Naturalną koleją rzeczy, po tym wszystkim, co wniosły rozważania prowadzone wcześniej, nadszedł czas, by zwrócić baczniejszą uwagę na to, co dziać się może w warunkach ekstremalnie dużych gęstości. Przyczyną zagęszczenia materii może być na przykład kolaps grawitacyjny gwiazdy. Także Wszechświat u swego zarania był bardzo gęsty (w sensie koncentracji materii, a nie masy właściwej). Przy tej okazji ustosunkuję się także, nie po raz pierwszy zresztą, do hipotetycznego tworu zwanego czarną dziurą. Chodzi o CD redukującą przestrzennie swą zawartość materialną do punktowej osobliwośći, w ciągu czasu (dla obserwatora z zewnątrz) nieskończenie długiego. Sprawia to, że osobliwość, mimo swego chlubnego istnienia, dla każdego obserwatora z zewnątrz, po prostu (jeszcze) nie zaistniała, bo wiek Wszechświata jest przecież ograniczony. Zatem nigdy nie dojdzie do sfinalizowania wpadki.Owszem, obiekty zamknięte przez horyzont grawitacyjny istnieją, ale o osobliwości nie ma mowy. W każdym razie dla obserwatora. A zgodnie z upływem uniwersalnego czasu kosmicznego? Chyba już mamy (od samego zarania), nie tylko osobliwości. Nawet białe dziury i tunele czasoprzestrzenne, nawet równoległe wszechświaty. Realizują się więc, szkoda, że pokątnie, cudowne wizje Michio Kaku...Tak, ale czy ten"czas uniwersalny" rzeczywiście istnieje? Przecież w "rzeczywistości" nie jest czas bytem autonomicznym, gdyż jego upływ, zgodnie z powszechnym sądem, uwarunkowany jest przez grawitację, tak bardzo przecież lokalnie zróżnicowaną.Istnieją więc równocześnie, o dziwo nie przeszkadzając sobie, miejsca bardziej i mniej odległe czasowo od Wielkiego początku. Kiedyś się to zaczęło, ale o współnym końcu nie ma mowy. A przed początkiem? Czas nie istniał i kwita. Jak widać, historia z grawitacyjną dylatacją czasu nie jest wcale taka oczywista, jak wielu sądzi. Chyba poświęcę temu całą notkę.
Już te niezwykłe, wprost nierozsądne cechy tego potwornego tworu świadczyć mogą o tym, że jest on sztucznością, jakością hipotetyczną, a nie przyrodniczą par excellence. Jest to twór hipotetyczny pomimo, że znają go nawet dzieci, że nikt prawie nie wątpi w jego istnienie i za sprawą wszędobylskich mediów stał się on nawet „dobrem powszechnym” w sensie nabytku kulturowego, nie wykluczając dowcipów związanych z tym asocjacyjnie. Jako taki istnieje z całą pewnością. Niestety, do dziś nie został faktycznie odkryty (poza „pośrednimi dowodami” i emocjonalnym przekonaniem badaczy, a także entuzjastycznym zadziwieniem popularyzatorów). Bardzo możliwe, że nigdy nie zostanie odkryty i to nie z powodu zasadniczych niemożności natury obserwacyjnej, lecz po prostu z banalnego powodu jego faktycznego nieistnienia. Czyżby? Wszak jest przedmiotem bardzo intensywnych badań (teoretycznych) prowadzonych przez największe ośrodki naukowe i przez najwybitniejszych uczonych. W dodatku, moda przerzuca się właśnie ze strun na czarne. Na razie jest w czym dłubać, nawet dość głęboko, a kariera akademicka(naukowa?) jest zasadniczym celem ogromnej większości (między innymi fizyków). Przepraszam. Toż to na prawdę arogancja z mojej strony, nawet jeśli chodzi tu o jakieś pedagogiczne testowanie. Gdzież mi do..
Czarna dziura o cechach ogólnie przyjętych (z osobliwością, nawet jeśli nie sprowadzającą się do geometrycznego punktu, lecz do obszaru o rozmiarach rzędu długości Plancka) jest tworem innym zupełnie niż Wszechświat, pomimo, że w jednej z notek, poświęconych masie Wszechświata, stwierdziłem z entuzjazmem, że „znajdujemy się wewnątrz czarnej dziury!”, gdy okazało się, że promień Schwartzschilda odpowiadający domniemanej masie Wszechświata równy jest jego promieniowi, wyliczonemu na podstawie prawa Hubble’a. Ale to jakby jakaś inna czarna i nie koniecznie dziura. Przyjęcie równości promieni grawitacyjnego i hubblowskiego za rodzaj postulatu, stanowiło zresztą przesłankę dla preferowanej tu definicji prędkości ekspansji jako prędkości rozszerzania się horyzontu hubblowskiego, oczywiście równej c, a nie jako prędkości względnej, uogólnionej na wszystkie obiekty. Także nie ma tu mowy o enigmatycznym „tempie ekspansji”, wyrażonym przez wspólczynnik H. Przyjęcie tezy o równości promieni grawitacyjnego i hubblowskiego prowadziło też do (zaskakującego dla niektórych) wniosku, że masa Wszechświata rośnie wraz ze wzrostem jego globalnej energii potencjalnej. Użycie tej wielkościod razu wskazuje na odejście od powszechnie stosowanych dziś procedur badawczych. Z postulowanej równości promieni G-H wynikła też „krytyczność” rozwoju Wszechświata, będąca w dodatku jego cechą swoistą i stałą, a nie jedną z możliwych opcji. Przedstawiłem tę rzecz już w początkach swych salonowych popisów. Wszechświat po prostu jest z natury swej płaski. Z tego między innymi powodu uznałem, że równanie Friedmanna nie jest adekwatnym odbiciem cech rzeczywistego Wszechświata. Obliczenia przeprowadzone w notkach pod wdzięcznym tytułem "Katastrofa horyzontalna", stanowią wymowną ilustrację tego. Przypominam, że w rozważaniach będących treścią mej pracy (opublikowanej rok temu) i oczywiście treścią notek salonowych, zasadniczo nie bazuję na ogólnej teorii względności, lecz na zmodyfikowanym modelu newtonowsko-relatywistycznym.
Czarna dziura i Wszechświat? Oczywiście to nie to samo, z tym, że do tego „oczywiście”, oczywiście należy jeszcze coś dodać. Otóż Wszechświat istnieje z całą pewnością, natomiast czarna dziura, ta, która ogniskuje na sobie uwagę znacznej liczby znakomitych fizyków, jest tworem co najwyżej hipotetycznym. W dodatku, Wszechświat istnieje w rezultacie gwałtownej ekspansji, natomiast czarna dziura jest produktem zapaści grawitacyjnej pojedyńczej gwiazdy (lub jądra galaktyki), wystarczająco masywnej. Pomijam tu hipotetyczne mikro-czarne dziury, które istnieją przede wszystkim w książkach, będąc chyba wynikiem inercji myślowej, związanej z powołaniem do życia czarnych dziur „normalnych”. W kontekście naszych rozważań sprawiają one wrażenie, wytworów rozwiniętego dziś bardzo, naukowego folkloru...O przepraszam, istnienie ich stanowi jak najbardziej realną teoretyczną możliwość (czy także obiektywny fakt przyrodniczy?), pomimo, że jako miniaturowe, powinny były już wyparować, zgodnie z odkryciem Hawkinga. I chyba tak się już stało, choć nie koniecznie z powodu istnienia cząstek wirtualnych. Pomijam także maksymony, którym poświęciłem parę chwil w poprzednich notkach. Podczas kolapsu takiej gwiazdy, grawitacja jest na tyle silna, że (ponoć) zatrzymanie zapaści nie jest możliwe, a cała jej masa chowa się pod horyzontem zdarzeń i sprowadza się do osobliwości. Oto popularny model czarnej dziury. Zanim przejdziemy do meritum naszych rozważań, zajmijmy się pewnym aspektem zapaści grawitacyjnej, jeszcze zanim dochodzi do ewentualnego zamknięcia obiektu przez horyzont zdarzeń na wieki wieków. Czy z tego powodu do zamknięcia nie dojdzie?...
Przy bardzo wielkich gęstościach nie starcza miejsca na powłoki elektronowe otaczające jądra atomowe. Elektrony tworzą tak zwany gaz zdegenerowany, którego własności uwarunkowane są kwantowo (nie jak gaz doskonały). Ciśnienie, jakie tworzy ten gaz przeciwstawia się naporowi zzewnątrz. W naszym przypadku bez powodzenia. Elektrony jednak są fermionami. Przy dalszym ściskaniu zakaz Pauliego nie dopuszcza zatem do zrównania się ich stanów kwantowych. Łączą się więc z protonami w jądrach atomowych (zachodzi proces, który w odniesieniu do pojedyńczych jąder atomowych nazywany jest reakcją wychwytu elektronu). Narasta więc liczba neutronów. W końcu obiekt staje się gwiazdą neutronową. Odbywa się to wszystko bardzo szybko. Na ogół podczas wybuchu (też ku środkowi) gwiazdy supernowej. Wyzwala się przy tym sporo energii, a emitowane przy tym neutrina stanowią nawet indykację zajścia procesu. Dodatkowym istotnym czynnikiem ściskającym jest w tych warunkach grawitacja i nic by nie uratowało gwiazdy przed ostateczną zapaścią, gdyby nie zakaz Pauliego dotyczący także neutronów. Jeśli jednak masa gwiazdy neutronowej większa jest niż trzykrotna masa Słońca (lub przekracza tę wielkość w wyniku zaabsorbowania materii ściąganej z sąsiedniej gwiazdy), „grawitacja przezwycięża zakaz Pauliego i nic już gwiazdy nie uratuje.” (To oczywiście opis bardzo uproszczony, wskazuje jednak na sedno dalszych rozważań).
W najdrobniejszym nawet ułamku sekundy przed tym, zanim do tego doszło, grawitacja wewnątrz obiektu, opisywalna była za pomocą prawa Gaussa. Natężenie pola w samym jego środku, oczywiście równe było zeru. A tu nagle Bum! Trach! Mamy osobliwość zachłannie ściągającą ku sobie całą materię gwiazdy. Co na to Przyroda?
Zakaz Pauliego, w każdym razie w wersji poglądowo-popularnej, traktowany jest zatem jako rodzaj odpychania, które tylko do czasu jest w stanie przeciwstawić się grawitacji. Jaka jest jego fizyczna natura? Jaki jest fizyczny mechanizm pokonywania zakazu Pauliego przez grawitację? Czy zatem to rodzaj siły przeciwstawiającej się dalszemu ściskaniu? W uproszczeniu, wyraża on uwarunkowaną kwantowo niemożliwość obsadzania, przez więcej niż jedną cząstkę danego rodzaju, tego samego poziomu energetycznego, co związane jest ze statystyką Fermiego-Diraca. W naszym przypadku chodzi o to, że wszystkie poziomy są już obsadzone. Co dalej? Jeśli mimo wszystko obiekt w dalszym ciągu ma się zapadać (wskutek przemożnej grawitacji), to jak to pogodzić z uwarunkowaniami kwantowymi? Stwierdzenie zatem, że „odpychanie to wynika z uwarunkowań kwantowych”, w gruncie rzeczy jeszcze nie stanowi wyjaśnienia. Tym bardziej, że tu grawitacja, a tam kwanty, pies z kotem (nie koniecznie Schrödingera). Zawsze też powiedzieć można, że w tych skrajnych warunkach „uwarunkowania kwantowe” załamują się lub też, że „jakieś prawdopodobieństwo przemycenia się istnieje – zgodnie z duchem mechaniki kwantowej”. Także to jednak nie wyjaśnia sprawy, a raczej kieruje uwagę ku mglistym spekulacjom. Co więc się dzieje ze ściskanymi neutronami? Tak na prawdę nie jest to rzecz dziś roztrzygnięta – pole do popisu dla (roboczej) fantazji naukowców.Plazma gluonowo-kwarkowa? Chyba raczej zupa gluonowo-skwarkowa, gdyż z bozonami jest łatwiej. Supersymetryczna przyprawa i od razu palce lizać.Na drodze do CD mielibyśmy więc gwiazdę kwarkową, a potem, przy dalszym kurczeniu,gwiazdę preonową(preony – zbiór hipotetycznych cząstek poprzedzajacych pojawienie się kwarków).Może to mimo wszystko nie wyłącznie radosna twórczość.
A jeśli obiekt ma stosunkowo dużą masę, na przykład milion razy większą, niż masa Słońca? Wtedy gęstość średnia obiektu tego, gdy znajdzie się pod horyzontem grawitacyjnym, będzie stosunkowo mała, rzędu kilku kilogramów na centymetr sześcienny, a koncentracja materii daleka będzie od stanu zupy skwarkowej. Łatwo wzór na gęstość takiego obiektu (klasyczny) wyprowadzić. Pozostawiam to zainteresowanemu czytelnikowi. [Encyklopedia Fizyki Współczesnej (PWN 1983) nie ustosunkowuje się do tej kwestii, a właściwie stosuje zręczny unik: „...gwiazdy neutronowe mogą stygnąć nie ulegając już dalszemu kurczeniu się. Jeżeli masa jądra gwiazdy po wybuchu supernowej przekracza 3 masy Słońca lub gdy masywna gwiazda kurczy się katastrofalnie, to gęstości w centrum wzrastają na tyle, że do opisu dalszego procesu kurczenia się należy (Moje podkreślenie. Czy zadecydowała o tym Przyroda, czy też osobista wyobraźna któregoś z uczonych?) stosować ogólną teorię względności..” Czyżby? Przecież tam głębiej także OTW załamuje się. A gdzie zakazPauliego? Od tego czasu natąpił spory postęp. Mówi się coraz częściej o kwantowej grawitacji (jako planie na przyszłość), mającej zastąpić upadłą koncepcję superstrun, ale jak na razie brak jest odpowiedzi jednoznacznej, choć namnożyło się już sporo nowych pomysłów bazujących na teorii, która w tym zakresie może się już nie sprawdzać.Kwantowej teorii pola? Także, pomimo, że wobec grawitacji jest ona bezradna.]
Można snuć domysły...Czy dlatego, gdyż w odpowiednio małych skalach załamuje się mechanika kwantowa? Czy również chodzi o to, że w odpowiednio małych skalach załamuje się też OTW? Mimo wszystko czarna dziura (ta z osobliwością) jest dla wszystkich oczywistym faktem. Tak, ale co z tymi neutronami – fermionami? Rzekłby ktoś: "A jednak faktem jest to, że gwiazda kolapsuje i staje się Czarną Dziurą, niezależnie od aktualnych trudności ze zrozuminiem tego na poziomie strukturalnym." Czyli jej istnienie jest punktem wyjścia (przynajmniej dla niektórych). Ci niektórzy fizycy przypominają archeologów, którzy na siłę staraja sie selekcjonować znalezione artefakty, by potwierdzały ich "naukowe" poglądy. Te artefakty, które nie potwierdzają przyjętych z góry tez, schodzą do niebytu, zamknięte w podziemiach muzeów. A doktoraty? Prawdziwa historia ludzkości, tych panów nie interesuje. Liczy się tylko ego. Rozumiem, humaniści.
Ale ilość mimo wszystkio przechodzi w jakość. Mamy dziś rok 2012...
Spójrzmy na to z innej strony. Zauważmy, że „kwantowość” oznacza między innymi nieoznaczoność, a wszelkie prawdy o charakterze kwantowym są jakościami probablistycznymi. Klasyczny przykład stanowi tu efekt tunelowy, przejawiający się w „pokonywaniu” niemożliwych do przebycia barier energetycznych. Czy dotyczy też grawitacji, której ekranować nie można, a w dodatku ma być tylko przyciąganiem? Czy w tym kierunku należy podążać, by zrozumieć sens pokonywania, a właściwie omijania zakazu Pauliego? Nawet tu prawa są po to, by je omijać? Prawo omijania praw? Także to prawo można o... Jeśli więc mamy otrzymać czarną dziurę odpowiednio szybko, prawdopodobieństwo zajścia takiego procesu (prześliznięcia się, by nie powiedzieć „tunelowania”) musiałoby zmierzać do jedności, czyli poniekąt, nie trzeba już pokątnie i tunelem.. Powinno zatem prawdopodobieństwo „wymigiwania się” wzrastać wraz ze wzrostem koncentracji materii, a w rozważanym układzie sam proces powinien wprost zachodzić na wielką skalę. Czy to możliwe? Czy immanentna nieoznaczoność nie kłóci się z jednoznaczną pewnością, nieuniknionością zapaści grawitacyjnej? Czy droga ku osobliwości czarnej dziury stoi otworem? Czy warunki kwantowe przestają obowiązywać? Zakaz Pauliego traci znaczenie wobec „makroskopowości” układu, albo wprost traci sens? Dlaczego więc powszechnie dąży się do kwantowania grawitacji gdzieś tam w głębi bytu? Chyba jestem za stary.
A jednak nie koniecznie (że droga do osobliwości czarnej dziury stoi otworem). Niewykluczona jest opcja, że grawitacja w odpowiednio krótkim zasięgu staje się odpychaniem. Czyżby właśnie w tym tkwiła tajemnica zakazu Pauliego, pomimo, że nam jawi się on jako efekt o charakterze kwantowym? Gdzieś tam w głębi struktury materii, nieosiągalnej dla „szkiełka i oka”? „Nie kuśmy licha, tym bardziej, że wówczas materia straci motywację dla dalszego zapadania się, zakaz nie będzie omijany, a czarną dziurę szlag trafi.” A prawo omijania praw? Pozostanie specyfiką ludzkiego bytowania, w szczególności specjalnością adwokatów. Dlaczego jest ich tak pełno? Po prostu dlatego, gdyż aby robić na lewo trzeba znać prawo. Nie boję się, gdyż oni tej notki nie będą czytali. Bardzo zajęci są przecież ludzkimi nieszczęściami (w celach zarobkowych). Zatem, by się nie dać wciągnąć w prawnicze kruczki i nie wylądować w moczarach, mimo wszystko przyjmijmy odpychanie grawitacyjne za podstawę dla naszych dalszych dociekań.
