Grawitacja – rozwiązanie zagadki

Podstawowym błędem, który dotychczas nie pozwalał wyjaśnić zjawiska grawitacji, jest jej definicja. Wydaje się ona tak oczywista, że aż niemożliwe byśmy się mylili:

Grawitacja (ciążenie powszechne) – jedno z czterech oddziaływań podstawowych, będące zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie, wzajemnie przyciągając się.

Inaczej mówiąc, każda materia ma właściwość przyciągania każdej innej materii, a im więcej jest skupionej materii tym silniej przyciąga inną materię. Definicja odnosi się wprost do tego, co można zaobserwować jako pozornie oczywiste i powszechne zjawisko naturalne. Newton na widok spadającego jabłka doskonale to zrozumiał i opisał w sformułowanym przez siebie prawie powszechnego ciążenia.

Do opisu nie można mieć zastrzeżenia, ale nie wyjaśnia on istoty zjawiska, a dokładniej nie wyjaśnia dlaczego każda materia ciąży ku każdej innej materii. Cała współczesna fizyka teoretyczna ma z tym potężny problem, bo podejmowane próby interpretacji zjawiska wciąż nie dają się pogodzić z regułami funkcjonowania pozostałych oddziaływań fizycznych. Dotyczy to także powszechnie przyjmowanej za prawdziwą ogólnej teorii względności, w której grawitacja jest skutkiem zakrzywienia czasoprzestrzeni przez każdy obiekt posiadający masę. Teoria ta postuluje istnienie fal grawitacyjnych (rozchodzących się z prędkością światła) i amerykańscy naukowcy od lat próbują je zarejestrować w ramach programu LIDO. Co jakiś czas nawet ogłaszają sukces (2015 – 2016 r.), ale bez przekonania, bo już musieli odwoływać niektóre swoje odkrycia. W instytucie CERN w Genewie idzie się inna drogą i trwają tam usilnie poszukiwania postulowanej przez model standardowy cząstki elementarnej zwanej bozonem Higgsa, która powinna nadawać masę cząstkom elementarnym i w konsekwencji uczestniczyć w funkcjonowaniu grawitacji. Tu również ogłoszono w 2012 – 2013 r. sukces, czyli odkrycie doświadczalne tej cząstki, ale także uczyniono to raczej bez entuzjazmu (używano zwrotów „chyba go mamy”, „raczej go mamy”, „mamy go z dużym prawdopodobieństwem” itp.) Nie wnikając w szczegóły, pewnym problemem jest to, że tak odkryty bozon Higgsa, zgodnie z wynikami eksperymentów, sam posiada masę i nie wiadomo co jemu ją nadało – czyżby jakiś jeszcze inny bozon?

Wróćmy więc do definicji grawitacji i wyjaśnijmy, dlaczego to właśnie ona niechcący narzuca nam mylny pogląd. Błąd tkwi w słowie przyciąga, które jednocześnie sugeruje, że źródło grawitacji (pola grawitacyjnego) znajduje się w materii (w jej masie). Prawda jest taka, że dwie cząsteczki zmierzają do siebie w wyniku działania grawitacji, ale wcale nie muszą się przyciągać, a mogą być do siebie dopychane. I tak właśnie jest, gdyż materia nie jest podmiotem, a tylko przedmiotem grawitacji, której faktycznym sprawcą (źródłem) jest przestrzeń.

Grawitację powoduje to samo zjawisko, które nadaje masę materii (co wyjaśniłem w poprzednim wpisie). Kwanty materii (skoncentrowane kwanty przestrzeni), które powstały po Wielkim Wstrząsie, są nieustająco ściskane przez całą krystaliczną przestrzeń. Wobec centralnego położenia każdego kwantu materii w Uniwersum (patrz wpisy Kształt przestrzeni i Budowa przestrzeni), wektory nadające im masę, ściskające je, są jednakowo duże z każdego możliwego kierunku. Jednak na kierunku, na którym znajdzie się jakakolwiek inna cząstka materii, wektor ten jest mniejszy, gdyż to ona przejmuje na siebie część sił ściskania (sprężania) danego kwantu (i wzajemnie). Od strony wewnętrznej układu każdych dwóch cząstek materii, ściskające je siły przestrzeni są słabsze niż docierające z wszystkich innych kierunków. W tej sytuacji cząstki nie przyciągają się, lecz są do siebie dopychane przez przestrzeń. Można to zobrazować też stwierdzeniem, że materia od strony innej materii jest odrobinę lżejsza niż z innych stron. Jeszcze inaczej mówiąc, to każda cząstka materii ma „swój” wszechświat, który zakłóca pojawienie się w nim innej cząsteczki (i vice versa), a dążące do doskonałości przestrzenie obu cząstek starają się zlikwidować zakłócenia.

Trzeba tu jeszcze wyjaśnić pewien niezwykle ważny element, związany z tym zjawiskiem. Ktoś może zarzucić, że sztywne, krystaliczne łańcuchy kwantów przestrzeni jednakowo otaczające i ściskające kwant materii, nawet jeżeli z jednej strony naciskają mocniej, to i tak nie powinny go przesuwać (poruszać) wobec oporu jaki będą stawiać kwanty przestrzeni po drugiej, wewnętrznej stronie układu. Byłoby tak, gdyby kwanty miały kształt n. p. sześcianów foremnych (ściany parami równoległe) i wówczas żaden ruch w przestrzeni nie byłby możliwy. Jednak zarówno kwanty przestrzeni jak i materii mają kształt czworościanów foremnych i każda ich krawędź może być traktowana jak swoiste ostrze klina, a zbudowane z nich krystaliczne łańcuchy są bardziej skomplikowane (skośne) i dlatego umożliwiają przesuwanie się i zbliżanie do drugiego kwantu materii (co on robi analogicznie).

