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.

Wielki Niewypał

Na wstępie chcę uzupełnić mój poprzedni post uwagą, iż jego tytuł „Jeszcze krótsza historia czasu” oczywiście nawiązuje do świetnej książki Stephena Hawkinga „Krótka historia czasu”. Jestem przekonany, ze każdy kto interesuje się współczesną fizyką i kosmologią doskonale zna tę pracę i zorientował się w mojej intencji, ale mimo to przepraszam za nie zamieszczenie tej informacji we właściwym miejscu.

Gdy Roger Penrose, należący do najwybitniejszych współczesnych fizyków teoretycznych, prezentował na jednym z wykładów swoją hipotezę kosmicznego cenzora, użył następującego stwierdzenia: "Przede wszystkim musimy zadbać o to, aby nasza hipoteza nie wykluczyła Wielkiego Wybuchu – w przeciwnym wypadku kosmolodzy znaleźliby się w trudnej sytuacji". Myślę, że uprzejmość sir Penrosa wobec kosmologów ma niestety negatywne skutki dla nauki. Już Arystoteles powiedział – "Przyjaciel Plato, lecz większą przyjaciółką prawda". Proszę przy tym zauważyć, że słowa Rogera Penrosa wskazują, że on sam jednak nie ma absolutnego przekonania co do słuszności teorii Big Bangu i woli odpowiedzialność za nią zrzucić na kosmologów. Dobry i taki cień wątpliwości, bowiem poza tym prawie cały świat fizyków jest przekonany, że ok. 13,7 mld lat temu nasz Wszechświat (przestrzeń, materia, energia, czas, oddziaływania) powstał z jednego punktu w niewiarygodnie potężnym procesie nazwanym właśnie Wielkim Wybuchem.

Obecnie wiele rozważań kosmologów koncentruje się wokół tego punktu, jego nieprawdopodobnej gęstości, temperatury i dziwnych praw fizyki czy natury jakie tam wystąpiły. Ogromny wysiłek został skierowany na ustalenie jak wszechświat wyglądał milisekundy po wybuchu, jaką miał wówczas wielkość, jak się organizowała materia i jak to wszystko się rozrastało. Napisano już prawie skończony scenariusz tego aktu, chociaż wszyscy wiedzą, że sam Wielki Wybuch jest „osobliwością” - zjawiskiem niewytłumaczalnym żadną dzisiejszą teorią naukową. Niezwykła, jak na racjonalne umysły, akceptacja tej „osobliwości” wynika z faktu, że w przekonaniu wielu naukowców mamy aż dwa bezpośrednie i mocne dowody potwierdzające słuszność teorii. Są to:

1. Odkryte w latach sześćdziesiątych XX w. istnienie mikrofalowego promieniowania tła, przenikającego równomiernie cała przestrzeń (traktowanego jako promieniowanie reliktowe po Wielkim Wybuchu).

2. Obserwowane i nawet obliczone zjawisko coraz szybszej ucieczki galaktyk, utożsamiane z rozszerzaniem się przestrzeni – ekstrapolacja tego zjawiska w przeszłość daje punkt i moment początkowy.

Oba zjawiska są obserwowalne przy zastosowaniu odpowiednich przyrządów, więc wydają się niepodważalne. Przyznam, że osobiście mam w tym miejscu nieodparte wrażenie, że podobnie obserwowalne i niepodważalne argumenty miał Ptolemeusz, gdy konstruował swoją teorię geocentryczną – wszystkie obserwacje wskazywały, że Słońce i reszta kosmosu obracają się wokół Ziemi.

We wpisie „Jeszcze krótsza historia czasu” wykazałem, że przestrzeń musiała poprzedzać ruch, a co za tym idzie i czas, więc nie mogły one powstać jednocześnie, w tym samym akcie tworzenia. Znaczy to, że teoria Wielkiego Wybuchu jest błędna. Skąd się więc wzięły wymienione wyżej dowody i czy na pewno są one dowodami?

