Éterová teorie a gravitace

úterý 10. listopad 2009 01:15

Gravitace je v éterové teorii případem obecného stínícího mechanismu, tzv. supergravitace, který se v případě gravitace uplatňuje ve třech rozměrech časoprostoru. K tomuto principu můžeme dojít např. následující úvahou: Ačkoliv se často uvádí, že gravitaci nemůže nic vzdorovat, není tomu tak. Gravitačnímu hroucení masivních hvězd např. úspěšně brání tlak jejich záření, který je s jejich gravitací v rovnováze. Ovšem hvězdy vyzařují na úkor své hmoty, doslova se ve vakuu rozplývají na záření a jejich teplota postupně klesá. Gravitace pak v určitém místě hvězdy převáží a tlak záření zbytek hmoty odfoukne do vesmíru.

V éterové teorii je tedy gravitace síla opačná k radiačnímu tlaku vznikajícímu zářením těles. Vakuum je prostředí s vysokým obsahem energie a tlak jeho energie stlačuje nepříliš zářivé objekty k sobě. Analogický jev můžeme jako obvykle demonstrovat na síle, kterou jsou k sobě přitahovány objekty na vlnící se vodní hladině. Ve starých námořnických příručkách se uvádí, že lodě by za bouřlivého počasí neměly do přístavu vplouvat současně. Pokud se k sobě přiblíží na určitou vzdálenost, vlnobití bude mezi trupy obou lodí odstíněno tak, že okolní vlny k sebe obě lodi doslova srazí a tím je vzájemně rozdrtí.

Stínící model gravitace byl ve skutečnosti navržen už velice dávno a byl popsán éteristy před více než 400 lety. Přítel Newtona, Nicolas Fatio de Duillier (viz obr. u perexu) pomocí něj dokonce přivedl Newtona k formulaci jeho gravitačního zákona. Newton se totiž v té době v otevřených dopisech směrovaných Londýnské královské společnosti (dnes bychom řekli v "blogu") urputně přel s Robertem Hookem, který byl v té době proslaven jako brilantní experimentátor. Hooke na základě starých arabských pramenů tvrdil, že gravitační síla je nepřímo úměrná druhé mocnině (tzv. "čtverci") vzdálenosti mezi tělesy - zatímco Newton razil jednodušší variantu (nepřímou úměrnost vzdálenosti). Avšak Duillier Newtonovi vysvětlil, že stínící efekt je vždy napřímo úměrný počtu rozměrům prostředí, ve kterém se uplatňuje, sníženém o jedničku.

To lze názorně demonstrovat dvourozměrným modelem (viz obr. výše), na kterém se plocha stínícího průřezu částic klesá s první mocninou vzdálenosti. Ve třech rozměrech by stín částic tvořil kužele, jejichž plocha podstavy klesá s druhou mocninou jejich výšky. Všiměme si, že tento princip současně vede na atomistický model hmotných objektů - částice stínící gravitaci a tvořící hmotný objekt musí být daleko menší, než objekt sám, aby takový model mohl fungovat přesně a hmotná tělesa musí být díky tomu velice porézní. Na malých vzdálenostech je nutno přihlédnout k tomu, že i částice uvnitř objektu jsou složeny z dalších, ještě menších, atd. - jinak bude docházet k narušení gravitačního zákona - a to se také vzhledem ke konečné velikosti atomů na malých vzdálenostech skutečně projevuje. Fatio de Duillilier dokonce svým modelem předjímal koncept strun a kvantové pěny, jelikož odhadoval, že na velmi malých vzdálenostech budou mít částice hmoty spíše vzhled mřížky nebo houby, aby pronikání éteru omezovaly co nejméně.

Newton sám byl éterista (razil např. představu absolutního prostoru a času) a tak se nechal Duillierem nakonec přesvědčit. Neuznal však svůj omyl, ale stáhl se do ústraní a několik let na veřejnosti vůbec nevystupoval. Ke zveřejnění gravitačního zákona jej přiměla teprve diskuse zvířená astronomem Halleym o deset let později s ohledem na eliptické oběžné dráhy komet a planet ve sluneční soustavě. Newton si uvědomil, že v tomto případě by se mohl Hookův gravitační zákon velmi dobře uplatnit a tak jej nakonec s Halleyho finanční podporou publikoval v díle "Matematické principy přírodní filozofie" (1687) v podobě, jaké jej známe dnes. Původní názor Hookeho ovšem jaksi "zapoměl" ocitovat, což mu Hooke do své smrti neodpustil.

Duillierův model nakonec rozpracoval o století později švýcarský fyzik Le-Sage do podoby klasické éterové teorie gravitace. Gravitaci v ní způsoboval stínící efekt "ultramundánních částic", tj. pocházejících mimo náš vesmír a prostupujících hmotou - dnes bychom je označili za tachyony pronikající do vakua ze skrytých dimenzí paralelního vesmíru. Tyto úvahy dokazují, jak dobře lidé již ve středověku pronikli do podstaty vesmíru a jak bylo toto chápání pozdějším formálním přístupem fyziky zabržděno - ba dokonce s ohledem na částicové chápání gravitace a vakua vrženo zpátky hluboko do doby předantické.

Duillier - Le Sageho model stínící model gravitace

Newtonův gravitační zákon není bezprostředně spojen s Newtonovou mechanikou jako takovou a bez éterové teorie by šlo pouze o axiom - čili jakousi numerickou regresi reality, protože jej nelze ze žádné jiné teorie odvodit. Jako takový jej o třista let později přebrala i obecná teorie relativity, protože bez Newtonových zákonů nelze vyjádřit ani závislost gravitačního potenciálu na vzdálenosti od tělesa deformujícího časoprostor. Konstanta gravitačního zákona se tudíž objevuje i v Einsteinových rovnicích gravitačního pole jako empiricky stanovená konstanta a gravitační zákon zde vystupuje jako další skrytý postulát. Ani Duillierův model nebyl fyziky zcela zapomenut a objevuje se např. ve Feynmanově-Wheelerově absorbérovém modelu elektrodynamiky (dnešní formální fyzikou rovněž zavrženém).

Při podrobnějším rozboru gravitace reálných těles v Newtonově a Einsteinově teorii by nám však neměl uniknout problém, který je spojen se závislostí gravitační pole na vzdálenosti. Uprostřed každého tělesa je gravitační síla a tedy i intenzita gravitačního pole nulová, protože těleso zde "nemá kam padat". Pokud bychom vyvrtali doprostřed Země tunel, vznášely by se v něm objekty úplně stejně, jako v kosmickém prostoru a k jejich uvedení do pohybu bychom měli vynaložit určité zrychlení. To ale narušuje teorii relativity, podle které pro objekt uvnitř gravitačního pole Země plyne pomaleji čas, takže by zde potřebné zrychlení bylo poněkud nižší, než mimo ni - jak se snažil v 50. letech dokázat i náš fyzik a nechvalně známý bývalý ministr školství Jaromír Hrbek. Obecná teorie relativity časové měřítko zanedbává a při odvození gravitačního modelu velmi hmotných těles vede k tzv. singularitě, tedy bodovým objektům, ve kterých je intenzita gravitačního pole nekonečná - neřeší totiž skutečnost, že energie se šíří hustším časoprostorem čím dál pomaleji a proto velmi hmotný objekt bude ke svému gravitačnímu hroucení vyžadovat čas, který přesáhne stáří pozorovatelného vesmíru.

Zatímco z Newtonovy teorie vyplývá, že intenzita gravitačního pole objektu konečné velikosti a tedy i gravitační zrychlení bude největší právě na jeho povrchu, v případě teorie relativity je tímto místem jeho střed. Oba modely jsou zjevně nefyzikální, protože vedou ke nespojitosti křivky gravitačního potenciálu v závislosti na vzdálenosti od středu tělesa (viz obr. výše). Ale to zde není jediný problém. Při gravitačním hroucení velmi hmotné hvězdy do černé díry dochází k tomu, že nejprve je největší gravitace na obvodu hvězdy podle Newtonovy teorie a potom by se měla jaksi skokem "přepnout" do řešení nabízeného teorií relativity, podle kterého je největší gravitace uprostřed (viz animace níže).

  

Takovéto skoky a nespojitosti však v přírodě nejsou příliš pravděpodobné a proto eterová teorie nabízí upravený model obecné teorie relativity, ve kterém se gravitační pole mění spojitě ve všech derivacích. To vede k zápornému zakřivení časoprostoru vně hmotného tělesa, jehož profil má tvar klobouku nebo zvonu, který plynule relaxuje do nuly vně i uvnitř tělesa. V místě v dostatečné vzdálenosti od tělesa, kde je zakřivení časoprostoru záporné by se gravitace měla projevovat slabou odpudivou silou. Tato odpudivá síla zřejmě skutečně existuje a projevuje se jako tzv. temná energie, zrychlující expanzi vesmíru, protože vzdálené objekty od sebe rozhání stále vyšší rychlostí. 

V éterové teorii je tato síla důsledkem konečné rychlosti energie, která postupně kompenzuje stínící účinek jejího šíření v nižším počtu rozměrů. Takže zatímco relativistické jevy (jako Lense-Thirringův jev) je důsledkem strhávání referenčního rámce gravitačním polem hmotného tělesa, temná energie je důsledek strhávání referenčního rámce všesměrovou expanzí časoprostoru - tedy jevem vnější observační perspektivy gravitačního pole a lze je považovat za projevy kvantové gravitace. V éterové teorii je toto odpudivé působení gravitačního pole analogické povrchovému napětí gradientu hustoty éteru - tedy síly, která od sebe odstrkuje např. drobné rtuťové kapky. U velmi hustých objektů jsou jevy povrchového napětí gravitačního pole velmi výrazné a takové objekty se skutečně chovají jako rtuťové kapky, což se projevuje např. při vzájemných srážkách černých děr.

V některém z příštích příspěvků si ukážeme, jak lze podobný výsledek získat i úpravou teorie relativity a jak vede k důsledkům známým jak temná hmota a kvantování gravitace. Na závěr bych poznamenal, že gravitace není jedinou supergravitační silou - např. na malých vzdálenostech se v šesti rozměrech uplatňuje přitažlivá Casimirova síla. Její mechanismus je podobný, jako u gravitace, ale zatímco v případě gravitace se stínící účinek uplatňuje ve třech rozměrech, Casimirova síla vzniká stíněním drobných virtuálních fotonů pocházejících z šumu vakua, které třírozměrnost časoprostoru narušují (zvyšují).

Ve vyšším počtu rozměrů stínící účinek supergravitace klesá se vzdáleností mnohem rychleji a je omezen na vzdálenosti nepřesahující vlnovou délku mikrovlnného pozadí vesmíru. Projevuje se však slabou přitažlivou silou a zrychlením, jehož účinek se postupně sčítá, takže na velkých vzálenostech narušuje gravitaci a teorii relativity podobně, jako Casimirova síla na vzdálenostech několika mikrometrů. Na tom je založena např. známá anomálie sond Pioneer 10 a 11 a efekty tzv. temné hmoty. O těchto souvislostech se rovněž zmíním podrobněji příště.  

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

OKSlAAqNCrpzgILiTOOCtcfViwYYdLpHa06:5920.7.2011 6:59:02
PSfaYrPaQjalwuYcUBGsMgu01:3218.7.2011 1:32:21

Počet příspěvků: 2, poslední 20.7.2011 6:59:02 Zobrazuji posledních 2 příspěvků.

Milan Petřík

Milan Petřík

Aktuality a postřehy ze světa vědy

Astronomie, fyzika

REPUTACE AUTORA:
0,00

Seznam rubrik