Dlaczego elektrony nie spadają na jądra atomowe?

We wpisie Powstanie materii oraz elektronów wyjaśniłem jak pojawiły się we wszechświecie, w trakcie Wielkiego Wstrząsu, podstawowe „cegiełki” materii (kwarki, pozytony) o kształcie czworościanu foremnego. Te cząstki materii zostały stworzone z dwóch, trzech lub więcej kwantów przestrzeni, wtłoczonych do obszaru jednego takiego kwantu. Jednocześnie powstały elektrony, antyteza kwantów materii, miejsca w krystalicznej strukturze przestrzeni absolutnie puste, bo pozbawione nawet przestrzeni, ale również zachowujące kształt czworościanu foremnego..

Teraz trzeba dodać, że wielkie, na kosmiczną skalę, "rodzenie się" materii miało miejsce tylko podczas Wielkiego Wstrząsu, ale proces powstawania kwantów materii, jak i ich rozpad, („znikanie” po zetknięciu się z elektronem), zachodził także później i trwa obecnie. Naukowcy w wielu eksperymentach, w których stosuje się możliwie doskonałą próżnię stwierdzają niespodziewane pojawianie się tam cząstek materii, jak i ich niknięcie bez śladu. Uważa się, że odpowiedzialne są za to fluktuacje kwantowe i bierze się nawet pod uwagę możliwość, że chwilowo przestaje tam działać zasada zachowania energii (?!). Brak jest przekonujących wyjaśnień tego zjawiska i Richard Feynman, jeden z „wielkich” fizyki XX wieku, przyjął rozpaczliwą koncepcję, że cząstki materii mają zdolność przemieszczania się w czasie.

Zaproponowana przeze mnie Teoria Kwantowej Przestrzeni pozwala rozwiązać ten problem bez zawieszania praw fizyki i korzystania z wehikułu czasu, gdyż nawet uzyskanie doskonałej próżni na jakimś obszarze nie pozbawia go przestrzeni, która właśnie ma zdolność "rodzenia" materii. Zjawiska fizyczne, które zdołają naruszyć krystaliczną strukturę przestrzeni nawet w bardzo odległych galaktykach, czy w czarnych dziurach, dzięki zjawisku splątania cząstek mogą powodować pojawianie się cząstek materii w dowolnym punkcie wszechświata, z tym, że gdy w jednym miejscu pojawi się kwant materii, to jednocześnie w innym pojawi się elektron. Tak powstała pojedyncza cząstka materii ma z reguły bardzo krótki czas istnienia (życia), bowiem błyskawicznie zostanie zlokalizowana (oddziaływanie elektromagnetyczne) przez najbliżej znajdujący się elektron, który dotrze do niej i oba obiekty ulegną anihilacji, pozostawiając po sobie tylko przestrzeń.

Wobec powyższego jednym z bardzo interesujących problemów współczesnej fizyki jest dylemat, dlaczego elektrony nie doprowadziły jeszcze do anihilacji całej istniejącej materii. Można to wyrazić też pytaniem: dlaczego elektrony nie spadają na jądra atomów, mimo że oddziaływania elektromagnetyczne cały czas przyciągają te obiekty. Problem jest poważny i mechanika kwantowa próbuje tworzyć skomplikowane modele matematyczne wykorzystujące m. in. pojęcie stanu podstawowego układu. Warto zauważyć, że z równań tych wynika, iż elektron nie może być klasyczną cząstką fizyczną! – to akurat jest słuszny wniosek. Nawet jeżeli stosowane wyliczenia, oparte na równaniach Schrodingera, są poprawne, to i tak z trudem można je zastosować tylko do układu jednego protonu i elektronu (układy izolowane), a przecież wszechświat nie jest zbudowany wyłącznie z wodoru, który zresztą w swym jądrze i tak ma jeszcze neutron.

Ten właśnie fakt, że jądra atomowe są zbudowane zawsze z większej niż jeden liczby nukleonów (protonów i neutronów – pomińmy na razie problem ich wewnętrznej, kwarkowej budowy), jest podstawowym dla ich istnienia. Jakakolwiek pojedyncza samotna cząstka materii nie ma szans na dłuższe istnienie. Natomiast zespół co najmniej dwóch takich cząstek (połączonych silnym wiązaniem – istotę tego wyjaśniłem w jednym z poprzednich wpisów) uzyskuje pewną właściwość, która stanowi zabezpieczenie przed atakującymi je elektronami. Trzeba tylko pamiętać o krystalicznej budowie przestrzeni, i że wszelki ruch cząstek materii oraz elektronów odbywa się zawsze po łańcuchach kwantów przestrzeni.

