Józef Gelbard
Katastrofa horyzontalna A.
Dla
przypomnienia, treść wszystkich artykułów bazuje na zawartości opublikowanych
już książek:
1. Elementarne
wprowadzenie do Szczególnej teorii względnosci, nieco...inaczej.
2. Pofantazjujmy
o Wszechświecie I. Oscylujący? To nie takie proste. (ISBN
978-83-62740-06-2)
3. Pofantazjujmy
o Wszechświecie II. W głąb materii. Grawitacja w "podwymiarach".
Nakład (papierowy) jest już wyczerpany. Istnieje
możliwość nabycia w formie e-booku.
Zapraszam też
do lektury mych artykułów z drugiego blogu. Pierwszy z nich zajmuje się
grawitacją dualną.
Kontakt: madajg@gazeta.pl
Wstęp
Na przełomie wieków XIX i XX doszło do przełomu w fizyce. Teoria
promieniowania ciała doskonale czarnego na bazie fizyki klasycznej okazała się
sprzeczna z wynikami badań eksperymentalnych. Teoria Rayleigha-Jeansa, w miarę poprawna w
odniesieniu do fal długich, rozminęła się całkowicie z prawdą doświadczalną w
odniesieniu do fal krótkich, tym bardziej, im krótsze fale rozważała. Nazwano
to „katastrofą ultrafioletową”. Prawidłowy, zgodny z doświadczeniem, opis
promieniowania ciała doskonale czarnego uzyskano po uwzględnieniu uwarunkowań
kwantowych (kwantyzacja, czyli porcjowanie np. energii promieniowania) – wzór
Plancka. Okazuje się, że podobny przełom
czeka także kosmologię współczesną (w każdym razie sądząc po proponowanym tu
modelu). Katastrofa horyzontalna. Wszystko
się bowiem zaczyna od problemu
horyzontu. W dwóch kolejnych artykułach uzasadnię to
wiele mówiące określenie (dzisiejszego stanu).
Jak już ustaliliśmy, nasze położenie we Wszechświecie nie jest
wyjątkowe. Mimo to stwierdzamy, że niewątpliwie znajdujemy się w jego środku.
Jednak nie tylko my, lecz wszyscy stwierdzają
to samo, niezależnie od tego gdzie się znajdują – w całej rozleglości, w całym
ogromie Wszechświata. I tu pojawia się problem. Nasze centralne położenie
oznacza istnienie średnicy, czyli odległości między skrajnymi punktami „na lewo
i na prawo” od nas. Odległość między tymi punktami powinna być więc równa 2R.
Wynika stąd, że prędkość względna dwóch obiektów znajdujących się na
tych „antypodach” równa jest 2c. To jednak nie jest możliwe, zgodnie z
ograniczeniem prędkości do c, z całą pewnością w odniesieniu do obiektów
oddziaływujących elektromagnetycznie, choćby materii galaktyk. Istnienie
„średnicy” 2R jest więc kłopotliwe i oznaczać by mogło, że część
Wszechświata nie jest widoczna. Nie byłoby to jednak zgodne z przyjętą już
tezą, że „widzimy Wszystko, a odległość R jest promieniem grawitacyjnym (też
hubblowskiego) horyzontu, ogarniającego całą zawartość Wszechświata.” Przy tym
położenie obserwatora, gdziekolwiek by się znajdował, nie jest wyjątkowe
(zgodnie z zasadą kosmologiczną). Wychodząc z pewnika (bazującego na zasadzie
kosmologicznej), że każdy obserwator widzi siebie jako centrum Wszechświata,
przyjęliśmy, że horyzont znajduje się dokładnie w odległości R od niego
(zgodnie z definicją), przy czym odległość ta ciągle wzrasta. Sam horyzont jest
także miejscem geometrycznym położeń wszystkich obserwatorów, wszak najbardziej
oddalony od nas obserwator (w odległości R) „widzi” nas na horyzoncie. R jest
też odległością każdego obserwatora od miejsca-momentu Wielkiego Wybuchu,
będącego początkiem wszystkiego, co dane jest naszym zmysłom. Wszyscy kiedyś
bowiem byliśmy razem. Tak przedstawia się, w kilku słowach, topologia
Wszechswiata (łaściwie takie są przesłanki dla jej formalnego określenia).
O odległości 2R nie ma więc mowy.
[A jeśli jednak ta odległość 2R
istnieje, to co tam jest? Jeśli dobrze popatrzymy, po prostu zobaczymy siebie,
a właściwie zwierciadlane odbicie nas samych. Dobrze, że daleko, gdyż odbicie
to zbudowane jest z antymaterii... Upsss, wypsnęło mi się. Trochę dla żartu.
