CIEMNA ENERGIA I CIEMNA MATERIA - podstawowy wzór

CIEMNA ENERGIA I CIEMNA MATERIA – wyprowadzenie podstawowego wzoru

"sama idea dowodu musiała się rozwinąć z formy dyskusji. Udowodnić coś, to przecież znaczyło: kogoś przekonać."

Lipman Bers, wg: Allen L. Hammond, Matematyka – nasza niedostrzegalna kultura, w: Lynn Arthur Steen (red.), Matematyka współczesna. Dwanaście esejów

Zadziwia mnie czasem dalece ahistoryczne podejście wielu fizykówi kosmologów do tematu i zjawiska ciemnej energii i ciemnej materii. Analizowane są hipotezy związanych z nimi cząstek (przy całkowitym braku sukcesu eksperymentalno-doświadczalnego) i zgadywana jest ich natura (np. dla ciemnej energii – czy jest to stała kosmologiczna  czy może jakaś forma (artystotelesowskiej??) „kwintesencji”; niektórzy autorzy spekulują tu np., że oceniając działanie ciemnej materii i ciemnej energii, za ok. 10 milionów lat może dojść do tzw. „wielkiego zatrzymania” ekspansji (??) (por. C. Kiefer, „Kwantowy kosmos”); takie stanowisko wydaje się jednak być sprzeczne z fizyką i kosmologią, zgodnie z którymi szacuje się przyszłość Wszechświata na ok. 10¹⁰⁰ lat – to oczywiście również są dalekie spekulacje (por. M. Kaku, „Wszechświaty równoległe”)).

    Jednak brakuje osadzenia tego wszystkiego (również matematycznie) w ciągu, np. czasowym i mechanizmach ewolucji Wszechświata. A przecież struktury kosmosu przeobrażały się w czasie przechodząc jedna w drugą, oddziałując na siebie i dynamicznie współistniejąc.

Powyższa koncepcja ciemnej energii i ciemnej materii oraz zwykłej materii powstała z chęci wykazania podstawowej tezy – że ciemna energia, mimo że działa współcześnie ( i będzie działać ostro w przyszłości), jest czasową i genetyczną podstawą dla ciemnej materii, tak jak ta – dla zwykłej materii. O ile wiem, takie podejście jest zupełnie nowe w fizyce. Całkowity brak takiego ujęcia w historii fizyki może jednak rodzić myśl, że powyższa teza jest dyskusyjna.

Jednak podobna teoria już się wcześniej pojawiła. Chodzi o maksymę Georges Lemaitre’a, że Wszechświat zrodził się z „pranasienia”. A więc zasadne byłoby tu – już w rozwiniętej postaci – porównanie biografii z historią przyrody – najpierw biologii (tu ontogeneza byłaby powtórzeniem filogenezy – takie koncepcje w psychologii i biologii istnieją, np. jako teorie Ernsta Haeckla, Jeana Piageta czy pośrednio Raya Kurzweila), oraz historii kosmosu (tu właśnie realizowałaby się idea początku Wszechświata jako „praatomu”).

Osobną sprawą jest dezintegracja biograficzna jako inflacja kosmologiczna (rozpoczęta w miarę wcześnie w ramach integracji wstępnej – tu byłby to „poślizg” właściwej inflacji) (jako wstępne tąpnięcie) (10^-35 – 10^-32 sekundy po Wielkim Wybuchu) aż do końca tzw. wieków ciemnych (czyli poprzez fazę rekombinacji po ok. 380 tys. lat – do ok. 500 milionów – 1 miliarda lat potem, kiedy zabłysły pierwsze gwiazdy). Wtedy pojawiły się pierwsze znaczące struktury zwykłej materii.

Ważny jest tu ciąg czasowy – ciemna energia jest tu prawdopodobnie wyjściową bazą dla ciemnej materii, tak jak ta dla zwykłej materii.

Przedstawiony tekst jest wyprowadzeniem dla powyższych struktur wzoru

w = m_u = katⁿ + b,

występującego w moich poprzednich pracach (tu w – wartość struktury, m_u – masa ustrukturyzowana, a – mem, t – czas, n – paradygmat, b – poziom ciemnej energii, k – stała rozwoju). Chodzi zwłaszcza o składnik b.