Trwałe, powodowane podciśnieniem superpróżni dążenie elektronu do materii (elektromagnetyzm), przy zbliżeniu się do zestawu cząstek tworzących jądro atomu, napotyka pewną przeszkodę. Kwanty przestrzeni wokół jądra atomu w pewnej odległości tworzą sferę zbliżoną do kulistej, mającą specyficzną cechę: z każdego jej miejsca można poprowadzić jednakowo długie, lecz różne kierunkiem łańcuchy kwantów przestrzeni łączących je z co najmniej dwoma różnymi cząstkami materii. Inaczej mówiąc w każdym punkcie tej sfery rozpoczynają się co najmniej dwie równe długością, lecz różne kierunkiem, drogi dotarcia do materii. Elektron zmierzający do materii, po dotarciu do tej strefy, nie może wybrać dalszej drogi, gdyż wciąż spotyka dwie, lub nawet trzy, absolutnie równorzędne możliwości - krąży więc nieustająco w tej strefie próbując znaleźć najlepszą (najkrótszą) drogę, zaś elektromagnetyzm nie wypuszcza go z tak funkcjonującej pułapki. Większe jądra, złożone z większej ilości cząstek materii, wytwarzają wiele takich sfer (powłok elektronowych) w różnych odległościach od siebie.

Warto zauważyć tu jeszcze jeden problem: dlaczego jądra atomowe wiążą ze sobą ściśle tylko określoną liczbę elektronów, a nie „przyciągają” większej ich ilości​​ (przecież np. magnes przyciąga każdą ilość opiłków żelaza, a nie tylko trochę)?. Otóż elektrony okrążające z wszystkich stron jądro atomu są równocześnie swoistymi strażnikami tego atomu przed innymi, „nadliczbowymi” elektronami. Nieustająco „zakłócają” one wektory ściskające materię i nadające jej masę, co dla innych elektronów jest sygnałem, że nie ma sensu zmierzać do danej cząstki, bo jest ona już „zajęta”.

Soczewkowanie niegrawitacyjne

Najpierw chciałbym odpowiedzieć na wątpliwości zgłoszone w jednym z komentarzy.

1. Czworościan foremny nie nie jest bryłą wypełniającą przestrzeń. Napisałem o tym problemie we wpisie zatytułowanym Budowa przestrzeni, więc jedynie krótko przypomnę, że powyższe stwierdzenie jest prawdziwe tylko zgodnie z regułami geometrii euklidesowej, którą można nazwać płaską. W geometrii przestrzeni zakrzywionych (prace Gaussa, Riemanna i innych) sprawa wygląda całkiem inaczej, gdyż w nich n. p. kąty trójkąta nigdy nie sumują się do 180. Uważam, że rzekome niedoskonałości w wypełnieniu całości przestrzeni przez kwant przestrzeni o kształcie czworościanu foremnego nie są przeszkodą, a wręcz warunkiem koniecznym, aby cała trójwymiarowa przestrzeń (wszechświat, uniwersum) była figurą zakrzywioną - zarówno nieskończoną, jak i ograniczoną jednocześnie.

2. Stosunek długości krawędzi czworościanu foremnego do jego wysokości jest liczbą niewymierną, więc obie wielkości nie mogą być jednocześnie wielokrotnościami długości Plancka.

Odpowiedź również można znaleźć w problematyce przestrzeni zakrzywionych. Warto wrócić też do mego wpisu Bóg nie jest matematykiem, w którym uzasadniałem, że matematyka jest przydatnym, ale wbrew pozorom wcale niedoskonałym narzędziem do badania ontologii wszechświata (bardzo słabo radzi sobie z wartościami zero i nieskończoność). Na to, że absolutnie każda długość występująca w rzeczywistości (w świecie fizycznym) musi być wielokrotnością długości Plancka wskazuje ważniejsza nauka – logika.

3 i 4. Ciemna energia / ciemna materia (często traktowane równoważnie z uwagi na teorię Einsteina) są bytami przewidywanymi przez naukowców nie tylko z uwagi na koncepcję rozszerzającego się wszechświata, ale też z powodu znaczących „nieprawidłowości” w ruchu galaktyk, a także wobec potrzeby wyjaśnienia „ewidentnie nadmiernej ilości grawitacji” we wszechświecie. Rzekome rozszerzanie się wszechświata wpływa jedynie na przewidywaną skalę jak dużo tych ciemnych bytów brakuje (może 90%, a może tyko 20%). Według koncepcji TKP żadnej „ciemnej”, ani jakiejkolwiek innej materii we wszechświecie nie jest za mało, bowiem to nie ona jest źródłem grawitacji (to przestrzeń generuje grawitację, a materia jedynie jej jest poddawana). Natomiast przy wszelkich rozważaniach na temat fizyki wszechświata trzeba pamiętać, że każdy kwant przestrzeni zawiera w sobie pewną ilość energii (niezwykle trudnej, a może nawet niemożliwej do precyzyjnego stwierdzenia i policzenia) i fakt ten ma ogromny wpływ na każdy proces w niej zachodzący, a więc dokładnie na wszystko co się gdziekolwiek dzieje – to właśnie próbowałem zasygnalizować w poście Ciemna energia jest jasna.