Wierutne fantazie. Przed Wami, czytelnicy, fantazje niemniejsze, które o dziwo (i o zgrozo) mogą mieć znamiona rzeczywistości.]
Dziś
sądzi się, że horyzont nie zamyka pełnej zawartości materialnej Wszechświata,
że choćby za sprawą inflacji istnieją byty, których dostrzeżenie nie jest
(dziś, może wcale) możliwe. Tu (pod moim dachem) jednak, dla przypomnienia,
preferowany jest pogląd, że Wszechświat w całości jest dostrzegalny, że
mówienie o bytach poza horyzontem nie ma sensu, że sam horyzont zamyka nawet
całą przestrzeń. Czy zatem obserwatorzy z
antypodów widzą się wzajemnie? Sądzę, że tak, z tym, że odległość między nimi jest
nawet mniejsza, niż R w związku z ich mimo wszystko podświetlną
prędkością względną (dwukrotnie większa odległość zastrzeżona jest dla
nas i naszych antynas).
Właściwie,
czy Wszechświat byłby opisywalny (jako całość),
jeśli tylko jego część, nie wiadomo jaka, dana jest obserwacji? Wynikałoby stąd, że wydedukowane na
podstawie obserwacji jego cechy są cechami lokalnymi... To daje szerokie pole
dla fantazji (wieloświat), jakbyśmy już wszystko wiedzieli o naszym poczciwcu, jakby nadszedł czas na
dalszą penetrację. Wprost przeciwnie. To fantazjowanie świadczy o istotnych brakach wiedzy.
Prawdziwa wiedza sprowadza się do prostoty. Prawda jest jedna, a niepewności
tworza zbiór nieskończony. Łatwiej więc szukać prawdy w ich gąszczu. A ja
popełniam poważną niestosowność sprowadzając wszystko na ziemię twierdzeniem, że Wszechświat obserwowalny
jest Wszystkością.
Zasygnalizowany tu został (w dość niekonwencjonalny sposób), tak zwany problem horyzontu, jeden z
dwóch podstawowych problemów kosmologii (ten
drugi, to problem płaskości, który dla nas przestał już być problemem). Nawet go wstępnie „ideologicznie” roztrzygnąłem bazując na specyficznej wizji topologii Wszechświata. Jednak wbrew pozorom
to jeszcze nie koniec debaty na ten temat. To tylko wstęp, gdyż same „problemy”
wynikaja wprost z dzisiejszego opisu spraw bazującego na OTW i na paradygmacie
łącznościowym, a także na zdemonizowanej mechanice
kwantowej.
Spróbuję w uproszczeniu opisać problem ten nieco inaczej, by
zaproponować jego rozwiązanie zgoła odmienne niż rozwiązania proponowane w
literaturze przedmiotu. Dalej przedstawię też poglądowy przykład obliczeniowy,
stanowiący ilustrację jednego z aspektów sprawy.
Obserwator, znajdujący się w dowolnym
miejscu (zasada kosmologiczna) widzi siebie jako centrum Wszechświata. Patrząc
w lewo i w prawo spogląda oczywiście ku jego granicom, ku horyzontowi. Jak
daleko sięga jego wzrok, widzi po ubu stronach to samo: tę samą materię, te
same cechy jej rozkładu. Dostrzega obiekty (będąc w środku), których wzajemna
odległość sprawia wrażenie większej (prawie dwukrotnie), niż odległość od
horyzontu (promień Wszechświata). [Tradycyjnie
przyjmuje się, że tak właśnie jest] „Swiatło nie mogło więc w czasie
równym wiekowi Wszechświata przebyć drogi dzielącej je. Jeszcze nie doszło do
kontaktu między nimi”. A jednak, jak już wspomniałem, ich cechy fizykalne nie
różnią się niczym istotnym. Dowodem obserwacyjnym tego jest izotropowość i
jednorodność promieniowania tła, biegnącego od tych nie kontaktujących się
ponoć ze sobą obszarów, stwierdzona dzięki intensywnym badaniom prowadzonym w
ostatnich latach. Godne podkreślenia jest to, że chodzi o promieniowanie,
będące reliktem czasów, w których dopiero kształtowało się dzisiejsze oblicze
Wszechświata. Jego wiek jest przecież skończony.
