Możliwe ,że trzeba być nierozważnym,by pisać dzisiaj o granicach i ograniczeniach w poznaniu przyrody. Mamy bowiem do czynienia z kosmiczną inflacją postawy:
Zakazuje się zakazywać !
Wolność, jako nieistnienie granic w myśleniu i działaniu jest rysem istotnościowym aktualnego bytu ludzkiego.
Większość nie przyjmuje do wiadomości ,iż człowiek jako gatunek w czymkolwiek jest ograniczony, że istnieją bariery nie do przekroczenia, że przyroda jest pełna “limitów i limesów”.
Wystarczy zobaczyć, jaką intensywność i uporczywość wykazują tutaj na -salonie 24- nieustanne próby przekonania wszystkich ,iż prędkość światła nie jest, i nie może być, graniczną wartością osiąganych prędkości w przyrodzie.
Ten postulat, to założenie współczesnej fizyki, że prędkość światła w próżni nie zależy od układu odniesienia, oraz jest zarazem górną granicą prędkości ciał o masie spoczynkowej różnej od zera, uważany jest przez większość za miejsce i moment upokorzenia umysłu ludzkiego. Tak wielka i przemożna jest wiara w to ,że w przyrodzie limity i limesy, to tylko przykre epizody i zwyczajne pomyłki poznania ludzkiego.
Tymczasem w fizyce klasycznej i kwantowej, oraz w astrofizyce , mamy liczne i ważne twierdzenia limitacyjne, mające często charakter “zakazu”.
Warto w tym momencie przypomnieć słynny “zakaz Pauliego” dotyczący fermionów [ “w atomie nie może być dwóch elektronów o tych samych wszystkich liczbach kwantowych”],to znaczy cząstek tworzących substancje, dzięki któremu istnieje struktura wewnętrzna atomów ,a ciała mają takie, a nie inne własności makroskopowe, jakich by nie miały ,gdyby tego zakazu nie było..
Albo zasadę zachowania energii sformułowaną w popularnej wersji “zakazowej”: energia nie może powstać z niczego ,ani nie może zniknąć bez śladu.
Innym ograniczeniem są w astrofizyce i kosmologii tzw. horyzonty. Wskutek skończonej prędkości rozchodzenia się sygnałów świetlnych mogą pojawić się granice obserwowalności, ograniczające pole widzenia danego obserwatora.
W każdym momencie naszej historii, istnieje nasz stożek przyszłości, czyli podzbiór do którego należą zdarzenie, na które my możemy mieć fizyczny wpływ, oraz stożek przeszłości, czyli podzbiór zdarzeń ,które na nas mogły mieć przyczynowy wpływ.
Tym samym ,zarówno w przeszłości, jak i w przyszłości, istniały, oraz będą istnieć zdarzenia ,które w sposób absolutny nie mogły być [i nie będą mogły być] z danym obserwatorem , w związku przyczynowo-skutkowym. Są to podzbiory przestrzeni zdarzeń poza stożkiem świetlnym “tu i teraz” na linii świata obserwatora [ 1].
Na skutek ekspansji czasoprzestrzeni wszechświata istnieje podwójny horyzont :horyzont zdarzeń, oraz horyzont cząstek. Są takie obszary wszechświata, od których promień świetlny wysłany przez gwiazdę nigdy już nie dotrze do nas, czyli wszechświat ma już obszary niepoznawalne dla nas [te pod horyzontem zdarzeń] w sposób absolutny.
Objasnienia do rysunku:
Linia pogrubiona-horyzont zdarzeń przyszłości, linia przerywana-horyzont zdarzeń przeszłości dla obserwatora o linii świata gamma.
Również czarne dziury astronomiczne[zwane w ramach OTW -osobliwościami czasoprzestrzeni] mają horyzonty zdarzeń. Na skutek potężnego pola grawitacyjnego objawiającego się w postaci silnej krzywizny czasoprzestrzeni, nawet sygnał świetlny[nie mówiąc o ciałach o masie spoczynkowej i prędkości mniejszej od c ] nie może opuścić sferycznej[na ogół] przestrzeni o tzw. promieniu Schwarzschilda.
Limity i limesy w fizyce, to dziedzina rozważań teoretycznych nie zamknięta, a przeciwnie.
Na przełomie lat 60-70 -tych ub.w. trzej fizycy wystąpili z hipotezą istnienia nowego typu horyzontu, a mianowicie: maksymalnej energii promieniowania kosmicznego.
Byli to: Amerykanin -Kenneth Greisen, oraz [niezależnie]dwaj fizycy rosyjscy:W.Kuzmin i G.Zacepin.
Ich hipoteza brzmiała:
promienie kosmiczne nadchodzące ze wszystkich stron wszechświata do Ziemi, nie mogą mieć dowolnie wysokiej energii [2,3].
Istnieje górna granica wartości energii cząstek promieni kosmicznych, na skutek tego ,iż wybiegając z rozmaitych źródeł , po drodze przechodzą przez promieniowanie tła [promieniowanie reliktowe - CMB] wypełniające przestrzeń, i z fotonami tego promieniowania oddziałują, tracąc energię.
Z analiz teoretycznych grupy GZK wynika, że cząstki promieni kosmicznych [protony, neutrony] o energiach wyższych od 5*10E19 eV będą wchodzić w interakcje z fotonami kosmicznego tła, produkując hadrony nietrwałe [zwane rezonansami o czasie życia rzędu 10E(-24)s], oraz mezony “pi” [ “piony”]według poniższych dwóch schematów:
lub
Proces ten trwa przez odpowiedni czas ,aż do spadku energii cząstek promieni kosmicznych poniżej wartości progowej, podczas którego ultraenergetyczne promienie kosmiczne przebywają odległość rzędu 50 Mpc.
Odległość ta nosi nazwę :“horyzontu GZK”, a sam efekt istnienia “obcięcia” spectrum energetycznego promieni kosmicznych :
GZK –cutoff , lub “limit GZK “.
Oczywiście, natychmiast powstał projekt budowy systemu obserwacyjno – pomiarowego ,przy pomocy którego postanowiono zweryfikować hipotezę “horyzontu GZK” [4,5].
Od 2007 roku nastąpiło rozmnożenie licznych projektów badawczych o wdzięcznych akronimach ,np. AGASA, UHECRs, EUSO, FGST,PAD.
- The Akeno Giant Air Shower Array (AGASA),to system rejestrujący i mierzący ultra-energetyczne składowe promieni kosmicznych ,realizowany przez uniwersytet w Tokio. Składa się ze 111 detektorów promieniowania gamma o rozmiarach ponad 2 m^2 każdy, oraz 27 detektorów mionów i rozłożony jest na powierzchni ponad 100 km^2 ! Pracą systemu kieruje, oraz dane zbiera i analizuje centralny komputer.
- Natomiast ultra-high-energy cosmic ray (UHECR), lub extreme-energy cosmic ray (EECR),to systemy rejestracyjno -pomiarowe składowych promieni kosmicznych o najwyższej energii zrealizowane przez University of Utah'S Fly's Eye Cosmic Ray Detector
Zarejestrowano [pierwszy raz w roku 1991] kilka przypadków istnienia cząstek [prawdopodobnie protonów] o energii 3,2x10E20 eV ,czyli przekraczającej “GZK –cutoff”.
Prawdopodobnie to wydarzenie, spowodowało lawinę teoretycznych modeli wyjaśniających istnienie cząstek w promieniach kosmicznych o energiach większych od limitu GZK.
Pojawiły się hipotezy w odniesieniu do mechanizmów emisji ultra-energetycznych cząstek przez gigantyczne czarne dziury ,będące centrami pewnego typu galaktyk, sugeruje się źródło tego efektu [łamania “limitu GZK”] w postaci osobliwych cząstek “ciemnej materii”, a także wskazuje się jego przyczyny w istnieniu “piany spinowej” w skali Plancka, która miałaby powodować “doładowanie” energetyczne promieni kosmicznych mimo deficytowego działania na nie ze strony promieniowania reliktowego.
Niezwykłe jednak jest to ,że dzięki hipotezie “limitu GZK”, i stowarzyszonej z nią, intensyfikacji badań nad ultra-energetyczną składową promieni kosmicznych, powstały możliwości obserwacyjnej weryfikacji pętlowej grawitacji kwantowej [6],oraz pośredniej weryfikacji - hipotezy kwantowej struktury przestrzeni w skali Plancka.
Na dodatek, jakby było mało sensacji, hipoteza “GZK-cutoff” pozostaje w ścisłym związku z ulubionym zajęciem salonowej “of-physics”, a mianowicie obalaniem szczegółowej teorii względności Alberta Einsteina.
O tym szczegółowiej piszę w następnym artykule ,który będzie miał przyjemny tytuł ,bo najkrótszy wśród dotychczasowych, zastosowanych przeze mnie.
Tylko trzy litery: DSR.
Literatura
[1]R.Penrose,Droga do rzeczywistości,
Warszawa,2007,s.383-386
[2] K.Greisen, "End to the Cosmic-Ray Spectrum?". Physical Review Letters 16(17),1966,s.748–750.
Letters
[5] The Pierre Auger Collaboration ,
Measurement of the energy spectrum of cosmic rays above 10^18 eV using the Pierre Auger Observatory,2010,
http://arxiv.org/abs/1002.1975 ^
[6] SUBIR SARKAR,Possible Astrophysical Probes of Quantum Gravity,Modern Physics Lett.,Univ.of Oxford
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Kultura