Promieniowanie mikrofalowe tła jest faktem, ale trzeba sobie odpowiedzieć na pytanie, czy możliwe jest, że wywołało go inne zjawisko niż Wielki Wybuch? Tak, jest to możliwe. Promieniowanie dociera do nas równomiernie z każdego kierunku wszechświata, ale pojawiło się gdy przestrzeń już istniała. Zostało ono więc spowodowane zdarzeniem, które swym zasięgiem objęło dokładnie i równomiernie całą przestrzeń. Zdarzeniem tym nie był jednak żaden wybuch, a coś, co określiłbym raczej jako drgnięcie przestrzeni, lub jej wstrząs. Może nawet lepiej nazwać go Wielki Wstrząs, gdyż dotyczył absolutnie całej przestrzeni, chociaż jego skala prawdopodobnie nie przekraczała długości Plancka. To wówczas rozpoczął się jakikolwiek ruch, a co za tym idzie i czas, a wkrótce zaistniały także inne zjawiska tworzące nasz wszechświat. Do wyjaśnienia charakteru Wielkiego Wstrząsu wrócę, gdy zostaną omówione kształt, budowa i właściwości przestrzeni. Obecnie trzeba tylko stwierdzić, że promieniowanie reliktowe przestaje być dowodem na Wielki Wybuch, bowiem równie dobrze może być dowodem na Wielki Wstrząs - jest wskazaniem, że coś zaszło, ale wcale nie przesądza co.

Jeszcze bardziej znanym faktem mającym dowodzić Wielkiego Wybuchu jest zjawisko „ucieczki galaktyk”. Odkrył je Edwin Hubble prawie 90 lat temu na podstawie obserwacji przesunięcia ku czerwieni światła dalekich obiektów i przy wykorzystaniu tzw. efekt Dopplera - przesunięcie częstotliwości fal świetlnych „ku czerwieni” dowodzi, że źródła światła (odległe galaktyki, gromady galaktyk) oddalają się od obserwatora (od nas, od Ziemi). Na tej podstawie Hubble sformułował swe prawo o rozrastaniu się wszechświata. Podobne obserwacje zostały dokonane przez kolejne pokolenia uczonych, przy zastosowaniu coraz bardziej wyrafinowanych narzędzi, więc sprawa wydawała się przesądzona. Przekonania tego nie zmieniło uzyskanie danych, że to rozszerzanie się nie zwalnia (co wydawałoby się naturalne), ale przeciwnie, systematycznie rośnie, a dokładniej, że im bardziej są odległe galaktyki, tym ich oddalanie się od nas (ucieczka) jest coraz szybsze. Wszystkie kolejne próby tworzenia kosmologicznych hipotez jako pewnik przyjmują więc taką ekspansję wszechświata i dostosowują swe założenia i weryfikacje do tego faktu. Natomiast odwrócenie w czasie procesu rozrostu przestrzeni w prosty sposób potwierdza teorię Wielkiego Wybuchu.

W mojej ocenie problem, którego nie uwzględnili twórcy zaprezentowanej koncepcji rozrastania się wszechświata, jest jeden, ale zasadniczy. Do stwierdzenia zjawiska zostało wykorzystane badanie światła, a dokładniej badanie jego właściwości falowych (pomija się tu jego korpuskularność, ale to nie musi być błędem). Ważniejsze jest, że efekt Dopplera dla fali elektromagnetycznej (w tym i światła) można poprawnie zinterpretować tylko przy założeniu, że fala od źródła do obserwatora dociera bez jakiegokolwiek wpływu ośrodka (środowiska) przez który przechodzi. W założeniu kosmologów takim idealnym, nie wpływającym na falę ośrodkiem, jest kosmiczna próżnia i stąd ich wnioski. Ale właśnie tu tkwi błąd. Nie chodzi mi o postulowane przez niektóre teorie znajdywanie się we wszechświecie ogromnych ilości ciemnej materii lub ciemnej energii, gdyż są one tylko hipotetyczne (warto jednak, by zwolennicy ucieczki galaktyk pamiętali także o tych hipotezach). Ważniejsze dla mnie jest, że światło dociera do nas przemierzając przestrzeń. Co prawda nie ma w niej żadnej materii i może przez to być nazwana próżnią, ale to nie znaczy, że jest niczym, że jest całkowicie nieistotna, że nie ma wpływu na zachodzące w niej zjawiska. Dzisiejsza fizyka jeszcze nie zdaje sobie w pełni sprawy z istnienia wpływu próżni (przestrzeni) na odbywające się w niej procesy, ale na szczęście zaczęły się już prace badawcze nad problematyką określaną hasłem „energia punktu zerowego”. Nie nie ma tu miejsca na jej bardziej szczegółowe opisywanie, ale wynika z niej, że każdy punkt próżni (pustej przestrzeni), ma przypisana sobie jakąś minimalną energię. Trzeba sobie uzmysłowić niezwykłą wagę tej konstatacji. Otóż staje się oczywiste, że przechodzenie fali elektromagnetycznej przez przestrzeń nie jest obojętne ani dla fali, ani dla przestrzeni. Ślady pozostawione przez falę w przestrzeni (w każdym jej kwancie - zbliżamy się coraz bardziej do Teorii Kwantowej Przestrzeni)) są minimalne i na razie nie do zauważenia dla nas, ale wpływają one bardziej znacząco na samą falę elektromagnetyczną, a im dłuższa droga (przebyta przestrzeń) tym wpływ jest większy i objawia się on właśnie przesunięciem ku czerwieni.