Zatem, czy ci z antypodów nie mogą widzieć się wzajemnie? By roztrzygnąć
sprawę przypomnijmy sobie, że horyzont jest wspólny dla wszystkich, bo jest
to moment Wybuchu, w którym wszyscy uczestniczyliśmy, a zasada kosmologiczna
obowiązuje wszystkich w jednakowym stopniu. Zasada ta żąda, by odległość
wszystkich od horyzontu była jednakowa, gdyż wszyscy są sobie równoważni, a
horyzont jest wspólnym dla wszystkich miejscem (momentem) startu. Poza tym, ci
tam z antypodów wcale nie uważają, że horyzont znajduje się tuż tuż. Horyzont
dla nich jest tak samo odległy, jak dla nas. Poza tym, tak dla przypomnienia, wszyscy
się nawzajem widzimy od samego opoczątku Wielkiego Wybuchu. Zatem czekanie
na fotony, które mają dotrzeć, byśmy mogli zobaczyć po raz pierwszy w historii
jakiś tam obiekt, jest nieporozumieniem, powiedziałbym nawet:
„infantylnością”, gdyby nie to, że dziecko tak by nie pomyślało. Chyba, że
Wszechświat jest nieskończony i statyczny. W tym wariancie jednak już czekać
nie trzeba (w związku z czasową nieskończonością i niezmiennością). Widocznie
mentalnie jesteśmy jeszcze tam. Wszystko wskazuje jednak na to, że Wszechświat
ewoluuje, aktualnie ekspanduje, a kiedyś w przeszłości był czymś bardzo małym.
A jednak mimo wszystko paradygmat łącznościowy stał się automatyczną bazą dla
wartościowań, bazą dla wnioskowania i pojmowania kosmologii i... doprowadził do Katastrofy Horyzontalnej. Przy tym, zanim ta katastrofa nastąpiła, stanowił poważną
motywację dla wymyślenia inflacji. Jeszcze wrócimy do tego wątku.
1. Ilustracja (rachunkowa i naiwna)
podejścia łącznościowego.
Oto ilustracja problemu na konkretnym
przykładzie, w którym łącznościowe traktowanie sprawy poddane ma być
konfrontacji ze zgoła inną koncepcją. Czy wyjdzie z tego obronną ręką? Jeśli
tak, to chwała!
Wielokrotnie wspominałem
o kwazarach. Są to obiekty, z percepowanych, najbardziej oddalone od nas.
Przesunięcie ku czerwieni ich widm jest bowiem szczególnie duże, na ogół
przekracza liczbę 3. W latach osiemdziesiątych ub. wieku znane już były kwazary
wykazujące przesunięcie widm dochodzące do 4. Pod koniec lat
dziewięćdziesiątych, odkrywano już obiekty, dla których przesunięcie ku
czerwieni dochodziło do sześciu, a stosunkowo
niedawno*,
dzięki zastosowaniu wymyślnych metod badań (m.in. bazujących na wykorzystaniu
grawitacyjnego soczewkowania światła kwazarów przez masywne ciała (galaktyki)
znajdujące się znacznie bliżej nas), zarejestrowano obiekty, których z przekracza
nawet 10. Wspomnę jeszcze o tym dalej.
By przedstawić rzecz w sposób zrozumiały i
dydaktycznie poprawny, proponuję przeprowadzenie najpierw,
prostego, wprost naiwnego testu
obliczeniowego, bez głębszego wnikania w sprawy zasadnicze. Potem rzecz
uściślimy. Za przykład do naszych obliczeń weźmy jednak kwazar bliższy,
bardziej reprezentatywny: OQ 172, dla którego z = 3,53. Stosunkowo łatwo
obliczyć jego prędkość. W tym celu stosujemy wzór:
Prędkość ta wynosi 272000 km/s (w przybliżeniu). W
oparciu o prawo Hubble’a (według
H = 20) obliczyć można też jego odległość:
13,6 miliardów lat świetlnych (horyzont znajduje sie
w odległości 15 mld. lat świetlnych). To
odległość aktualna, gdyż posługiwaliśmy się aktualną na dziś wartością
współczynnika H. Wydawałoby się, że to nawet
oczywiste. A jednak, zgodnie mniemaniem wielu zainteresowanych
astronomią oznaczałoby to, że światło od
obiektów tych, by dotrzeć do nas, potrzebuje liczbę lat równą ich aktualnej odległości (w latach świetlnych). Zatem to, co widzimy, na przykład w odniesieniu do
rzeczonego kwazara, zdarzyło się przed trzynastu z „hakiem” miliardami lat, czyli taka była odległość od nas, gdy zostały wysłane
fotony... Należy zaznaczyć, że to spore uproszczenie, gdyż w momencie wysłania światła,
nasz kwazar znajdował się bliżej nas. W jakiej
odległości? Czy tylko o to chodzi? A jak wyznaczono odległość aktualną za pomocą prawa Hubble'a
(tuż powyżej)? Pozostańmy jednak przy tym,
bo to przykład "wulgarnego" stosowania koncepcji łącznościowej.