Jeżeli mówimy nadal o energii, to chciałbym jeszcze wyjaśnić pewną kwestię, która może budzić wątpliwości. Już prawie sto lat temu naukowcy rozpoczęli dokumentowanie zjawiska zwanego soczewkowaniem grawitacyjnym. Ma to być jednym z najważniejszych dowodów słuszności teorii Einsteina, która je przewiduje. Chodzi o proces, w którym tor energii świetlnej (i każdej innej) przechodzącej w pobliżu dużych obiektów (planety, gwiazdy, galaktyki, itp) ulega zakrzywieniu i powoduje wrażenie u obserwatora, że są one mniejsze niż w rzeczywistości. Rzekomo decydująca dla tego zjawiska jest masa tych obiektów, a dokładniej generowana przez nie grawitacja – im większa, tym większe zakrzywienie toru energii.

Przykład, który podam, jest szalenie prosty, pewnie zbyt prosty jak na potrzeby profesorów fizyki teoretycznej, ale sądzę, że warto nad nim się zastanowić. Spójrzmy na kulisty głaz leżący w potoku. Okazuje się, że woda dopływając do niego trochę unosi się - jej ciśnienie wzrasta w tym miejscu. Natomiast opływając go, w miejscu gdzie głaz nie stawa już oporu (na jego bocznym skraju), to podwyższone ciśnienie stopniowo rozchodzi się także na przestrzeń, którą przesłania głaz. Jest to dokładnie zjawisko soczewkowania – obserwatorowi stojącemu poniżej głazu i patrzącemu tylko na nurt może się wydawać, że głaz jest mniejszy niż w rzeczywistości. Taki sam proces można zaobserwować w tunelach aerodynamicznych, gdy bada się opory przedmiotów o różnych kształtach wobec strumienia powietrza.

Trzeba teraz dodać, że nie tylko płynąca woda, czy też wiejące powietrze wywołuje soczewkowanie w momencie napotkania przeszkody, ale również każda promieniująca energia,w tym oczywiście i światło. Po prostu dla powstania zjawiska soczewkowania potrzebne jest jedynie jakaś przemieszczająca się substancja i przeszkoda na jej drodze, zaś dla jego skali nie ma znaczenia grawitacja generowana przez przeszkodę, a jedynie jej wielkość i kształt.

We współczesnych laboratoriach uzyskuje się wyniki sięgające niewiarygodnej precyzji (podobno w eksperymentach mających „złapać” falę grawitacyjną uwzględnia się długości wynoszące jeden do minus siedemnastej metra - ciekawe jaki przyjęto przy tym dopuszczany błąd tego badania). Wobec tego wydaje się, że można sprawdzić też eksperymentalnie jakie soczewkowanie światła wywoła np. kula wypełniona uranem i takiej samej wielkości i koloru kula pusta. Jestem przekonany, że efekt będzie identyczny w obu przypadkach.

Ciemna energia jest jasna

Jak już wcześniej wykazałem, przyjęcie reguł proponowanych przez Teorię Kwantowej Przestrzeni pozwala wyjaśnić szereg zasadniczych problemów fizyki, z którymi współczesna nauka sobie nie radzi (grawitacja, masa, właściwości elektronu, natura świata i szereg dalszych). Wskazywane przeze mnie rozwiązania są nadzwyczaj proste, chyba nawet zbyt proste jak na wyrafinowane potrzeby najtęższych współczesnych naukowców, ale zwracam uwagę, że wszyscy zajmujący się kosmologią, ontologią wszechświata, czy też fizyką teoretyczną, zdają sobie sprawę, że tzw. „teoria wszystkiego” musi być stosunkowo nieskomplikowana i klarowna.