Z faktu, że docierające do nas fale świetlne z odległych obiektów są bardziej przesunięte ku czerwieni niż z bliższych, nie wynika, że dalsze obiekty oddalają się od nas szybciej niż bliższe, ale tylko tyle, że są one dalej położone niż obiekty bliższe – i nic więcej. Określanie stopnia przesunięcia ku czerwieniu może więc służyć jako metoda mierzenia odległości do dalekich, świecących obiektów, ale i co ważne, do obliczenia wielkości wszechświa - do tego wrócimy po ustaleniu jego kształtu.

W tym miejscu należałoby jeszcze przynajmniej w skrócie omówić kilka teoretycznych koncepcji przestrzeni, które umożliwiają skonstruowanie modelu rozszerzającego się wszechświata (np. przestrzeń Fridmana, przestrzeń de Sittera), ale zawierają one nieustalony parametr - stałą kosmologiczna, przez co mają wartość tylko teoretyczną. Konieczność rozszerzania się wszechświata zawiera także koncepcja Hartla i Hawkinga, stwierdzająca izotropowość przestrzeni i brak jej brzegu, ale zapewniam, że i ten problem da się rozwiązać. Wrócę do tego zagadnienia, a na razie przytoczę jedynie korespondujący z tą zagadką cytat ze średniowiecznej kolędy - „ma granice Nieskończony”.

Inna słabość teorii rozszerzającej się przestrzeni - fakt, że obserwowalna przestrzeń rozszerza się tylko między galaktykami, ale nie w galaktykach (?!) – jest „łatana” dodatkowymi hipotezami tyle, że wobec wyjaśnienia skąd rzeczywiście bierze się zjawisko „przesunięcia ku czerwieni”, nie warto się nad nimi pastwić.

Jest jeszcze jedno istotne zagadnienie wymagające skomentowania w kontekście poruszanej tematyki. Zgodnie z obliczeniami naukowców nasz wszechświat nie może być statyczny, gdyż w takiej sytuacji grawitacja powinna już dawno doprowadzić do jego zapadnięcia się. Problem w tym, że nie można wygłaszać takich poglądów, nie wiedząc jaki jest kształt wszechświata i jak jest on zbudowany. A jeszcze tym bardziej nie wiedząc jaka jest istota grawitacji – znamy efekty działania grawitacji, ale skąd ona się wzięła, nie wiemy – to jest właśnie zagadka, o którą potyka się cała współczesna fizyka. Jest ona do rozwiązania, ale również dopiero po rozszyfrowaniu budowy przestrzeni oraz budowy materii i wówczas może okazać się zaskakująco prosta.

Na koniec powiedzmy sobie tylko wyraźnie, że koncepcja Wielkiego Wybuchu jest teorią błędną. Nie tylko akceptuje  „osobliwość”, ale co gorsza podsuwa pozornie atrakcyjne (tyle, że fałszywe) rozwiązania niektórych zagadek powstania i funkcjonowania wszechświata. Skierowała przez to wysiłek tysięcy uczonych na beznadziejne próby jej rozwikłania i zapędziła znaczną część fizyki teoretycznej w ślepy zaułek. Okazała się po prostu Wielkim Niewypałem.

Jeszcze krótsza historia czasu

Jednym z najmodniejszych obecnie tematów w świecie fizyki teoretycznej są rozważania nad czasem, a dokładniej próby zepchnięcia go z piedestału jednego z najważniejszych zjawisk determinujących istnienie naszego wszechświata. Stwierdzenia: „czas jest iluzją” (Julian Barbour), „czas jest tylko ubocznym skutkiem splatania kwantowego”, albo „czas jest złudzeniem naszej świadomości” (Michał Heller), i im podobne, aż do radykalnego „czas nie istnieje”, można spotkać w dziesiątkach naukowych periodyków z ostatnich lat. W rozważaniach na ten temat przeplatają się argumenty fizyczne z filozoficznymi, ale praktycznego ich zastosowania nie widać.

Temat fizycznego nie istnienia czasu nie jest nowy, gdyż ponad czterdzieści lat temu Wheeler i De Witt spróbowali pogodzić ogólną teorię względności z mechaniką kwantowa i stworzyli swe znane (i dosyć skomplikowane matematycznie) równanie. Wynikało z niego m. in., że czas jest niepotrzebny oraz, że w związku z tym wszechświat jest statyczny. Było to zbyt szokujące i niezgodne zarówno z teorią Einsteina jak i obserwacjami (Hubble), więc równanie znalazło się na marginesie fizyki. Oczywiście wciąż nie dawało ono niektórym naukowcom spokoju, czego efektem m. in. dzisiejsza moda na podważanie czasu.