Pójdźmy w tym właśnie kierunku po to, by uwydatnić podejście alternatywne. W
tym celu przeprowadźmy odpowiednie obliczenia, których wynik, daleki będąc od oczekiwań,
posiada niewątpliwy walor poglądowości. Potem rzecz oczywiście uściślimy.
W ciągu tego czasu, od wysłania sygnału,
do momentu realizacji łączności, dotarcia do nas światła, nasz kwazar podążał
dalej kontynuując swą wędrówkę, ze swoją (powiedzmy, że) stałą prędkością,
przebywając dodatkową drogę 12,33 miliardów lat świetlnych (łatwo to obliczyć).
Zatem aktualnie znajduje się w odległości od
nas: 13,6 + 12,33 = 25,93 miliarda lat świetlnych. Znajduje się znacznie dalej
niż horyzont określający dzisiejsze rozmiary Wszechświata (według naszej
rachuby, około 15 miliardów lat świetlnych). [Nawet
jeśli uwzględnimy to, że w chwili wysłania fotonów, nasz obiekt znajdował się
bliżej nas, otrzymamy wynik nie bardzo pasujący do aktualnych rozmiarów
Wszechświata.] A jednak widzimy ten kwazar.
Interesujące. Wynik ten nie odpowiada też wyznaczonemu przez nas wiekowi Wszechświata. Przed około piętnastu
miliardami lat wszyscy byliśmy razem, tworzyliśmy coś bardzo małego i zwartego
tuż przed początkiem ekspansji, w której wspólnie uczestniczymy do dziś.
Odkryliśmy to poprzez obserwację (prawo Hubble’a). Ile więc czasu minęło do
dziś od momentu naszego rozstania z materią tego kwazara (wówczas
oczywiście wyglądaliśmy inaczej)? Innymi słowy: Jaki jest wiek Wszechświata?
Nie uwzględniając krótkiej fazy przyśpieszenia na starcie, a biorąc pod uwagę
założoną z góry stałą prędkość względną, równą 272000 km/s, oraz aktualną
odległość przez nas obliczoną: 25,93 miliardy lat świetlnych, w wyniku prostego
obliczenia poniżej, otrzymamy odpowiedź:
Dla przypomnienia: 1 ly = 9,46·10^12 km. To dużo.
Dziś szacuje się wiek Wszechświata na 13,7 miliardów lat, po uwzględnieniu uwarunkowań wynikających z równania Friedmanna (o tym dalej) i po uwzględnieniu tak zwanej ciemnej
energii. (Różnica 15 – 13,7 nie jest tu istotna.) Co o tym wszystkim sądzić?
Czyż nie zastanawia to, że kwazar ten jednak widzimy? Czy
jedyną
przyczyną niedopasowania jest wyłącznie to,
że w momencie wysłania światła, nasz kwazar był znacznie bliżej? Nie, przyczyną jest naiwne
stosowanie paradygmatu łącznościowego („widzimy
dlatego, gdyż właśnie fotony stamtąd przybyły”).
Dla przypomnienia, badając widmo określonej odległej
galaktyki, wyznaczamy jej prędkość radialną. Na podstawie tego wyniku,
określamy jej odległość od nas, oczywiście w oparciu o prawo Hubble’a. Jest to
odległość aktualna w tej chwili, gdyż użyliśmy do jej obliczenia dzisiejszą
wartość współczynnika Hubble’a. „Czas potrzebny na
przybycie fotonów”, to, w
kontekście rozważań prowadzonych tutaj, rzecz wprost pozbawiona sensu.
Czy
rzeczywiście dzisiejsza? W celu jej wyznaczenia powinniśmy właściwie
bazować na pomiarach dokonanych na obiektach stosunkowo bliskich, o stosunkowo
niewielkim względnym przesunięciu widm. Wówczas jednak wpływ (zakłócający) na
wynik mają ruchy własne galaktyk, nie mające nic wspólnego z kosmologią. Wynik
pomiaru jest więc niepewny. Pomiar należy wykonać więc dla sporej liczby
obiektów. Odległości ich przy tym nie są jednakowe, a współczynnik H wyznaczony
na podstawie obserwacji obiektów bardziej oddalonych odpowiada dawniejszym
czasom – wówczas wartość jego była większa. Oto jeszcze jedna przyczyna braku
precyzji w obliczeniach z użyciem
współczynnika Hubble'a. Współczynnik Hubble’a nie
jest jednak parametrem aż tak istotnym wobec wyników,
które otrzymaliśmy w powyższym przykładowym obliczeniu, tak przecież
zaskakujących, tak mocno odbiegających od rozsądnych oczekiwań. Poniżej i tym
się zajmiemy.