Chciałbym teraz zaproponować jak na gruncie Teorii Kwantowej Przestrzeni można rozwiązać kolejne dylematy dzisiejszej fizyki, czyli hipotetyczne istnienie we wszechświecie ciemnej energii. Jest ona nazywana ciemną, gdyż nigdy nie została stwierdzona doświadczalnie, ale musi znajdować się gdzieś w kosmosie, aby nasz świat funkcjonował tak jak funkcjonuje. Stworzono szereg niezwykle skomplikowanych teorii na ten temat, które jednak koncentrują się wokół problemu rzekomo rozszerzającego się coraz szybciej wszechświata,wobec czego żadna z nich niczego w pełni nie wyjaśniła (pozornie dowiedziona, ale całkowicie błędna koncepcja rozszerzania się wszechświata została obalona przeze mnie we wpisie Wielki Niewypał).

Rozwiązanie problemu ciemnej energii można skomentować słowami: „Patrzą, a nie widzą”. Miliony oczu i tysiące najdoskonalszych teleskopów codziennie obserwuje miriady obiektów kosmicznych we wszechświecie, ale nie widzi rzeczy najważniejszej – przestrzeni, która wypełnia ten wszechświat.

Należy teraz wrócić do moich wpisów o budowie i kształcie Uniwersum (wszechświata w jego stanie pierwotnym, podstawowym) i przypomnieć jakie

ma on właściwości. 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.

Dla wyjaśnienia problemu energii ukrywającej się gdzieś we wszechświecie najważniejszym elementem w powyższej definicji jest wskazanie, że Uniwersum (przestrzeń) jest strukturą sztywną. Oznacza to, że każdy kwant pierwotnej przestrzeni zawierał w sobie (i nadal zawiera) pierwotną energię, która odpowiadała za utrzymanie jego idealnego kształtu czworościanu foremnego, a więc za jego istnienie. Było to jedyne zadanie tej energii i była ona absolutnie statyczna, nieruchoma jak całe Uniwersum. Oczywiście ta pierwotna przestrzeń posiadała temperaturę 0 stopni K (tzw. zero absolutne) , ale znaczy to tylko, że nie może jej być w danym kwancie mniej niż niezbędne minimum, bowiem wówczas ten kwant przestrzeni zapadłby się, zniknął. To minimum jest nazywane 0 K , ale podkreślę to jeszcze raz - nie oznacza to zerowej ilości energii w obszarze, który ma taką temperaturę,

Natomiast po Wielkim Wstrząsie (po drgnięciu przestrzeni), który zapoczątkował istnienie wszechświata jaki znamy (pojawienie się ruchu, czasu, materii, elektronów, oddziaływań itd.) pojawiły się nierówności w rozkładzie dotychczas idealnie rozmieszczonej energii – omawiałem to zagadnienie we wpisach: Powstanie materii oraz elektronów, Grawitacja – rozwiązanie zagadki, Elektrony – co to jest, jak powstało i jak funkcjonuje? , więc nie będę go tu rozwijał. Wobec powyższego rozpoczęły się procesy przepływu energii (promieniowanie) z miejsc jej skupienia do obszarów o mniejszym jej poziomie – klasyczne i banalne wyrównywanie ciśnienia. Uczestniczą w tym wszystkie kwanty przestrzeni i nieustannie przepływają przez nie rozliczne fale promieniowania, powodując, że ilość energii w danym kwancie przestrzeni nieustannie się zmienia, nie spadając jednak nigdy poniżej niezbędnego minimum.

Współczesna fizyka zaczyna wreszcie domyślać się, że coś z tą próżnią, czy też pustą przestrzenią jest inaczej niż się niż dotychczas zakładało (przyjmowano, że nie miała ona żadnego znaczenia dla procesów fizycznych w niej zachodzących), więc rozpoczęły się już rozważania i badania nad zjawiskiem określanym jako energia punktu zerowego, lub energia próżni. Trzeba tylko zwrócić uwagę, że użycie określenia punkt, jak zwykle w fizyce, prowadzi na manowce i właściwym zwrotem jest energia kwantu przestrzeni. Wobec rozmiaru wszechświata i ilości składających się na niego kwantów przestrzeni oraz na ilość źródeł promieniowania  zmiany potencjału energetycznego pojedynczych kwantów są minimalne, ale nieustające - polecam to osobom próbującym rozwikłać zasadę nieoznaczoności Heisenberga.

Jak widać, przestrzeń zawiera ogromne ilości energii, której co prawda nie widać (ciemna?), ale jest i nieustannie oddziałuje na cały wszechświat. Oczywiście temat ten ma szereg dalszych ważnych implikacji, więc trzeba będzie do niego wracać przy omawianiu kolejnych nierozwiązanych problemów współczesnej fizyki.

