Grawitacja a ciemna energia. Okiem Anny (cz. IV) – Polemiki

Grawitacja a ciemna energia

Grawitacja to fundamentalne zjawisko we Wszechświecie. Mimo to większość z nas nie zdaje sobie sprawy z tego, iż bez niej nie mogłoby powstać życie na Ziemi. Istotnie każdy bowiem obiekt, jaki wykonałby nawet najmniejszy ruch, poszybowałby w bezkres kosmosu. Podobny los spotkałby parującą wodę oceanów, rzek i jezior. W nieobecności grawitacji Ziemia nie obracałaby się wokół Słońca, lecz wędrowała w bezkresnej, ciemnej i tragicznie zimnej przestrzeni kosmicznej. Uwaga, jaką kierujemy w stronę zjawiska grawitacji, posiada więc głębokie uzasadnienie. To nadal jedna z zagadek naszego Nieznanego Świata.

Tymczasem współczesna nauka temat grawitacji uważa za dobrze poznany rozdział fizyki i astrofizyki. Na przeciwległym biegunie zainteresowań nauki znajdują się ciemna energia oraz ciemna materia, byty stanowiące enigmę. Jak dotąd nie przeprowadzono eksperymentu potwierdzającego ich istnienie.

Wróćmy jednak do grawitacji.

Pierwsze naukowe jej rozumienie zawdzięczamy genialnemu umysłowi Anglika, Izaaka Newtona (1642 – 1727). Dopiero po trzech wiekach inny geniusz nauki Albert Einstein (1879 – 1955) poszerzył rozumienie zjawiska grawitacji, nadając mu specyficzny, geometryczny charakter. Jak dotąd nie wiązano jednak grawitacji z ciemną energią i ciemną materią.

Zanim do tej kwestii przejdziemy, musimy przypomnieć ciekawą i zarazem podstawową właściwość energii. Otóż w swoich rozlicznych formach stale rozchodzi się w przestrzeni. Prostym przykładem służy energia promienista zawieszonej nad stołem żarówki. Jeśli umieścimy ją na dwóch różnych wysokościach, spostrzeżemy, iż wraz z oddalaniem żarówki w stronę sufitu maleje oświetlenie stołu. Pomiary pokazują, iż takie pociemnienie rośnie nie z odległością, lecz jej kwadratem.

Oznacza to, iż oświetlenie stołu przez żarówkę zawieszoną na wysokości dwóch metrów nad nim zmniejsza oświetlenie obiektu czterokrotnie w stosunku do oświetlenia z wysokości jednego metra. Wskazana tutaj właściwość energii jest właściwością ogólną, daleko sięgającą poza przedstawiony przykład. Gdyby np. Ziemia zbliżyła się do Słońca o połowę dzisiejszej odległości, temperatury na jej powierzchni zamiast o 25–30° C wzrosłyby do 100- 120° wykluczając praktycznie ziemskie życie.

Wracając do grawitacji nie dostrzegamy, by jej energia posiadała charakter promienisty.

W bardzo zaawansowanych doświadczeniach ostatnich lat wykryto falową naturę grawitacji. Jednak w życiu codziennym nie ma to dla nas większego znaczenia. Kiedy opuszczamy mury szkolne, zazwyczaj zapominamy, iż grawitacja towarzyszy nam na co dzień. Proponuję pewien ciekawy naukowy eksperyment, jaki daje się zrealizować w naszym technologicznym świecie. W tym celu konstruujemy parę bardzo lekkich, lecz jednocześnie mocnych sań, o płozach wykonanych ze specjalnej mieszaniny teflonu i srebra.

Na takich saniach, poruszających się po tafli lodu bez tarcia, umieszczamy dwie potężne ołowiane kule o masie 10 ton każda. Sanie ustawiamy w niewielkiej odległości kilku centymetrów od siebie, w jednej linii. Obserwujemy, iż zaczynają się bardzo powoli zbliżać do siebie. Siłą jaka porusza je jest grawitacja. W przyrodzie siła grawitacyjnego przyciągania obejmuje dosłownie wszystko, nawet światło. Astronomiczne obserwacje dowiodły, że światło przebiegające w kosmosie w pobliżu masywnych gwiazd, pod wpływem działającej na nie grawitacji, zmienia kierunek. Taka grawitacja „wyginająca światło” stanowi znaczne utrudnienie astrofizycznych obserwacji.