Spójrzmy na to inaczej (w dalszym ciągu podchodzimy do sprawy
łącznościowo). Jeśli podstawimy otrzymany przez nas wynik (wyliczoną przez nas aktualną odległość naszego kwazara, to znaczy 25,93
mld lat świetlnych) do prawa Hubble’a, otrzymamy prędkość większą niż lokalnie
mierzona prędkość światła. Czy to nie przeczy szczególnej teorii względności?
Okazuje się, że nie... „Wiąże się to bezpośrednio z istnieniem pola
grawitacyjnego, zakrzywiającego czasoprzestrzeń. Otóż w niej każdemu nieosobliwemu punktowi przyporządkować
można styczną (do zakrzywionej grawitacją) płaską czasoprzestrzeń Minkowskiego,
w której obowiązują w pełni prawa szczególnej teorii względności, w tym
oczywiście niezmienniczość prędkości światła. Gdy chodzi jednak o dwa oddalone
(wystarczająco) od siebie punkty, czasoprzestrzenie Minkowskiego związane z
nimi nie pokrywają się. Przestrzeń łącząca bardzo odległe obiekty jest już
zakrzywiona. Ich prędkość względna może więc być większa od c. Dla
przypomnienia, prawa szczególnej teorii względności obowiązują w odniesieniu do
układów inercjalnych. Obecność pola grawitacyjnego jednak narusza tę
inercjalność. Zatem wszystko w porządku, a stosowanie wzorów relatywistycznych
gdy mowa o obiektach bardzo dalekich nie ma żadnego uzasadnienia”. Tak, często uzasadnia się rzecz. Czy
jednak w odniesieniu do Wszechświata jako całości przesłanka ta jest słuszna?
Przecież wspomniany kwazar widzimy, zatem światło od niego już do nas dotarło
(oczywiście nie z prędkością większą niż c). Czy słuszna pomimo,
że prawo Hubble’a jednak obowiązuje, a prędkość naszego kwazara wyznaczona
przez nas w oparciu o analizę widmową jest jak najbardziej wiarygodna (nie
tylko dla mnie)? A przecież wyznacza się ją ze wzoru relatywistycznego,
wynikającego bezpośrednio ze szczególnej teorii względności, w tym przypadku
zastosowanej bez wahania i bez zastanowienia, nawet w odniesieniu do
najbardziej odległych obiektów. Chodzi o wzór (*)
przytoczony powyżej. Czyż więc teorii tej (STW) nie można stosować wobec
obiektów bardzo dalekich, pomimo, że przecież łączy je wspólna historia,
że kiedyś w przeszłości wszystkie były razem i uczestniczyły wspólnie w Wielkim
Wybuchu jako elementy tego samego układu? Przypomnijmy sobie, że zgodnie z
ustaleniem tej pracy w wielkiej skali Wszechświat jest w swej naturze płaski.
Płaski jest też zgodnie z obserwacją. W
każdym razie możliwe do wykrycia odchylenia od płaskości mają charakter
lokalny, natomiast w odniesieniu do obiektów o charakterze kosmologicznym są
one absolutnie niezauważalne. Odwrotnie, niż się dziś przypuszcza (patrz
cytat powyżej, zapisany kursywą), wbrew skonstatowanej przecież płaskości,
która z tego właśnie powodu stanowi „problem”. Czy zatem stosowanie ogólnej teorii względności
przy opisie Wszechświata jako całości jest w pełni uzasadnione? Ze szczególną raczej nie ma problemu.
Płaskość Wszechświata, jak już
wiemy, uzasadnia zresztą już zasada kosmologiczna, z której wynika, że
wypadkowa siła kosmologiczna, działająca na każdy obiekt, równa jest zeru
(nawet jeśli ktoś uroczyście stwierdzi, że stosowanie tu sił nie ma
najmniejszego sensu, gdyż chodzi o rozszerzającą się przestrzeń). Zatem
dopuszczalne jest stosowanie wzorów szczególnej teorii względności wobec bardzo
odległych obiektów. Zanim pójdziemy tą drogą, warto
uściślić to, co stanowi bazę dla dzisiejszego pojmowania spraw.
2. Próba uścislenia na bazie równania Friedmanna.
Nadszedł czas uściślenia. W poprzednim artykule, poswięconym grawitacji Wszechswiata,
przedstawiłem podstawowe równanie kosmologii,
równanie Friedmanna, będące równaniem ogólnej teorii
względności, majacym modelować Wszechświat.