DOWÓD EWOLUCJI CIEMNA ENERGIA – CIEMNA MATERIA – ZWYKŁA MATERIA

Co właściwie dowodzi tezy, że ciemna energia i zwykła materia umiejscowione są na drzewie ewolucyjnym struktur?

Ogólna zasada jest następująca: Na początku (struktur) była (anty) grawitacja. Upraszczając, zwykła materia ma się tak do ciemnej materii, jak Homo sapiens do szympansa, a ciemna materia do ciemnej energii jak ssaki do gadów. Potwierdzeniem istnienia tej drabiny, szczebli ewolucyjnych są następujące cechy:

- Brak specjacji i postępu po stronie ciemnej materii  i ciemnej energii;

- Prostota, żeby nie powiedzieć prymitywna konstrukcja struktur ciemnej energii i ciemnej materii w stosunku do zwykłej materii;

- Znaczny postęp i bogactwo morfologiczne zwykłej materii –jej zróżnicowanie i ciąg coraz wyżej umiejscowionych cech jej zjawisk;

- Zjawisko, problem fazy. Ciemna materia zaczyna przejawiać nowe cechy w stosunku do ciemnej energii – zwykła materia podlega oddziaływaniu, poza grawitacją, jądrowym silnemu i słabemu oraz elektromagnetycznemu. To odmienne, inne prawa funkcjonowania. Podobnie jest w zwykłej ewolucji;

- W obszarze zwykłej materii występują tzw. dramaty ewolucyjne, czyli rozbudowane procesy, obok głównego nurtu ewolucji, odrębnie tworzące struktury. Takich zjawisk właściwych ewolucji nie ma przy ciemnej energii i ciemnej materii (choć namiastkowo prawdopodobnie wystąpią w fazie ciemnej materii);

- Na początku było superoddziaływanie, czyli integracja wstępna – umiarkowana ekspansja przestrzeni – punkt wyjścia (to teza, czyli ciemna energia; to nawet nie jest twórczość) – odpowiednik gadów; potem jest inflacja i antytwórczość – nasilona ekspansja przestrzeni (to antyteza, czyli uintensywnienie ciemnej energii, czyli dezintegracja) – odpowiednik kryzysu klimatycznego powstałego na Ziemi w wyniku uderzenia planetoidy 65 mln lat temu; po inflacji jest restytucja twórczości i inteligencji ( to synteza, czyli ciemna materia, czyli reintegracja) – odpowiednik w miarę „inteligentnego” szympansa; po fazie ciemnej materii wystąpi dalsze usprawnienie inteligencji (to supersynteza, czyli zwykła materia, czyli akceleracja) – odpowiednik gatunku Homo sapies; po fazie zwykłej materii może wystąpić dalszy postęp „intelektualny” (to hipersynteza, czyli życie, cywilizacja i supercywilizacja, czyli hiperakceleracja);

- Wyeksponowanie figury w stosunku do tła właściwe strukturom ewolucyjnym występuje zwłaszcza w przypadku zwykłej materii,
w nieco mniejszym stopniu ciemnej materii i najmniejszym – samej próżni – ciemnej energii;

- Czasowa kolejność faz – najpierw jako energia  próżni (do ok. 10^-43s), istniała ciemna energia, potem wyłoniła się prawdopodobnie ciemna materia; rozwój i pełny rozkwit zwykłej materii nastąpił później. Wszystko to, tak jak przy strukturach ewolucji biologicznej, wskazuje na ciąg ewolucji kosmicznej ciemnej energii, potem ciemnej materii i w końcu zwykłej materii;

- Pewien psycholog biadał kiedyś i oceniał kondycję młodego pokolenia, mówiąc: „jego ojciec – taki zacny człowiek, a syn, taki nicpoń…”

Pomijając komizm i absurdalność takich uogólnień, można znaleźć tu ziarno prawdy. Nie wystarczy wszak dla zaistnienia (międzypokoleniowego) postępu, a więc i nowej jakości aromorfotycznej, czyli tzw. masy ustrukturyzowanej (jako pewnego sukcesu), automatyczna relacja rodzic-dziecko.

