzontu. Tym właśnie różni się Wszechświat od jakiegokolwiek układu. Pośrednio stanowi to potwierdzenie tezy, że Wszechświat jest Wszystkim, jest jednością i jedynością (nie stanowi elementu jakiegokolwiek układu). Rozważania na ten temat prowadzić będziemy szczególnie w artykułach poświęconych oscylacjom Wszechświata. Swoją drogą zbieżność tych wyników świadczyć może o słuszności obranej drogi. W dodatku znów ocieramy się o unifikację dwóch oddziaływań (grawitacyjnego i elektromagnetycznego – w związku z obecnością stałej c w otrzymanym wyrażeniu. Można sądzić, że są to oddziaływania najbardziej elementarne. Jednak na unifikację tę natrafiamy w skali odpowiednio małej . (Przecież nawet kwarki już posiadają ładunek.) Trzeba więc zejść jeszcze niżej. Wierzę w to, że także tam znane nam prawa przyrody zachowują swą moc. Przyroda w swej istocie jest identyczna we wszystkich skalach organizacji bytu.

Powróćmy do układu dwóch punktów materialnych. Są one na tyle zbliżone do siebie, że niedobór masy układu jest znaczący. Z tego właśnie powodu masa układu w miarę jego zacieśniania się, jest coraz mniejsza. Osłabieniu ulega też pole grawitacyjne wokół niego. Można też powiedzieć, że wzrasta pole (inne) „antygrawitacyjne”. Pole to posiada więc swój potencjał. Jest to potencjał niedoboru masy:

Określić go należy dokładnie w środku masy układu, bo przecież reprezentuje układ, a nie któryś z jego elementów. Proponuję, by zdefiniować go następująco:

Jest to, jak widać potencjał dodatni. Oczywiście r jest odległością między naszymi punktami materialnymi. Definicja ta dotyczy, jak widać, przypadku specyficznego jednakowych mas obydwu punktów materialnych, stąd w mianowniku widnieje połowa odległości między nimi. Oczywiście wzór ten traci sens w przypadku pojedyńczego ciała. Przy określaniu potencjału pola w środku masy układu, w zależności od odległości wzajemnej punktów materialnych należy więc uwzględnić także potencjał ubytku masy. Dla omówionych poniżej przypadków, wobec bardzo małej przecież odległości między punktami (rzędu promienia grawitacyjnego) środek masy reprezentuje układ dla stosunkowo odległego obserwatora zzewnątrz.

Potencjał całościowy można więc określić następująco:

Obliczymy go dla trzech przypadków reprezentatywnych (w środku masy układu):

Łatwo to wykazać. Wystarczy wzór na niedobór masy. Zapraszam. Obliczamy dwa potencjały składowe (wzory (16) i (19)):

Zatem:

Oznacza to istnienie przyciągania między elementami układu, (przynajmniej jak na razie). Sam układ na zewnątrz wywiera działanie przyciągające.

Otrzymujemy więc:

Także w tym przypadku układ przyciąga, o dziwo, nawet silniej (materia bardziej skondensowana). Wiemy już, że odległości tej odpowiada też maksymalna siła wzajemnego przyciągania. Wszystko się zgadza.

otrzymujemy zatem:

W tym przypadku następuje przełom. Układ zamyka się grawitacyjnie, po prostu znika, by w przypadku dalszego zbliżania się wzajemnego naszych punktów materialnych, „ukazać się” w całej swej odpychającej postaci. Odpychająca czerń. Można więc to coś wykryć (choć jest czarną dziurą w quasiklasycznym zrozumieniu). Jako czarna dziura jednak nie przyciąga, lecz odpycha. „Ciemna energia”? Niech ci będzie.

Zamiast rozpatrywać przypadki szczególne, mogliśmy od razu znaleźć odpowiednią funkcję i zbadać ją. Zadecydowały względy pedagogiczne. Ale nie jest za późno. Przedstawmy więc naszą funkcję:

Podstawmy teraz:

Otrzymujemy więc ostatecznie:

Zainteresowany czytelnik może sobie tę funkcję zbadać (licealista – powinien, po reformie oświaty, niedoczekanie). Czy otrzymaliście taki właśnie wykres? Widzimy na nim, że po przekroczeniu