[To model bez stałej kosmologicznej, bardziej
reprezentatywny w kontekście rozważań prowadzonych tutaj. Poza tym uważam, że
Einstein miał rację odrzucając tę stałą. Chodzi o to, że Wszechświat nie jest
statyczny i nieskończony.] Na nim
będziemy bazować w tej próbie uściślenia. Ogólna
teoria względności jest dziś jedynym środkiem modelowania Wszechświata. Czy
jedynym możliwym? Pytanie zdawałoby się retoryczne. Oczywiście, także tu
obowiązuje podejście łącznościowe. Uwzględniamy też, tym razem w sposób bardziej formalny to, że wartość współczynnika
Hubble’a dawniej była inna niż dziś. Wyraża to wzór poniższy (słuszny dla
rozwoju według modelu krytycznego) [A]:
Tutaj: H – wartość współczynnika w momencie
wysłania fotonów, które właśnie dziś docierają do nas, H0 – wartość aktualna, z – wielkość
przesunięcia ku czerwieni widma danego obiektu – wzór
(*).
Z
równania Friedmanna, wynika, że dla przypadku rozwoju krytycznego:
Tutaj: t0 – dzisiejszy wiek Wszechświata (pod warunkiem,
że rozwija się według modelu krytycznego, na co wskazuje obserwacja); t – wiek
Wszechświata w chwili wysłania fotonów. Zauważmy przy okazji, że wiek
Wszechświata jest mniejszy, niż by to wynikało bezpośrednio z prawa Hubble’a
(jeśli słuszną jest metoda bazująca na równaniu Friedmanna). W naszym przypadku, zamiast 15 mld. lat mielibyśmy tylko 10
mld. lat. (Te 13,7 zawdzięczamy ciemnej energii –
niech będzie zdrowa.) Powszechnie akceptuje się pogląd, że przyczyną
jest powszechna grawitacja hamująca ekspansję. Czy słusznie (już sądząc na bazie zasady kosmologicznej)?
Z powyżej przedstawionych wzorów od razu otrzymujemy zależność między
tymi czasami:
Załóżmy, dla
przykładu, że mamy do czynienia z kwazarem, którego z = 3. Ile lat miał
Wszechświat w momencie wysłania fotonów przez kwazar, który właśnie widzimy?
Przyjmując wartość H0 = 20 otrzymujemy: t = 1,25·10^9 lat. Zastanawia, że stało się to mniej, niż półtora
miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Wtedy jednak materia była jeszcze zbyt ciepła,
by kondensować się, by utworzyć obiekt, który my widzimy jako ukształtowany już
kwazar, funkcjonukący z całą pewnością już
kilka miliardów lat. To, co widzimy, to przecież stan, w jakim znajdował się
nasz kwazar w chwili wysłania fotonów...
Ale to nie koniec. Zajmijmy się odległościami. Bazować będziemy na
znanym wzorze Mattiga, podanym tu dla przypadku rozwoju krytycznego:
Czyli wartość bezpośrednio
wynikająca z prawa Hubble'a. Ta wartość z stanowi więc rodzaj przełomu.
Poniżej rzecz rozwiniemy. Ze wzoru [D] wyliczyć możemy też
dzisiejsze rozmiary Wszechświata. Wystarczy przyjąć, że z → ∞ (w odniesieniu do horyzontu). Otrzymujemy
więc:
Jak widać, odległość ta jest dwukrotnie
większa, niż promień Schwartzschida Wszechświata, równy promieniowi
wynikającemu bezpośrednio z prawa Hubble’a. [Dla nas
to odległość do naszych antynas.] Uwzględniając wzory [B] otrzymujemy:
oraz:
Tutaj R – rozmiary Wszechświata w momencie
wysłania fotonów przez nasz obiekt. Kontynuujmy. Obliczmy odległość tego
obiektu od nas w momencie, gdy wysłał fotony, dziś docierające do nas. W tym
celu skorzystajmy ze wzoru:
Zauważmy rzecz interesującą. Otóż,
poczynając od z > 3, d > R. Już wcześniej,
powyżej zwróciliśmy na to uwage. Obiekty te w chwili emisji światła,
które do nas dotarło, znajdowały się poza horyzontem, nie mogły być widoczne.
Wreszcie się pojawiły (i są widoczne dziś). W którym miejscu się pojawiły? Na
horyzoncie, jako najdalsze możliwe do zaobserwowania. A przecież ich prędkość
jest znacznie mniejsza od prędkości światła (z > 3). Co to za horyzont?
Oczywiście łącznościowy. Nie grawitacyjny i nie hubblowski. Cóż, na nim tutaj
wszystko bazuje.