Ponieważ zaznaczyłem poprzednio, że rzeczywiste rozwiązanie problemów istnienia i funkcjonowania wszechświata wymaga nowego do nich podejścia, przedstawię tu pewne spostrzeżenia na temat czasu (i nie tylko) wynikające jednak z najbardziej podstawowych i doskonale znanych wszystkim reguł. Mam bowiem wrażenie, że właśnie o podstawowych wzorach zapomniano pogrążając się w świecie wyższej, najwyższej i jeszcze wyższej matematyki.

A czy na pewno wyciągnęliśmy wszystkie wnioski z tego co nam mówi najprostszy wzór w którym występuje czas?

prędkość = droga : czas

z czego też wynika że: droga = czas x prędkość, a czas = droga : prędkość.

Wzór jest banalnie prosty i znany każdemu. Proszę jednak podstawić jako wartość drogi 0 (zero). Wówczas oczywiście prędkość też będzie miała wartość 0 (zero), jako że gdy nie ma przebytej drogi to i nie ma prędkości. Jaka jest przy tych warunkach wartość czasu? Okazuje się, że czas jest wówczas dowolny, może mieć każdą wartość, (na przykład może być nieskończenie duży, albo nieskończenie mały) – po prostu nie ma żadnego znaczenia. To pójdźmy dalej i sprawdźmy co się dzieje z czasem, gdy prędkość jest zerowa (nie ma ruchu), ale droga ma jakąś wartość (dowolną, ale większą od zera). Oczywiście zaraz rozlegnie się okrzyk, że chcę dzielić przez zero, a to jest w matematyce zakazane – symbol nieoznaczony. Matematyka jako idea może się ratować i symbolami nieoznaczonymi, ale problem powstał na gruncie fizyki, a Pan Bóg nie jest matematykiem. Nie jest czymś szczególnym sytuacja, gdy prędkość jest zerowa, ale droga istnieje i całkowicie uprawnione jest pytanie: co wówczas dzieje się z czasem? Odpowiedź jest analogiczna jak przy drodze zerowej, a więc że czas także w tej sytuacji (droga >0) jest dowolny, a więc do niczego nieprzydatny. Jeżeli jest niepotrzebny, to czy on wówczas w ogóle istnieje? Zastosujmy zasadę Brzytwy Ockhama (w uproszczeniu – usuwamy wszystko co jest zbędne) i okaże się, że czasu może nie być, a pojawia się on tylko w specyficznej sytuacji, gdy występuje prędkość większa od zera, a więc gdy zachodzi jakikolwiek ruch. Inaczej mówiąc: brak jakiegokolwiek ruchu (prędkości) sprawia, że czas nie istnieje.

Konkluzja: bez ruchu nie ma czasu, a to znaczy, że czas jest tylko i wyłącznie jednym z wymiarów ruchu.

Chciałbym w tym miejscu podsunąć pewien przykład. Nie będzie on oczywiście żadnym argumentem dla fizyków, ale może zastanowi zwykłych czytelników, (a do nich się przede wszystkim zwracam) i może niektórych filozofów. Otóż wszyscy spotkaliśmy się z sytuacjami kiedy człowiek umiera i przestaje się ruszać (całkowicie). Wówczas dopisujemy mu drugą datę, czyli zamykamy go w pewnej klamrze czasowej – od chwili urodzin, do chwili śmierci. Posiadanie daty zgonu jest dowodem, że czas człowieka się skończył. Nie ma ruchu, to i nie ma czasu!

Teraz trzeba jeszcze chwilę poświęcić zjawisku ruchu. Ruch wymaga istnienia minimum dwóch różnych punktów między którymi on zachodzi, oraz odrębnego układu odniesienia pozwalającego go stwierdzić. Najkrócej mówiąc, aby zaistniał ruch i by można było określić jego wymiary, potrzebna jest przestrzeń. Oczywiście, ponieważ układy odniesienia mogą znajdować się w różnych miejscach, to ruch i czas mają charakter względny, jednak nie ich względność jest  tu teraz istotna.

Proszę zauważyć, że warunkiem ruchu jest istnienie przestrzeni (ale nie odwrotnie) i znaczy to, że przestrzeń musiała istnieć jeszcze przed pojawieniem się ruchu (i czasu). Oczywiście nasz język nie dysponuje właściwymi określeniami na opisanie tego stanu, gdyż każdy nasz zwrot próbujący określić czas i następstwa zdarzeń nieodmiennie odnosi się do jego trwania i staje się tautologią (dylemat św. Augustyna – „wiem czym jest czas, dopóki ktoś mnie o to nie spyta”). Mam jednak wrażenie, że uświadomienie sobie opisanej powyżej problematyki czasu nie jest zbyt trudne.

Więc przestrzeń w swym stanie pierwotnym (bez ruchu, a co za tym idzie i bez czasu) jest statyczna, nigdzie się nie rozszerza, nie kurczy, nie pulsuje, nie rozciąga, nie faluje, nie marszczy się, ani nie przyrasta – jest nieruchoma. Do problemu statyczności przestrzeni (wszechświata) zarówno przed jak i po pojawieniu się w niej ruchu wrócę w dalszych wpisach, ale teraz jeszcze kilka uwag.

Analiza prostego wzoru na prędkość prowadzi do analogicznych wniosków jak równanie Wheelera-DeWitta: przestrzeń (wszechświat) nie potrzebuje czasu i jest statyczna.

Istnienie przestrzeni bez czasu stawia w niezwykle trudnym położeniu einsteinowską koncepcję czasoprzestrzeni, a w zasadzie ją wyklucza.

Wielki Wybuch (który jest klasyczną „osobliwością”– patrz wpis na temat osobliwości) zakłada jednoczesne powstanie przestrzeni, czasu, energii, materii i oddziaływań. Jeżeli jednak okazuje się, że przestrzeń musiała być wcześniej niż inne elementy wszechświata, to cała koncepcja Big Bangu się „sypie” - oczywiście ten temat będzie jeszcze analizowany.

Koncepcję, że czas jest wyłącznie wymiarem ruchu prezentował już Arystoteles, jeden z największych filozofów starożytności, ale sadził przy tym, że istnieje jakiś uniwersalny układ odniesienia dla tych zjawisk. Później Galileusz i kolejni uczeni udowodnili względność ruchu (brak stałego układu odniesienia), więc wydawało się, że koncepcja Filozofa jest pogrzebana. W XX wieku naukowcy wykazali, że także czas jest względny, ale oczywiście nikt już do pomysłu Stagiryty odnośnie ruchu i czasu nie wracał. Wygląda jednak, że właśnie Arystoteles miał rację, pod warunkiem, że prawidłowo zdefiniujemy i opiszemy ten absolutny układ odniesienia i jego specyficzne cechy, które wcale nie będą przeczyły względności. W ten sposób stopniowo zbliżamy się do podstaw Teorii Kwantowej Przestrzeni.

Szybciej niż światło

W poprzednim wpisie zasugerowałem, że współcześni fizycy bez skrupułów tolerują funkcjonowanie „osobliwości” w akceptowanych przez siebie teoriach (model standardowy, ogólna teoria względności i inne). Przesadziłem i powinienem przeprosić, gdyż oczywiście wiele najwybitniejszych umysłów fizycznych generalnie zdaje sobie sprawę z podejrzanej roli „stanów osobliwych” w uznawanych koncepcjach funkcjonowania wszechświata i uparcie próbuje je rozwiązać, czy też rozszyfrować. Problem w tym, że stosowanie przez nich najbardziej wyrafinowanych technik matematycznych (umieszczanie „osobliwości” na granicach zbiorów czasoprzestrzennych, koncepcja przestrzeni ustrukturalizowanych, stosowanie geometrii nieprzemiennej, itp.) prowadzi do konieczności wypracowywania jeszcze bardziej złożonych i skomplikowanych technik analizy matematycznej i w efekcie zmierzamy tą droga do absurdu. Po prostu tam zawsze pojawiają się wartości zmierzające do nieskończoności, a z tym, jak wskazałem we wpisie „Bóg nie jest matematykiem”, matematyka sobie nie radzi. Czarów czy też cudów (stanów osobliwych) nie da się wyjaśnić, gdyż są one zaprzeczeniem założeń wyjściowych teorii w których się pojawiają.

Jedną z najbardziej znanych osobliwości w fizyce jest obszar zakreślony promieniem Schwarzschilda, (jego powierzchnia nazywana jest "horyzontem zdarzeń"), a który położony jest w centrum każdego obiektu posiadającego masę (np. dla naszego słońca promień ten powinien mieć około 3 km). Bez wnikania w szczegóły trzeba powiedzieć, że jest on efektem matematycznego rozwiązania przez Karla Schwarzschilda równania pola ogólnej teorii względności Einsteina (pola grawitacyjnego). Problem jest w tym, że w niewątpliwie poprawnym rozwiązaniu  - z podziwem przyjętym przez samego Einsteina - pojawił się "stan osobliwy". Teoria względności była zbyt piękna i intelektualnie inspirująca, więc mimo tego "stanu" została i tak zaakceptowana przez świat fizyki, łącznie ze swoją osobliwością. Prawda natomiast jest taka,  że Schwarzschild nie rozwiązał teorii Einsteina, a ją po prostu obalił.