Cząsteczka wody nie wywodzi się samoistnie z połączenia tlenu i wodoru, tak jak gatunek Homo sapiens sapiens nie powstał, nie wyłonił się łatwo i prosto z grupy Homo. Musiało tu zajść dodatkowe zdarzenie i zjawisko.

Mowa o tzw. dramacie tworzenia nowych jakości. Jest to całkowicie odrębne zjawisko. I tak: aby powstał tlen dla wody – musiała powstać masywna gwiazda-supernowa, doświadczyć samozapadnięcia i swoistej śmierci; potem fale międzygwiezdne rozwiały po kosmosie tlen i inne, powstałe z katastrofy, ciężkie pierwiastku, itd.

Podobnie praprzodek człowieka musiał doznać ekologicznego wstrząsu i stresu, zejść z drzew, przeżyć ból bezradności na rozległej afrykańskiej sawannie; potem następowało w ciągu setek tysięcy lat zwiększenie masy mózgu; w końcu powstały podstawy biologiczne dla ukształtowania się współczesnego człowieka.

Tak samo jest z relacją – ciemna energia, która zrodziła ciemną materię, ta zaś – zwykłą materię. Jest to kierunek zwiększania się masy ustrukturyzowanej – jednak i tu musiał dla powstania nowych struktur – materii związanej z oddziaływaniem silnym, potem z oddziaływaniem słabym (tu działał dramat mechanizmu Higgsa, tak jak wcześniej – podobny dramat związany z oddziaływaniem silnym jądrowym), wystąpić odrębny proces.

W tym procesie, jak zakłada teoria przedstawiona w powyższym tekście (może też ona być błędna!), matką np. materii zwykłej była ciemna materia jako bardziej nieokreślona, wyjściowa, genetycznie wcześniejsza, podstawowa, zaczątkowa, niezdeterminowana, nawet niedoskonała w stosunku do bardziej i wyżej zaawansowanej w ewolucji, mającej pewniejszą formę materii zwykłej.

Odrębną sprawą jest wskazanie tu owego dramatu strukturyzacyjnego odpowiedzialnego za powyższy proces. Trafne rozwiązanie tego problemu będzie – jak się wydaje – rozwiązaniem zagadki ciemnej materii i ciemnej energii. Chodzi o to, że właśnie prawa dotyczące zwłaszcza powstania i funkcjonowania na linii ciemna materia – zwykła materia, cała ich złożoność, związana z podstawami oddziaływań właściwych zwykłej materii mogły stanowić właśnie ów dramat;

- Podejście ewolucyjne w astronomii jest podstawowe. Podobnie w teorii ewolucji  Darwina przeprowadza się analizy powiązań, pokrewieństwa, pochodzenia grup obiektów – ciemna energia, ciemna materia i zwykła materia.

Hierarchia bytów w kosmosie jest więc następująca: najpierw jest ciemna energia, z niej wywodzi się ciemna materia, z tej zaś zwykła materia. Jakie są podstawy tej teorii – jeszcze raz?

Obiekty we Wszechświecie podlegają ewolucji i rozwojowi, formując je w struktury – galaktyki, gwiazdy, planety, życie itd. Zwykła materia ma postać, formy ukształtowane w struktury, ciemna materia zaś, a tym bardziej ciemna energia nie. Zatem logika wskazuje, że są to prostsze, wyjściowe i pierwotniejsze, niczym żywe skamieliny, byty.

Najdziksza z nich jest ciemna energia. Jest ona niczym gwiezdny pył, obłoki molekularne czy komety w stosunku do planet i bakterie w stosunku do życia. Jednak prawdopodobnie to komety zasiały na planetach życie i one mogą je unicestwić bądź doprowadzić do wielkich wymierań. Podobnie energia próżni zrodziła promieniowanie, formując w końcu materię. Napędzany ciemną energią stygnący Wszechświat formował zwykłą materię i prawdopodobnie ciemną materię, i ta ekspansja może też struktury galaktyk, układów planetarnych i życia rozbić w dalekiej przyszłości.

Tutaj ciemna materia pełniłaby rolę ogółu biosfery w stosunku np. do człowieka – obszaru niezwieńczonego w większości wyższymi tworami ewolucji, zapewniającego jednak konstruktywne funkcjonowanie życiu na Ziemi, tak jak ciemna materia umożliwiła działanie i egzystencję galaktykom.