Istnienie
granicy z = 3 na której dokonuje się przełom choćby cech
obserwowalności, we mnie wywołuje rodzaj zwątpienia. Istnienie czegoś takiego w
odniesieniu do konkretnego układu fizycznego, to normalka, szczególnie gdy na
próbkę poddaną badaniu oddziaływują różne czynniki. Może to być na przykład
inwersja spinów w materiale metamagnetycznym pod wpływem określonego
zewnętrznego pola magnetycznego i określonej temperatury, zmieniająca
diametralnie właściwości magnetyczne materiału. W odniesieniu do Wszechświata
rzecz taka wydaje się wątpliwą. Sztuczność tej granicy wydaje się wskazywać na
sztuczność samej teorii, na jej nieadekwatność w odniesieniu do Wszechświata
jako absolutnej całości i Wszystkości. Zaściankowość bazująca na „obserwable”,
lokalność narzucająca się całości. Po prostu coś mi tu nie pasuje. Może to
„tylko” filozoficzna intuicja?
Właściwie jedyny (przynajmniej na razie)
poważny problem pojawił się, gdy wyznaczyliśmy wiek Wszechświata w momencie
wysłania fotonów przez obserwowany obiekt. Nie można jednak problemu tego
lekceważyć. Dla przypomnienia, stało się to zanim mógł powstać, choć za
pośrednictwem tychże fotonów jawi się nam ukształtowanym kwazarem.
Czy wobec tego zastosowanie Ogólnej Teorii Względności w tym Szczególnym
przypadku Wszechświata jest uzasadnione? Czy
można traktować Wszechświat, tę wszystkość, jako „chmurę” pyłu podlegającą
jakimś tam ciśnieniom? Oto jest pytanie. A może należałoby jakoś zmodyfikować
równanie Friedmanna? Uwzględnić to, co dały ostatnie lata intensywnego rozwoju
(choćby metod i technik obserwacyjnych)? Gdyby tylko o
modyfikację chodziło... „Na co się on porywa?!
Przecież jedynym środkiem opisu, jedyną drogą do
zrozumienia Wszechświata jest ogólna teoria względności.” – stwierdza któryś z
czytelników ze sporą dozą zniecierpliwienia i
przygany. A
mi nagle przypomniała się pewna baśń Andersena. Proszę mi wybaczyć
tę niestosowność.
Na
razie pójdźmy inną drogą. Być może jej konsystentność pozwoli przy okazji także
na porzucenie aktualnie obowiązującego, łącznościowego podejścia do kwestii,
będącego źródłem problemu horyzontu (między innymi). Ośmielam się nawet
stwierdzić, że to (dzisiejsze) podejście jest błędne. (Mojej reputacji nic już
nie uratuje.) Na nim bowiem bazując dochodzi się do wyników nie
potwierdzających wizję intuicyjcyjną (czy tylko
moją?). Zatem nie w wymyśleniach mających dostosować Przyrodę do wymogów równań matematycznych, nie w
spekulacjach obcych duchowi Przyrody, należy szukać prawdy o świecie. Nie pomoże
nawet oparcie się na teorii, której słuszność potwierdziły liczne badania. Bo
to przecież model obsługujący świadomość badawczą, dobry tylko dla
określolonego zbioru percepowalnych bytów. Śmiem sądzić, że OTW w dzisiejszej
postaci zrobiła już swoje. Wszechświat jest trochę za duży.
Katastrofa Horyzontalna?
3. Co by z tego wszystkiego mogło wynikać?
Moim skromnym zdaniem rozwiązanie jest dużo
prostsze. Niewątpliwie bazuje ono na tym, że bardzo wielka prędkość obiektów o
charakterze kosmologicznym (wystarczająco odległych) wymaga uwzględnienia
efektów relatywistycznych, co jest tu możliwe w związku z tym, że cały
Wszechświat jest płaski („krytyczny”). Ale to nie wszystko.
A teraz zwróćmy uwagę. „Wielki
Wybuch” rzeczywiście miał miejsce, więc kiedyś wszyscy byliśmy razem!
Czyżby o tym zapomniano? Od tego momentu, cały czas widzimy się wzajemnie,
wszyscy, cały Wszechświat wszystkimi swoimi częściami. To tak, jak dwa samochody,
które rozstały się wyruszając równocześnie z tego samego miejsca by podążać,
każdy w swoją stronę nie traciwszy przy tym ani na chwilę kontaktu wzrokowego.
Także my, cały ten długi czas, od zarania kosmicznych dziejów, jesteśmy w
kontakcie wzrokowym ze wszystkimi, najodleglejszymi nawet galaktykami. Oczekiwanie na łączność za pomocą fotonów
jest bezzasadne, wprost nie trzyma się kupy. Owszem miałoby to jakiś sens,
gdyby Wszechświat był nieskończony i statyczny. Można by przypuszczać, że jak
na razie zakodowani jesteśmy podświadomie takim właśnie modelowaniem
Wszechświata. Może miałoby sens, gdyby tworzyły się
nowe byty (z niczego). Chyba raczej nie tworzą się, respektując podstawowe
prawa przyrody (z tych, które zdążyliśmy już odkryć).