Siła ciężkości i matematyczne wyliczenia

Na szczególną uwagę zasługuje to, że siła grawitacji ze strony masywnego ciała M działa na niewielkie ciało o masie m z siłą równą tej, z jaką owe niewielkie ciało m działa na M. Porównajmy to z sytuacją na bokserskim ringu, na którym bokser wagi muszej wymienia równe ciosy z goliatem wagi superciężkiej. Takie dramatyczne zestawienie stanowi argument co do niezwykłości tego czym jest grawitacja.

W warunkach ziemskich grawitacja utożsamiana jest ze zjawiskiem ciążenia. Na Ziemi wszelkie niepodparte lub niezawieszone przedmioty spadają. Jednak grawitację cechują nie jedna, lecz dwie składowe wytwarzanej przez nią siły. To z kolei powoduje, że upuszczony przez naszą nieuwagę talerz, spadając wywołuje podskok Ziemi w kierunku spadającego przedmiotu. Nie czujemy tego, gdyż nasza masywna planeta reaguje na ruch upadającego obiektu w odpowiedniej do obu mas proporcji. Przypomnijmy, że siła ta nadaje tym mniejsze przyspieszenie im większa jest masa, na którą ona działa. Masa talerza jest znikoma w porównaniu z masą Ziemi.

Wróćmy jednak do energii.

Częstym jej przejawem jest promieniowanie elektromagnetyczne, cieplne, widzialne, niewidzialne, radiowe czy promieniowanie X. Promieniują zarówno nasze ciała, jak nasze Słońce, które od ponad 4.5 miliarda lat wysyła w kosmos niewyobrażalnie wielkie ilości energii. Nie jest to jednak, jak dotąd sądzono, związane z grawitacją. Tymczasem moje badania stawiają taki wniosek pod znakiem zapytania.

Ale zanim przejdziemy do tego frapującego tematu, zauważmy, iż matematycznie o grawitacji można już nauczać dziesięciolatków. Taki wniosek stawiam jako dawny nauczyciel fizyki, a wynika on z prostego zastosowania tu matematyki. Wyrażenie na siłę grawitacji pomiędzy masami M i m, pozostającymi we wzajemnej odległości r, to M x m / r x r . Zwykłe dzielenie i mnożenie. Mnożymy bowiem masy obu ciał M oraz m, dzieląc wynik przez iloczyn r razy r. Siłę więc grawitacji Słońca i Ziemi otrzymujemy mnożąc ich znane z astronomii masy, a wynik ten dzielimy przez kwadrat ich odległości. Przypomnę, że masa Słońca to w zaokrągleniu 2 x 10 x 10 kilograma x …. mnożone 30 razy. Masa Ziemi jest 333.000 razy mniejsza.

Odległość wzajemna obu tych ciał niebieskich to 150 milionów kilometrów.

Wykonując hobbystyczne obliczenia, należy pamiętać o jednostkach oraz uwzględnić tak zwaną stałą grawitacyjną. Starając się o nieutrudnianie wywodu, pomijam w nim dalszą analizę matematyczną. Zauważmy jednak, iż znacznie lżejszy od Ziemi Księżyc wytwarza na swojej powierzchni siłę ciężkości ponad 6 razy mniejszą od ziemskiej. Na pokazanym swego czasu w telewizji nagraniu z Księżyca kosmonauci zamiast kroków wykonują zabawne podskoki. Księżyc daje jednak znać o sobie poruszając ogromne masy ziemskich wód oceanicznych. To przypływy i odpływy. Gdyby oceany istniały na Księżycu, przypływy i odpływy – pod działaniem ziemskiej grawitacji – byłyby tam katastrofalnie ogromne, a ich fale, zamiast metra czy dwóch, miałyby 6 do 12 metrów wysokości.