Powyższy model wymienionych bytów kosmicznych – ciemnej materii, ciemnej energii i zwykłej materii sam się narzuca i – o ile wiem – jest nową propozycją jeśli chodzi o literaturę przedmiotu. Spełnia też całkowicie, jako bardzo klarowny, regułę Ockhama;

- Ciąg od antygrawitacji (ciemna energia), przez grawitację surową (ciemna materia), do grawitacji wyrafinowanej, tworzącej złożone, skomplikowane, wysoko zorganizowane konstrukcje (zwykła materia) podlega logice i prawu funkcjonowania hierarchii ewolucyjnej i swoistej sublimacji (można to porównać z agresją, która, jak wskazywał Konrad Lorenz, może być również konstruktywna, a która też jest prymitywna u prostych zwierząt i wyżej rozwinięta u gatunków bardziej zaawansowanych w ewolucji. Wskazuje to na porządek od prostoty do doskonalenia się energii i materii;

- W ewolucji kosmosu wyłanianie się kolejnych struktur i mas łączyło się z mechanizmem spontanicznego łamania symetrii. I tu np. woda ma więcej „osi symetrii” niż lód. Wraz z postępującym ochładzaniem się Wszechświata powstawały takie nowe poziomy, fazy mas ustrukturyzowanych.

Niewątpliwą strukturą jest zwykła materia (4% masy Wszechświata). Zwykła materia wytrąciła się w pierwszych sekundach po Wielkim Wybuchu. Jednak można wysunąć hipotezę, że te kolejne poziomy ewolucji Wszechświata rodziły się poprzez mechanizm spontanicznego łamania symetrii. Tworzenie ukrytej symetrii jest podstawową regułą ewolucji i funkcjonowania kosmosu, zatem nasuwa się myśl, że tak było i na linii ciemna energia – ciemna materia – zwykła materia. Tu ciemna materia, a tym bardziej ciemna energia, nawet na podstawowym szczeblu funkcjonowania, mają bardziej jednolitą konstrukcję niż zwykła materia.

Można postawić pytanie – na czym polega złamanie symetrii i krystalizacja ciemnej energii (inflacji i superoddziaływania).

W uproszczeniu i nieściśle „królestwem” jej jest sfera (jest to niepoprawne, bo Wielki Wybuch nie wystąpił „w określonym miejscu”), poprawniej jednak możnaby powiedzieć, że jest to ekspandująca, rozszerzająca się przestrzeń. To też struktura, tak jak strukturą jest lód i życie;

- Z kosmologii, fizyki i wiedzy na temat historii kosmosu wiemy, że ekspandująca przestrzeń ulega ochłodzeniu. Takie przechłodzenia miały wpływ na tworzenie struktur (nie działało to jednak liniowo, tak jak korzystny dla życia jest określony przedział temperatur wody, z lodem amorficznym włącznie) – cząstek, atomów, cząsteczek itd. Jest więc tak, że rozszerzający się, stygnący Wszechświat dzięki ciemnej energii (działającej antygrawitacyjnie) zrodził kolejne jakości materialne z życiem i cywilizacją włącznie.

Z kolei wiadomo, że najpierw wyłoniła się z superoddziaływania, 10^-43 sekundy po Wielkim Wybuchu, grawitacja (jako struktura?). To bardzo szybko. Ponadto 10^-35s po Wielkim Wybuchu miała miejsce, rozpoczęła się inflacja – przyspieszenie ekspansji. To również wcześnie zaszło.

Wskazuje to wszystko, że rzeczywiście (zgodnie z powyższą tezą) siły grawitacyjne i związane z nimi ciemna materia i ciemna energia są najbardziej wyjściowymi i fundamentalnymi zjawiskami;

- Teza, że zwykła materia jest „dzieckiem” (masą ustrukturyzowaną) ciemnej materii, ta zaś „dzieckiem” (masą ustrukturyzowaną) ciemnej energii jest ładną teorią. Problem jednak w tym czy ona jest prawdziwa. Zatem czy dałoby się ją obronić?