wartości ekstremalnej (-2c²), przy dalszym zbliżaniu do siebie punktów materialnych, potencjał przechodzi przez punkt zerowy i dalej jako dodatni bardzo szybko rośnie. Być może w istocie to właśnie odpychanie powoduje, że nukleony nie nachodzą na siebie, nie przenikają się wzajemnie. Jeśli ktoś powie: „przyczyną jest to, że nukleony są fermionami, obowiązuje więc w odniesieniu do nich zakaz Pauliego”, odpowiem: a) To prawda, ale w fizyce nie należy sprawy kwitować „regułką”; b) Zakaz Pauliego jest „zewnętrznym” przejawem, jest jednym z aspektów rzeczywistości zalegającej dużo głębiej, w świecie struktur prawdziwie elementarnych. W świetle naszych ustaleń można nawet sądzić, że jest wyrazem odkrytego przez nas grawitacyjnego odpychania. Zakaz Pauliego wskazuje kierunek dalszym badaniom, dalszym poszukiwaniom istoty rzeczy, nie będąc jednak ani ostatecznym roztrzygnięciem, ani też kamieniem filozoficznym. Dodajmy, że zgodnie z powszechnym mniemaniem zapaść grawitacyjna (ku osobliwej czarnej dziurze) nie „liczy się” z zakazem Pauliego, jakby był zbyt słaby, by przeciwstawić się grawitacyjnemu naporowi. Coś tu nie gra. Czy wobec tego jest to tylko jeszcze jedna bariera potencjału, nie mająca z grawitacją nic wspólnego? Czy słuszny jest ten zakaz tylko dla układów subatomowych i cząstek przez nas wykrywalnych, czy jest tylko wyrazem skwantowania? A jeśli skwantowania, to czym to skwantwanie jest w istocie? Czy grawitację to skwantowanie nie obchodzi? Więc co sprawia, że zakaz ten w ogóle istnieje? Czego jest wyrazem, wyrazem jakich podstawowych zasad przyrodniczych? Sądzę, że już teraz można zawyrokować (powiedzmy, że wysunąć ostrożną hipotezę), że stanowi ten zakaz konsekwencję istnienia odpychania grawitacyjnego. Proste, prawda? A czy prawdziwe? A osobliwość? Tej się raczej nie doczekamy. Potraktujmy więc odpychanie grawitacyjne jako istotną cechę przyrody. Rzecz zbadamy tam, gdzie się wszystko zaczyna, w świecie plankonów, o których mowa będzie w następnych artykułach. A wracając do zakazu Pauliego przyznać trzeba, że mechanika kwantowa, to rzecz genialna.

Apendyks

Jak dotąd zajmowaliśmy się tylko układem dwóch ciał. Od razu paść może pytanie: Jakie są tego konsekwencje w odniesieniu do układów bardziej złożonych? Tego zadania nie podejmę się, bo to nudne, a w dodatku, gdyby okazało się, że generalnie błądzę (dziś się to okazuje bez sprawdzenia, nawet bez czytania moich prac), to sporo wysiłku poszłoby do kosza. A jednak warto się zastanowić, z tym, że nie nad problemem trzech ciał. Niech badanym układem jest (umowny) obiekt kurczący się wyłącznie pod wpływem grawitacji, teoretycznie od rozmiarów nieskończenie wielkich (praktycznie od rozmiarów w skali astronomicznej). Gdy się zapada, wzrasta defekt jego masy grawitacyjnej (zgodnie z definicją podaną na początku), co przedstawić można formalnie jako wzrost masy ujemnej. W miarę kurczenia się obiektu masa ta kompensuje coraz bardziej masę dodatnią. W rezultacie masa grawitacyjna układu redukuje się do zera. Kiedy to ma miejsce? Już przez analogię z układem dwóch punktów materialnych, gdy masa grawitacyjna obiektu równa jest połowie masy początkowej (masie jednego z dwóch punktów, jeśli stanowią układ). Można też inaczej. Masa układu, w miarę jego kurczenia się, stopniowo maleje. Wzrost masy ujemnej obiektu i równoczesne opadanie jego masy dodatniej „spotykają się” w środku, w połowie łącznej energii spoczynkowej, w zerze bilansu (Nie znaczy to, że w połowie drogi, w połowie pierwotnego promienia. Raczej dość głęboko, biorąc pod uwagę energię równoważną masie.). W tym momencie znika też pole grawitacyjne wokół obiektu. Wynika stąd, że łączna energia zawarta w polu grawitacyjnym, otaczającym określony obiekt, równa jest połowie jego masy spoczynkowej (ze znakiem minus):

Zapamiętajmy to. Jeszcze do tego wyniku wrócimy, przy tym bazując na nim dokonamy ciekawego obliczenia i dojdziemy do ciekawych wniosków dotyczących między innymi budowy cząstek elementarnych, wniosków konsystentnych (powiedzmy, że niesprzecznych) ze znanymi faktami empirycznymi. [A tak na marginesie, czy możliwe byłoby dojście do takiej konkluzji (jeśli nie jest to ogólne ustalenie), na bazie tradycyjnego definiowania masy grawitacyjnej jako masy jednego z ciał w powszechnie znanym wzorku Newtona? Samo obliczenie energii zawartej w polu grawitacyjnym byłoby dość karkołomne. Należałoby rozważać punktową gęstość energii pola o niezerowym gradiencie, pola, w najprostszym przypadku, o charakterze radialnym wokół odosobnionego punktu materialnego, i zsumować (już pomijając kwestię ciśnień, stanowiącą integralną część opisu bazującego na OTW). Może ktoś zechce się tym pobawić. Jego praca będzie wtedy bardziej naukowa, niż praca źródłowa (bo zobligowany będzie do stosowania zaawansowanej matematyki).]