Gwałtowny rozwój astrofizyki, działu nauki jaki wyłonił się w ostatnich dekadach, pobudził nowe zainteresowanie nauki grawitacją.

Ucieczka galaktyk

Uznano, iż grawitacja jest fundamentalnym czynnikiem zapewniającym stabilność kosmosu. Jednocześnie pewne wcześniejsze odkrycia wskazywały na zjawisko rozszerzania się Wszechświata. To od początku wywoływało naukowy niepokój. Zauważamy bowiem, że grawitacja powinna być siłą scalającą materię (podobnie jak dzieje się to w doświadczeniu z dwiema kulami na saniach). Jak pamiętamy grawitacja zbliża je ku sobie a nie oddala.

Co więc miałoby powodować ucieczkę oddalających się od siebie galaktyk? Zjawisko to odkryto jeszcze w XX wieku. Wiele bardzo skomplikowanych badań, prowadzonych za pomocą teleskopów, wskazuje na przyśpieszającą ucieczkę odległych gwiezdnych mas materii. Nie znamy dzisiaj odpowiedzi dlaczego tak się dzieje. Ale sama grawitacja, niby dobrze poznana, wywołuje poważne naukowe niedopowiedzenia. Tym gorzej, że zamiast poszukiwania jej mechanizmów w fizyce, zleca się to matematyce.

A ona, jako nauka logiczna, zawierza swoje konsekwencje aksjomatom, a więc w pewnym sensie wierzeniom.

Fizyka, mimo iż podlega matematycznej systematyzacji, jednak opisuje Wszechświat, w sposób nie wynikający z wierzeń lecz z faktów. Matematyka w odróżnieniu od fizyki nie ulega sprawdzeniu przez eksperymentowanie. Nasze podejście do matematyki obecnej w fizyce powoduje podejrzliwość. W dziedzinie grawitacji brak takiej podejrzliwości i wrażliwości daje się odczuć w traktowaniu fundamentalnego tutaj Newtonowskiego patrzenia na siłę grawitacji.

Teoretycy głoszą, że: Siła grawitacji pomiędzy dwoma ciałami o masach odpowiednio M oraz m, jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu ich wzajemnej odległości (siła = M x m/ r x r). Jako krytycznie nastawiony autor postrzegam ten zapis zgoła odmiennie: wg mnie siła grawitacji to nie Mm/rr, a M/r x m/r. Matematycznie oba zapisy są identyczne, ale z punktu widzenia fizyki wzajemnie odległe o nieskończoność. W ujęciu drugiego sposobu patrzenia na grawitację, nawołuję fizyków do rewizji dotychczasowych poglądów.

Nie dodają się, lecz mnożą

Mój autorski zapis Prawa Newtona uzależnia postać Prawa Grawitacji od dwu niezależnych wzajemnie członów: M/r oraz m/r. Istotnie bowiem wyrażenie M/r dotyczy pierwszej z mas, przykładowo Słońca, podczas gdy wyrażenie m/r – masy Ziemi. W takiej postaci każda z mas wytwarza działanie własne, które napotyka na drugą z mas. Powiemy więc, że działanie masy M Słońca wędruje napotykając masę m Ziemi. Nie koniec na tym, gdyż działanie masy Ziemi m wędruje napotykając masę Słońca M. Oba te działania nie dodają się lecz mnożą. To także zagadka.

Porównajmy to z innymi sytuacjami. Kiedy np. dwa konie biegną w zaprzęgu, ich siły się dodają a nie mnożą. Jeśli dwie żarówki oświetlają stół, ich energia także dodaje się a nie mnoży. Poszukując logicznego wyjaśnienia tej zagadki dochodzę do wniosku, iż grawitacja posiada bezpośredni związek z ciemną energią. Pomysł jej istnienia funkcjonuje w fizyce już od kilku dekad. W niniejszym sposobie myślenia wiążemy wyrażenie m/r z ciemną energią, wysyłaną przez ciało o masie m w kierunku ciała M i odwrotnie. Przypomnijmy eksperyment z saniami. Grawitacja niejako jednoczy obie ołowiane kule.

