To pierwsza (z pięciu) część artykułu, bazującego na książkach, które ukazały się niedawno.
8A
Masa grawitacyjna
Z góry wiem jaka będzie reakcja niejednego z czytelników. By uprzedzić komentarze co bardziej zapalczywych, proszę o nieco cierpliwości. Apeluję też do powściągliwości wobec narzucajacych się nawyków myślowych. Sam opis, szczególnie we wstępie, jest bardzo uproszczony. Nie godzi to jednak w istotę rzeczy, a pomaga (nie koniecznie tym obeznanym) w uchwyceniu sedna przekazu. Choć coś przez to umyka, tekst ten chyba zyskuje na jasności. Celowo, by nie stracić wątku zasadniczego, rozważam układ najprostszy z możliwych. Dzięki temu środki opisu ilościowego są stosunkowo proste. Dla czytelnika może to stanowić bodziec o charakterze heurystycznym. Z tego byłbym najbardziej rad.
Wiemy że masa jądra atomowego jest mniejsza od masy jego składników rozdzielonych. Wiąże się to z istnieniem energii wiązania (oddziaływania silne). Mamy tu do czynienia z niedoborem masy. Można więc pomyśleć, że grawitacja jądra atomowego jest słabsza, niż łączna grawitacja jego rozdzielonych składników. Ta bardzo, wprost niemierzalnie i pomijalnie mała grawitacja jest jednak pod względem energetycznym równoważna sporej energii fotonów gamma wyemitowanych wskutek połączenia się nukleonów w jądro. Nie ważne tu jak to jądro powstało. Powiedzmy (dla uproszczenia), że układ wysyłał fotony "na raty". Na przykład w przypadku żelaza energię wiązania, ok. 8,7 MeV przypadającą na jeden nukleon należałoby pomnożyć przez 56 (masa atomowa), co daje 487,2MeV. Masa równoważna tej energii wynosi ok. 86,6*10^-26g. Grawitacja takiej masy jest znikoma. A jednak tej znikomej masie (a więc i grawitacji) równoważna jest spora energia. Nie można więc pomijać grawitacji przy badaniach kompleksowych, całościowych. Pominięcie grawitacji prowadzi do odchyleń i rozbieżności między teorią, a doświadczeniem. Nawet jeśli odchylenia te są znikomo małe w określonym obszarze badawczym, należy się z nimi liczyć. Ogólnie, pominięcie grawitacji stwarza poważną lukę poznawczą i ogranicza wgląd w istotę badanych zjawisk. Z drugiej strony, w kwantowej teorii pola grawitacja nie daje się renormalizować. (Czy dlatego, gdyż jej istotą jest zakrzywiona czasoprzestrzeń?) Nie można jej więc uwzględniać, a to ogranicza zakres adekwatności teorii. By można było grawitację uwzględniać (renormalizacja w obliczeniach aproksymacyjnych), sądzę, że należy przyjąć za realne istnienie odpychania grawitacyjnego, że nie istnieje "nieskończone przyciąganie", sprowadzające wszystko do punktu osobliwości. Czy to tylko sprawa intuicji? Jeśli nowa teoria grawitacji ma być falsyfikowalna, to tu mamy przykład tego, nawet jeśli obywamy się bez (siłą rzeczy skomplikowanych) obliczeń dotyczących konkretnych układów.
Ale to był dopiero wstęp.
Zasadniczą sprawą jest zbudowanie teorii zakładającej istnienie odpychania grawitacyjnego, bo wiele wskazuje na to, że rzeczywiście rzecz taka istnieje, nawet jeśli nie wynika to z równań matematycznych (OTW i oczywiście mechaniki kwantowej). Dziś próbuje się nagiąć do nich Przyrodę. I tak poszukuje się prawdy. O naiwności! Na przykład poszukuje się tak zwanej piątej siły i oczywiście bozonów, mających ją przenosić. Brzytwa Ockhama w pogotowiu.