Eter Maxwella – rozwiązanie zagadki

We wcześniejszych wpisach kilkukrotnie wykazywałem, że współczesna fizyka znalazła się w ślepym zaułku paradoksów i osobliwości, z którego nie umie się wyrwać. Warto zastanowić się, co spowodowało ten stan - dlaczego całe zastępy najwybitniejszych naukowców nadal próbują udowadniać i rozwijać teorie, które w sposób oczywisty wpędzają ich w świat logicznych sprzeczności.

Aby zrozumieć ten fenomen trzeba wrócić aż do połowy XIX wieku i stanu ówczesnej wiedzy, gdyż wtedy zaszły wydarzenia determinujące dzisiejsze teorie fizyczne. Był to czas gwałtownego postępu nauki, dokonywania wielu niezwykłych odkryć i wśród ówczesnych naukowców dosyć powszechny był pogląd, że zbliżają się do granic poznania – stworzenie uniwersalnej teorii opisującej działanie całego wszechświata wydawało się być na wyciągniecie ręki. Do takich sądów uprawniały m. in. prace Maxwella, który udowodnił, że oddziaływania elektryczne i magnetyczne, w tym także światło, są rodzajami tego samego zjawiska – elektromagnetyzmu i że rozchodzą się w próżni w postaci fali (fala elektromagnetyczna) z taką samą prędkością (prędkość światła).

Logicznym wnioskiem jaki wyciągnął Maxwell ze swych odkryć było stwierdzenie, że cały wszechświat musi być wypełniony substancją umożliwiającą przepływ tych fal – swoisty nośnik, czy też przewodnik dla nich. Maxwell nazwał tę substancję eterem i w artykule dla Encyklopedii Brytyjskiej napisał: „Jakiekolwiek możemy mieć trudności z uformowaniem spójnej idei budowy eteru, nie możemy mieć wątpliwości, że międzyplanetarne i międzygwiezdne przestrzenie nie są puste, ale zajęte przez materialną substancję czy ciało, które jest z pewnością największym i prawdopodobnie najbardziej jednorodnym ciałem o jakim wiemy". Można dodać, że zgodnie z założeniami Maxwella tenże eter oprócz dokładnego wypełniania całej przestrzeni powinien też być jednorodny, nieściśliwy, bezwonny itp.

Wobec tak sformułowanego przekonania sławnego odkrywcy całe rzesze fizyków rozpoczęły usilne próby doświadczalnego potwierdzenia istnienia eteru i ustalenia jego właściwości. W latach osiemdziesiątych XIX wieku dwaj naukowcy, Michelson i Morley, przeprowadzili eksperyment (serię eksperymentów) w którym wykazali, że postulowany przez Maxwella eter nie istnieje. Wyszli oni z założenia, że Ziemia, która porusza się wobec Słońca, w sposób oczywisty porusza się także wobec eteru (o ile on istnieje). W tej sytuacji światło słoneczne docierające do Ziemi powinno mieć różne prędkości w różnych fazach obrotu Ziemi – n. p. gdy obserwator znajdujący się w jakimś punkcie na Ziemi wraz z jej obrotem zbliża się do Słońca (od momentu wschodu do południa), lub się od niego oddala (od południa do zachodu). Okazało się, że zbliżanie się czy też oddalanie od źródła światła nie ma żadnego wpływu na mierzoną jego prędkość - jest ona zawsze stała. Eksperyment, powtarzany wielokrotnie przez różnych uczonych przy stosowaniu coraz bardziej precyzyjnej aparatury pomiarowej, zawsze dawał taki sam wynik. Wniosek wydawał się oczywisty – coś takiego jak eter Maxwella nie istnieje, natomiast prędkość światła jest zawsze stała (tę prawidłowość potwierdzało także inne sławne doświadczenie – eksperyment Fizeau).

Niezwykle trudną sytuację w jakiej znalazła się w tym momencie fizyka uratował w początkach XX wieku Albert Einstein przedstawiając swe teorie względności (najpierw szczególną, a później ogólną). Dzięki wprowadzenia w tych teoriach pojęcia czasoprzestrzeni i przyjęciu, że nic nie może przekraczać prędkości światła Einstein zaprezentował możliwe rozwiązanie przedstawionych problemów i wywołał entuzjazm środowisk naukowych. Pozytywy teorii względności wydawały się na tyle dominujące, że mało komu przeszkadzały jej słabości, czyli pojawienie się wyników zmierzających do nieskończoności. Cała fizyka poszła tropami Einsteina i do dzisiaj nie może przestać beznadziejnie walić głową w mur paradoksów i osobliwości - przedstawiałem to we wpisach Osobliwości – wielkie oszustwo fizyków oraz Szybciej niż światło, a także w innych, więc nie będę się powtarzał.

