Éter a záblesky gamma záření

pondělí 5. říjen 2009 20:54

Kosmické záblesky gamma záření samy o sobě patří k nevyřešeným záhadám současné fyziky. Představují největší známou koncentraci energie ve vesmíru, která se vymyká současným teoriím. Předpokládá se, že záblesky vznikají gravitačním hroucením velmi hmotných hvězd, nebo srážkami černých děr. Bylo odhadnuto, že při jejich vzniku v několika sekundách dojde k vyzáření energie odpovídající anihilaci hvězdy o hmotnosti Slunce. Dnes se však nebudu zabývat vznikem, ale způsobem, jakým se tyto zálesky dokážou propagovat na neuvěřitelné vzdálenosti.

V přechozích příspěvcích jsem uvedl, že jevy jako gravitace, temná hmota nebo Velký třesk mohou mít svůj původ v rozptylu světla v mikrovlnném pozadí vesmíru. Světelné paprsky spolu sice za normálních podmínek neinteragují, ale fotony s velmi krátkou vlnovou délkou vykazují výrazně částicové chování a k jejich vzájemné interakci stačí i velmi slabé elektromagnetické pole mikrovlnného šumu vesmíru. Pokud je tento výklad správný, pak by fotony měly být rozptylovány tím více, čím je jejich vlnová délka kratší a energie i hmotnost vyšší. Stručně řečeno, fotony gamma záření by měly být silnou vrstvou vakua rozptylovány přednostně, podobně jako je přednostně rozptylováno světlo modré barvy na fluktuacích hustoty atmosféry, což dává denní obloze její modrou barvu.

 

Tento princip je v éterové teorii velmi obecný a lze si jej názorně představit tak, že fotony o nižší hustotě energie (jako je rentgenové a ultrafialové záření) nejsou nuceny ve fluktuacích kvantové pěny tvořící vakuum tolik kličkovat, protože je mohou díky své větší vlnové délce "obejít" a mohou se tedy vakuem šířit o něco rychleji. Podobný jev je ve fyzice šíření vln velmi běžný a označuje se jako tzv. normální disperze. I skleněný hranol nebo kapku vody tvoří duhu vždy tak, že lámou modré a fialové světlo přednostně, protože má kratší vlnovou délku a v částicovém prostředí se šíří o něco pomaleji.

Záblesky gamma záření jsou obvykle tvořeny směsí fotonů různých vlnových délek a protože jsou velmi intenzívní, lze je pozorovat i přes veliké vzdálenosti, na kterých by rozptyl fotonů měl vyniknout docela zřetelně. Z toho vyplývá, že záblesky gamma záření jsou událost velmi vhodná pro testování mezních podmínek velmi obecných teorií, protože v pozemských laboratořích buďto neumíme vyrobit záblesk s tak vysokou hustotou energie, nebo jej nemůžeme sledovat na tak velkou vzdálenost, zpravidla však obojí. Současné fyzikální teorie (jako je teorie strun) jsou až na výjimky založené na speciální teorii relativity, podle které je rychlost světla konstantní a nezávislá na frekvenci a proto rozptyl fotonů předpovídat nemohou. Existují však méně exaktní modely, které rozptyl fotonů předpovídat mohou. Jedním z nich je tzv. teorie dvojité, nebo deformované speciální relativity (DSR/DSR2), rozvíjená teoretiky kvantové teorie gravitace.

Podobné fenomenologické modely se v nedávné době těšily značné pozornosti, protože předloni byl v aktivním jádře galaxie  MKN501 vzdálené asi 0.3 miliardy světelných let zpozorován silný záblesk gamma záření, trvající asi dvě minuty. V rámci pozorování pozemskou gamma observatoří MAGIC bylo zachyceno několik stovek fotonů různých frekvencí a skutečně bylo přitom zaznamenáno, že většina fotonů krátkých vlnových délek (na 5x zrychlené animaci níže jsou znázorněny modrou barvou) dorazila až nakonec se zpožděním až dvacet vteřin vůči hlavnímu záblesku.

 

Po tomto povzbuzení však vzápětí přišlo zklamání, protože několik dalších, mnohem vzdálenějších záblesků vykazovalo jen nepatrné zpoždění krátkovlnných fotonů. K dovršení všeho byl nedávno pozorován záblesk velmi vzdáleného objektu astronomy označovaného jako GRB090510 ve vzdálenosti asi 12,2 miliard světelných let, tedy 25x větší, než záblesk MKN501. Současně s tímto zábleskem byl observatoří MAGIC zachycen velmi energetický foton, ale prakticky současně s hlavní vlnou záblesku. Není divu, že někteří konzervativní fyzici ožili a začali vydávat (pravda, trochu předčasně) tato pozorování jako"triumf" strunové teorie a klasické teorie relativity.

K čemu zde tedy s největší pravděpodobností došlo? Podle éterové teorie jsou fotony hmotné částice a gamma záblesk obsahuje velké množství takových fotonů o hmotnosti třeba celé planetky. Takové fotony se vesmírem nepropagují samotné, ale jeví tendenci se shlukovat do útvarů, podobných vírovému kroužku, který vznikne prudkým vyfouknutím vzduchu z plastové lahve nebo z dýmky. Tento útvar v zásadě tvoří stejný soliton jako fotony samotné a v éterové teorii tak představuje nafouknutý prototyp elementární částice fraktálně složené ze sobě podobných částí. Podobné útvary jsou známé v částicové fyzice v případě bosonů, které se nešíří vakuem, ale uvnitř atomového jádra, kterým se říká gluony. Díky vysoké hustotě jádra jsou gluony poměrně hmotné částice, které se mohou při srážkách atomových jader propagovat jen na omezenou vzdálenost v podobě tzv. glueballs, česky bychom řekli "gluonových koulí". To jsou kompozitní částice tvořené pouze gluony, držících pohromadě svoji vlastní gravitací. Záblesky gamma záření tak představují jakousi obří analogii gluonových koulí, čili jakési koule, tvořené vírovým klubkem fotonů valících se jako kolečko dýmu z cigarety napříč celým vesmírem.

Pro formálně uvažující teoretiky jsou solitony tvořené fotony záludná záležitost, protože fotonové koule se vakuem propagují jako celek, takže napohled konstantní rychlost světla splňují. Uvnitř fotonové koule však dochází k separaci fotonů podle hmotnosti - a to podobně, jako u jiných gravitačně vázaných objektů. Nejtěžší fotony s krátkou vlnovou délkou postupují středem vírového kroužku, zatímco ty lehčí je neustále obíhají a pohybují se tak po delší dráze. V konečném výsledku se tak fotony různých vlnových délek propagují vakuem značně rozdílnou rychlostí a můžou do svého klubka zachytávat jiné, osamělé fotony uvolněné z jiných záblesků a nabalovat je do sebe jako sněhová koule. To je možná případ i osamoceného fotonu s neobvykle vysokou energií jako v případě záblesku GRB090510, který málem zboural alternativní teorie. Můžeme si dokonce představit situaci, že naopak tyto těžké fotony slouží jako kondenzační jádra pro lehké fotony, které se na ně nabalují jako sněhové vločky a v konečném důsledku by pak některé gamma záblesky mohly vzniknout posbíráním fotonů z několika zdrojů gamma záření současně a předstírat tak silný záblesk objektu mnohem vzdálenějšího.

Znamená to snad, že rozptylování a shlukování fotonů narušuje speciální teorii relativity a konstantní rychlost světla? Odpověd zní ano i ne. Speciální teorie relativity o existenci fotonů, stejně jako o fluktuacích vakua "neví", nepatří totiž k jejím postulátům a ze speciální teorie relativity je nelze nijak přímočaře odvodit. Ačkoliv to Albert Einstein výslovně neuváděl, konstantní rychlost světla ve vakuu platí pro čistě čtyřrozměrný, zcela plochý časoprostor, avšak reálné vakuum je poněkud zvlněné - můžeme říci, že obsahuje stopy "dalších dimenzí". A vliv těchto drobných fluktuací se při šíření fotonů celým viditelným vesmírem postupně nasčítá přesto, či právě proto, že v jejich lokálním rámci speciální teorie relativity stále platí - fotony drobným fluktuacím vakua uhýbají tak, aby se kolem nich pohybovaly bez vlivu setrvačnosti podobně jako těleso obíhající Zemi a tím se postupně rozptylují. Popsaný příklad kdy "stokrát nic zabilo osla" demonstruje, jak obtížná může být přesná interpretace formálních teorií, jakmile se začnou zabývat složitými soubory mnoha částic.  

Creative Commons License
Blog, jehož autorem je Milan Petřík, podléhá licenci Creative Commons Uveďte autora-Neužívejte dílo komerčně-Zachovejte licenci 3.0 Česko.

Milan Petřík

sWVIEfUzJTiqmzqZWiT04:4819.7.2011 4:48:22
PetrikDiskuse našich študentů00:5421.12.2009 0:54:44

Počet příspěvků: 2, poslední 19.7.2011 4:48:22 Zobrazuji posledních 2 příspěvků.

Milan Petřík

Milan Petřík

Aktuality a postřehy ze světa vědy

Astronomie, fyzika

REPUTACE AUTORA:
0,00

Seznam rubrik