Istnieją obserwowalne zjawiska jak soczewkowanie grawitacyjne, lub wpływ grawitacji na upływ czasu, które zdają się potwierdzać słuszność teorii Alberta Eisteina, gdyż były przez nią przewidziane - właśnie dlatego cieszyła i cieszy się ona tak wielką sławą. Tyle, że zjawisko soczewkowania okazuje się bardzo trudne do precyzyjnego obliczenia i przez to do pogodzenia z tą teorią, - występują tu istotne statystycznie rozbieżności (tłumaczone skomplikowaną budową wszechświata, wpływem ciemnej materii lub podobnymi przyczynami). Zdaje się jednak, że nikt obecnie nie zadaje sobie pytania, czy to na pewno grawitacja odchyla promienie światła? A może występują inne przyczyny tego zjawiska, tyle że nikt ich nie szuka, bo Einstein już przecież udzielił odpowiedzi? Podobne problemy dotyczą wpływu grawitacji na czas, ale rozwijanie ich zajęłoby tu zbyt wiele miejsca, więc tylko zadajmy pytanie: czy na pewno wiemy co to jest czas, a co za tym idzie czym jest czasoprzestrzeń, podstawowe pojęcie w teorii Einsteina. Do tego problemu wrócę w dalszych wpisach.

Trzeba tu koniecznie powiedzieć, że niezwykłym i niepodważalnym osiągnięciem Alberta Einsteina jest to, że jego teoria względności stała się niesamowicie zapładniającym zaczynem dla całej XX wiecznej nauki, a nawet współczesnej kultury i sztuki. Tego nikt mu nie odbierze. Legła ona także u podstaw kolejnych współczesnych teorii fizycznych, ale nie znaczy to, że należy ją przyjąć jako poprawną tylko „za zasługi” dla rozwoju myśli ludzkiej. Z resztą sam Einstein zdawał sobie z tego sprawę i jako uczciwy uczony do końca życia starał znaleźć rzetelne rozwiązanie problemów grawitacji na gruncie swej teorii, ale oczywiście bezskutecznie.

Aby tematu nie rozwlekać, trzeba wyraźnie stwierdzić, że jedynym rozwiązaniem jest skonstruowanie modelu wszechświata, w którym nie tylko nie ma potrzeby stosowania osobliwości, ale nawet na żadne stany osobliwe nie będzie w nim miejsca. Oznacza to po prostu konieczność odrzucenia dzisiaj obowiązujących koncepcji i wypracowania nowych.

W dalszym ciągu zaproponuję pewne rozwiązania, które spełniają powyższy warunek, a które nazwałem Teorią Kwantowej Przestrzeni, ale aby teraz nie wyglądało, że tylko ograniczam się do krytyki innych, chciałbym przeprowadzić pewien bardzo prosty eksperyment myślowy. Takimi eksperymentami posługiwali się inni, w tym Einstein, i są one w nauce całkowicie uprawnione.

Względność czasu wynika ze szczególnej teorii Einsteina, w której największa możliwą prędkością występującą w naturze jest prędkość światła (ok. 300 000 km/sek.) i nic jej nie może przekroczyć (bo nam się czas zacznie cofać). Średnia odległość z Ziemi do Księżyca wnosi ok 385 000 km i światło potrzebuje na jej pokonanie ok. 1,3 sekundy. Teraz wyobraźmy sobie, że trzymamy w jednym ręku latarkę, a w drugim ręku koniec sztywnego, prostego (i wystarczająco lekkiego) pręta długości 385 000 km, którego drugi koniec dotyka powierzchni Księżyca. W tym samym momencie zapalamy latarkę i popychamy w górę pręt. Otóż gdy światło latarki dotrze do powierzchni Księżyca to oświetli m. in. obłok kurzu, jaki już od ponad sekundy będzie się unosił nad jego powierzchnią, a który wywołaliśmy my sami „szturchając” Księżyc. W ten prosty sposób okazaliśmy się szybsi od światła, (co zgodnie z teorią Einsteina jest niemożliwe), a dokładniej wywołaliśmy reakcję w dużej odległości wcale nie potrzebując czasu, ani prędkości, bowiem działanie i reakcja były jednoczesne, natychmiastowe. W zasadzie identyczne wnioski mógłby szanowny czytelnik wyciągnąć, jeżeli popchnąłby do przodu koniec leżącego niewątpliwie przed nim na biurku ołówka. Jego drugi koniec również wykonałby pracę szybciej niż światło przebyłoby długość ołówka, ale używam do eksperymentu Księżyca, bo na nim widać to wyraźniej.

Konsekwencje powyższego eksperymentu są znacznie bardziej poważne, niż może się wydawać, ale o tym w dalszych wpisach. 

Osobliwości – wielkie oszustwo fizyków

Współczesna fizyka teoretyczna i nieodłączna z nią kosmologia, jawią się przeciętnemu człowiekowi jako wielka i skomplikowana budowla, wyrafinowana świątynia wiedzy, w której swobodnie poruszają się wyłącznie jej najbardziej wtajemniczeni kapłani, czyli profesjonalni naukowcy. Świat hiperprzestrzeni, leptonów, bozonów, czarnych dziur, tuneli czasoprzestrzennych, ciemnej energii i wielu tym podobnych zjawisk, wydaje się całkowicie nieprzenikniony i przytłaczający swą rozległości zwykłych ludzi. Obraz taki jest spowodowany nie tylko pokorą milionów laików, świadomych swej bezradności wobec tej problematyki, ale także zauważalną postawą części uczonych twierdzących, że rządząca współczesną nauką teoria kwantowa wymyka się intuicyjnemu rozumieniu, i jej rozwiązania są dostępne jedynie na poziomie albo bardzo skomplikowanych wzorów matematycznych, albo równie skomplikowanych eksperymentów typu Wielki Zderzacz Hadronów.

Wynikałoby z tego, że nasza logika jest bezradna wobec ekspansji wszechświata, problematyki budowy materii, czasoprzestrzeni, itp., a próba zrozumienia przez przeciętnego człowieka teorii i procesów mechaniki kwantowej jest beznadziejna. To może być prawdziwy osąd, ale wówczas staje się dosyć dziwne, dlaczego ta współczesna nauka, poruszająca się na nieprawdopodobnych wyżynach teorii fizycznych i ich matematycznych rozwiązań, również nie może przeskoczyć pewnych progów i granic, a czasami jak się wydaje, beznadziejnie wali głową w mur paradoksów i osobliwości.

Zauważalne, odrobinę lekceważące traktowanie tzw. "zdrowego rozsądku", zaczęło mi nie dawać spokoju. Głównie dlatego, że nie wierzę w nic oprócz logiki i wydaje mi się, że przy rozpatrywaniu przeróżnych problemów ontologicznych naszego wszechświata, gdy nauka rozkłada bezradnie ręce, a zaczyna je z satysfakcją zacierać religia, właśnie logika powinna podsunąć jakieś sensowne rozwiązania.

Tak jak wielu naukowców jestem przekonany, że usilnie poszukiwana już od dziesiątków lat przez najświetniejsze instytuty badawcze na całym świecie "teoria wszystkiego", czyli rozwiązanie jednoczące i wyjaśniające podstawowe zjawiska fizyczne (słabe i silne oddziaływania jądrowe, elektromagnetyzm i grawitację), wbrew pozorom nie powinno mieć jeszcze bardziej złożonej formuły, a przeciwnie, musi być stosunkowo proste. Wskazuje na to tzw. reguła ekonomiki natury, która obowiązuje obecnie i musiała obowiązywać w fazie początkowej naszego wszechświata. Przecież jest bardzo mało prawdopodobne, by jego stworzenie (przez Boga – w wersji dla wierzących, lub przez naturę – w wersji dla ateistów) wymagało stosowania, proponowanych dzisiaj przez niektórych naukowców, wielostronicowych wzorów matematycznych opisujących współzależność 10 lub nawet 26 wymiarów. Musi istnieć jakaś bardziej przyjazna ludzkiemu umysłowi idea, jakiś paradygmat, który zbliży nas do uparcie wymykającej się prawdy.

W zasadzie wszyscy uczeni zdają sobie z tego sprawę i nie ustają w próbach znalezienia uniwersalnego klucza, ale "teoria wszystkiego" uparcie nie daje się skonstruować. Można nawet ocenić, że katalog problemów wciąż istniejących, mimo szokujących postępów nauki, wcale się nie kurczy, a wręcz rozrasta. Co gorsze, nadal nie potrafimy odpowiedzieć na wiele pytań absolutnie podstawowych. Przykładowo takich:

- Jak jest zbudowana materia, dlaczego nie widać końca kolekcji odkrytych i nadal odnajdywanych setek rodzajów cząsteczek, zwanych elementarnymi, składających się na nią? Czy jest możliwe by stworzenie wszechświata wymagało zastosowania tak niewiarygodnie złożonego zestawu materiałów?

