[Cytadela] Cztery ziarniste minuty

Home

Odszkodowanie za dziurę w drodze

Pozwol� sobie na wst�pie (ostrzegam, wst�p tym razem jest naprawd� d�uugi!) zuchwale za�o�y�, �e w kr�gu os�b wizytuj�cych mniej lub bardziej sporadycznie mojego bloga zwolennicy kreacjonizmu stanowi� powinni zaniedbywaln� jak mniemam mniejszo�� – wszyscy pozostali zgodz� si� zapewne ze mn� co do tego, �e cz�owiek (jak i wszelakiej ma�ci organizmy �ywe na Ziemi) ewoluuj�c wykszta�ci� zmys�y obejmuj�ce otaczaj�c� go rzeczywisto�� w takim zakresie, jaki jest mu niezb�dny do “prostej” egzystencji, prostej w takim sensie, �e przyk�adowo percepcja wzrokowa obejmuje tylko niewielki zakres szerokiej gamy promieniowania elektromagnetycznego dlatego, i� wi�kszy niekoniecznie przynosi�by nam jakiekolwiek rzeczywiste korzy�ci. Natura, je�li tak mo�na powiedzie�, jest zdeklarowan� pragmatyczk� – sprawdza niewyobra�aln� liczb� mo�liwo�ci, eliminuj�c te niepotrzebne i wzmacniaj�c istotne.

Je�li zastanawiacie si� sk�d u mnie takie niebywale m�dre refleksje, postaram si� w miar� p�ynnie, cho� i tak kulawo, przej�� do konkret�w – z ludzkich zmys��w nie bez powodu wymieni�em powy�ej wzrok, bo dzisiejszy wpis wiele wsp�lnego ma w�a�nie z bod�cami, kt�rych wzrok jest odbiorc� – �wiat�em. Swego czasu, w pocz�tkach minionego wieku, niejaki Albert Einstein stwierdzi� po latach wyt�onego dumania, �e ka�dego rodzaju fale elektromagnetyczne – od niskoenergetycznych fal radiowych do “nasyconych” ogromn� energi� fal promieniowania gamma – rozchodz� si� w pr�ni z jednakow� pr�dko�ci�, r�wn�… no tak, pr�dko�ci �wiat�a w pr�ni. Ponadto, co wa�ne bardzo w kontek�cie poni�szych akapit�w, pr�dko�� ta jest niezale�na od energii, jak� nios� same fotony.

Zanim przejdziemy dalej, musimy powiedzie� s��w kilka o drugim obok �wiat�a pierwszoplanowym bohaterze tego wpisu - czasoprzestrzeni. O ile w przypadku promieniowania elektromagnetycznego nasze zmys�y zdolne s� rejestrowa� zaledwie fragment ca�ego spektrum, jednak co� tam nieporadnie postrzegamy, o tyle w przypadku czasoprzestrzeni sprawa przedstawia si� znacznie gorzej – mo�na z �atwo�ci� wyobrazi� sobie naszych przodk�w sprzed setek tysi�cy lat sapi�cych z zachwytem nad feeri� kolor�w charakterystyczn� dla otaczaj�cego nas �wiata, trudniej jednak by�oby uwierzy�, �e podobne ochy i achy towarzyszy�y podziwianiu struktury czasoprzestrzeni. Czas co prawda (cho� i tak nie mamy zielonego poj�cia czym naprawd� jest ani do ko�ca czy rzeczywi�cie istnieje) jest poj�ciem pozornie nam bliskim i stale obecnym w naszym codziennym �yciu, przestrze� jednak wydaje si� by� mocno abstrakcyjnym poj�ciem – spr�bujcie cho�by na w�asne potrzeby j� sensownie zdefiniowa�.

Przyjmijmy troch� nieporadnie dla cel�w tego wpisu, �e przestrze� to “co�, w czym wszystko jest”, cho� kiedy we�miemy pod uwag� teori� Wielkiego Wybuchu, wedle kt�rej przestrze� powsta�a w okre�lonym momencie w przesz�o�ci, sprawa zaczyna si� gwa�townie gmatwa� – skoro to “co�” kiedy� powsta�o, to co istnia�o wcze�niej? Mo�na by rzec “nic”, jednak tutaj ka�dy szaraczek taki jak ja musi bezradnie skapitulowa� – “nic” w potocznym rozumieniu to po prostu pustka w przestrzeni, jak wygl�da jednak takie bezwzgl�dne “nic”? Zanim jednak zagalopuj� si� zbytnio w rozwa�aniach skrajnie metafizycznych, zawr��my z tego grz�skiego szlaku z powrotem do meritum wpisu. A jest nim pytanie o struktur� czasoprzestrzeni i spos�b jej okre�lenia.

Poniewa� nasze umys�y osi�gaj� tutaj jak s�dz� granice pojmowania, na scen� wkraczaj� matematycy do sp�ki z fizykami, kt�rym takie zagadnienia nigdy nie straszne. Tylko j�zykiem tych nauk �cis�ych mo�na podobne rozwa�ania bezkarnie prowadzi�, gdy� Natura z pewno�ci� nie przewidzia�a, �e ludziska zaczn� kiedykolwiek roztrz�sa� r�wnie fundamentalne kwestie. O ile nie spos�b chyba sobie co� takiego wyobrazi�, o tyle teoretycy od jakiego� ju� czasu rozwa�aj� mo�liwo��, wedle kt�rej czasoprzestrze� jest “nieci�g�a“.

Co to w�a�ciwie oznacza? Dla nas w zasadzie nic, bo nie jeste�my w stanie tego w jakikolwiek spos�b zauwa�y�, jednak taka cecha Wszech�wiata nios�aby ze sob� donios�e konsekwencje (cho� bez bicia przyznam, �e nie wiem jakie). By nie rozci�ga� w niesko�czono�� tego i tak niemi�osiernie d�ugiego wst�pu (tak, to ci�gle wst�p!) przypomn� tutaj tylko, �e jednym z wielkich marze� naukowc�w od lat jest wyczyn jak dot�d przez nikogo nie dokonany – po��czenie w jedn� sp�jn� teori� og�lnej teorii wzgl�dno�ci Einsteina, spisuj�cej si� wy�mienicie w wielkich skalach, i mechaniki kwantowej, r�wnie dobrze dzia�aj�cej w skalach mikroskopowych. Wielu naukowc�w jest zdania, �e obie teorie s� w pewnym sensie sk�adnikami jakiej� bardziej fundamentalnej, a pr�b stworzenia takowej jest naprawd� wiele – wi�kszo�� z nich okre�lanych jest jako teorie “kwantowej grawitacji”.

P�ki co �aden kozak nie stworzy� teorii, kt�ra realizowa�aby tak ambitne zadania, nawet mi�o�nicy teorii strun musz� chyba przyzna�, �e to jeszcze nie “to”. Wraz z rozwojem technologii jednak pojawiaj� si� przynajmniej mo�liwo�ci, by cho� cz�� z nich m�c eksperymentalnie zweryfikowa� – i o takim to w�a�nie dokonaniu jest ten m�tny wpis.

Niekt�re z teorii grawitacji kwantowej zak�adaj�, �e czasoprzestrze� posiada dyskretn� struktur� – inaczej m�wi�c, podobnie troch� jak w przypadku �wiat�a, kt�rego najmniejsza niepodzielna “ilo��” to kwant �wiat�a, przestrze� r�wnie� nie by�aby wtedy g�adkim “p�ynem” (kiepska analogia, no ale c�), wype�niaj�cym idealnie Wszech�wiat. Gdyby�my mogli dzieli� przestrze� i czas na coraz mniejsze fragmenty, musieliby�my w ko�cu natkn�� si� na swoist� granic� – jej wyj�tkowo�� polega�aby jednak nie na ograniczeniach, wynikaj�cych z rozdzielczo�ci instrument�w pomiarowych, a na wbudowanej fundamentalnie w czasoprzestrze� strukturze. Tym samym, do�� co prawda m�tnie, mo�na by sobie wyobra�a� czasoprzestrze� nie jako p�yn, a jako bardzo drobn� “pian�” o maciupkich “ziarnach”.

Je�li rozejrzycie si� wok� siebie, z pewno�ci� nabierzecie podejrze�, �e “ziarna” te musz� by� naprawd� male�kie – w ko�cu nie za bardzo wida� wok� nas podzia� przestrzeni na metrowej wielko�ci bloczki. I rzeczywi�cie, owa fundamentalna “jednostka” czasoprzestrzeni, je�li istnieje, musi by� niezwykle, niewyobra�alnie wr�cz ma�a – w przypadku “d�ugo�ci” mowa tutaj o ok. 1,6·10-35 metra, natomiast w przypadku czasu o 5,3·10-44 sekundy. Obie te warto�ci s� �ci�le ze sob� powi�zane i w fizyce znane s� odpowiednio pod nazwami skali (d�ugo�ci) Plancka i czasu Plancka. Aby uzmys�owi� sobie, o jakich wielko�ciach m�wimy, wystarczy wspomnie�, �e d�ugo�� Plancka stanowi ok. jedn� stutysi�czn� trylionowej wielko�ci… protonu.

Niewiele, to prawda. Tym bardziej jednak wi�ksze wra�enie sprawia w �wietle tego �wiadomo��, �e naukowcy s� w stanie eksperymentalnie wykazywa�, jak ta struktura rzeczywi�cie wygl�da� mo�e (lub nie mo�e).

Wszystko rozpocz�o si� w 2005 roku, kiedy to naziemny teleskop MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope), pracuj�cy w zakresie promieniowania gamma i znajduj�cy si� na Wyspach Kanaryjskich, podczas obserwacji d�ugiego rozb�ysku gamma (trwaj�cego 20 minut!) w odleg�ej o kilkaset milion�w lat �wietlnych galaktyce Markarian 501, zarejestrowa� co� frapuj�cego – fotony, podr�uj�ce od p� miliarda lat dociera�y do teleskopu w r�nym czasie, co jednak najwa�niejsze, owo zr�nicowanie by�o �ci�le skorelowane z pewn� cech� foton�w – ich energi�. Fotony o bardzo du�ej energii dotar�y do Ziemi o ca�e cztery minuty p�niej ni� te o energii znacznie ni�szej. Niby nic ciekawego, jednak informacja o tym do�� szybko sporo namiesza�a w �wiatku astrofizyk�w i spowodowa�a, �e teoretycy pracuj�cy nad kwantowymi teoriami grawitacji nie mogli pochwali� si� stabilnym pulsem. Wszystko dlatego, �e wspomniane wy�ej teorie, przewiduj�ce nieci�g�o�� czasoprzestrzeni, w konsekwencji tego za�o�enia przewiduj� (a przynajmniej niekt�re z nich), �e musi to w zauwa�alny spos�b wp�ywa� na przemieszczanie si� fal elektromagnetycznych w tej�e przestrzeni.

Wspomniana wy�ej struktura “ziarnista” w r�ny spos�b musia�aby oddzia�ywa� z promieniowaniem elektromagnetycznym o r�nej energii – im foton niesie jej wi�cej, tym fala jest kr�tsza; w przypadku niezwykle energetycznych foton�w gamma na tyle kr�tka, by ziarnista struktura przestrzeni mog�a wyra�nie wp�ywa� na ich pr�dko��, mo�na by wr�cz powiedzie�, �e fotony takie musia�yby pokonywa� do�� “wyboist�” drog�, w przeciwie�stwie do foton�w o mniejszej energii, kt�rym przy wi�kszej d�ugo�ci fali takie grudki nie mog�yby w niczym przeszkadza�. Pewnie domy�lacie si� ju�, dlaczego obserwacje teleskopu MAGIC tak pobudzi�y wyobra�ni� niekt�rych teoretyk�w – op�nienie pomi�dzy fotonami wydawa�o si� potwierdza�, �e czasoprzestrze� jest “ziarnista” a pr�dko�� wiat�a zale�na jest od energii, jak� niesie foton. Warto jednak wspomnie�, �e nie do ko�ca tak r�owo sprawy wygl�da�y – zmierzone op�nienie wymaga�o, by “ziarnisto��” objawia�a si� w wi�kszych skalach, ni� wynika�o z teorii – to jednak dla fizyk�w niespecjalny problem, by teorie odpowiednio, ekhem, dopasowa�.

Z problemami czy bez, by�oby to rzeczywi�cie rewolucyjnym odkryciem, jak na razie bowiem szczeg�lna teoria wzgl�dno�ci Einsteina jest niepokonana i nie mamy �adnych dowod�w na to, i� �wiat�o mog�oby zmienia� sw� pr�dko�� w zale�no�ci od jakiegokolwiek czynnika (opr�cz o�rodka, rzecz jasna). Dyskusja rozgorza�a wi�c w najlepsze i tak sprawy mia�y si� do tego roku, kiedy kolejne obserwacje – tym razem teleskopu znajduj�cego si� w Kosmosie – w ko�cu najprawdopodobniej rozwia�y wszelkie w�tpliwo�ci.

W dniu 20 maja tego roku teleskop kosmiczny FERMI zarejestrowa� ponownie rozb�ysk gamma, tym razem jednak w przeciwie�stwie do poprzedniego z gatunku kr�tkich (trwa� 2,1 sekundy), znacznie jednak odleglejszy, gdy� pochodz�cy z odleg�o�ci ok. 7 miliard�w lat �wietlnych. Rozb�ysk, ochrzczony zgodnie z odpowiedni� nomenklatur� mianem GRB090510, kt�ry by� manifestacj� najprawdopodobniej zderzenia dw�ch gwiazd neutronowych (a przynajmniej taki wariant rozpatruj� najcz�ciej w przypadku kr�tkich b�ysk�w gamma astronomowie) okaza� si� niespodziewanie doskona�ym testem dla r�nych spekulacji dotycz�cych struktury czasoprzestrzeni – niestety dla teoretyk�w wspomnianych wy�ej test ten wypad� raczej negatywnie.

Po siedmiu miliardach lat podr�y fotony powsta�e w trakcie rozb�ysku dotar�y do teleskopu – zar�wno fotony o bardzo niewielkiej energii (wzgl�dnie), jak i fotony o energii milion razy wi�kszej. Jak si� jednak okaza�o, op�nienie pomi�dzy tymi fotonami by�o wr�cz zaniedbywalnie ma�e – wynosi�o ok. 0,8 sekundy. Przyk�adaj�c ten �miesznie kr�tki czas do trasy, jak� fotony pokona�y… mo�na �mia�o za�o�y�, �e op�nienia praktycznie nie by�o i – w konsekwencji tego – czasoprzestrze� nie ma struktury “ziarnistej” albo, czego ostatecznie nie mo�na wykluczy�, “ziarna” s� znacznie mniejsze, ni� dot�d przypuszczano.

Po raz pierwszy rozw�j technologii obserwacyjnych pozwoli� nam prowadzi� badania empiryczne nad zwi�zkiem efekt�w kwantowych z geometri� czasoprzestrzeni, warto jednak wspomnie�, �e naukowcy nie poprzestaj� oczywi�cie na tym i w ci�gu najbli�szych lat planuj� wykonanie obserwacji, kt�re mog�yby zweryfikowa� “ziarnisto��” Wszech�wiata w jeszcze mniejszych skalach. P�ki co wydaje si� jednak, �e teoretycy, pracuj�cy w pocie czo�a nad teoriami kwantowej grawitacji, musz� przy�o�y� si� jeszcze bardziej i zrezygnowa� z niekt�rych egzotycznych pomys��w. W przypadku obserwacji teleskopu MAGIC rozwa�a si� obecnie najr�niejsze wyt�umaczenia – mo�e to zadziwiaj�ce op�nienie wzi�o si� z czego� zupe�nie niezale�nego od struktury czasoprzestrzeni, mo�e po prostu w tym konkretnym przypadku promieniowanie o ni�szej energii zosta�o wyemitowane z niewyja�nionych jeszcze przyczyn troch� wcze�niej ni� to o wysokiej? Warto, mimo naprawd� cennego dowodu eksperymentalnego, pami�ta� r�wnie� o tym, �e obserwacje teleskopu FERMI nie oznaczaj� mimo wszystko gwa�townej �mierci wszelkich rozwa�a� nad “ziarnisto�ci�” czasoprzestrzeni – konieczna jest zmiana niekt�rych za�o�e�, dalsze prace teoretyczne, obserwacyjne – kto wie, co jeszcze nas w tej materii czeka.

�r�d�a:

Link 1

Link 2

Link 3

Link 4

Link 5

Link 6

Link 7

Link 8

Link 9

Link 10
Wy�wietl pe�ny artyku�

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

mizuyashi.htw.pl

Podobne

Template provided by Designs by Darren Opracowanie Marketing w Internecie dla Odszkodowanie za dziurę w drodze