Muzyka fal grawitacyjnych

              

Amatorzy-miłośnicy nauki, aktywni w dziale naukowym salonu 24  mają wielkie pretensje do zawodowców, że ci ignorują ich prace,  a nawet je wyśmiewają i nie chcą nad nimi dyskutować. Może pocieszę  niektórych z tych  zawodzących pechowców gdy napiszę, że Subrahmanyan  Chandrasekhar [ „Chandra” ], światowej sławy  hinduski  fizyk, dopuszczony przez „kolegów” do laurów noblisty dopiero na koniec swojego życia[ w wieku 73 lat i po 50-ciu latach od odkrycia granicznej masy dla kolapsu grawitacyjnego  gwiazdy ], rozwijał ogólną teorię względności  [ OTW ]w atmosferze lekceważenia i ignorowania, oraz przemilczania.

 Chandra otworzył nowy dział OTW :

oddziaływanie fal grawitacyjnych i powstawanie osobliwości czasoprzestrzeni.

W pracach niezwykle bogatych w oryginalną matematyką, Chandra odkrył teoretycznie, że  zderzenie impulsowych fal grawitacyjnych musi prowadzić do powstania elektromagnetycznych fal uderzeniowych, oraz pojawienia się   osobliwość czasoprzestrzeni z horyzontem zdarzeń [ czyli  czarnej dziury]. Praca Chandry [1] mająca w tytule „czarne dziury” spotkała się z lekceważeniem i sprzeciwem, gdyż pokazywała możliwość innego modelu powstawania czarnych dziur, niż model oficjalnej fizyki [ kolaps grawitacyjny ].

W następnych latach,  Chandra - wspólnie z swym uczniem-B.C.Xanthopoulosem [2] - opublikował serię rozpraw z matematycznej teorii fal grawitacyjnych, dochodząc w rzeczywistości [ jako pierwszy ] do spójnej teorii tzw. fal sprzężonych w fizyce relatywistycznej. Według tego modelu teoretycznego, fale grawitacyjne powinny oddziaływać z każdym innym rodzajem fal, np. z :

akustycznymi [ mechanicznymi ],

lub

elektromagnetycznymi. 

Dzisiaj, idee Chandry  tworzą front rozwoju OTW, a ich znaczenie dla rozwoju kosmologii nie wywołuje żadnych kontrowersji. To impulsowe,  oraz uderzeniowe fale  grawitacyjne wydają się być decydującym czynnikiem  organizującym struktury kosmiczne.

Czyli, w centrum uwagi relatywistów  GR staje grawitacja, ale stowarzyszona z osobliwościami czasoprzestrzeni [ czarnymi dziurami ], oraz falami ExM i całość jest jednak fizyką nieliniową [ bo np. impulsowe i uderzeniowe fale]. Modele teoretyczne w tym dziale OTW są                 bardzo interesujące i bogate w hipotezy istnienia nieznanych do tej pory zjawisk.

W ostatnich dwóch latach, uwagę środowisk specjalistów kosmologii relatywistycznej skupiły prace dwóch autorów :Ilídio Lopesa z Uniwersytetu w Lizbonie  i Josepha Silka z Johns Hopkins University w Baltimore, w stanie Maryland [3].

(źródło :CENTRA )

Ilidio Lopes jest profesorem Technical University of Lisbon., w oddziale CENTRA [multidisciplinary centre for astrophysics] i prowadzi badania w teoretycznej astrofizyce i kosmologii, fizyce wysokich energii, oraz fizyce Słońca i teorii ewolucji gwiazd.

Natomiast J.Silk, to emerytowany profesor astrofizyki, autor wielu prac z zakresu wczesnej fazy ewolucji wszechświata [mam jego pięknie napisaną książkę The Infinite Cosmos, Oxford University Press, 2000],laureat nagrody fundacji Bolzano w roku 2011 za badania teoretyczne i obserwacyjne w dziedzinie teorii Big Bangu.

( źródło:Johns Hopkins University )

Wystarczy zastanowić się nad treścią tytułu ich pracy na pozycji [3] podanej literatury do tego wpisu, by wejść w jądro badań Lopesa i Slika. Turbulencje konwekcyjne materii Słońca   muszą wywoływać oscylacje gwiazdy i rozchodzenie się w materii gwiazdy fal akustycznych. Pojęcie więc heliosejsmologii [ lub astrosejsmologii] ma operacyjny sens. Nie napiszę ,że Słońce nadaje utwory muzyczne –nie jest bowiem instrumentem muzycznym-   ale można obserwacyjnie ustalić widmo drgań akustycznych S.

Rys. 1 ( źródło : wiki.Komputerowy graf struktury modów typu p,oscylacji akustycznych w głebi oraz na powierzchni Słońca)

Na rys.1 pokazany jest schemat modów tych drgań w funkcji  położenia na tarczy naszej gwiazdy. Struktura modów na tarczy S. stanie się zrozumiała ,jeśli ją skojarzymy z  figurami Chladniego, tematem kursu fizyki w szkole średniej ,w czasach  kiedy jeszcze nie grasowali niszczyciele polskiej oświaty. Jeżeli teraz na dowolną gwiazdę ,z określoną strukturą modów oscylacji własnych, padnie wiązka fal grawitacyjnych ,które są periodycznymi zaburzeniami czasoprzestrzeni, to struktura tych modów  ulegnie zmianie. Subtelne rachunki matematyczne pozwalają wyznaczyć częstotliwość ,amplitudę, polaryzację, itd. padających fal grawitacyjnych.

Lopes i Slik pokazują więc ,że natura oferuje nam detektory fal grawitacyjnych ,jeśli tylko mamy operacyjne modele astrosejsmiczne dla określonego typu gwiazdy. Najłatwiej określić obserwacyjnie struktury modów oscylacyjnych gwiazd czerwonych olbrzymów i sub -olbrzymów .Gdy w pobliżu takich gwiazd są źródła fal grawitacyjnych ,to można je zaobserwować w widmie akustycznym  tych gwiazd. Takie gwiazdy tworzą zbiór naturalnych detektorów, fal grawitacyjnych.

Z teorii fal grawitacyjnych wynika, że najlepszymi źródłami ich są układy podwójne gwiazd, lub układy dwóch czarnych dziur [pomijając takie kataklizmy jak zderzenia gwiazd neutronowych i czarnymi dziurami]. Lopes  opracował komputerowy model  potrójnego systemu gwiezdnego: dwa białe karły krążące wokół czerwonego olbrzyma.  Białe karły  emitują fale grawitacyjne, a  czerwony olbrzym,  niby kamerton –rezonuje.

W problematyce, która jest treścią wpisu, można zobaczyć niezwykłą harmonię i współdziałanie  trzech pierwiastków rozwoju fizyki: rewolucyjności, zachowawczości i ciągłości idei. Wśród twórców tej  nauki są też trzy rodzaje duchowości ,a każdej z nich  powołaniem i misją jest wnoszenie i formatowanie określonego pierwiastka rozwoju tej wspaniałej nauki. Niezgoda na istnienie i kultywowanie tych pierwiastków może być hamulcem jej rozwoju i postępu.  

 

Literatura

[1] S.Chandrasekhar,The Mathematical Theory of Black Hole,Oxford,1983

[2]S. Chandrasekhar, B.C.Xanthopoulos,Proc.Roy.Soc.Lond.

A398,1985,s.223.A402,s.37,A403,1986,s.189,A410,1987,s.311

[3] I.Lopes,J.Silk, Helioseismology and Asteroseismology: Looking for Gravitational Waves in acoustic oscillations [dostępny bezpłatnie tutaj: arXiv:1405.0292v2,5.10.2014]

[4] I.Lopes,J.Silk, Nearby Stars as Gravitational Wave Detectors, The Astrophysical Journal Volume 807Number 2 [dostępny bezpłatnie tutaj :arXiv: 1507.03212v1 ,12.07.2015]