W jaki sposób wzrasta masa Wszechświata? Oto niekonwencjonalna odpowiedź na to pytanie, wraz z uzasadnieniem bazującym na niekonwencjonalnej koncepcji.
5
Mechanizm wzrostu masy Wszechświata
Jak stwierdziliśmy w artykule poprzednim, wzrost promienia grawitacyjnego Wszechświata, sprzężony jest z sukcesywnym, wzrostem jego masy. Wcześniej stwierdziliśmy, że zawartość materialna Wszechświata jest ograniczona (a nie nieskończona), nawet substancjalnie niezmienna. Przesłankę na to stwierdzenie stanowi przyjęte za fakt zajście Wielkiego Wybuchu. Kiedyś więc ta "zabawa" powinna się skończyć (bo materii niezbędzie). Co wtedy? W tym kontekście logiczną wydaje się hipoteza, że Wszechświat zacznie się kurczyć. Trudno bowiem liczyć na to, że ekspansja nagle zatrzyma się. "Tak nagle? Co będzie dalej?" Zatem mamy Wszechświat oscylujący. Hipoteza o takim właśnie Wszechświecie wprost narzuca się. Tę właśnie opcję rozwoju Wszechświata uznałem za priorytetową już w notce poświęconej zasadzie kosmologicznej, a przesłanki, na których wówczas bazowałem spójne są z tym, co dopowiedziane zostało ostatnio. Mamy więc jeszcze jeden argument na potwierdzenie tezy o periodyczności cech przestrzennych (może też fizycznych) Wszechświata. Argumentacja na rzecz tej tezy pogłębia się więc.
"Masa Wszechświata wzrasta" – to zasadnicza konkluzja poprzedniego artykułu. Jeśli przy tym słusznym jest przekonanie o periodyczności Wszechświata, w sposób naturalny narzuca się wniosek, że gdy będzie się kurczył, to masa powinna maleć. Jak to może być?
Jak dotąd oszacowaliśmy masę Wszechświata traktując ją jako wielkość określającą zawartość materialną (powiedzmy: substancjalną). A tu niespodzianka. Masa wzrasta, choć wcale nie uważam, że wzrasta liczba nukleonów, protonów, elektronów i innych cząstek. Skąd się może brać ta dodatkowa masa? ["W gruncie rzeczy chodzi o Umowną Masę Wszechświata" – to jednak nie uspakaja.] Zgodnie z ustaleniem wcześniejszym Wszechświat jest wszystkim, jest tworem zamkniętym, więc nic zzewnątrz nie przybywa. Także odrzucamy możliwość tworzenia się materii z niczego. Czy zatem ta dodatkowa masa bierze się z energii pola grawitacyjnego otaczającego każde masywne ciało? Bo skąd? Energia ta powinna więc sukcesywnie wzrastać w związku ze wzrostem wzajemnej odległości ciał. I tak było zawsze? Nawet wtedy, gdy nie było naszych nukleonów i elektronów? A co było? Jak widać, jak na razie trochę za wcześnie na to, by wyjaśnić wszystko. Sądzę jednak, że ten kierunek jest obiecujący. Chyba też trzeba będzie zajrzeć dość głęboko w najbardziej elementarną strukturę bytu materialnego.
Masa Wszechświata, zresztą tak, jak masa każdego obiektu, jest masą grawitacyjną (w myśl definicji podanej w pierwszym z artykułów poświęconych odpychaniu grawitacyjnemu. Masa ta wzrasta wraz ze wzrostem odległości między elementami układu, wzrostem energii potencjalnej oddziaływania grawitacyjnego między nimi. Maleje wówczas niedobór masy. Podobnie Wszechświat. Wszak jego zawartość materialna nie ulega zmianie. Teorię stanu stacjonarnego w tym kontekście można ze spokojem odrzucić. Zatem wzrost masy Wszechświata jest powiązany bezpośrednio, zsynchronizowany ze wzrostem jego grawitacyjnej energii potencjalnej... Łatwo powiedzieć...