Jakie są rozmiary tego obiektu w tym momencie w porównaniu z rozmiarami początkowymi, jeśli jest on kulą gazową gęstniejącą w sposób naturaly ku środkowi? Tym niech się zajmą zainteresowani tematem. W badaniach swych z pewnością uwzględnią aspekt termodynamiczny, związany z dyssypacją energii i wzrostem temperatury obiektu w miarę jego zapadania się. Na początku nie muszą. Dla nas, tutaj, nie ma to jednak znaczenia, gdyż wbrew temu, co się dziś, wprost automatycznie sądzi, zamiana energii grawitacyjnej na „energię cieplną”, nie jest rzeczą aż tak oczywistą.

Dyssypacji energii grawitacyjnej w tym specyficznym wypadku, przynajmniej na tym wstępnym etapie, nie trzeba brać pod uwagę. Tu warto się zastanowić. Otóż, istnienie całej tej termodynamiki zawdzięczamy przemianie fazowej, która zaszła wraz z końcem pierwotnej przyśpieszonej ekspansji stanowiącej pierwszą fazę Wielkiego Wybuchu (Nie inflacja. Proces ten nazwałem Urelą). Będzie o tym sporo w dalszych artykułach, w szczególności, gdy zajmiemy się Wielkim Wybuchem. W czasie tej przemiany fazowej część [Jaka? To się okaże, jeśli będzie sens liczyć.] energii kinetycznej pierwotnej ekspansji, zdyssypowała. Cała termodynamika stąd się bierze, jest reliktem tego, że ta przemiana fazowa spowodowała chaos wśród tworzących się właśnie wtedy cząstek naszego świata. Dopiero wtedy materia zyskała nowy parametr – temperaturę, wówczas najwyższą w historii. Dzisiaj ocenia się temperaturę w początkach Wielkiego Wybuchu bazując na zupełnie innych przesłankach. Chaos ten jest też przyczyną fluktuacji i niejednorodności materii, dzięki czemu powstały najpierw gwiazdy, potem galaktyki. O tym wszystkim będzie mowa w następnych, kolejnych artykułach. Grawitacja i parametry termodynamiczne materii, to coś zupełnie innego. Nie należy tych rzeczy mieszać ze sobą – a to się robi w sposób automatyczny, wprost jako rzecz oczywistą.

Dla nas istotne jest to, że grawitacja w tym termodynamicznym bałaganie, nie uczestniczy. Warto, przynajmniej w usiłowaniach formalnego opisu, rzeczy te rozdzielić. Jeśli usuniemy energię wewnętrzną, czyli to, co stanowi relikt początków, to, co stanowi o temperaturze naszego obiektu, w dodatku zlikwidujemy chaos, przywrócimy porządek, to otrzymamy obiekt o temperaturze zera bezwzględnego, a ruch materii – uporządkowany (jak jeden mąż) ku środkowi. Oczywiście obiekt taki nie promieniuje w miarę zapadania się.

Tak w gruncie rzeczy, w naszych przemyśleniach problem termodynamiczny nie powinien istnieć w związku z tym, że rozważamy wyłącznie masę grawitacyjną układu, a nie jego łączną masę-energię. Masa grawitacyjna jest funkcją położenia (wzajemnych odległości, koncentracji materii), a temperatura obiektu nie ma tu znaczenia.

Patrząc na to ogólniej, stwierdzić można, że zero bezwzględne nie jest nieosiągalną granicą z natury rzeczy, jak prędkość światła. Wyraża ono właściwie tylko stan idealnego porządku, którego istnienia nie może wykluczać żadne (podstawowe) prawo przyrody. Nieosiągalność zera bezwzględnego jest wtórną konsekwencją nieuporządkowania, które pojawiło się w bardzo wczesnej fazie Wybuchu i nie ma od tego odwrotu. Poszło na to bardzo dużo energii. Z tego właśnie powodu istnieje termodynamika. To efekt wtórny, choć absolutnie powszechny, jako relikt przemiany fazowej, która zapoczątkowała taki, a nie inny rozwój Wszechświata. Właściwie istniejemy dzięki bałaganowi. [Nie wiem, czy napisałbym cokolwiek gdyby nie permanentny bałagan na moim biurku.]

W tym fantazjowaniu można pójść nawet dalej. Jeśli przyjmiemy (to dosyć realne), że cała ta termodynamika jest reliktem wspomnianej przemiany fazowej, to popełnić możemy hipotezę, że globalna energia wewnętrzna Wszechświata nie ulega zmianie. Wraz z rozszerzaniem się Wszechswiata maleje stopniowo gęstość tej energii, a więc także temperatura promieniowania reliktowego, októrym mowa była w artykule poprzednim.

Wszechświat grawitacji dualnej

środa, 4 maja 2016

Dualny charakter grawitacji

2. Grawitacyjny defekt masy układu dwóch ciał.

3. Możliwość istnienia odpychania grawitacyjnego.

4. Oddziaływanie grawitacyjne punktów materialnych. Modyfikacja prawa newtonowskiego.

Pierwsze wnioski

Apendyks

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz