A mai világunkban a tércellákban lévő energia nagysága sok nagyságrenddel kisebb, mint ami előidézhetné a Planck-állapotot.
Minél kisebb energiát összpontosítunk egy tércellában annál inkább nő a tér határozatlansága és csökken az idő határozatlansága. A mai világegyetemünkben minden tércellát el tud hagyni a fény. A kisebb méretű tércellák esetén kisebbeket tud ugrani és lassabban teszi ezt, a nagyobb méretű tércellák esetén nagyobbakat ugrik és gyorsabban. Ebből az következik, hogy a fény sebessége valójában nem állandó, csak állandónak mérjük!
Most foglalkozzunk a nyugalomban lévő objektumok körül kialakuló tér és idő szemléltetésével!
Minden, nyugalmi tömeggel rendelkező test torzítja maga körül a teret és az időt. Minél kisebb térfogatban van minél nagyobb tömeg felhalmozva és minél közelebb vagyunk a test felszínéhez, annál jelentősebb a torzító hatás. Ezt a hatást érzékeljük úgy, mint gravitációs vonzás. A fény segít nekünk abban, hogy a testek körül kialakuló tér- és időtorzulásokat mérhetővé tegyük. A fényt alkotó fotonok nem tesznek mást, mint az idő határozatlanságából adódó időtartamok alatt átugranak a tér határozatlanságából adódó tércellákba, miközben az irányukat nem változtatják. Ha azonban változik a tércellák alakja, vagy mérete, akkor a fény hullámhossza és iránya is változni fog.
Képzeljük el, hogy egy csekély tömegű űrhajó áll az űrben, minden nagyobb tömegű objektumtól igen messze! Olyan messze, hogy a nagytömegű objektumok gravitációs vonzása már elhanyagolható. Ebben az esetben bármely irányba küld egy fényjelet az űrhajó, a fény hullámhossza nem fog változni, iránya pedig egyenes vonalú lesz.
Ezt az állapotot jellemezhetjük úgy, hogy a teret alkotó kockák szabályosak, torzulás mentesek és azonos méretűek.
Most tételezzük fel, hogy az űrhajó egy nagyon nagy tömegű és sűrűségű objektum, például egy neutroncsillag közelében áll! Most is küld fényjeleket a neutroncsillag irányába és vele párhuzamosan is. A következő lesz a tapasztalata. A neutroncsillag középpontjának irányába küldött fény hullámhossza rövidebbé válik, de iránya nem változik. A neutroncsillaggal párhuzamosan küldött fény iránya meg fog változni. A fény pályája el fog görbülni.
Ezt az állapotot a következőképpen jellemezhetjük. A teret alkotó kockák a neutroncsillag felszíne felé közeledve egyre kisebb méretűek lesznek. A kockák felső élhossza mindig nagyobb, mint az alsó élhosszuk. A függőleges éleik nem párhuzamosak, hanem összetartóak lesznek. Ennek megfelelően a felszín felé közeledő fény egyre kisebb méretű kockákba érkezik. Ez azt jelenti, hogy számára a tér zsugorodik, tehát a hullámhossza is rövidebbé válik. A vízszintesen kapcsolódó szomszédos kockák is torzultak lesznek. Lefelé szűkülnek, és az oldaléleik a központi cellák felé záródnak.
Ennek megfelelően a vízszintesen haladó fény pályája a neutroncsillag felé hajlik. Minél közelebb vannak a tércellák a neutroncsillag felszínéhez, annál nagyobbak a torzulások. A neutroncsillagtól nagyon távol a fény észlelhető elhajlás nélkül tud haladni, a felszínhez közel jelentősebb az elhajlás.
A fény hullámhosszának változását a Föld esetében is sikerült megmérni. A felszín felé közeledve csökken, a felszíntől távolodva nő a fény hullámhossza. A Nap esetében sikerült igazolni a fény pályájának elhajlását.
A térgörbület természetesen nem csak az űrből az objektum felé közeledő fény pályáját befolyásolja, hanem a felszínről kiinduló fény pályáját is. A középpontból a megfigyelőhöz tartó fénysugár pályája nem változik, de az objektum széleiről induló fény pályája a felszín felé elhajlik. Ezért az objektumot nagyobbnak érzékeljük, mint amilyen az valójában. Ez a hatás a bolygók és közönséges csillagok esetén nem jelentős.
Most gondolatban helyezzünk el a térben egymás közelébe két, teljesen egyforma golyót!
Mindkét golyónak azonos a nyugalmi tömege, azonos mértékben torzítják maguk körül a teret és az időt. A felszínük közelében erősebb, a felszíntől távolabb gyengébb a torzító hatás. Ezt úgy jelöljük, hogy a testek köré olyan koncentrikus köröket rajzolunk, hogy a körök között lévő távolság egyre nagyobb legyen. Az a gyakorlati tapasztalat, hogy a magukra hagyott, nyugalomban lévő testek a közös tömegközéppont felé kezdenek mozogni. Kiszámolható, hogy a közvetlenül egymás mellett lévő testek esetén a tér egészének torzulása kisebb, mint amikor a testek távolabb vannak egymástól.
Most foglalkozzunk kicsit a rögzített viszonyítási alappal rendelkező térben történő mozgással!
Képzeljünk el két olyan helyzetű golyót, ahol az egyik nyugalomban van, a másik nagy sebességgel mozog az első középpontja felé!
A nyugalomban lévő golyó körül az előző ábrához hasonló a tértorzulás. A mozgó golyó esetében az figyelhető meg, hogy a haladási irányban a tércellák összetorlódnak. A tér zsugorodik, az idő lassul. A mozgásra merőleges irányban nincs változás a nyugalomban lévő állapothoz képest. A mozgási iránnyal ellentétes oldalon a tér megnyúlik, az idő gyorsul. Minél inkább megközelíti a golyó a fénysebességet, annál inkább torzítja maga előtt és mögött a téridőt.
Ebben az esetben a két golyó között torzultabb lesz a tér a két nyugalomban lévő golyó estéhez képest. Ez azt jelenti, hogy a két golyó között nagyobb lesz a gravitációs vonzás.
Egy gyorsan mozgó tárgy előtt tehát rövidül a tér, ami a mozgással összefüggő, addicionális gravitációs vonzást jelent.
A következő példa még nagyobb meglepetéssel szolgál.
Képzeljünk el három golyót, amelyek egy vonalban helyezkednek el! A két szélső nyugalomban van, a középső nagy sebességgel közeledik az egyik középpontja felé.
A két közeledő golyó helyzetét az előzőekben áttekintettük. A távolodó páros esetén egy különös dolgot figyelhetünk meg. A két golyó között lévő tér tágultabb a nyugalmi helyzethez képest. Ez azt jelentheti, hogy a gyorsan mozgó test mögött, a tér tágulásából adódó olyan taszító hatás lép fel, ami a nyugalmi tömegből eredő vonzó hatást csökkenti.
Fontos, hogy észrevegyük, hogy nem beszéltünk arról, hogy a mozgás egyenletes, vagy gyorsuló jellegű. Véleményem szerint minden jellegű mozgásra igazak a fenti, téridőt torzító hatások, csak gyorsuló mozgás esetén időben változik a mozgó test körül kialakuló térgörbület, míg az egyenes vonalú, egyenletes mozgás esetén a térgörbület mértéke állandó.
A rögzített viszonyítási rendszerben való mozgások esetén tehát egyértelműen a mozgó testekhez köthetők a nem a nyugalmi tömegből származó téridő torzulások. Ezek a mozgó test előtt addicionális gravitációs vonzást, mögöttük gravitációs taszítást keltenek.
Mit jelent ez egy anyaghalmaz esetén?
A közelben lévő testek a nyugalmi tömegükből adódó téridő torzulásnak köszönhetően egymás felé mozdulnak el. A közös tömegközéppontjuk irányába tartanak, egyre nagyobb sebességgel. A sebességükből adódóan előttük egy addicionális téridő torzulás jön létre, ami a nyugalmi tömegükön felüli vonzóhatást jelent. Ez azt jelenti, hogy a közös tömegközéppont felé mozgó anyaghalmazt nagyobb gravitációs vonzóerő mozgatja és tartja össze, mint azt a megfigyelt anyag nyugalmi tömegéből számolt gravitációs vonzóerőtől elvárnánk.
A közös tömegközéppont felé tartó anyag mögött, tehát a halmazon kívüli térségek felé a mozgásból adódó gravitációs taszítás lép fel. Minél nagyobb sebességgel mozog az anyaghalmaz a közös tömegközéppontjába, a kifelé irányuló taszító hatás annál erősebb.
Két, különböző tömegközéppont felé mozgó anyaghalmaz között a nyugalmi tömegből adódó vonzást csökkentő taszító hatás lép fel.
A galaxisok mozgását és létét nem sikerül csupán a bennük lévő, megfigyelt anyag gravitációs vonzása alapján megmagyarázni. Úgy tűnik, hogy addicionális gravitációs vonzó hatás van jelen. Ezt nevezik sötét anyagnak. Vannak, akik ezt a jelenséget még fel nem fedezett részecskék létével, vannak, akik a meglévő anyag addicionális vonzó hatásával magyarázzák.
A fenti elképzelés is egy lehetőség a sötét anyag egy részének magyarázatára.
A galaxisok galaxis halmazokba tömörülnek. Egy halmazon belül a galaxisok közös tömegközéppont felé mozognak, de az összes többi galaxistól távolodnak. A mérési eredmények azt mutatják, hogy a nem egy halmazba tartozó galaxisok egymástól egyre gyorsulva távolodnak. Ezt a taszító hatást eddig egyáltalán nem sikerült értelmezni, vagy magyarázni. Ennek a jelenségnek a magyarázatára találták ki a sötét energia kifejezést, de igazából nincs ötletünk arra, hogy mi lehet ez és mi okozhatja.
A fenti elképzelés szerint a távolodás téridő torzulást okoz, ami gravitációs taszítást jelent a távolodó anyaghalmazok között.
A világegyetem nagyléptékű, egyre gyorsabb ütemű tágulása is értelmezhető ennek a modellnek a segítségével.
Kezdetben az anyag egyenletesen volt eloszlatva a világegyetemben. Ez azt jelentette, hogy a tércellák méretei is azonosak voltak. Ahogyan kialakultak az anyag csomópontok, a csomópontokon kívül a cellákban kevesebb anyag halmozódott fel. E miatt azokban a tartományokban a cellák mérete nőtt. Az anyag elrendeződése egyre gyorsabb ütemben változott. Kialakult a megfigyelt háromdimenziós hálós szerkezet. A háló szálai mentén, ahol az anyag sűrűsödik, valamelyest kisebb a tágulás sebessége. A hálók szálai közötti buborékokban viszont egyre gyorsuló ütemű a tágulás. Nincs ott elegendő anyag, ami csökkentené az egyre kisebb energiasűrűségből adódó tágulást.
Szükségtelen tehát egy, a tágulásért felelős sötét energiát feltételezni. A tércellák mérete és energiatartalma közötti összefüggés önmagában magyarázza a megfigyelt tágulást.
Létezik még egy jelenség, amit nem tudunk a középiskolában tanult fizika segítségével magyarázni, de ezzel a modellel a fentiek ismeretében könnyen érthetővé válik.
Képzeljünk el egy nagy, nehéz golyót, mint mondjuk a Föld és egy hozzá képest elhanyagolható tömegű golyót, pl. egy üveggolyót.
Azt tanultuk az iskolában, hogyha a nyugalomban lévő üveggolyót elengedjük, akkor az egyenes vonalban közeledik a Földhöz, míg végül összeérnek. A mindennapi tapasztalatunk ezt meg is erősíti.
Vannak azonban olyan csillagászati megfigyelések, amelyek azt mutatják, hogy egészen más a helyzet, ha a nagytömegű golyó, pl. neutroncsillag nagyon gyorsan forog. Ilyenkor a gyorsan forgó objektum felé közeledő anyag nem egyenesen a felszín felé esik, hanem spirális pályán zuhan bele. Ezt úgy szokták mondani, hogy a forgó tömeg felcsavarja maga körül a téridőt. Hogyan lehet ezt a jelenséget egyszerűen szemléltetni a határozatlanságot jelképező cellák segítségével?
Képzeljünk el egy cellát a gyorsan forgó objektum mellett! Az objektum az óramutató járásával ellentétes irányban forog,a vizsgált cella az objektum jobb oldalán helyezkedik el.
A gyors forgás által keltett addicionális vonzás és taszítás hatására a cella alakja torzulni fog. Az objektum alsó részén található részecskék közelednek a cella felé, így azok összefelé húzzák a cella bal alsó és jobb felső sarkait. Az objektum felső részén lévő részecskék távolodnak a cellától, így azok szétfelé tolják a cella bal felső és jobb alsó csúcsait.
A torzult cellába érkező foton, vagy más részecske nem egyenesen a forgó objektum felszíne felé fog haladni, hanem a forgás irányának megfelelően elhajlik. Nem csak az anyag mozog spirálisan, de a fény is elhajlik a gyorsan forgó objektum körül. Ez, a forgással összefüggő hatás csak a forgási sebességtől és az objektum méretétől függ, nem függ az objektum nyugalmi tömegétől.
Szeretnék még a fekete lyukakról is mesélni ebben a bejegyzésben.
A fekete lyukakkal kapcsolatos ismeretek és tapasztalatok egy részét szeretném a határozatlansággal rendelkező teret és időt használó modell segítségével értelmezni.
A fekete lyukakkal kapcsolatban azt olvashatjuk, hogy ha egy objektum mérete egy adott érték alá csökken, vagyis sugara kisebb lesz, mint az objektum tömegéhez tartozó Schwarzschild-sugár, akkor a belsejében végtelenné nő a téridő görbültsége és az objektum önmagába omlik. Azt szokták mondani, hogy szingularitás alakul ki. A szingularitás mérete végtelenül kicsi, az idő ott megáll. A fekete lyukból semmi, még a fény sem tud elszabadulni.
A határozatlansággal rendelkező teret és időt feltételezve némileg máshogy láthatjuk a fekete lyukakat. Kevésbé lesznek misztikusak.
Első lépésben emlékeznünk kell arra, hogy azt mondtuk, hogy a Planck-állapotban „áll meg az idő”. A Planck-állapotú elemi tércellából nem képes kiszabadulni a foton, a fény sebessége ott nulla lesz. A Planck-állapotnak olyan sűrűség felel meg, hogy az ismert világegyetemben lévő összes csillag tömege egyetlen atommag méretű helyen elférne. Ehhez képest a valóságban kialakuló és ismert fekete lyukak tömege kb. háromszoros naptömegtől több milliárd naptömegig terjedhet. A háromszoros naptömeghez tartozó Schwarzschild-sugár értéke kb. 9km. Nyilvánvaló, hogy ez a sűrűség sok nagyságrenddel kisebb, mint ami a Planck-állapotot jellemzi. Ez azt jelenti, hogy a csillagokból kialakuló fekete lyukak esetén az idő nem áll meg, csak lelassul. A fény egyik cellából a másikba át tud jutni.
A gyakorlati megfigyeléseink azt mutatják, hogy a fekete lyukak valóban feketék. Több esetben látjuk, hogy egy csillag kering valami körül, de az objektumot, ami körül kering, nem vagyunk képesek a teleszkópjainkkal észlelni.
Ez úgy értelmezhető, hogy a fény képes terjedni a fekete lyuk közelében, de nem jut el hozzánk.
Ennek a jelenségnek a magyarázatához nézzük meg, hogy miért és hogyan látjuk a testeket?
Képzeljük el, hogy nézünk egy botot!
A bot két végét és a közte lévő tartományt is látjuk, mert a felületéről fotonok jutnak a szemünkbe. A bot közepéről, ami szemben van velünk, a fénysugarak merőlegesen indulnak a felületről. A bot két végéről a szemünkbe jutó fénysugarak kisebb szögben indulnak ki a felületről. A bot egy pontjából különböző szögekben indulnak ki a fénysugarak, de mi csak azokat látjuk, amelyek a szemünk felé tartanak.
Ha egy csillagot nézünk, akkor is hasonló a helyzet. A csillag felületének minden pontjából minden irányba indulnak ki fénysugarak, de mi csak azokat látjuk, amelyek a szemünk irányába indulnak. Ez azt jelenti, hogy a csillag széléről a szemünkbe jutó fénysugarak kisebb szögben indulnak a felületről, mint a csillag felületének közepéből, sugárirányban, merőlegesen induló fénysugarak.
Láttuk, hogy egy csillag esetén a csillag felületéről kiinduló fény kissé a csillag felülete felé hajlik, ha nem merőlegesen hagyja el a csillag felszínét. Egy közönséges csillag esetén ez a hatás mérhető, de nem jelentős.
Nem forgó fekete lyukak esetén a fekete lyuk felülete felé irányuló torzulás akkora mértékű, hogy a nem merőleges irányban kiinduló fénysugarak visszajutnak a felületre. Nem képesek elhagyni a fekete lyuk környezetét.
Minél nagyobb az anyagsűrűség, annál erősebb a téridő torzulása és annál nagyobb szögben kiinduló fénysugarak jutnak vissza a felszínre.
Ez azt jelenti, hogy bármilyen oldalról is nézünk egy nem forgó fekete lyukat, csupán a felszínről közel merőlegesen kiinduló fénysugarak jutnak el hozzánk. Csak egy igen kis felületről kiinduló fotonokat vagyunk képesek érzékelni. Az ilyen objektum fényereje sokkal kisebb annál, mint amire számítanánk.
Forgó objektumok esetén láttuk, hogy a forgás következtében a téridő oly módon torzul, hogy a beléjük hulló anyag pályája spirális lesz. Ebből az is következik, hogy a felszínt elhagyó tárgy, vagy fény pályája is módosul.
Még a felszínt merőlegesen elhagyni igyekvő fény is elhajlik. Közönséges csillagok esetén ez a hatás igen kicsi. Gyorsan forgó fekete lyukak esetén (minden, idáig felfedezett fekete lyuk nagyon gyorsan forog) azonban ez a hatás akkora lehet, hogy még a felszínt merőlegesen elhagyni igyekvő fény sem jut el a távoli megfigyelőhöz.
A forgásból származó torzító hatás a forgó fekete lyuk egyenlítőjénél a legnagyobb. A forgástengely által kijelölt pólusokhoz közeledve a fekete lyuk kerületi sebessége csökken, így a forgásból származó hatások is csökkennek. A fekete lyuk pólusai közelében a nem forgó fekete lyuknál talált állapotokhoz közelít a téridő alakja. Ez azt jelenti, hogy a pólusoknál a felszínt közel merőlegesen elhagyó fény képes elhagyni a fekete lyukat.
A fentiek alapján azt várjuk egy gyorsan forgó fekete lyuktól, hogy az anyag az egyenlítőjének közelében spirális pályán hull belé. Onnan nem látunk a fekete lyuk felszínéről kiinduló sugárzást, sem kifelé tartó anyagáramlást. A forgástengelyek helyén, tengelyirányban az elektromágneses sugárzás számára lehetséges a kijutás a fekete lyukból. Az óriási intenzitású, tengelyirányú elektromágneses sugárzás magával tudja ragadni a fekete lyuk környezetében lévő töltött részecskéket is.
A fentiek alapján azt lehet feltételezni, hogy az aktív fekete lyukak forgástengelye irányába kilövellő jetek a fekete lyukak felszínéről származhatnak.
A határozatlansággal rendelkező teret és időt használva arra a következtetésre jutottunk, hogy a fekete lyukak nem sokkal különösebbek, mint a neutroncsillagok. Nem áll meg az idő a felületükön, vagy a közelükben. A belsejükben nem válik végtelenné a térgörbület, így nem zuhannak önmagukba, véges mérettel rendelkeznek.
Véleményem szerint a fekete lyukak kvarkcsillagok. A neutroncsillagok esetén a neutronokat alkotó kvarkcsomagok külön-külön tudnak létezni. A fekete lyukak gravitációs ereje elegendő ahhoz, hogy ezeket a kvarkcsomagokat egyesítse egy kvark-gluon plazmává. A kvarkcsillagok sűrűsége elegendő ahhoz, hogy az objektum sugara kisebb legyen a Schwarzschild-sugárnál.
A fekete lyukak keletkezését hipernóva robbanás kíséri. Ez egy roppant erejű energia felszabadulást kísérő esemény. Az a különlegessége, hogy csupán két irányban tör ki a fekete lyukká váló csillagból. A fentiek alapján ez is nyilvánvalóvá válik. Amikor elkezdődik a csillag fekete lyukká válása, akkor a csillag magjának tömege hatalmasra nő, miközben bekebelezi a csillag belsejének anyagát. A csillag magja hihetetlenül kicsi a teljes csillag méretéhez képest, így a forgási sebessége nagyon nagyra nő. A kialakuló fekete lyukba behulló plazma állapotú anyagban első lépésben a protonok egyesülnek az elektronokkal, miközben neutronná válnak. A keletkező neutronok kvarkcsomagjai összeolvadnak a fekete lyukat alkotó kvark-gluon plazmával. Az összeolvadásból származó hatalmas energia csak a pólusok irányába tud távozni a gyorsan forgó fekete lyukból. Ez lehet a hipernóva robbanás.
Ha már egy meglévő fekete lyuk kezd anyagot bekebelezni, akkor a behulló anyag válik neutronokká, majd a keletkező neutronok kvarkcsomagjai egyesülnek a fekete lyuk kvark-gluon plazmájával. Az így felszabaduló energia a pólusok irányába tud távozni. Ezek a jetek. Ahogy a behulló anyag mennyisége csökken, úgy csökken a jetek intenzitása is. Ha nem hullik be anyag a fekete lyukba, akkor a jetek is megszűnnek.
Amennyiben igaz az az állítás, hogy a fekete lyukak felszínén és a közelükben nem áll meg az idő, akkor természetesen lehetségessé válik, hogy egy külső megfigyelő észlelhesse azt a folyamatot, hogy a fekete lyukakba anyag hullik. A folyamat nem végtelen, hanem véges ideig tart. Az is megfigyelhetővé válik, hogy fekete lyukak neutroncsillagokkal, vagy egymással ütköznek. Az ütközés véges ideig tart. Ebből az következik, hogy a galaxisok ütközésekor, a központjukban lévő hatalmas fekete lyukak véges idő alatt egyesülni tudnak. Nem várható, hogy „szőlőfürtöket” találunk a legnagyobb galaxisok központjában.
A határozatlansággal rendelkező tér és idő modellnek van még egy következménye, ami jó hír lehet a távoli jövőben élő élőlények számára.
A gyorsulva táguló világegyetem és az állandó fénysebesség alapján azt feltételezik, hogy egyszer eljön az idő, mikor olyan sebességgel fog minden távolodni az egyes galaxisoktól, hogy a világ más részeiből soha nem lesz képes eljutni hozzájuk a fény és semmilyen információ. Végtelenül magányos helyek lesznek a galaxisok. Az ott élők nem fogják látni a galaxison kívüli világot.
Ezt a modellt alkalmazva azt tudjuk mondani, hogy a tágulás azt jelenti, hogy a tércellák mérete nőni fog. Ez azt jelenti, hogy a tér határozatlanabbá válik. Ezzel párhuzamosan az idő határozatlansága csökken. Ez azt jelenti, hogy a fény egyre nagyobb távolságokat egyre rövidebb időközönként tesz meg. Vagyis minél gyorsabban tágul a tér, a fény sebessége is annál nagyobb lesz. A galaxisokhoz mindig el fog jutni az információ. (Igaz, hogy nem látható fény, hanem rádióhullámok alakjában.) A modell alapján azt tudjuk mondani, hogy mégsem lesznek a világtól elszakított, magányos helyek a jövő galaxisai.
Természetesen most is szívesen veszem a véleményeket, építő jellegű kritikát tartalmazó hozzászólásokat...