W wyniku rozdzielenia oddziaływania elektrosłabego na elektromagnetyczne i słabe uruchomiony został mechanizm Higgsa, czyli mechanizm tworzenia masy cząstek oddziaływania słabego (elektronów, mionów itd.). Zatem wyłoniła się pewną struktura, związana z oddziaływaniem słabym. Zatem oddziaływanie można potraktować jako strukturę. Jak to przedstawiało się wcześniej?
Pra-królestwem ciemnej energii w jej pierwotnej postaci było superoddziaływanie (przed 10^-43s po Wielkim Wybuchu, wraz z rozszerzającym się i napędzanym antygrawitacją Wszechświatem) i oddziaływanie zunifikowane (10^-43s (10¹⁹GeV) – 10^-36s, kiedy nastąpiła era inflacji). Superoddziaływanie i oddziaływanie zunifikowane stanowiły więc struktury.

W wyniku rozdzielenia się oddziaływania zunifikowanego na oddziaływanie silne i oddziaływanie elektrosłabe pod koniec inflacji (od 10^-35s (10¹⁵GeV) )  wytrąciła się materia.

Tak więc pierwsza część dowodu przedstawionej na wstępie tezy została spełniona (super- i zunifikowane oddziaływanie jako wcześniejsze „zrodziło” w  końcu materię). Problem w tym, czy wykrystalizowana materia to była zwykła czy ciemna materia – i z jakim oddziaływaniem ta druga jest (tzn. była) związana.

Faktem jest, że w późniejszych dziejach Wszechświata ciemna materia tworzyła struktury (np. galaktyczne) zwykłej materii. Problem jednak genezy ciemnej materii jest otwarty;

- W historii, ewolucji Wszechświata występują więc różne czasowe fazy:

1. era ciemnej energii (w = b we wzorze w = katⁿ + b): tu ona kolejno przeciwdziała (a zarazem umożliwia) tworzeniu się struktur: pierwsze przechłodzenie kosmosu rodzi po 10^-12 sek tworzenie się masy (mechanizm Higgsa); w kolejnym przechłodzeniu po ok. 3 min następuje tworzenie się jąder lekkich pierwiastków (pierwotna nukleosynteza); w dalszym przechłodzeniu po ok. 380 tys lat tworzą się atomy lekkich pierwiastków;

2. era ciemnej materii (w = katⁿ, n = 1); tu po ok. 500 mln – 1 mld lat rodzą się pierwsze gwiazdy (pewną rolę gra tu prawdopodobnie masa ciemnej materii, ułatwiająca kolaps protogwiazd); zasadą jest tu astronomiczna koncentracja mas, np. jako akrecja;

3. era zwykłej materii i tworzenia się galaktyk, globów oraz życia (w = kat^n, n > 1, n = const) po ok. 2-13,75 mld lat (tu znów działa ciemna materia, rodząc galaktyki, jednak jako głownie jedynie podstawa i tam, gdzie umożliwi to ciemna energia; tu jednak dochodzi już w pełni do głosu chemicznie, geologicznie i biologicznie zwykła materia);

4. era hiper – zwykłej materii – inteligencji (w = katⁿ, n>>1, n ≠ const); po ok. 13,75 mld lat (tyle, co jest nam znane, a prawdopodobnie po krótszym okresie, biorąc pod uwagę egzocywilizacje) następuje kolejne „przechłodzenie” i zasiedlanie mroźnego kosmosu;

na przedłużeniu tego okresu tworzy się technologiczna era egzocywilizacji po ok. 13,75 mld lat – ? – po długich wzajemnych poszukiwaniach i penetracjach następuje Kontakt setiocywilizacji;

- W „Równianiu struktur…” przedstawiona została teza, że zwykła materia może być masą ustrukturyzowaną kosmosu.

Z tej myśli wynikają nieuchronnie kolejne – że (ponieważ funkcjonować ona zaczyna tak jak np. życie): 1) jest ona najwyżej rozwinięta na tle innych form materii i energii – ciemnej materii i ciemnej energii, 2) istnieje określony porządek czasowy, kolejność funkcjonowania bądź dominacji powyższych trzech struktur w historii Wszechświata, 3) najbardziej pierwotną z nich jest ciemna energia.