Odtąd powstaje nowe ciało o masie M + m.

Taki nowy twór wytwarza odtąd własny strumień ciemnej energii. Obserwacje kosmosu dowodzą, iż ciemna energia jest czymś dalece odmiennym od zwykłej energii. Każde ciało, jakie mamy prawo nazywać grawitacyjnym, wytwarza wokół siebie stały strumień ciemnej energii niczego jednak samo na tym nie tracąc. Ta uwaga konfrontuje wniosek odnoszący się do falowej natury grawitacji, która musiałaby pomniejszać masę gwiazd, czego jak dotąd nie zauważono, czyż nie? Słońce, podobnie jak inne gwiazdy, promieniuje zwykłą energię, co zmniejsza jego masę, ale wysyłając w kosmos strumień ciemnej energii, nie doznaje ono uszczerbku na masie. Sytuacja ta zmienia się jednak, kiedy strumień ciemnej energii, pochodzący od masy M, napotyka na strumień ciemnej energii wysyłany przez ciało o masie m. Wtedy to pojawia się siła grawitacji.

Ciemne porozumienie

Osamotnione w kosmosie ciała (?), a raczej bardzo od siebie odległe, nie wytwarzają siły grawitacji, gdyż dla jej powstania potrzebne jest wzajemne czarne porozumienie… Zaskoczeniem dla fizyków będzie też jeszcze inna moja autorska kontestacja, a mianowicie, że suma mas M i m wzajemnie oddalonych, nie jest równa sumie tych mas wziętych razem. W takim ujęciu powiemy, że ciężar dwóch ludzi mierzony osobno nie jest równy ich ciężarowi, kiedy stają oni na wadze razem.

Różnica obu wyników ważenia to efekt działania ciemnej energii.

Ta ostatnia uwaga domaga się weryfikacji poprzez naukowy eksperyment. Potwierdzenie jej słuszności stanowiłoby milowy krok na drodze do lepszego zrozumienia grawitacji i fizyki w ogóle. Niniejsze rozważania, odnoszące się do zagadnień grawitacji, nie pozostają też bez wpływu na wnioskowanie w sprawie wydarzeń, jakie rozgrywały się 13,6 miliarda lat temu, a więc Wielkiego Wybuchu, z angielska Big Bangu. Nie mogła go wywołać grawitacja. Grawitacja to działanie scalające, podczas gdy Wielki Wybuch musiała spowodować przyczyna rozpraszająca (weźmy na przykład eksplozję granatu).

Wybuch granatu ilustruje to, co dzieje się podczas wybuchu. W mojej opinii przyczyna wybuchu materii tkwiła nie w sferze grawitacji, lecz sferze elektryczności. Tutaj to podstawy wiedzy o elektryczności wywodzimy od Charlesa Augustyna De Coulomba (1736 – 1806). Spoglądając na jego pracę nie bez zaskoczenia zauważymy, iż siły o naturze elektrycznej mają matematyczną postać identyczną z postacią newtonowskiej siły grawitacji. Różnica tkwi w tym, iż siły grawitacyjne są zawsze dodatnie, podczas gdy siły oddziaływań elektrycznych mogą być przyciągające, jak i odpychające. Ładunki elektryczne mogą posiadać zarówno znak plus jak też minus. Wyobraźmy sobie prehistoryczną mieszaninę materii, zbudowanej z cząsteczek mających zarówno masę jej i ładunek elektryczny. Podczas gdy grawitacja ściska taką materię, elektryczność ją rozpycha. Wielki Wybuch oznacza, iż zwyciężyła siła elektrycznego odpychania. Bardziej dokładna analiza tej sytuacji wykracza jednak poza ramy popularnego ujęcia tematu grawitacji. Nasz Nieznany Świat i my sami jesteśmy dziećmi tamtych wydarzeń.

Maciej Jan Pike-Biegunski – kontakt: tel. 22 782 77 17, e‑mail: maciejpb37@hotmail.com,
Questions and comments in Polish, English or Russian languages are welcomed at:
Opinie można też kierować na e‑mail: naczelna@niezany.pl