Dziś, o odpychaniu grawitacyjnym, mówi się sporo także w kontekście ciemnej energii, która, moim skromnym zdaniem, jest fikcją, oraz w kontekście hipotezy inflacji, która zmusiła przyrodę, by uległa działaniu jakiegoś (okazjonalnie wymyślonego) pola inflatonowego. Nie o takie odpychanie chodzi. Te wszystkie sztuczne wymyślałki wcale nie świadczą o tym, że właściwa droga została już wytyczona. Sprawa jest dużo prostsza.
Jak już zauważyłem, istnieje także energia wiązania grawitacyjnego. To wcale nie moje odkrycie. Istnieje zatem także niedobór masy. By rzecz opisać, należy, właśnie w związku z istnieniem niedoboru masy, zdefiniować na nowo pojęcie masy grawitacyjnej. Nie chodzi jednak o masę figurującą we wzorze Newtona. Tam masa jest absolutnie stałym parametrem ciała i określa wielkość siły z jaką ono oddziaływuje z innymi ciałami, o różnych masach. Tam masa jest wielkością o charakterze fenomenologicznym. Ale nie chodzi o to. W związku z istnieniem (zaniedbanym przez uczonych) niedoboru masy, należy koniecznie zdefiniować masę grawitacyjną inaczej. Nikt o tym nie myślał z jednego tylko powodu: niemierzalna słabość grawitacji, szczególnie w skali atomu i naczelność doktryny obserwowalności. Nie oznacza to jednak nieistnienia. Możliwość pomiaru nie jest jedynym kryterium istnienia. Warto wziąć to pod rozwagę.
Masa grawitacyjna, to masa układu, w najprostszym przypadku: dwóch ciał. Każde ciało jest w rzeczywistości układem złożonym, także grawitacyjnie. By można było tak właśnie zdefiniować masę grawitacyjną, należało na jakimś etapie przemyśleń wprowadzić pojęcie bytu absolutnie elementarnego. Nie ważne na tym etapie czym to jest fizycznie. John Dalton prawie dokładnie 200 lat temu (1808) wprowadził pojęcie atomu dla wyjaśnienia tego, co wniosły osiągnięcia ówczesnej chemii. W tym czasie atom był jedynie ideą poznawczą (by nie powiedzieć: filozoficzną). Jak wiemy, pojęcie atomu było bardzo przydatne, a potem okazało się, że atom jest bytem fizycznie konkretnym i percepcyjnie "namacalnym". W jednym z następnych artykułów planuję ujawnić, czym (fizycznie) jest ten byt absolutnie elementarny. Przedstawię też (w sposób falsyfikowalny) niewątpliwe korzyści płynace z wprowadzenia tego bytu.
Dzięki temu drobnemu zabiegowi masa każdego bez wyjątku ciała jest jego masą grawitacyjną, której wielkość (na tym polega nowość) zależna jest od stopnia upakowania materii, nawet przy niezmiennej liczbie nukleonów tworzących to ciało. Jego masa grawitacyjna jest tym mniejsza, im większa jest koncentracja materii, to znaczy, większy jest niedobór masy. Przy okazji dodam, że dopiero wprowadzenie pojęcia bytu absolutnie elementarnego daje bazę fizykalną dla postulatu Einsteina, mówiącego o równości masy bezwładnej i grawitacyjnej. Wiąże się to z jego zasadą równoważności. Sam postulat był też "prawdą empiryczną". Po stu latach już nie jest to postulatem, lecz wnioskiem. "Byt absolutnie elementarny", to część integralna przedstawianej tu (w zarysie) "teorii". Falsyfikowalność? Owszem, ale czy to takie ważne?
Oto książki, o których wspomniałem we wstępie:
"Pofantazjujmy o Wszechświecie. Oscylujący? To nie takie proste."
"Pofantazjujmy o Wszechswiecie. W głąb materii. Grawitacja w "podwymiarach".
Do nabycia: Naukowa Księgarnia UMK w Toruniu - www.kopernikanska.pl , Wydawca: druktor@druktor.pl