Cała niebiologiczna zwykła materia robi wrażenie nieróżnicowanej, zwartej, jednolitej masy (nie ma tu hierarchicznych szczebli, drabiny rozwoju, drzewa genealogicznego, właściwych życiu; jednak gdy się bliżej spojrzy, jest tu ciąg poziomów-fizyczny, chemiczny, geologiczny itd.).

To samo jest z ciemną materią, a tym bardziej z ciemną energią. Ktoś tu jednak powie: co ma jedno do drugiego – tak jak drzewo i człowiek, góra i mysz. Jednak istnieje tu nić, więź przyczynowo-sprawcza (tak jak dzięki drzewom żyją ludzie, podobnie góry, może nie dosłownie, ale podziemne jaskinie, cała geologia umożliwiła życie prassakom po upadku 65 mln lat temu planetoidy).

Ciemną energię, ciemną materię i zwykłą materię łączy np. grawitacja. Samograwitacja (ciemnej energii) więc zrodziła masę ciemnej materii, ta zaś (np. poprzez galaktyczne masywne czarne dziury), skupienia, struktury zwykłej materii;

Ciemna materia w historii kosmosu była izotropowymi, nieukierunkowanymi zmarszczkami na jeszcze bardziej izotropowej, nieukierunkowanej i symetrycznej, rozszerzającej się przestrzeni (będącej ciemną energią, z której się wywodziła) – i sama zrodziła już mniej izotropowe, jednorodne, symetryczne i bardziej ukierunkowane zmarszczki zwykłej materii.

- Rozwój, postęp, ewolucja są z istoty swojej skokowe. Jest to (nowa) zasada postępu w kosmosie. Przybiera to kształt swoistego cudu związanego z nowym rozdziałem życia, zadaniem bądź technologią. Dotyczy to tak biografii, jak i faz, er, zmian w historii kosmosu. Jest tak dlatego, że zaczyna działać nowy zewnętrzny czynnik i zasada całkowicie nowa w stosunku do tego co było dotąd.

Na przykład ktoś rozpoczyna studia na fizyce i stwierdza, że fizyka na uczelni jest zupełnie inna niż ta ze szkoły średniej, nie nudna i nie mechaniczna, a otwarta na ciekawe działy i problemy. Podobnie człowiek prehistoryczny ok. 50 tys. lat temu doświadczył przemiany, renesansu kulturowego (który niektórzy porównują z wejściem w nowy komputerowy system operacyjny), rozwijając się intelektualnie (formy twórczości naskalnej-malarskiej, nowe techniki łowieckie, zasiedlanie kolejnych obszarów planety itd.). Tak samo uczestnictwo w misji kosmicznej może zaowocować eksplozją talentów i mobilizacją sił twórczych.

Podobnie nowymi erami dla Wszechświata było powstanie: atomów (odtąd światło przeniknęło kosmos), potem gwiazd (po wybuchach supernowych przestrzeń „zasiedlona” została nowymi cząsteczkami, całą chemią, która wkrótce przeszła w struktury geologiczne), galaktyk, które stworzyło macierz i bazę dla życia, wreszcie powstanie dużych globów – planet i księżyców, które stały się domem dla cywilizacji.

Taka jest też idea wyróżnienia w historii kosmosu faz: integracji wstępnej, reintegracji, akceleracji i hiperakceleracji. Każdy kolejny etap mieści się w poprzednim i wynika z niego. Odbywa się to w ramach klasycznych reguł ewolucji.

Powyższy rysunek autora przedstawia powierzchnię i przyszłą obecność człowieka na komecie Halleya.
                  Kometa Halleya – (nie)ustabilizowana powierzchnia

Materiały źródłowe:
T. Szulga, „Teoria akceleracji II. Metodologia odkryć w naukach przyrodniczych i ścisłych. Wizja astronomii plastycznej”, www.salon24.pl/u/ad-astra/, Internet, 2017.
T. Szulga, „Równanie struktur i życia kosmosu – geneza teorii w fizyce
i astronomii”, www.salon24.pl/u/ad-astra/, Internet, 2017.
T. Szulga, „Teoria akceleracji III. Metodologia odkryć w naukach przyrodniczych i ścisłych. Wizja astronomii plastycznej”, www.salon24.pl/u/ad-astra/, Internet, 2018.

Tagi: ciemna materia, ciemna energia