Brzmi to trochę obco dla obcujących na codzień z ogólną teorią względności. Energia potencjalna nie jest rozważana przez OTW. Zgodnie z koncepcją preferowaną w tej pracy, przestrzeń w skali bytów materialnych raczej nie jest bytem autonomicznym, "pierwotnością", podkładem dla geometrii sprawiającej, że nieruch jest "ruchem". Przeciwnie. Tworzy ją ruch względny materii. Stąd też najprawdopodobniej jej immanentna (tak, tak...) płaskość. Model "balonika" nie jest więc tu adekwatny, a problem płaskości wprost nie istnieje. Dzięki temu energia potencjalna tutaj ma konkretny sens, wbrew dzisiejszemu stawianiu spraw. [Tak nawiasem mówiąc, nie jest to wcale sprzeczne z możliwością istnienia czwartego wymiaru przestrzennego, "odpowiedzialnego" za specyficzną topologię Wszechświata, wymiaru (właściwie dodatkowego parametru), stanowiącego o periodyczności jego cech tak przestrzennych, jak i fizycznych.] Jak wiadomo, to dzisiejsze stawianie spraw prowadzi do dwóch, klasycznych już, problemów kosmologicznych: wspomnianej powyżej płaskości i horyzontu (także ten problem niebawem odproblemuje się). Świadczy to o nieadekwatności dzisiejszego ogólnego podejścia z immanentnymi cechami Wszechświata. Jak się nie ma co się lubi, to się lubi, co się ma. Ratunkiem dla koncepcji einsteinowsko-friedmannowskiej, wmiatającym pod dywan owe problemy kosmologiczne, była hipoteza inflacji Alana Gutha, która jednak wprost razi swą sztucznością i typowo ludzkim kombinatorstwem. Z jednej strony mamy kwantową teorię pola, stroniącą od grawitacji nie dającej się zrenormalizować, z drugiej zaś teorię grawitacji (OTW). To tylko modus vivendi, Stwórca nie jest partaczem. A dla ludzi... to wspaniała przygoda w poszukiwaniu Prawdy.
Jak więc to jest z tą energią potencjalną? Tak na chłopski rozum, jeśli w ekspansji przestrzeni nie ma mowy o ruchu jako takim (wzrost czynnika skali nie oznacza ruchu w sensie newtonowskim), to również pojęcie pracy i energii potencjalnej traci tradycyjny sens.
W pracy tej, jak widać, celowo nie bazuję na ogólnej teorii względności (rozumiem doskonale niewybaczalność tego kroku). By być OK musiałbym nic nie robić. Inni, mądrzejsi ode mnie zrobili już prawie wszystko. Podjąłem (w swej arogancji) próbę testowania spraw za pomocą środków klasycznych, choć uwzględniam efekty relatywistyczne. Wbrew pozorom nie odrzucam OTW. Uważam jednak, że teoria ta jest na razie niedokończona: wobec układów astronomicznie makroskopowych działa bez zarzutu, natomiast do opisu Wszechświata jako całości jest nierelewantna. To dla niej za duże buty. Sądzę, że powinna na przykład uwzględniać istnienie niedoboru masy. To może być przyczyną niedopasowania równań Friedmanna do kosmologicznej rzeczywistości, przyczyną tego, że w odniesieniu do Wszechświata nie spełniła pokładanych w niej nadziei, przyczyną tego, że postanowiłem podejść do sprawy w sposób niekonwencjonalny. Tak nawiasem mówiąc, to także przyczyna tego, że grawitacja nie daje się zrenormalizować.
Dodać do tego należy jeszcze jedną rzecz. Otóż zgodnie z równaniem Friedmanna możliwa jest opcja ekspansji nieskończonej, w przypadku rozwoju Wszechświata zgodnie z modelami krytycznym i otwartym. W tej sytuacji rozważanie energii potencjalnej stworzyłoby dodatkowy kłopot natury filozoficznej. Zmierzając ku obiektywnej prawdzie należy bowiem unikać nieskończoności (a także osobliwości).
Przywróciłem więc do łask energię potencjalną. Pojęcie energii potencjalnej układu dwóch ciał znane jest powszechnie, a jego definicja jest ścisła i jednoznaczna. Jednakże gdy mowa o energii potencjalnej Wszechświata mówienie o jakichś ciałach nie ma sensu. Zresztą mija się też z celem poszukiwanie konkretnej wartości łącznej masy wszystkich obiektów Wszechświata. Z tego powodu w artykule Nr. 3 tej serii wprowadziłem pojęcie Umownej Masy Wszechświata (UMW). Podobnie rzecz się ma z energią potencjalną. Do wyrażenia jej użyć trzeba będzie więc właśnie UMW. Dodatkowo, w układzie (na przykład) dwóch ciał energia ta zależy od odległości, jest funkcją ich wzajemnego położenia. Co do Wszechświata, jedynym uniwersalnym parametrem przestrzennym jest wielkość promienia grawitacyjno-hubblowskiego. Tak więc należałoby w kontekście naszych rozważań przedstawić (jeszcze nie zdefiniować ilościowo) Energię Potencjalną Wszechświata, traktując ją jako globalny parametr, którego wartość jest funkcją uniwersalnego czasu Wszechświata.