Wniosek: Problem horyzontu w gruncie
rzeczy nie istnieje.
Być może należy zrewidować „model kontaktu wzrokowego”, w
którym fakt widzenia zawdzięczamy ponoć wyłącznie wymianie fotonów, a
uzgodnienie procesów i własności zachodzić może ponoć tylko z ich
prędkością. Właściwie to jeszcze jeden paradygmat, którego zaszczytna rola
chyba dobiega końca (to brzmi jak bluźnierstwo). Ten „model kontaktu
wzrokowego” rzeczywiście nie jest adekwatny z przykładowymi samochodami. Być
może bardziej odpowiednim byłby model „pola uzgodnionej łączności”,
pola, w którym zatopiona jest wszelka materia. Kontakt w tym polu jest
„natychmiastowy”, pod warunkiem wspólnej historii „od zarania”. Naturą
tego pola jest grawitacja, a warunkiem (jak
najbardziej do przyjęcia) jest to, że nie ma mowy o tworzeniu się z niczego
nowych bytów materialnych. Kojarzy się to
z problemem splątania i lokalności. Wspominałem
już o tym. Warto przy tej okazji zajrzeć do
mego drugiego blogu.
Co innego czas, który
upłynął od zajścia określonego zdarzenia, na przykład wybuchu supernowej (albo „kichy” w jednym z oddalających się
wzajemnie samochodów). W tym przypadku wyznaczamy czas w sposób tradycyjny,
dzieląc znaną odległość przez prędkość światła. Nie stanowi problemu
wyznaczanie czasu gdy mowa o obiektach stosunkowo bliskich, o małej prędkości
kosmologicznej. Dość problematyczne jest jednak wyznaczenie czasu gdy mowa jest
o zdarzeniach, które miały miejsce w obiektach bardziej oddalonych, choćby
dlatego, że odległość dzisiejsza jest inna, nawet znacznie większa niż, w
momencie ich zajścia. Przykład stanowić może wybuch supernowej w jakiejś
odległej galaktyce. [Wybuch ten nie ma oczywiście nic
wspólnego z kosmologią. To wydarzenie o charakterze lokalnym. Traktowanie go
jako faktor o charakterze kosmologicznym nie sensu. A jednak...] Temat
ten rozwinę dalej.
A może
właśnie tu tkwi przyczyna
stwierdzonej obserwacyjnie, mniejszej niż oczekiwana jasności supernowych z
odległych galaktyk? Jak wiemy, wyciągnięto stąd wniosek, że galaktyki,
do których należą wspomniane supernowe, znajdują się dalej, niż by to wynikało
z prawa Hubble’a, w odniesieniu do ich prędkości wyznaczonych z przesunięcia
widm ku czerwieni. Jak wiemy, było to przesłanką dla konkluzji, że prędkość
ekspansji rośnie. Konsekwencją tego było wymyślenie ciemnej energii jakby pasującej do stałej
kosmologicznej, którą, wbrew postanowieniu Einsteina przywrócono do łask i trzymano w zanadrzu. I oto nadarzyła się okazja... Chyba znów mamy do
czynienia z klasycznym mnożeniem bytów ponad potrzebę. Czy zbytek arogancji z
mojej strony? Zobaczymy dalej.
Propozycję zgoła innego rozwiązania
kwestii sugeruje pytanie zadane tuż powyżej (to zapisane
tłustym drukiem). Rozwijając je zauważmy, że światło od wspomnianych
supernowych musiało, by do nas dotrzeć, przebyć dłuższą drogę, niż ich
odległość od nas w momencie wybuchu. Same macierzyste galaktyki nie
uczestniczyły w tym procederze, pełniąc uczciwie rolę wymienionych wyżej
samochodów. To tylko przypuszczenie. By uzasadnić zasadność podjęcia tej
kwestii, należy przeprowadzić stosowne obliczenia. Zrobimy to jednak później,
zaopatrzeni w odpowiednie środki natury ilościowej, a także umotywowani
wynikami rozważań, jakie przeprowadzimy niebawem.
*) W roku 2004
odkryty został obiekt, którego red-shift z = 10. Obiekt ten kierunkowo znajduje
się wśród galaktyk gromady Abell 1835, ktorą obserwowano z użyciem kamery
podczerwieni ISAAC (Infrared
Spectrometer And Array Camera), współpracującej z teleskopem VLT.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz