ΜΙΑ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΗ ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΤΗΣ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ

ΓΕΝΙΚΑ

              Η αναδίφηση του βιβλίου ‘ Εικόνες της Σχετικότητας’ με εκδότη τον Lewis Epstein, με την εξαιρετική σχεδιαστική απόδοση, στις δύο όμως διαστάσεις, του  ‘Καμπυλωμένου Χωροχρόνου’ και την δημιουργία τόσο της βαρύτητας σαν αποτελέσματος της χωροχρονικής καμπύλωσης,όσο και της (μετρήσιμης) διαστολής του χρόνου, θα μπορούσε να δημιουργήσει την εσφαλμένη εντύπωση στον αναγνώστη ότι ο Συμπαντικός Χώρος σε κάποιες περιοχές του, εμφανίζεται από κάποια ιδιομορφία, περισσότερο ή λιγότερο καμπυλωμένος.

Ας παραστήσουμε σε δύο διαστάσεις το Σύμπαν, σαν ένα ελαστικό σενδόνι τεραστίων διαστάσεων επαρκώς τεντωμένο και σε ‘οριζόντια’ θέση. Αν στην επιφάνειά του κινηθεί μία ελαφριά  μπάλα, αυτή θα ακολουθήσει μία ευθεία πορεία ενώ ο συνολικός χρόνος κύλισης θα παρουσιάζει σταθερό και μετρήσιμο ρυθμό ροής σε όλη την διάρκεια κίνησης. Αν όμως τοποθετηθούν σε διάσπαρτα σημεία του ελαστικού σενδονιού διαφορετικές ποσότητες ύλης τότε στα σημεία αυτά θα δημιουργηθούν χωνοειδείς καμπυλότητες. Στην περίπτωση αυτή αν επαναλάβουμε το πείραμα εκσφενδονίζοντας την μπάλα που περιγράψαμε, θα παρατηρηθούν τα ακόλουθα:

-Η πορεία της μπάλας δεν θα είναι πλέον ευθύγραμμη. Συγκεκριμένα όταν θα διέρχεται από καμπυλωμένες περιοχές θα μεταβάλλει κατεύθυνση και ταχύτητα για να καταπέσει τελικά σε κάποια περιοχή μεγάλης καμπυλότητας.

– Η ροή του χρόνου δεν θα είναι ομοιογενής διότι ο χρόνος θα υφίσταται ανάλογη διαστολή όταν η μπάλα θα διασχίζει μέχρι να υπερβαίνει τα καμπυλωμένα τμήματα πριν εγκλωβιστεί σε ένα τελευταίο.

Συμπερασματικά, η έννοια ‘χωροχρονική καμπύλωση’ όπως περιγράφεται στις δύο διαστάσεις, δημιουργείται τότε μόνο όταν και όπου υπάρχει συγκέντρωση ύλης. Αλλά το αντιληπτικό πρόβλημα δημιουργείται στην προσπάθεια να συλλάβουμε την έννοια ‘ χωροχρονική καμπύλωση’ στις τέσσαρες διαστάσεις δηλαδή στον πραγματικό χώρο. Στην περίπτωση αυτή  ο όρος, περισσότερο μπορεί να χαρακτηρισθεί σαν ‘θεωρητικό σχήμα’ παρά σαν έκφραση που καθορίζει αντιληπτικά ένα συγκεκριμένο πρότυπο. Περισσότερο ορθός θα ήταν ο όρος ‘πυκνότητα βαρύτητας’ ή ο χρησιμοποιούμενος ‘ένταση βαρύτητας’ διότι στον μεγάκοσμο, ο βαθμός αντίληψης και ερμηνείας του από το ανθρώπινο πνεύμα, ιδίως σε βασικές έννοιες, θα πρέπει να προσφέρει σαφείς και κατανοητές περιγραφικά έννοιες.

Κλείνοντας την εισαγωγική αυτή παράγραφο, θεωρώ ότι μπορεί να είναι αποδεκτή η άποψη ότι η εισαγωγή ενός προτύπου που παρέχει ακριβή μετρήσιμα μεγέθη διασταυρωμένα και πειραματικά, δεν αποτελεί κατ΄ ανάγκη και φυσική πραγματικότητα.

ΑΞΙΩΜΑΤΙΚΗ ΠΡΟΤΑΣΗ

               Η ασαφής κατά τα ανωτέρω, αντίληψη της έννοιας της ‘χωροχρονικής καμπύλωσης’, οδηγεί στην ανάγκη καθορισμού ενός περισσότερο συγκεκριμένου προτύπου παγκόσμιας βαρύτητας, το οποίο να παρέχει ορθά κατ΄ αντιστοιχία,και μετρήσιμα μεγέθη.

Ας θεωρήσουμε την μορφή δομής ενός Ηλεκτρομαγνητικού (Η/Μ) Πεδίου που παράγεται από ένα Η/Μ φορτίο, όπως φαίνεται στην εικόνα 1.

Εικόνα 1

Ο Πεδιακός χώρος ορίζεται από δυναμικές γραμμές με ακτινική συμμετρική κατανομή και αφετηρία το ίδιο το φορτίο, ενώ οι Η/Μ δυνάμεις ασκούνται κατά μήκος των δυναμικών γραμμών. Το Πεδίο αυτό λόγω της ισχύος του μπορεί να παρασταθεί και φωτογραφικά.

Οι βασικές σχέσεις που ορίζουν τις δυνάμεις στο πεδίο αυτό  είναι:

F=Kq₁.q₂/r²  και F=q.E

Αντίστοιχα οι δυνάμεις στο Βαρυτικό Πεδίο εκφράζονται από τις σχέσεις:

F=Gm₁.m₂/r² και F= m.g

Διαπιστώνεται  λοιπόν μία αντιστοιχία στην μαθηματική έκφραση των δυνάμεων. Μπορούμε συνεπώς να κάνουμε την ισχυρή υπόθεση ότι και η μορφή και δομή του Βαρυτικού Πεδίου προσομοιάζει με αυτή του Η/Μ. Η αδυναμία όμως φωτογραφικής απεικόνισης και του Β/Π, οφείλεται στην συγκριτική του ελαφρότητα κατά τάξη μεγέθους του 10^-30 τουλάχιστον, σε σχέση με την ένταση του Η/Μ πεδίου.

Με την αποδοχή της παραπάνω μορφής του Β/Π προκύπτει η άμεση ανάγκη προσθήκης εννοιών αλλά και δυνατότητα υπολογισμού των ακόλουθων μεγεθών:

– την εισαγωγή της έννοιας της βαρυτικής γραμμής (gs) ή βαρυτονίου

– την αντιστοιχία της μάζας προς τις βαρυτικές γραμμές (gs.Kg^-1)

– την στοιχειώδη δύναμη ανά βαρυτική γραμμή f_el.gs^-1

– την δασύτητα των βαρυτικών γραμμών (gs.m^-2 )

Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΒΑΡΥΤΙΚΗΣ ΓΡΑΜΜΗΣ

               Με την αξιωματική παραδοχή του βαρυτικού πεδίου σε δομή παρεμφερή προς αυτή του Η/Μ, είναι αναγκαία προϋπόθεση η ποιοτική  περιγραφή των χαρακτηριστικών της βαρυτικής γραμμής σαν ‘δυνάμει’ οντότητας, όπως εννοείται στο πρότυπο που εισάγεται. Τα χαρακτηριστικά αυτά είναι:

-το άπειρο μήκος και η μηδενική μάζα

-η συμμετρική ακτινική κατανομή των βαρυτικών γραμμών με σύγκληση στο Κέντρο Μάζας

– η ιδιότητα της ιδιοπεριστροφής με κατεύθυνση το ΚΜ, που παράγει την  Βαρύτητα (σχήμα 2)

– ο πλευρικός δεσμός

Με την εισαγωγή της έννοιας αυτής, μπορεί να δοθεί απάντηση σε βασικά ερωτήματα της Φυσικής σχετικά με την ανάγκη ή μη ύπαρξης της φορέα μεταφοράς της Η/Μ ενέργειας, η αιτιολόγηση της αδρανειακής μάζας απόλυτα ίσης προς την βαρυτική, καθώς και ο ορισμός του φωτονίου.

Σχήμα 2

       ΜΕΤΡΗΣΗ ΜΕΓΕΘΩΝ

α. Αντιστοιχία μάζας προς βαρυτικές γραμμές

Προφανώς, ο αριθμός των βαρυτικών γραμμών Ν μίας συγκρότησης μάζας, είναι ανάλογος προς την μάζα αυτή. Συνεπώς μπορούμε να εισάγουμε μία σταθερά αναλογίας e₀  έτσι ώστε να ισχύει  Ν=e₀.m. Με βάση την ενέργεια h.ν, ενός

στοιχειώδους ΄πακέτου΄ ενέργειας φωτονίου που αντιστοιχεί θεωρητικά σε κάποιο

m.c² (h.ν=m.c²) προκύπτει η τιμή του e₀=4,575063.10³⁵gs.Kg^-1  για N=2gs και ν την μέση συχνότητα ορατού φάσματος ( ακολουθεί αιτιολόγηση παρακάτω).

β. Στοιχειώδης δύναμη ανά βαρυτική γραμμή (gs)

Στο πρότυπο που αναφερόμαστε, η αμοιβαία βαρυτική έλξη μεταξύ δύο μαζών (δύναμη Newton ) δημιουργείται από τις αμοιβαία εμπλεκόμενες βαρυτικές γραμμές. Συνεπώς αν n είναι ο αριθμός των γραμμών αυτών, θα ισχύει F=n.f_el. H δύναμη αυτή θα αντιστοιχεί με την δύναμη F_Newton συνεπώς θα ισχύει F=F_N ή n.f_el= Gm₁.m₂/r².

Από την επεξεργασία αυτής της σχέσης προκύπτει: f_el= 4g/e₀  από όπου προκύπτει λ.χ.για τον Ήλιο f_el=2,3975729.10^-33Nt.gs^-1 με g την επιτάχυνση της βαρύτητας στην επιφάνεια ( R= 6,96.10⁸m)

γ. Δασύτητα βαρυτικών γραμμών

Η δασύτητα των βαρυτικών γραμμών είναι η πυκνότητα των γραμμών αυτών ανά μονάδα επιφάνειας (gs.m^-2) και αντιστοιχεί προς την ένταση του βαρυτικού πεδίου σε δεδομένη απόσταση από το κέντρο μάζας. Εφόσον Ν είναι το σύνολο των βαρυτικών γραμμών και R η ακτίνα ισοδύναμης σφαίρας της θεωρούμενης μάζας, η δασύτητα θα ορίζεται από την σχέση D= N/4πR² Ειδικά για την περίπτωση του Ηλίου, με N=e₀.M, η δασύτητα θα είναι D= 1,4969781.10⁴⁷gs.m^-2και αντιστοιχεί στην τιμή g=274,226 m.s^-2 στην επιφάνεια του Ήλιου.

     

ΠΑΡΑΓΩΓΕΣ ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΤΟΥ ΠΡΟΤΥΠΟΥ

                   Με την αποδοχή του προτύπου, δίδεται απάντηση και επεξηγείται ο τρόπος με τον οποίο η ενέργεια που παράγεται από την θερμοπυρηνική δράση στο εσωτερικό ενός αστέρα, διαχέεται σαν ηλεκτρομαγνητική ενέργεια εν γένει, με φορέα το σύστημα των βαρυτικών γραμμών. Κατά συνέπεια κάθε βαρυτική γραμμή αποτελεί το αναγκαστικό ‘μονοπάτι’ που ακολουθεί ένας κυματοσυρμός ροής φωτονίων που μεταφέρουν ενέργεια, ορμή αλλά και στροφορμή. Η τελευταία παράγεται από την ιδιοπεριστροφή  των βαρυτικών γραμμών που ήδη προαναφέραμε. Η μεταφορά ενός φωτονικού κύματος κατά μήκος μίας συγκεκριμένης αφετηριακά βαρυτικής γραμμής, ορίζει την τιμή Ν=2 gs του φωτονίου.

Ο ορισμός του φωτονίου μετά από τα παραπάνω, μπορεί να διατυπωθεί σαν ένα ‘γραμμικό κύμα μίας πλήρους φάσης, κινούμενο επιβατικά σε μία βαρυτική γραμμή που του προσδίδει στροφορμή, το οποίο μεταφέρει συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας και ορμής’. Συνεπώς η απόκλιση των φωτονίων προς την κατεύθυνση ελαχίστης ενέργειας όταν διασχίζουν πεδία μεγάλης βαρυτικής πυκνότητας, στην πραγματικότητα οφείλεται στην απόκλιση των βαρυτικών γραμμών-φορέων των αντίστοιχων φωτονίων ενώ τα φωτόνια παρέχουν το οπτικό και μετρήσιμο αποτέλεσμα. Κατά συνέπεια βαρυτικές γραμμές και  Η/Μ αλληλεπιδρούν (ως γνωστό το φως αποτελεί ροή Η/Μ ενέργειας).

Ο υπολογισμός της γωνίας απόκλισης των βαρυτικών γραμμών όταν διέρχονται από ένα άλλο βαρυτικό πεδίο, μπορεί να πραγματοποιηθεί με μαθηματικό τρόπο, δηλαδή με την επίλυση μίας διαφορικής εξίσωσης πρώτης τάξης με βάση την ορμή h.ν/c ενός φωτονίου και την αλληλεπίδρασή του με όλες τις βαρυτικές γραμμές  δύναμης f_el με τις οποίες διασταυρώνεται στην πορεία του καθώς διασχίζει το πεδίο αυτό. Η επίλυση της εξίσωσης δίδει την σχέση tanφ= r.f_el /h.ν  Για την περίπτωση λ.χ. απόκλισης βαρυτικών γραμμών που διασχίζουν το βαρυτικό πεδίο του Ήλιου (με  R= 6,96.10⁸m, f_el= 2.3975729.10^-33Nt.gs^-1 και ν= 5,9377781.10¹⁴s^-1(ως μέση συχνότητα ορατού φάσματος ) λαμβάνουμε την τιμή tanφ= 4,241365.10^-6. Η αντίστοιχη τιμή που παρέχει η καθιερωμένη σχέση της Φυσικής για την περίπτωση αυτή, δίδει τιμή tan φ=4,241363.10^-6.

Τέλος, αποτελεί αξιοσημείωτη παρατήρηση ό,τι προκύπτει από την σύγκριση της παραπάνω σχέσης,  με τις παραδεκτές στην περίπτωση του ορίζοντα γεγονότων μη περιστρεφόμενης Μαύρης Τρύπας, η ακτίνα του οποίου δίδεται από την σχέση R_s= 2G.M/ c². Αν εξισώσουμε την παραδεκτή σχέση που δίδει την γωνία απόκλισης φωτονίων tanφ=2G.M/R.c² με το 1, τότε θα είναι 2G.M/c²=R δηλαδή R=R_s και φ=π/4. Αν λοιπόν στην σχέση που εισάγουμε θέσουμε r.f_el/h.ν=1 τότε είναι το r= R_s και το f_el= f_s. Στην περίπτωση λοιπόν του Ήλιου με γνωστή την ακτίνα Ορίζοντα Γεγονότων R_s=2,952.10³m,θα είναι
f_s= h.ν/R_s. Από την σχέση αυτή υπολογίζεται f_s= 1,3327817.10^-22Nt.gsΗ τιμή αυτή αναγόμενη σε f_el στην ακτίνα του Ηλίου, με βάση την σχέση f_el//f_s=R_s² /R² προκύπτει τιμή του f_el για την περίπτωση του Ήλιου που είναι f_el=2,39758.10^-33Nt.gs^-1 σαν τιμή από πρώτες αρχές, ικανοποιητικά προσεγγιστική προς την αρχική που υπολογίστηκε με βάση την τιμή e₀.

               Ποιοτικές ερμηνείες ερωτημάτων της Φυσικής

                   Το πρότυπο που περιγράφεται παραπάνω, ερμηνεύει τον τρόπο με τον οποίο διαχέεται στο διάστημα η παραγόμενη Η/Μ ακτινοβολία των αστέρων, διότι χρησιμοποιεί σαν απαραίτητο φορέα τον ιστό των ‘δυνάμει’ βαρυτικών γραμμών.

Η ύπαρξη του βαρυτικού ιστού αποτελεί εγγενή ιδιότητας της ύλης, που εξασφαλίζει την διατεταγμένη διάχυση της παραγόμενης ενέργειας ενός αστέρα υπό μορφή φωτονίων. Αν δεν υπήρχε αυτή η ‘δυνάμει’ διάταξη, δεν θα εμπόδιζε τίποτε ώστε τα φωτόνια που μεταφέρουν την ενέργεια, να σκεδάζονται μεταξύ τους στην αφετηρία της πορείας τους.

Αν θεωρήσουμε ότι ο βαρυτικός ιστός ενός αστέρα έχει ένα ‘μέγιστο’ ρυθμού δυνατότητας διάχυσης της παραγόμενης ενέργειας, το οποίο όμως υπερβαίνει ο ρυθμός παραγωγής της ενέργειας από την θερμοπυρηνική λειτουργία, η μένουσα ενέργεια συσσωρευμένη θα συνεπάγεται μία βαθμιαία αύξηση του όγκου του αστέρα. Συνεπώς αστέρες πολύ μεγάλης μάζας θα έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής διότι αναλίσκοντας με υψηλούς ρυθμούς τα καύσιμά τους θα καταρρέουν τελικά από την κατίσχυση της βαρύτητας.-

Βουδρισλής Αθανάσιος

                     Διευκρινίσεις

                   Η παραπάνω πρόταση αποτελεί την περιληπτική περιγραφή ενός διαφορετικού ποιοτικού προτύπου της βαρύτητας ενώ η πλήρης μαθηματική επεξεργασία είναι μία εργασία περισσότερο εκτενής σε βάθος.
Η μέση συχνότητα ορατού φάσματος, που χρησιμοποιούμε τόσο σαν όρο όσο και με την συγκεκριμένη τιμή ανωτέρω, οφείλεται αφενός σε υπολογισμό από μαθηματική σχέση που προκύπτει  από το πρότυπο που προτείνεται και αφ’ ετέρου από το γεγονός ότι ο πρώτος πειραματικός υπολογισμός της απόκλισης των φωτονίων όταν διέρχονται από ισχυρά βαρυτικά πεδία που έγινε το 1919 από τον Sir Edington με την ευκαιρία μίας ολικής έκλειψης του ήλιου, προέκυψε από μετρήσεις του λευκού φωτός που εκφράζεται σαν σύνθεση όλων των επιμέρους συχνοτήτων της ζώνης ορατού φάσματος.