Natomiast wyjaśnienia wymaga przyczyna, która sprawiła, że teoria eteru Maxwella została wyrzucona na śmietnik i obecnie wzbudza uśmiech politowania jako historyczna ramotka naukowa.

Przede wszystkim należy spojrzeć na założenia wyjściowe eksperymentu Michelsona – Morleya (powielane przez następców potwierdzających uzyskane przez nich wyniki). Otóż przyjęli oni, że Ziemia (i cały Układ Słoneczny, a także nasza galaktyka Droga Mleczna) przemierzająca wszechświat (kosmos), porusza się względem wypełniającego go całkowicie eteru Maxwella. Sprawa wydawała się na tyle oczywista, że pominięto fakt, iż zagadnienie jest zbieżne z nurtującym już Arystotelesa, a później także Galileusza i kolejnych uczonych problemem istnienia uniwersalnego układu odniesienia. Można mieć nawet wrażenie, że w założeniach tych eter wypełnia jakieś odległe "międzyplanetarne i międzygwiezdne przestrzenie" (takich słów użył Maxwell), ale nie bardzo dotyczy nas bezpośrednio, tego że my sami, także przyrządy badawcze i dokładnie wszystko co nas otacza, co istnieje, też jest wypełnione eterem Maxwella. Nie to jest jednak istotne, ale inny popełniony przez Michelsona i Morleya błąd. Byli oni w stanie określić jakie eter powinien mieć właściwości, ale wcale nie zadali sobie pytania jaki ma całościowy kształt i w związku z tym w jakim jego miejscu my (Ziemia, Słońce, itd.) się znajdujemy – wydawało im się to nie istotne, bo przecież i tak poruszamy się wobec niego.

Myślę, że Czytelnicy tego bloga powinni znać już odpowiedź. Najpierw polecam powrót do mego wcześniejszego postu Kształt przestrzeni. W konkluzji opisanych tam analiz i wniosków napisałem, że Uniwersum (wszechświat) 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.

Proszę szczególnie zwrócić uwagę na stwierdzenie, że każdy punkt (kwant) 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 (kwantu) jest całkowicie nieruchoma.

Dopiero teraz problem eteru Maxwella, a także eksperymentów Michelsona i Morleya oraz ich następców, można właściwie zinterpretować. Maxwell miał racje (był o tym przekonany), chociaż też popełnił pewien błąd. Każda energia, w tym światło, aby się przemieszczać czy też rozprzestrzeniać (promieniować) rzeczywiście potrzebuje nośnika i on istnieje, ale niepotrzebnie został nazwany eterem. Przestrzeń bowiem nie jest wypełniona eterem, ale to sama przestrzeń, kwantowa przestrzeń, spełnia wszystkie warunki jakie zostały postawione tej substancji (patrz wpis Budowa przestrzeni). Natomiast Michelson i Morley nie zdali sobie sprawy, że chociaż poruszamy się wobec siebie, to jednak zawsze pozostajemy całkowicie nieruchomi wobec przestrzeni i rozprzestrzeniającej się w niej energii – jest to rzeczywiście niezwykle trudne (w zasadzie niemożliwe) do wyobrażenia, ale nie powinno być aż tak trudne do zrozumienia. Trzeba więc powiedzieć, że doświadczenia Michelsona i Morleya oraz ich następców nie obalają koncepcji eteru Maxwella, natomiast potwierdzają prezentowaną na tym blogu Teorię Kwantowej Przestrzeni.

Kwadratura koła i tajemnica liczby pi

Po dosyć długiej przerwie (życie nie składa się tylko z problemów ontologii i budowy wszechświata) wracam do opisywania Teorii Kwantowej Przestrzeni. Nim jednak przejdę do kolejnych tematów stricte „fizycznych” chciałbym na chwilę wrócić do matematyki. W jednym z poprzednich wpisów (Bóg nie jest matematykiem) wykazałem jej niedoskonałość jako metody badawczej stosowanej wobec problemów kosmologicznych, gdyż całkowicie nie radzi sobie z dwoma wielkościami: 0 oraz nieskończoność. Dotarły do mnie później zarzuty, że wykorzystuję sytuacje, które sama matematyka uznała za nielogiczne, nazwała je symbolami nieoznaczonymi i zakazała ich używania. Wobec tego zajmijmy się na chwilę innym problemem, również nierozwiązywalnym przez matematykę, a zwanym „kwadraturą koła”. Problem ten wiąże się nierozłącznie z liczbą pi i faktem, że liczba ta jest niewymierna i przestępna. Sławni uczeni, poczynając już od Archimedesa, napisali tysiące rozpraw na temat tej liczby i sposobów jej obliczania, więc nawet przybliżone omawianie tej tematyki nie ma sensu, a zainteresowani znajdą bez wątpienia stosowne materiały. Tak, czy inaczej, matematyka nie radzi sobie z kwadraturą koła i liczbą pi.

