Światło stwarza materię

Niedawno powiesiłem na salonie 24 tekst poświęcony traktatowi Roberta Grosseteste “De Luce” [tutaj] i w nim zwróciłem uwagę Czytelników ,że w tym traktacie poświęconym kosmogonii, za początek bytu natury, Grosseteste przyjął światło(lux-unum radicale principium) stwarzające czas, przestrzeń i materię.Nie jestem skłonny przyjmować[ tak jak większość historyków filozofii to czyni], że owe lux na naturę czysto transcendentną [ nadprzyrodzoną], skoro Grosseteste konsekwentnie mówi o nim ,iż jest formą pierwotnej cielesności.

Równomierne rozprzestrzenianie się światła, z pierwotnego punktu we wszystkich kierunkach, prowadzić musi do rozrzedzenia się intensywności światła i powstania zewnętrznej sfery, zw. ciałem pierwszym, lub firmamentem.

 

Credit: SLAC Information Management and Portal Solutions.

 

Światło następnie odbija się od firmamentu, podążając w kierunku centrum. Dalej promieniujące, odbite od firmamentu światło nie jest już pierwotnym światłem (lux), stworzonym u początku wszechświata, lecz jego wtórną, dostrzegalną zmysłowo, osłabioną postacią (lumen).

 

Ta postać światła mimo osłabienia swych cech ,pomnaża materię bardziej ciężką i przenika cały wszechświat, stając się przez wieki następujące po traktacie Roberta Grosseteste, przedmiotem badań nauk przyrodniczych[głównie fizyki] ,których metodologię opracował też Grosseteste, a my dzisiaj skrupulatnie się jej trzymamy i ją stosujemy.

Na rys.nr.1 [ zaczerpniętym z pracy [2]] przedstawiono wszystkie przypadki oddziaływania światła zwanego “lumen” z materią, w warstwie rzeczywistości zwanej “mikro”, odkrytej doświadczalnie pod koniec XIX wieku. Ich przebieg jest reprezentowany przez tzw. diagramy Feynmana i na dole rysunku jest alfabet tych diagramów. Mamy więc chronologicznie : fotoefekt [1887],promienie Roentgena [1895],efect Comptona

[1906],oraz procesy przemian materii w światło i odwrotnie [anihilacja par/kreacja par].

 

Rys.1 [Photo: Oliver Pike, Imperial College London]

 

Oczywiście, jest odstępstwo od wizji Grosseteste w kierunku antropomorfizacji i antropocentryzmu. Mianowicie ,termin “światło” jest stosowany dzisiaj wyłącznie do promieniowania elektromagnetycznego, na które reaguje zmysł wzroku człowieka. Grosseteste był mądrzejszy od współczesnych , widział w wyobraźni jak lux zmienia się w lumen , gasnąc powoli i tracąc rozmaite własności w miarę stwarzania światów, lecz jego obecność nie uzależniał od zmysłów człowieka, lub innych organizmów żywych.

 

Gdyby żył dzisiaj, prawdopodobnie promieniowanie ExB o dowolnej długości fali/częstotliwości nazywałby światłem, różnicując jedynie własności promieniowania [ a nie naturę] w zależności od odległości czasowej od Big Bangu.

 

Dlatego nie zdziwiłby się w roku 1934, gdyby natrafił na teoretyczną pracę Grzegorza Breita i Johna A. Wheelera [2]opisującą hipotetyczny proces kreacji materii[ pary : elektron + pozytron] podczas kolizji, zderzenia dwóch wysoko-energetycznych kwantów promieniowania gamma.

 

Przez 80 lat, proces Breita-Wheelera nie wzbudzał specjalnego zainteresowania ,gdyż wiadomo było, że nie dysponujemy światłem ,które Grosseteste nazywał “lux”.

 

Jednak rozwój optyki nieliniowej, oraz technologii laserowej wielkiej mocy w ostatnim ćwierćwieczu, a także niechęć do aktualnej wersji fizyki wysokich energii[ unikatowa, monstrualna aparatura akceleracyjna cząstek naładowanych niedostępna dla małych uczelnianych laboratoriów] przyniosły sensacyjny rezultat.

 

Właśnie w pierwszych dniach maja br. ukazała się zaskakująca praca międzynarodowego zespołu przy wydziale fizyki Imperial College w Londynie [1] przedstawiająca techniczny projekt eksperymentu weryfikującego hipotetyczny proces Breita-Wheelera kreacji materii za pomocą hiper-energetycznego, niewidzialnego światła.

 

Techniczny projekt najpierw był symulowany komputerowo metodą Monte-Carlo, i rezultat pozytywny zadecydował ,iż w dwóch ośrodkach niezależnych, przystąpiono do budowy układu eksperymentalnego.

W Londynie , angielscy fizycy przy współpracy z fizykami z Max-Planck-Institut für Kernphysik pod kierunkiem Oliviera Pike, finansowani przez the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), the John Adams Institute for Accelerator Science, oraz the Atomic Weapons Establishment (AWE) i w USA - University of Rochester w Nowym Jorku.

 

rys.2 ( foto. z pracy  [1] )

 

W pierwszej części układu eksperymentalnego, pracuje laser o bardzo dużej mocy ,który przyspiesza elektrony do prędkości prawie równej c- prędkości światła w próżni. Wiązka ultra-relatywistycznych elektronów jest następnie skierowana na folię złota [ rys.2 ],gdzie w procesie oddziaływania z atomami złota daje promieniowanie hamowania pod postacią promieni gamma o energii miliardy razy większej od energii światła laserowego inicjującego eksperyment.

W trzecim kroku, promienie gamma wpadają do wnętrza bardzo ciekawego elementu zwanego w technicznym żargonie niemieckim

Hohlraum [ang.”hollow space”).

 

( źródło: Wikimedia Commons )

 

Vacuum Hohlraum stosowane w Lawrence Livermore National Laboratories w projekcie The National Ignition Facility,to maleńka rurka wykonana ze złota lub uranu o długości 9mm i średnicy 5 mm [fot.2].Ma tę własność [przy spełnieniu pewnych warunku geometrycznych ] ,że promieniowanie gamma odbija się od wewnętrznej powierzchni tworząc gaz fotonowy , który ogniskuje się w obszarze geometrycznego środka przestrzeni. Wystarczy uruchomić drugą wiązkę światła laserowego [  prostopadłą do wiązki generowanej z folii złota ] i skierować ją dokładnie w ten centralny punkt, by w nim [ i jego najbliższym otoczeniu] wystąpił proces Breita-Wheelera z określonym prawdopodobieństwem , wcale nie małym, gdyż gęstość hiper-energetycznych zderzających się ze sobą kwantów gamma w tym obszarze jest bardzo duża.

 

Pewien wkład w teorię realizacji procesu Breita-Wheelera[zmodyfikowanego] przy zastosowaniu impulsowych promieni laserowych wielkiej mocy, mają polscy fizycy. Zainteresowanym polecam prace [3,4] powstałe na wydziale fizyki UW .

Dokonanie grupy londyńskiego Imperial College ,polegające na wykazaniu możliwości praktycznej realizacji opracowanego eksperymentu Breita-Wheelera i przystąpienie do tej realizacji będzie miało rozległe konsekwencje teorio-poznawcze.

Parę zdań o jednej z licznych  konsekwencji.

 

Eksperymentalnie będzie wykazane , że “light is its own opposite”, czyli że światło jest przeciwieństwem siebie samego, chociaż nie wiemy czego to przeciwieństwo dotyczy.

Fotony nie posiadają ładunku elektrycznego , ani masy i w teorii procesu Breita-Wheelera spin fotonów nie odgrywa roli.

Natomiast anihilacja pary cząstka –antycząstka zasadza się na przeciwnych ładunkach elektrycznych

Anihilacja foton-foton [z jednoczesną kreacją pary cząstka-antycząstka] nie jest więc analogią anihilacji pary cząstka-antycząstka [ z jednoczesną emisją dwóch lub trzech fotonów gamma] i tylko potęguje naszą niewiedzę o głębokiej naturze światła.

 

Można odnieść wrażenie , że to światło u początku Big Bangu miało za cel swojego istnienia stwarzanie materii przez samo-unicestwianie się, swoisty rodzaj ofiary jednego bytu dla zaistnienia drugiego bytu. I kiedy epoka promieniowania skończyła się ,wystąpiła przewaga pyłowej materii ,to spontaniczność anihilacji foton-foton powoli zaczęła zanikać, ale tylko lokalnie [ gdyby nie zanikła -w tym obszarze kosmosu gdzie jest Układ Słoneczny, nie pojawiłoby się życie].

 

Odkryte niedawno zjawisko docierających do nas z kosmosu,wysokoenergetycznych fotonów gamma (o energii rzędu 10^22 eV),tzw. Gamma-ray bursts (GRBs) sugeruje możliwość istnienia w innych galaktykach ich anihilacji przy spotkaniach i kreacji nowej materii we wszechświecie.

　

Literatura

[3] K. Krajewska, J. Z. Kamiński, Breit-Wheeler Process in Intense Short Laser Pulses,arXiv:1209.239412, VIII, 2012