- Dlaczego materia ma masę?

- Dlaczego istnieje coś takiego jak grawitacja - jej mechanizm opisano, ale jaka jest jej istota - co powoduje, że materie przyciągają się (nad głośnym bozonem Higgsa zapada coraz większa cisza)?

- Jeżeli w czasie Wielkiego Wybuchu nie działały znane nam prawa fizyki, to musiały działać jakieś inne prawa – jakie?

- Dlaczego światło ma nie dającą się pogodzić ze sobą dualną, kwantową i falową strukturę?

- Co powoduje, że w kosmosie zdarzają się niewiarygodnie silne rozbłyski promieniowania gamma, obejmujące swym aktywnym zasięgiem obszary wielkości całych galaktyk?

- Jaka siła powoduje, że w świecie kwarków istnieją oddziaływania silne, gdy wiadomo, że nie jest nią grawitacja?

- Dlaczego w zjawisku pozytonium (anihilacja elektronu i pozytonu) czasami otrzymujemy dwa kwanty gamma (fotony), a innym razem trzy ?

- Czy był sens w powstaniu wszechświata, jeżeli rozrost przestrzeni, potwierdzony ucieczką galaktyk, sugeruje, że za setki, czy miliony miliardów lat ma on się rozpłynąć w niewiarygodnie rzadką kosmiczną zupkę? Jest to pytanie raczej do filozofii, ale fizyka także musi mieć tu coś do powiedzenia.

- Kolejnym niezwykłym problemem współczesnych fizyków jest stwierdzany przez nich doświadczalnie fakt, iż prawa mechaniki klasycznej nie zgadzają się z dzisiaj formułowanymi teoriami funkcjonowania świata molekularnego. Jest to przedziwny stan wiedzy, gdyż albo trzeba odrzucić mechanikę klasyczną, albo dogłębnie zweryfikować dzisiejsze podejście do mikrocząstek. Tego jednak się nie robi i brnie się w jakieś beznadziejne poszukiwanie trzeciej drogi lub znalezienie granicy dzielącej oba światy.

To tylko kilka ze znacznie większego zestawu nierozwiązanych problemów, ale na wyróżnienie zasługuje jeszcze jedno zagadnienie. Współczesne teorie fizyczne, w tym dosyć powszechnie uznawany za najlepszy „model standardowy”, bez skrępowania używają pojęcia „osobliwość” na stany fizyczne niemożliwe do zinterpretowania zgodnie z tą właśnie teorią. Dotyczy to sytuacji m. in. gdy wynikające z tej teorii wartości przyspieszenia grawitacyjnego albo gęstość materii zmierzają do nieskończoności, a wówczas znane nam prawa fizyki stają się bezużyteczne. Określenie „osobliwość” jest używane zwłaszcza przy opisywaniu Wielkiego Wybuchu oraz wnętrza czarnych dziur („ horyzont zdarzeń”), albo do stanu tuż po Big Bangu, gdy gwałtowny rozrost przestrzeni nazywany jest jej „inflacją”, co jest tak samo niczego nie wyjaśniającym pojęciem jak „osobliwość”.

W mojej ocenie nazwa "osobliwość" używana by zdefiniować niemożliwe do zaistnienia warunki i prawa fizyki jest tylko próbą pozornie naukowego określenia sytuacji, do której normalnie stosuje się wyrażenia czary lub cuda. Muszę powiedzieć, że nie wierzę w żadne czary ani cuda, nawet w momencie Wielkiego Wybuchu. Kieruję się tu krytycyzmem jaki wyraził Stephen Hawking słowami "Jeżeli prawa fizyki mogą załamać się w osobliwościach, to mogą załamać się wszędzie i w każdej chwili. Jeżeli chcemy mieć naukową teorię, to prawa fizyki muszą obowiązywać wszędzie, w tym również w chwili powstawania wszechświata." - wykład 5 z książki "Natura czasu i przestrzeni" Poznań 1996.

Konkluzja jest prosta. Czytelniku, jeżeli czytając o założeniach czy też rozwiązaniach jakiejkolwiek teorii fizycznej znajdziesz tam zwrot: „a w tym obszarze występuje osobliwość” to wiedz, że ta teoria powinna znaleźć się na śmietniku tysięcy już niezwykle atrakcyjnych, ale błędnych koncepcji, gdyż jest nic nie warta, niezależnie jak wielkie autorytety za nią stoją.