Oczywiście im więcej skupionej materii, tym bardziej powiększa się układ ściskających wektorów, tworząc grawitację wprost proporcjonalną do masy ciał. Podobną zależność można wykazać także dla zmieniającej się  odległości między tymi ciałami. Nie ma wątpliwości, że prawa Newtona opisujące grawitację nie ulegają żadnym zmianom również przy tak funkcjonującym mechanizmie, aczkolwiek słowa w definicji: „obiekty posiadające masę przyciągają się”, trzeba zastąpić słowami: „obiekty posiadające masę są dopychane do siebie przez przestrzeń”.

I jeszcze jedna istotna uwaga odnośnie grawitacji. Zgodnie z obliczeniami współczesnej fizyki grawitacja, rozumiana w dotychczasowej formule, powinna właściwie już dawno spowodować przyciągnięcie się do siebie całej materii znajdującej się we wszechświecie – dlatego m. in. teoria rozprzestrzeniania się przestrzeni jest tak popularna, bo rzekomo rozwiązuje ten problem. Otóż zgodnie z zaprezentowaną przeze mnie koncepcją, w najdalej od nas położonej strefie przestrzeni (w najbardziej od nas odległym punkcie każdej naszej geodezyjnej, który leży w połowie jej długości) znajdują się obiekty, które w ogóle nie będą do nas dopychane (grawitacja zerowa). Dzieje się tak gdyż wektor zewnętrzny (ściskający) i wektor wewnętrzny (którego opór trzeba przełamać) są sobie równe, równoważą się i nie można nawet powiedzieć, który jest którym. Na „krańcach” wszechświata grawitacja nie działa, a że każdy obiekt (także my osobiście) leży na krańcu przestrzeni (a jednocześnie dokładnie w jej centrum) obawa, że wszechświat się zapadnie jest nieuzasadniona.

Zarówno proces nadawania masy kwantowi materii jak i działanie grawitacji (w momencie gdy pojawi się drugi kwant materii) są zjawiskami, które wywołuje przestrzeń i która dzięki swej sztywności i krystaliczności czyni to natychmiast i „całą sobą” (nie z prędkością światła, nie przy pomocy żadnych fal grawitacyjnych i bez użycia grawitonów). Sądzę więc, że naukowcy amerykańscy mogą już sobie dać spokój ze swym programem LIDO.

Powstanie materii

Muszę przyznać, że w niektórych miejscach swych analiz idę na skróty, chcąc możliwie szybko przekazać informacje, które wydają mi się najważniejsze. Proszę więc wybaczyć, że problemem energii przestrzeni (próżni, punktu zerowego) zajmę się trochę później. Teraz jedynie dodam, że ustalony już wcześniej fakt, że Uniwersum (pierwotna przestrzeń) jest sztywne, musi zapewniać pewna minimalna, ale niezbędna ilość energii, którą posiada każdy kwant przestrzeni. Temat będzie wymagał odrębnych analiz, ale trzeba o nim pamiętać przy omawianiu mechanizmu powstania naszego Wszechświata (materii i czasu oraz oddziaływań). Na początek zajmijmy się powstaniem materii.

Do dyspozycji mamy tylko Uniwersum, które nie wyrosło, czy też nie rozrosło się z jakiegokolwiek punktu i nigdzie się nie rozprzestrzenia, nie rozlatuje, ani donikąd nie zmierza. Jest to trójwymiarowa, zakrzywiona wokół siebie przestrzeń, stała (statyczna), izotropowa (jednorodna), sztywna, o zerowej entropii i temperaturze 0 K, zbudowana z kwantów przestrzeni o kształcie czworościanu foremnego, tworzących strukturę kryształu doskonałego. Ten w pewnym sensie bardzo prosty twór, (chociaż niemożliwy do wyobrażenia z uwagi na zakrzywienie) jest całkowicie wystarczający, aby „zrodzić” nasz Wszechświat.

Rozpoczęło to się w momencie (z zastrzeżeniem, że czasu wcześniej nie było), gdy z jakiejś przyczyny doszło do Wielkiego Wstrząsu całego Uniwersum. Nastąpiło wydarzenie, które spowodowało całkowitą destrukcję struktury kryształu przestrzeni, jej rozbicie, rozpad charakterystycznych dla tej figury ciągów kryształów (łańcuchów kwantów). Nie możemy określić co spowodowało Wielki Wstrząs, skąd pojawiła się energia, która go wywołała, ale można intuicyjnie uznać, że jest to sytuacja bardziej prawdopodobna niż Wielki Wybuch z wpisanymi w siebie osobliwościami. Wielki Wstrząs był drgnięciem przestrzeni zaledwie w skali Plancka, po którym zniknęła sztywność całego Uniwersum, chociaż nie jego pojedynczych kwantów.

Natychmiast po Wielkim Wstrząsie Uniwersum spróbowało odtworzyć swą idealną strukturę krystaliczną, jedyna formę w której może statycznie (spokojnie) istnieć. W chaosie wymieszanych bezładnie kwantów przestrzeni rozpoczął się proces odtwarzania struktury kryształu idealnego, odbudowywania łańcuchów kwantowych. Probabilistyczne uwarunkowania tego procesu spowodowały, że łańcuchy odtwarzały się niejednocześnie i w różnych kierunkach. Zdarzyły się więc sytuacje, że w pewnych miejscach, na zbiegu odbudowujących się łańcuchów kwantowych, znalazł się dwa kwanty przestrzeni, podczas gdy ilość miejsca wystarczała tylko na jeden. Sztywniejąca struktura całej przestrzeni nie pozwoliła na korektę ułożenia powstałych już ciągów i dlatego dwa kwanty przestrzeni musiały zostać ściśnięte (skoncentrowane, wtłoczone jeden w drugi) do wielkości i kształtu pojedynczego kwantu przestrzeni. Zdarzyły się też rzadsze przypadki, gdy zbiegły się nieprawidłowo trzy kwanty przestrzeni i one również musiały zostać ściśnięte o wielkości pojedynczego kwantu.

Po prostu doskonałe, regularne i sztywne Uniwersum, o ściśle określonej wielkości, musiało tak zrobić, gdyż nieprawidłowości w jego budowie strukturalnej zagrażały jego rozsadzeniem. W ten sposób krystaliczna struktura została zachowana, aczkolwiek pojawił się w niej nowy element – cząstka materii będąca podwojeniem lub potrojeniem kwantu przestrzeni. Ten proces miał też specyficzny przeciwny efekt, gdyż jednocześnie w strukturze Uniwersum, (mającego ściśle określoną „pojemność”, która nigdy nie może się zmienić), pojawiło się miejsce (lub dwa miejsca) w którym zabrakło kwantu przestrzeni użytego w procesie stworzenia materii. Można rzec, że powstała dziura w przestrzeni, przerwa w łańcuchu kwantów, albo super próżnia (traktując samą przestrzeń jako próżnię), Miejsce to zachowuje kształt oraz wielkość kwantu przestrzeni i wykazuje wobec przestrzeni swoiste podciśnienie. W fizyce nazywamy je elektronem, a jego problematyka będzie wymagała oddzielnego omówienia.

Najbardziej elementarnymi cząstkami materii są byty utworzone z dwóch lub trzech kwantów przestrzeni, które Uniwersum ścisnęło do wielkości i kształtu pojedynczego kwantu przestrzeni. Byty te są kwantami materii. Próbują one nieustająco rozpaść się ponownie na kwanty przestrzeni, ale sztywna przestrzeń nie pozwala na to. Najważniejszą więc ich cechą jest to, że od momentu swego powstania pozostają one w stałej kontrakcji z naciskiem całej krystalicznej przestrzeni, która w ten sposób nadaje im masę.

Opisałem powyżej wyjątkowo prosty mechanizm, wręcz banalny, w którym cała, absolutnie cała przestrzeń, uczestniczy w powstaniu i nadaniu masy każdej pojedynczej cząstki materii. Można tu znaleźć pewne podobieństwa do koncepcji pola Higgsa, które również obejmuje całą przestrzeń i nadaje masę materii. Należy jednak zauważyć, że Higgs nie wyjaśnia skąd się wzięła materia i jaki jest mechanizm uzyskania przez nią masy, poza ogólnym stwierdzeniem wzajemnego oddziaływania tego pola i materii. Warto też w tym miejscu wspomnieć o założeniu Fritjofa Capry, który twierdzi, że materia jest zagęszczoną przestrzenią. Może to się wydawać bliskie mojej koncepcji, ale traktowania przestrzeni jako substancji elastycznej czy rozciągliwej, uniemożliwia także temu naukowcowi znalezienie właściwej drogi.

Powróćmy do momentu powstania materii. Mamy dwie podstawowe jej cząstki, zbudowane z dwóch lub trzech skoncentrowanych kwantów przestrzeni. Nie można wykluczyć istnienia także cząstek stworzonych z aż czterech kwantów przestrzeni, ale w dostępnym nam świecie są one bardzo rzadkie (pozostaje do przyszłych rozważań czy są one masowe w „czarnych dziurach” i czy zachowują tam strukturę krystaliczną). Samodzielnie występujący pojedynczy kwant materii jest dobrze znanym fizykom pozytonem, ale najczęściej kwanty materii występują zgrupowane w większe cząstki (bariony) jako budulec jąder atomów. W tej postaci są one znane w fizyce jako kwarki - dokładnie kwark dolny i kwark górny.

Zaprezentowane powyżej treści są najbardziej ogólnym i uproszczonym przedstawieniem problemu. Niezbędne będzie później zwrócenie uwagi na możliwości jakie daje kombinacja kwantów materii (kwarków) odtwarzających różne fragmenty i układy krystalicznych łańcuchów oraz wyjaśnienie co spaja te kwanty ze sobą (wiązania silne). Do tego oczywiście jeszcze wrócę, ale już teraz można powiedzieć, że silne wiązania nie są realizowane przez żadne gluony, postulowane przez fizykę kwantową, a ich mechanizm jest całkowicie inny i, dzięki sztywności cząstek, bardzo prosty.

Sposób powstania kwantów materii oraz elektronów wskazuje, że byty te są w zasadzie błędem przestrzeni, niedoskonałością, czy też skazą jaka pojawiła się w jej budowie. Jest też oczywiste, że przestrzeń nieustannie próbuje te błędy wyeliminować, co powoduje rozliczne konsekwencje. W tym miejscu należy wyjaśnić zagadkę grawitacji, która wciąż nurtuję fizykę, jako najbardziej palący, nierozwiązany problem. Do tego przejdę w następnym wpisie.

Kwant przestrzeni i wielkość wszechświata

Wiemy już, że Uniwersum (przestrzeń) jest zbudowane z niezwykle wielu pojedynczych, jednakowych kwantów, mających kształt czworościanu foremnego, czyli takiego którego każda ściana jest trójkątem równobocznym. Wykorzystując właściwość zakrzywienia przestrzeni kwanty te bez reszty wypełniają trójwymiarowy obszar Uniwersum, układając się w łańcuchy (ciągi) i tworząc strukturę kryształu doskonałego.

Należy teraz spróbować odpowiedzieć na pytanie, jakie rozmiary ma pojedynczy kwant przestrzeni. Najbardziej kuszące jest przyjęcie, że krawędź takiego czworościanu jest równa długości Plancka, ale jest to zdradliwe, bowiem najmniejszym wymiarem mającym fizyczne znaczenie w takiej figurze jest jej wysokość, a nie krawędź. Można więc przyjąć, że to wysokość kwantu równa się długości Plancka, ale wówczas okaże się, że długość jego krawędzi będzie wynosiła długość Plancka i jeszcze jej ułamek. W tym miejscu należy przypomnieć, że każda odległość w przyrodzie musi być całkowitą wielokrotnością długości Plancka i występowanie jej ułamków nie jest możliwe (tak jak w matematyce nie może być wielkości: punkt i jeszcze kawałek punktu). Wobec tego trzeba znaleźć taką proporcję wysokości i krawędzi kwantu w której obie te wartości będą całkowitymi (czyli bez reszty, bez ułamków) wielokrotnościami długości Plancka.

Nie jest to zadanie zbyt trudne nawet dla przeciętnych matematyków, więc zainteresowani mogą popracować i precyzyjnie obliczyć jeden z najważniejszych wymiarów decydujących o obrazie naszego wszechświata. Dla potrzeb dalszych analiz wystarczy stwierdzić, że ponieważ pożądaną właściwość osiąga się przy liczbach składających się z około piętnastu cyfr, to znaczy, że długość krawędzi kwantu przestrzeni wynosi w przybliżeniu 10 do minus dwudziestej metra (długość Plancka powiększona o piętnaście rzędów).

Wybiegnę tu trochę w przód i podam już teraz niezwykle ważną informację. Otóż wymiar kwantu przestrzeni przekłada się bezpośrednio i w zasadzie jest równy (z niewielkimi odchyleniami) wielkościom dwóch podstawowych cząstek w budowie materii, czyli wielkościom elektronu i kwarku. Oczywiście, powinienem najpierw wyjaśnić czym jest elektron i kwark (swego rodzaju przeciwstawne byty), aby uzasadnić prawdziwość powyższego stwierdzenia. Uczynię to, gdy będę omawiał proces ich powstania w którymś z nieodległych wpisów, ale ponieważ w podręcznikach fizyki podawane są przybliżone wielkości elektronów (10 do minus 22 metra) i kwarków (10 do minus 18 metra) podaję tę właściwość jako szansę weryfikacji obliczeń. Gdy już zaczepiłem ten temat to dodam, że nie tylko wymiary tych elementarnych cząstek materii są zgodne z wielkością kwantu przestrzeni, ale zarówno elektron jak i kwark maja również kształt identyczny jak kwant przestrzeni - są czworościanami foremnymi.

Swego czasu zapoznałem się z wykładami bardzo interesującego współczesnego fizyka teoretycznego Nassima Harameina, zatytułowanymi „Przekroczyć horyzont”. W pewnym momencie rozważał on problem roli czworościanu foremnego w budowie wszechświata, więc miałem nadzieję, że dostrzeże niesamowite możliwości tego kształtu (zwłaszcza, gdy jeszcze uwzględni się kwestie zakrzywienia przestrzeni) i w ten sposób znajdę potwierdzenie własnych przemyśleń. Jednak Haramein po chwili skręcił w stronę form kulistych i oczywiście „wylądował” w osobliwościach. Przekreśla to końcowy efekt wysiłku tego naukowca, ale należy docenić oryginalność myślenia i jego kilka krytycznych uwag wobec dzisiejszej fizyki. Zwłaszcza chodzi tu o teoretyków mechaniki kwantowej, którzy uważają, że jeżeli nazwą jakieś zjawisko, to jest to równoznaczne z jego wyjaśnieniem.

Powróćmy jednak do analizy właściwości przestrzeni. Mamy już obliczoną wielkości jej pojedynczego kwantu, to może spróbujmy obliczyć też wielkość całego Uniwersum. We wpisie Wielki Niewypał wyjaśniłem, że stwierdzone przez Hubblea przesunięcie ku czerwieni widma promieniowania odległych obiektów wcale nie dowodzi, że się one od nas oddalają, a tylko że są one od nas odległe. Należy jednak przy tym zauważyć, że chociaż Hubble mylił się w interpretacji sensu swojej obserwacji, to jednak stwierdził jednocześnie pewną prawidłowość w odległości i przesunięciu, którą nazywamy obecnie stałą Hubblea, a która wynosi około 71 km/sMpc (3,26 mln lś /Mpc). Uwzględniając wszystkie poprzednie rozważania, można spróbować wykorzystać pewną intrygującą szansę. Jeżeli stała Hubblea nie określa prędkości ucieczki galaktyk, to znaczy, że wskazuje na wielkość (proporcje) zakrzywienia przestrzeni (stała kosmologiczna?). Wobec tego można dokonać obliczeń wielkości wszechświata, określonej dla dowolnego punktu przestrzeni jako centralnego. Należy jedynie obliczyć promień okręgu opisanego na trójkącie równoramiennym, którego podstawą jest odcinek o długości 2 mpc (2 megaparseki), a wysokość wynosi 71 km (przybliżona wartość stałej Hubbla) i będzie to właśnie długość promienia wszechświata (promienia geodezyjnej). Zadanie stosunkowo proste, ale dla wytrwałych. Z moich, bardzo prowizorycznych i niewątpliwie błędnych obliczeń, mających raczej zobrazować rzędy wielkości niż dokładną wartość, wynika, że promień ten może mieć długość ok. 5 x 10 do potęgi 37 mpc., (o całe rzędy wielkości więcej niż obecnie przyjmowane rozmiary wszechświata), co automatycznie pozwala obliczyć też długość geodezyjnej.

Trzeba tu dodać jeszcze jedną uwagę. Stała Hubblea jako wskaźnik tempa rozrastania się przestrzeni była wykorzystywana dotychczas do obliczenia czasu istnienia wszechświata, czyli określenia jak dawno temu miał miejsce Wielki Wybuch – wg tych wyliczeń ok 14 mld lat temu. Ponieważ założenia są błędne, to i wiek wszechświata niewątpliwie też się nie zgadza. Gdy wyjaśnię jak zaczął się ruch (i czas) oraz jak powstała materia (w procesie już przeze mnie wspomnianym poprzednio, który nazwałem Wielkim Wstrząsem), to wówczas zaproponuję sposób jak można obliczyć jak dawno to się stało. Nie będzie to jednak dotyczyło przestrzeni (Uniwersum), która jest bytem pierwotnym i której wymiar czasu nie dotyczy.

Na koniec tego wpisu chcę odnieść się do komentarzy, które do mnie dotarły, iż popełniam błąd atakując matematykę jako naukę – wpis Bóg nie jest matematykiem. Ponieważ w obecnym wpisie sam proponuję skorzystanie z matematyki, aby obliczyć zarówno wielkość kwantu przestrzeni jak i całego wszechświata, muszę wyjaśnić pewne nieporozumienie. Matematyka jako nauka czysta, abstrakcyjna, jest niewątpliwie nie do podważenia, a moje uwagi dotyczyły tylko tego, że nie można jej bez zastrzeżeń stosować do fizyki, gdyż w fizyce nie występuje zjawisko analogiczne jak arytmetyczna nieskończoność oraz nie ma  zerowych wymiarów wartości fizycznych (są to zawsze co najmniej wielkości Plancka). W proponowanych przeze mnie obliczeniach nie ma żadnych nieskończoności, ani wartości zerowych i użycie matematyki jest tu jak najbardziej zasadne.

Aby osoby nieprzekonane zrozumiały moją argumentację, przytoczę jeszcze jeden przykład. Istnieje sławny paradoks mający zobrazować zasady mechaniki kwantowej, zwany Kotem Schrödingera. Zamknięty w klatce i niewidoczny dla nas kot ma 1/2 szansę przeżycia z uwagi znajdujące się z nim śmiercionośne urządzenia, które ma właśnie 50% prawdopodobieństwa zadziałania. Ponieważ nie wiemy czy kot żyje czy nie, to fizycy kwantowi traktują go jednocześnie jako żywego i jako martwego (i podobnie muszą traktować przeróżne zjawiska w świecie molekularnym, co do których nie wiadomo czy zaszły czy nie). Filozoficzne aspekty tego przypadku dla zjawisk kwantowych są bardzo interesujące, ale niestety mało kto zauważa tu pułapkę zastawioną przez matematykę. Zgodnie z jej regułami wartość życia tego biednego kota określimy na 1/2 i takie półżywe stworzenie będziemy wstawiali do dalszych wzorów, otrzymując oczywiście błędne wyniki. Kot bowiem jest albo żywy (1), albo martwy (0) i nigdy nie ma wartości średniej (1/2) – Bóg nie jest matematykiem i nie zastosuje wartości 1/2, gdyż on wie, czy kot żyje czy nie

Budowa przestrzeni

Wiemy już jaki kształt miała (i ma) przestrzeń w stanie podstawowym, czyli Uniwersum. Jest to byt trójwymiarowy z niewyobrażalną dla naszego mózgu własnością zakrzywiania się w wyższym wymiarze – może odrobinę bardziej zrozumiałe będzie dla nas jest stwierdzenie, że przestrzeń jest zakrzywiona sama wokół siebie. Uniwersum jest figurą skończoną i ściśle określoną, ale nie ma brzegu, gdyż „gubi się” on w zakrzywieniu. Warto zauważyć, że jego ewentualne kolejne zakrzywienia w kolejnych wyższych wymiarach niczego już nie zmienią w kształcie Uniwersum, bowiem i tak będą to tylko kolejne zakrzywienia tej figury wokół siebie, a ostateczny efekt będzie jednakowy. Aby móc zrozumieć budowę i funkcjonowanie naszego Wszechświata, który został „zrodzony” przez Uniwersum, koniecznie trzeba pamiętać o ustalonych właściwościach tego bytu - przestrzeń jest stała, stabilna, ma ściśle określoną wielkość, jest absolutnie sztywna, a każdy składający się na nią punkt leży dokładnie w jej centrum (w samym środku – jest identycznie otaczany przez przestrzeń z każdej strony).

Własności te wykluczają oczywiście prawdziwość podstawowych dogmatów dzisiejszej kosmologii czyli Wielkiego Wybuchu i rozrastania się przestrzeni. Warto przy tym zauważyć, że gdyby ucieczka galaktyk była prawdą, to w zakrzywionej przestrzeni im szybciej by się one od nas oddalały, to tym szybciej by się do nas zbliżały z drugiej strony. Przecież jeżeli udamy się prostoliniowo w jakimkolwiek kierunku (w/g przestrzeni trójwymiarowej) ze stałą prędkością, to za każdym razem po takim samym, skończonym czasie, wrócimy do punktu wyjścia. Droga, jaką przebędziemy jest linią geodezyjną wszechświata i jej wymiary można utożsamiać z jego całkowitą wielkością, określoną przez zakrzywienie przestrzeni.

Ciągle jeszcze obracam się wokół problemu kształtu Uniwersum, bo jest on niezwykle interesujący, ale równie ciekawe jest zagadnienie szczegółowej budowy przestrzeni. Nie chodzi mi tu o zagadnienia filozoficzne (pojęciem przestrzeni zajmowały się najwybitniejsze umysły ludzkości: Platon, Arystoteles, Kartezjusz, Leibniz, Kant, Husserl, Heidegger i inni), a wyłącznie o fizykę.

Powyżej użyłem wyrażenia „każdy punkt przestrzeni” co mogłoby sugerować, że przestrzeń składa się z punktów. Muszę tu wnieść istotne uwagi. Przekonanie, że każda figura składa się z punktów o wymiarze zerowym (i zawsze z nieskończonej ich ilości) jest podejściem typowo matematycznym, które też matematykę wpędza w jakieś ślepe zaułki nauki (patrz wpis „Bóg nie jest matematykiem”). To problem matematyki, jednak fizyka zajmuje się światem realnym i nie może pozwolić sobie na operowanie matematycznymi abstrakcjami.

Sto dwadzieścia lat temu Planck dokonał jednego z najważniejszych odkryć w historii nauki, gdy wykazał, że dla każdej wielkości fizycznej można określić charakterystyczna dla niej wartość, najmniejszą z możliwych, która jednak jest większa od zera. Dotyczy to także odległości i jest to długość Plancka, która wynosi 1,616229(38) x (10 do potęgi -35) metra - możliwa matematycznie jeszcze mniejsza długość przestaje mieć sens fizyczny. Należy z tego  faktu wyciągnąć właściwe wnioski. W praktyce bowiem oznacza to, że w otaczającym nas świecie długość każdego dowolnego istniejącego odcinka nie jest sumą nieskończonej ilości punktów (zer), ale sumą ściśle określonej ilości odcinków o długości Plancka. Po prostu punkt w fizyce ma długość Plancka, a nie zero i w związku z tym także przestrzeń nie składa z zerowych punktów, ale z najmniejszych możliwych brył o wymiarach określonych długością Plancka. Ponieważ może to prowadzić do poważnych nieporozumień, z uwagi na matematyczną definicję punktu, należy taką najmniejszą możliwą bryłę przestrzeni określać nie punktem, ale kwantem przestrzeni.

Cała przestrzeń (Uniwersum) składa się z jednakowych (izotropia) kwantów przestrzeni, co znaczy też, że ma charakter dyskretny (nie ma w sobie ciągłości, gdyż każda jej cząstka – kwant -  jest bytem odrębnym). Nie ma sensu zagłębiać się w topologiczne problemy tego zagadnienia i można tylko dodać, że fizyka kwantowa bierze pod uwagę takie rozwiązanie, ale wydaje się, że nie przywiązuje do niego dostatecznej wagi. Mam wrażenie, że przyczyniły się do tego teorie fizyczne, w których przestrzeń jest zagęszczana, albo rozciągana, uginana, płynna, elastyczna itp. Nie wiadomo skąd wzięło się to przekonanie o amorficzności przestrzeni i chyba trzeba brać tu pod uwagę jakieś banalne, czy wręcz prymitywne skojarzenia z atmosferą lub innymi ciałami gazowymi.

Prawda jest natomiast całkowicie odmienna. Przestrzeń jest zakrzywiona, ale absolutnie sztywna, o czym była już mowa. Ta jej cecha w połączeniu z faktem, iż jest zbudowana z jednakowych kwantów (jest izotropowa), pociąga za sobą kolejne ważne konsekwencje, gdyż fizyka zna całkiem dobrze takie konstrukcje.

Uniwersum ma strukturę krystaliczną, a inaczej mówiąc, przestrzeń jest sztywnym kryształem izotropowym, kryształem doskonałym. Pojedynczymi kryształami w jego strukturze są pojedyncze kwanty przestrzeni.

Do rozstrzygnięcia pozostaje określenie jaki mają one kształt, ale do wyboru pozostaje jedynie pięć wielościanów foremnych znanych matematyce. Platon, który w swych przemyśleniach dochodził do wniosków, że cała rzeczywistość, cały Kosmos, jest zbudowana z najprostszych, idealnych kształtów geometrycznych, dawał pierwszeństwo dodekaedrowi, bryle zbudowanej z dwunastu pięciokątów regularnych, ale trzeba dodać, że u Platona były to idee, a nie byty rzeczywiste. Można brać też pod uwagę inne, narzucające się rozwiązanie i przyjąć, że kwanty przestrzeni mają kształt sześcianów, które, jak się wydaje, jako jedyne takie bryły całkowicie (bez reszty) wypełniają przestrzeń.

Wszystko jednak wskazuje, że natura wybrała jak zwykle najprostsze wyjście i kwanty przestrzeni (kryształy) mają kształt czworościanu foremnego. Tę właśnie bryłę uczeń Platona, Arystoteles, uważał za podstawową w budowie kosmosu (przestrzeni). W którymś z poprzednich wpisów skorzystałem z koncepcji Filozofa przy rozważaniach, że czas jest tylko i wyłącznie wymiarem ruchu i bez niego nie istnieje. Późniejsi myśliciele wykazywali błędność tej koncepcji z uwagi na problemy z określeniem absolutnego układu odniesienia i wynikającą z tego względność, co jednak wskazuje tylko, że to oni nie zdołali odnaleźć tego układu odniesienia i określić jego specyficznych cech. Pomysł Arystotelesa, że czworościany foremne są „cegiełkami” w budowie wszechświata (sądził, że mogą idealnie wypełnić całą trójwymiarową przestrzeń) stosunkowo szybko obalili matematycy, wykazując, że w tak zabudowanej przestrzeni pozostaną niewielkie „szpary”. Należy zauważyć, że ten pozorny błąd jest do wykazania tylko zgodnie z regułami geometrii Euklidesa, czyli, upraszczając, w geometrii płaskiej. Jeżeli uwzględnimy odkrycia geometrii nieeuklidesowej, czyli geometrii figur zakrzywionych, oraz przypomnimy, że uniwersum jest właśnie przestrzenią zakrzywioną, to może się okazać, że Arystoteles znów miał rację. Niewielkie niedoskonałości wypełnienia przestrzeni trójwymiarowej czworościanami foremnymi mogą być w tej sytuacji nie przeszkodą, a wręcz koniecznym warunkiem dla zaistnienia zakrzywienia – w przestrzeniach zakrzywionych kąty trójkąta równobocznego nigdy nie sumują się do 180 stopni. Wobec powyższego właśnie czworościan regularny jest najbardziej przekonującym kształtem kryształu przestrzeni, zwłaszcza że bryła ta, mimo najprostszej budowy, daje najwięcej możliwości w dalszych działaniach natury. Bardziej zainteresowani problematyką geometrii nieeuklidesowej mogą przeanalizować ją w kontekście prac Gaussa i Riemanna odnośnie zakrzywienia figur n wymiarowych, ale nie jest to konieczne.

Dominującą, typową cechą każdej krystalicznej struktury jest tworzenie przez jej kryształy sztywnych łańcuchów, ciągów. W przeciwieństwie do pozostałych figur foremnych (które mają ściany parami równoległe) czworościany nie mogą tworzyć łańcuchów prostych, lecz zawsze są one częściowo „skręcone”. Dzięki temu mają bardzo ważną właściwość. Zawsze można nimi połączyć jednakowo odległe od siebie dowolne punkty w przestrzeni przy pomocy możliwie najkrótszych łańcuchów zbudowanych zawsze z jednakowej ilości kryształów. Przy zastosowaniu sześcianów nie będzie to możliwe. Trzeba jeszcze dodać, że z uwagi na zakrzywienie przestrzeni istnieją także maksymalnie długie (najdłuższe jak to tylko jest fizycznie możliwe) łańcuchy kwantów (pierścienie) i to one są nazywane geodezyjnymi przestrzeni.

Warto zauważyć, że na krystaliczność przestrzeni wskazuje przywołana wcześniej hipoteza Hartla Howkinga o braku brzegów wszechświata i wynikający z niej warunek izotropiczności – izotropia jest charakterystyczną cechą kryształów regularnych (doskonałych). Krystaliczna struktura przestrzeni powoduje, że nie można zakłócić jakiejkolwiek jej części, nawet najmniejszej, by nie zareagowała całość. Problematyką kryształu doskonałego i jego termodynamiką zajmowali się m. in. się Lord Kelvin oraz Walter Nernst. On właśnie określił wszystkie wymogi, jakie musi spełniać taka struktura, lecz traktował ją jako byt teoretyczny i świadomie pominął problem braku powierzchni takiej figury (istnienia bądź nie brzegu). Uniwersum spełnia wszystkie wymogi Nernsta, ale jest bytem rzeczywistym, a nie teoretycznym, w którym problem brzegu jest rozwiązany przez zakrzywienie.

Kształt Przestrzeni

Dotychczasowe rozważania fizyków na temat wszechświata (Friedman, Hawking i Hartl) uzupełnione o uwagi zamieszczone dotychczas na moim blogu (wykluczające Wielki Wybuch), pozwalają na stwierdzenie, że wszechświat w stanie pierwotnym, a więc bez materii, ruchu, czasu, grawitacji i pozostałych oddziaływań, był tylko i wyłącznie samą przestrzenią. Ta pierwotna przestrzeń to byt statyczny i stabilny oraz izotropowy (jednakowy w każdym miejscu), który dla odróżnienia od otaczającego nas wszechświata (z materią i całą resztą) proponuję nazwać "Uniwersum". Kształt i budowa Uniwersum zdeterminowały budowę i funkcjonowanie wszechświata, więc trzeba przede wszystkim ustalić właśnie te dwie jego cechy.

Najpierw zajmijmy się kształtem Uniwersum. Ważne jest, że wiąże się on z problemem brzegu przestrzeni, a dokładniej z pozornie logicznym wnioskiem, że nie może ona mieć brzegu. Właśnie to skłoniło Hawkinga do przyjęcia, że wszechświat nieustająco się rozszerza. Wydaje się, że nie zostało tu dostrzeżone dosyć proste rozwiązanie.  

Bez wątpienia najlepszym sposobem ustalenia kształtu Uniwersum byłoby spojrzenie na ten niezwykły byt z zewnątrz, ale ponieważ nie ma szans byśmy się wydostali poza przestrzeń, to taka możliwość jest wykluczona. Swoją drogą, odpowiedź na pytanie dlaczego materia nie może funkcjonować poza przestrzenią jest bardzo interesująca i będzie ważną wskazówką dla ustalenia czym jest sama materia – ale o tym później. Zastosowanie jakichkolwiek narzędzi badawczych, a wchodzi w grę jedynie analiza obrazu wszechświata uzyskanego przy wykorzystaniu różnych długości promieniowania elektromagnetycznego, nie przyniesie żadnych wskazówek co do jego kształtu (może nam coś powiedzieć o rozkładzie materii, ale dla samej przestrzeni uzyskana informacja będzie identyczna jak z analizy reliktowego promieniowania tła, czyli wynik z każdego kierunku będzie taki sam).

Natomiast możliwa jest w tym wypadku do zastosowania taka metoda badawcza jak analogia. W naukach ścisłych nie ma ona mocy dowodowej (inaczej jest w naukach humanistycznych), ale jest dopuszczalna jako wskazówka czy też naprowadzenie na właściwy trop. Ponieważ nie mamy innych metod to z konieczności analogia jest w tym przypadku najlepsza, bo jedyna. Zaproponowana tu przeze mnie metoda jest czymś więcej niż analogią, ale nie warto zagłębiać się w ten problem.

Przestrzeń jest figurą nieskończona i izotropową, ale która poradziła sobie z problemem brzegu, więc zastanówmy się nad dwoma podobnymi figurami i wyciągnijmy z nich wnioski.

Nieskończoną, izotropową figurą jednowymiarową jest linia prosta - nie możemy określić jej początku ani końca, żadnego brzegu. Spróbujmy natomiast ją zakrzywić wokół jakiegoś punktu leżącego poza nią (a więc w wyższym wymiarze, w wymiarze drugim). Otrzymujemy wówczas okrąg, który nadal jest figura jednowymiarową i nieskończoną (nie ma początku ani końca). Nie ma też brzegu, ale obecnie ten problem zostaje rozwiązany przez zakrzywienie i powtarzalność. Możemy zmierzyć długość okręgu (lecz miejsce początku pomiaru musimy przyjmować umownie), więc ma on określoną wielkość (jest ograniczony), ale nie ma żadnego brzegu, co znaczy, że nie można go opuścić  (przekroczyć brzegu). Jest to nieskończoność ograniczona -

"Ma granice Nieskończony". 

Ważną cechą okręgu jest to, że każdy ze składających się niego punktów leży dokładnie w jego środku, co znaczy, że jest otaczany dokładnie tak samo z obu stron – z jakiegokolwiek punktu na okręgu spojrzymy (pójdziemy) w lewo, czy w prawo, obraz (możliwa droga do przejścia) będzie dokładnie taki sam. Jednocześnie każdy jego punkt ma dokładnie jeden przeciwstawny sobie punkt, najdalej od siebie położony, który leży w połowie długości okręgu (najdalej, ale w połowie drogi).

Inną istotną cechą jest fakt, że każdy punkt okręgu jest nieruchomy wobec całości figury – próba przesunięcia jakiegokolwiek punktu „popycha” o taką samą odległość wszystkie inne punkty, więc ich relacje się nie zmienią – są wobec siebie nieruchome.

Ostatnia kwestią na którą proponuje zwrócić uwagę jest coś, co wynika z jednowymiarowości okręgu (tak jak i linii prostej), a więc z samej definicji tej figury. Właściwość tę najlepiej określić jako jej absolutną sztywność – nie można jej zdeformować w jakikolwiek sposób, gdyż przestanie być jednowymiarowa. Do rozstrzygnięcia pozostaje kwestia czy i w jaki sposób można np. powiększyć (rozciągnąć) dany okrąg. Wiąże to się z pytaniem, czy większy okrąg zawiera tyle samo punktów co mniejszy. Dokładnie chodzi o kwestię, czy powiększając okrąg „rozciągamy” proporcjonalnie każdy jego punkt, albo może dokładamy brakującą ilość punktów (skąd je bierzemy?). Zgodnie z regułami matematyki nie ma dobrej odpowiedzi na te pytania, gdyż „mała” nieskończoność i "duża” nieskończoność są i tak nieskończonościami, więc  matematyka musi postawić między nimi znak równości. Stając jednak na gruncie fizyki zdajemy sobie sprawę, że „coś tu nie gra”. Prawidłowa, logiczna ocena problemu jest prosta: danego okręgu nie można powiększyć, gdyż jakakolwiek zmiana jego długości powoduje, że mamy do czynienie już z innym okręgiem, a nie danym początkowo. Dlatego też uprawnione jest stwierdzenie, że dany okrąg nie jest ani rozciągliwy, ani kurczliwy, jest sztywny także w kwestii swojej długości.

Teraz przeanalizujmy drugi możliwy przykład. Nieskończoną izotropowa figurą dwuwymiarowa jest płaszczyzna – również nie ma początku ani końca, czyli nie ma brzegu. Jeżeli jednak zakrzywimy płaszczyznę wokół punktu leżącego w wymiarze o jeden wyższym (w trzecim wymiarze) to otrzymujemy powierzchnię kuli. Powierzchnia kuli jest figurą dwuwymiarową nieskończoną (bez początku i końca). Nie ma również brzegu, ale jak i przy okręgu, zakrzywienie rozwiązuje ten problem. Inne cechy są również analogiczne jak przy okręgu: - każdy punkt jest położony dokładnie w środku powierzchni kuli, - najdalszy punkt od innego punktu go znajduje się w połowie wielkości tej figury, - każdy punkt jest nieruchomy wobec całości (i vice versa), - cała figura jest absolutnie sztywna.

Okrąg i powierzchnia kuli są dla nas figurami oczywistymi, więc i powyższe wnioski są dosyć proste. Teraz jednak musimy się zająć problemem na kolejnym poziomie i tu nasza wyobraźnia nam nie pomoże, ale możemy zaufać logice.

Przestrzeń jest izotropową, nieskończoną figurą trójwymiarową. Aby był sensownie rozwiązany problem jej brzegu musi ona być również zakrzywiona w wymiarze o jeden wyższym, czyli w czwartym wymiarze. Proszę zauważyć, ze w żadnym wypadku nie może to być czas – całkowicie nie jak u Einsteina – gdyż w Uniwersum czasu nie ma. Czwarty wymiar (zakrzywiający) jest więc, jak i w poprzednich przykładach, wymiarem euklidesowym. Musi on leżeć poza przestrzenią, ale jednocześnie nie może on leżeć poza przestrzenią, więc jedynym wyjściem jest, że przestrzeń zakrzywia się sama wokół siebie. Wygląda to w ten sposób, że każdy punkt przestrzeni ma w najdalszej możliwej od siebie odległości (wynoszącej połowę wielkości Uniwersum) kulistą sferę punktów, z których każdy stanowi punkt wokół którego również się zakrzywia przestrzeń właściwa dla danego punktu. Można też powiedzieć, że każdy punkt przestrzeni ma własny, indywidualny wszechświat, który jest inny, chociaż jednakowy i tożsamy z wszechświatem każdego innego punktu. Jednocześnie każdy punkt przestrzeni leży dokładnie w jej środku (w centrum wszechświata) i nie może tego miejsca zmienić, a więc, co bardzo ważne, przestrzeń wobec każdego jej punktu jest całkowicie nieruchoma. Ostatnią i równie ważną cechą przestrzeni, analogiczną jak dla okręgu i powierzchni kuli jest jej sztywność – przestrzeń jest absolutnie sztywna.

Podsumowując: Uniwersum jest przestrzenią trójwymiarową, zakrzywioną w czwartym wymiarze. Jest przy tym stała, stabilna (nieruchoma), sztywna, posiada określoną wielkość, a każdy jej punkt leży dokładnie w jej centrum.

Dla porządku trzeba dodać, że Uniwersum nie tylko nie jest czasoprzestrzenią Einsteina, ale nie ma też nic wspólnego z czterowymiarowa przestrzenią Minkowskiego, ani też z wykorzystującą pięć wymiarów przestrzenią Kaluzy Kleina (nawet po usunięciu z niej wymiaru czasu). Po prostu nie jest to żadna figura czterowymiarowa (matematyka rozpatruje takie konstrukcje), a tylko trójwymiarowa, tyle że zakrzywiona w wyższym wymiarze (zakrzywiona sama wokół siebie). Jak już wyżej zaznaczyłem, nie możemy sobie jej wyobrazić, więc i każdy opis Uniwersum będzie niedoskonały, ale jego właściwości są logiczne i pozwolą zrozumieć funkcjonowanie wszechświata.