Bazą ideologiczną dla takiego właśnie pojmowania spraw jest głębokie przekonanie (między innymi moje), że Wszechświat miał swój początek (choćby w sensie rozpoczęcia nowego cyklu), że był to początek wspólny dla wszystkich elementów jego struktury, że wszystkie obiekty łączy wspólna historia. Przy tym, Wszechświat jest integralną całością. W związku z jego rozszerzaniem się i nieprzerwanym wzrostem globalnej energii potencjalnej, wzrasta także globalna masa (maleje jej niedobór). Można to zapisać następująco:
ΔM = ΔE(p)/c^2 [&]
zgodnie ze słynnym wzorem Einsteina (E = mc^2). Tym razem wzrost masy pozostaje w bezpośrednim związku ze wzrostem rozmiarów, bo przecież przyrost energii potencjalnej jest ogólnie uwarunkowany zmianą położenia (klasyczny przykład szkolny stanowi podrzucanie ciał do góry). Być może wpadliśmy na właściwy trop. Warto w tym kontekście zwrócić uwagę na to, że ten sukcesywny wzrost masy Wszechświata zachowuje jego stan, czyli zapewnia (stwierdzoną obserwacyjnie) krytyczność rozwoju niejako w naturze rzeczy, czyniąc parametr gęstości Ω = 1* jakby stałą uniwersalną. Warto zapamiętać to zdanie, nawet jako bazę dla przemyśleń w kontynuacji lektury. To roztacza przed nami nowe horyzonty dla dalszych rozważań (nie wyłączając z tego horyzontu zdarzeń), choć oczywiście nie uwalnia nas od „problemów wzrostu”, przeciwnie. Z pomysłem rosnącej masy Wszechświata, w dodatku rosnącej w sposób przedstawiony tu, nie zetknąłem się w źródłach pisanych, stanowiących bazę standardową dla powszechnej świadomości poznawczej.
„Kosmologia naiwna”? Energia potencjalna, niedobór masy grawitacyjnej? Co jeszcze? Współczesna kosmologia wprost nie koncentruje swych wysiłków na masie (a tym bardziej na energii), z wiadomych już powodów. Czyżbym się aż tak strasznie mylił? A jednak wnioski wynikające z przyjęcia tej koncepcji prowadzą dość daleko, do niekonwencjonalnego, acz spójnego, modelu Wszechświata wraz z jego początkiem (!), modelu generującego antycypacje zbieżne z wynikami obserwacji. A to przecież najważniejsze. Zauważymy to dalej. W tym kontekście modele zbudowane na równaniach Einsteina-Friedmanna zyskują być może inny sens praktyczny (na przykład edukacyjny). Czy pomysł (ze wzrostem masy, zsynchronizowanym ze wzrostem globalnej energii potencjalnej) ma naprawdę szansę być słusznym? Czy szansę tę zaprzepaści jego odrzucenie na bazie nawyków myślowych obowiązujących dziś? W każdym razie (i na razie) spójny jest ten pomysł z przedstawionym tutaj dość specyficznym traktowaniem grawitacji (patrz artykuły traktujące o odpychaniu grawitacyjnym). Do specyficznej grawitacji Wszechświata jeszcze wrócimy.
Reasumując stwiedzić możemy, że masa grawitacyjna Wszechświata (zgodnie z zasygnalizowaną tu koncepcją) stopniowo wzrasta wzrostem jego globalnej energii potencjalnej. Maleje tym deficyt masy Wszechświata. Zgodnie z dzisiejszym sądem, jego ekspansja naturalnie stopniowo ulega spowolnieniu, a po niedawnych odkryciach, że coś ją przyśpiesza. Chodzi jednak nie tyle o zmianę prędkości względnych, co o zmianę krzywizny przestrzeni w powiązaniu ze wzrostem czynnika skali. W tym sensie maleje (lub wzrasta) tempo ekspansji. Nie uwzględniając ciemnej energii porównuje się to ze zwalnianiem podrzuconego do góry ciała, pomimo, że w przykładzie tym mamy do czynienia z ruchem jako takim. Wobec Wszechświata przestrzeń, a wobec ciał faktyczny ruch... Upoglądowienie niezbyt trafione. Ruch, czy też zakrzywiona przestrzeń? Jak widać, mamy dwa diametralnie różne podejścia.
*) Parametr gęstości, to stosunek gęstości rzeczywistej do gęstości krytycznej.