Natomiast w fizyce można znaleźć proste rozwiązanie tego problemu. Wynika ono z ustalenia przez Maksa Plancka, jednego z bardzo nielicznych prawdziwych geniuszy nauki, m. in. najmniejszej możliwej długości mającej sens fizyczny.

W jednym z poprzednich wpisów, zatytułowanym Budowa przestrzeni, zapisałem myśl, którą muszę tu przypomnieć.

Sto dwadzieścia lat temu Planck dokonał jednego z najważniejszych odkryć w historii nauki, gdy wykazał, że dla każdej wielkości fizycznej można określić wartość najmniejszą z możliwych, która jednak jest większa od zera. Dotyczy to także odległości i należy z tego 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, która wynosi 1,616229(38) x (10 do potęgi -35) metra. Po prostu punkt w fizyce ma długość Plancka, a nie zero.

Uwzględniając powyższe należy stwierdzić, że w fizyce nie istnieje coś takiego jak okrąg czy też koło, ani żadna figura owalna. Długość Plancka w sposób oczywisty dotyczy odcinka absolutnie prostego, więc każda figura geometryczna, którą my nazywamy okręgiem, w rzeczywistości jest wielobokiem foremnym (czy też wielokątem foremnym), którego każdy bok ma długość Plancka. Ważnym warunkiem jest, że długość przekątnej tej figury (niby „okręgu”) musi być także wielokrotnością całkowitą długości Plancka. Obliczenie długości wieloboku foremnego jest oczywiste, a znamy też długość jego przekątnej, więc dokładne ustalenie liczby pi jest równie proste. Należy tylko stwierdzić, że dla każdego różnego wielkością okręgu (wieloboku spełniającego powyżej podane warunki) liczba pi jest różna, chociaż precyzyjna.

Łatwo policzyć, że najmniejszą możliwą wartością liczby pi jest 3 - dla sześcioboku foremnego o bokach długości Plancka, którego przekątna wynosi dwie takie długości. Wszystkie analogiczne, ale większe wieloboki foremne mają stopniowo również większą wartość pi, (ponad 3) zawsze jednak ustaloną tylko dla siebie. Liczba pi nie jest więc wartością uniwersalną i dlatego obliczenie jej jako abstraktu matematycznego, właściwego dla każdej figury którą nazywamy okręgiem, nie jest możliwe. Matematycy udowadniają to od ponad 2000 lat. Po prostu dla jeszcze większej figury (a możemy powiększać ją w nieskończoność) liczba pi będzie jeszcze większa o kolejne (też w nieskończoność) dopisywane cyfry po przecinku. Takie naświetlenie zagadnienia pozwala też w banalny sposób rozwiązać zagadkę kwadratury koła - nie istnieje coś takiego jak koło, więc nie ma żadnego problemu z jego kwadraturą. Natomiast obliczenie obwodu i pole danego wielokąta foremnego jest w programie szkoły podstawowej .

Sądzę, że powyższe wyjaśnienie „tajemnicy” liczby pi jest na tyle proste, że może się przydać każdemu, kto nigdy dotychczas nie odważył się zmierzyć z zagadnieniami matematyki wyższej.

Kilka dni temu zmarł Stephen Hawking, najbardziej znana postać dzisiejszej fizyki teoretyczne i kosmologii. Należy mu się ogromny szacunek za popularyzowanie wiedzy i oryginalność myślenia, chociaż jego dokonania naukowe nie są jednoznaczne. Na swym blogu zaprezentowałem wiele zarzutów wobec współczesnej fizyki i w jakimś stopniu dotyczą także one Hawkinga. Nie da się rozwiązywać żadnych problemów naukowych, jeżeli pozostaje się na błędnych założeniach podstawowych. Mam wrażenie, że Hawking zdawał sobie z tego sprawę i czasami dawał wyraz swym wątpliwościom (n. p. w kwestii istnienia osobliwości – patrz mój wcześniejszy wpis Osobliwości – wielkie oszustwo fizyków), ale sam nie zdołał się wyrwać spod dominacji obowiązujących dzisiaj teorii. Głęboko żałuję, że właśnie on odszedł, bo wydaje mi się, że był jednym z bardzo nielicznych naukowców na tym poziomie, który mógłby poważnie zastanowić się nad rozwiązaniami proponowanymi przez moją Teorię Kwantowej Przestrzeni.

Silne oddziaływania jądrowe - to łatwe.

Jedną z kolejnych zagadek współczesnej fizyki jest istnienie w każdym jądrze atomowym „dziwnych” sił, które utrzymuję je w całości. Jądro atomu zbudowane jest z dodatnio naładowanych protonów oraz obojętnych elektrycznie neutronów. W zasadzie powinna to być struktura bardzo nietrwała, gdyż jednakowy ładunek protonów, zgodnie z regułami elektrostatyki, powinien je od siebie odpychać (odpychanie kulombowskie). Tak się jednak nie dzieje, a przeciwnie, cząsteczki tworzące jądro są ze sobą niezwykle silnie związane.

Natury tych sił fizyka dotychczas nie potrafiła wyjaśnić, ale kilka ich cech jest całkiem dobrze poznanych:

- mają one mały zasięg, który w zasadzie nie przekracza wielkości spajanych przez nie cząstek,

- cząstki są jednakowo silnie związane niezależnie od ich ładunków elektrycznych, czyli tak samo proton z protonem, jak  proton z neutronem oraz neutron z neutronem,

- źródło spajającej siły nie jest ulokowane w punkcie centralnym układu połączonych cząstek, co znaczy, że jej potencjał nie ma symetrii kulistej,

Jak wyżej wspomniałem, silnych oddziaływań nie można wiązać z elektrostatyką. Nie mają one także natury grawitacyjnej, bo jest ona stanowczo za słaba na tak silny efekt. Wobec tej niezwykłej zagadki fizycy kwantowi postąpili jak zazwyczaj w zbyt trudnych sytuacjach. Ponieważ oczywiste jest, że „coś” skleja cząstki w jądrze, więc to „coś” nazwali bozonem pośredniczącym o nazwie gluon (ang. glue - klej) i uznali, że problem jest rozwiązany.

To tak jak gdyby okazało się, że jedna cząstka z nieznanej przyczyny wykrzywia tor poruszania się innej cząstki, więc uznalibyśmy, że z pewnością czyni to oddziaływając na nią przy pomocy cząstek pośredniczących zwanych „krzywonami” (albo jakoś po łacinie) i nawet moglibyśmy określić, że krzywon ma masę spoczynkową 0, spin 1, ładunek 0, itd. (gdyby coś się potwierdziło, to proszę pamiętać, że to ja odkryłem krzywony).

Natomiast moja Teoria Kwantowej Przestrzeni podsuwa bardzo proste wyjaśnienie czym jest silne wiązanie jądrowe i dlaczego ma cechy wymienione powyżej. Trzeba tylko przypomnieć, że kwarki czyli kwanty materii (patrz wpis Powstanie materii oraz elektronów) składające się na protony i neutrony mają odtworzony kształt kwantu przestrzeni, czyli są czworościanami foremnymi. Ich ściany są doskonale gładkie, co ma decydujące znaczenie dla istnienia silnych oddziaływań.

W zasadzie każdy z nas zna to zjawisko - każde dwa przedmioty, które przylegają do siebie ściśle jak najbardziej gładkimi powierzchniami płaskimi, są trudne do rozerwania. Próba ich rozdzielenia spotyka się z bowiem z oporem tworzącego się między nimi podciśnienia, a im stykające się powierzchnie są gładsze, tym wiązanie silniejsze. Dokładnie ten sam mechanizm występuje w stykających się kwantach materii, które przylegają do siebie absolutnie ściśle doskonale gładkimi, płaskimi ścianami. To dlatego silne wiązania jądrowe nie oddziaływają poza układ stykających się cząstek, dlatego też nie jest istotny ładunek cząstek, bo istotny jest tylko ich kształt i dlatego ich źródło nie jest umieszczone w punkcie centralnym, bo jest nim styk całych dwóch ścian.

Warto zauważyć, że pokazany tu mechanizm potwierdza przyjęte w Teorii Kwantowej Przestrzeni założenie o sztywności i doskonale regularnym, krystalicznym kształcie kwantu przestrzeni, a w konsekwencji kwantu materii. Jeżeli kwanty byłyby np. kuliste lub elastyczne, to silne wiązania jądrowe nie istniałyby. Przypominam też, że na niniejszym blogu dzięki Teorii Kwantowej Przestrzeni mogłem już w sposób dalece nieskomplikowany, ale logiczny, wyjaśnić zjawiska: grawitacji, uzyskania masy przez materię, pozytonium, dualnej natury światła, a teraz silnych oddziaływań jądrowych, a to jeszcze nie koniec.

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.