Dualna natura światła – wyjaśnienie problemu

Na początek warto zastanowić się, co się dzieje z jakimkolwiek światłem skierowanym w kosmos. Zgodnie z przekonaniami dzisiejszej fizyki powinno ono ze stałą prędkością przebiegać wszechświat, stopniowo rozchodząc się we wszystkich kierunkach. O ile nie trafi na materię, która je wchłonie, to wówczas, coraz bardziej rozproszone, będzie krążyło w próżni w nieskończoność. Nasuwa się pytanie, jak to wygląda, gdy dane światło rozproszy się już maksymalnie w całym wszechświecie, czy będzie nadal krążyło i wracało do punktu wyjścia nieustająco po "ścieżkach", które już przebyło, to znaczy, czy jest swoistym "perpetuam mobile"? Słowo nieskończoność jest dopuszczalne w matematyce, ale w fizyce kojarzy się natychmiast z podejrzanym określeniem "osobliwość".

Jednym z trochę zaskakujących problemów współczesnej fizyki jest dualna natura każdego promieniowania elektromagnetycznego, w tym też oczywiście światła. Zjawisko, czyli występowanie podwójnego, falowego oraz jednocześnie kwantowego charakteru tego promieniowania, jest właściwie całkiem dobrze zbadane i opisane wzorami. Kłopot polega na tym, że we wszelkich, nawet bardzo wyrafinowanych doświadczeniach, światło ma albo właściwości falowe, albo kwantowe i nigdy nie udaje się ich zarejestrować równocześnie. Nie stanowi to dla fizyki jakiegoś generalnego problemu, więc obecnie mało kto zaprząta sobie nim głowę – po prostu, tak jest i już.

Tym, którym jednak nierozwiązana zagadka natury powszechnie znanego światła nie daje spokoju, podsuwam jej rozwiązanie. Na gruncie Teorii Kwantowej Przestrzeni jest ono bardzo proste.

Najpierw powiedzmy, że zjawisko promieniowania jest realizowane na zasadzie prostego wyrównywania potencjałów energii w sąsiadujących kwantach przestrzeni – od większego potencjału do mniejszego.

Przemierzająca przestrzeń energia jest zjawiskiem wyłącznie falowym, ale środowisko w którym się porusza (przestrzeń) ma budowę kwantową. Więc energia, która przechodzi i wypełnia kolejne z nich – głównie na kierunku ich łańcuchów (budowa krystaliczna), ale też częściowo i stopniowo rozpraszając się na sąsiadujące kwanty – odtwarza kwantową budowę przestrzeni. Ponieważ nie mamy innego środowiska do badania światła niż przestrzeń, to zawsze będzie ono falowe (takie jest) i kwantowe (jak opakowanie w którym się znalazło).

Wszystkie kwanty przestrzeni są dokładnie jednakowej wielkości i budowy, oraz są jednakowo (krystalicznie) ułożone, więc energia zawsze w jednakowym tempie przechodzi z jednego do drugiego kwantu – to jest prędkość światła (i każdego innego promieniowania elektromagnetycznego). Przechodzenie fali elektromagnetycznej przez przestrzeń nie jest dla niej obojętne, gdyż w każdym kwancie przestrzeni zostawi ona pewną minimalną ilość swej energii i w efekcie jej długość będzie stale minimalnie rosła – do zauważenia dla nas jedynie na bardzo dużych odległościach (patrz mój wpis Wielki Niewypał). Jednocześnie energia każdego kwantu przestrzeni („energia punktu zerowego”) minimalnie wzrośnie. W efekcie światło wcale nie krąży w nieskończoność we wszechświecie (o czym na początku wpisu), a można rzec „rozpuszcza się” czy też rozprasza się w całej dostępnej przestrzeni. Mając do wypełnienia aż całe Uniwersum ślady każdego znanego nam promieniowania, niezależnie od jego natężenia, pozostawiane w pojedynczych kwantach są tak znikome, że dotychczas doświadczalnie nie do zarejestrowania.

I jeszcze jedna uwaga o promieniowaniu elektromagnetycznym. Wszyscy fizycy wiedzą, że w jego funkcjonowaniu największą przeszkodę stanowią elektrony. Elektrony odbijają, czy też rozpraszają fale elektromagnetyczne (zjawisko Comptona), ale nie wiadomo dlaczego. Zgodnie ze standardami dzisiejszej fizyki, czyli traktując elektron jako obiekt o ujemnej energii, a promieniowanie jako energie dodatnią, to przy zetknięciu powinny się one wzajemnie zlikwidować, czy też anihilować – natomiast w praktyce anihiluje elektron i materia (pozytonium). W Teorii Kwantowej Przestrzeni i ten problem ma proste rozwiązanie. Elektron, który jest miejscem pozbawionym przestrzeni, kwantem superpróżni, czyli „dziurą” w krystalicznej przestrzeni, w sposób oczywisty nie może uczestniczyć w procesie przekazywania energii dalszym jej kwantom, gdyż absolutnie nie absorbuje promieniowania. Jest jak przerwa w drucie, która uniemożliwia płynięcie prądu. Jednocześnie elektron otoczony jest innymi kwantami przestrzeni i „odbija”, przekierowuje na nie, strumień energii płynący z jednego kierunku. Problem jest bardziej złożony, bo energia dociera szerszym torem niż pojedyncze kwanty tworzące łańcuch, ale analizując kąty jej „odbicia” trzeba pamiętać, że elektron ma, tak jak one, kształt czworościanu foremnego i w tym kontekście rozpatrywać wspomniane zjawisko Comptona.