ΤΟ ΔΙΑΣΤΕΛΛΟΜΕΝΟ ΣΥΜΠΑΝ ΑΛΛΟΙΩΝΕΙ ΤΟΥΣ ΦΥΣΙΚΟΥΣ ΝΟΜΟΥΣ

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Οι φυσικοί νόμοι που έχουμε φτιάξει είναι κατά κανόνα φτιαγμένοι για ένα σταθερό –στατικό σύμπαν. Θα αποδείξω σχετικά απλά, ότι στο μεταβαλλόμενο (διαστελλόμενο) σύμπαν που ζούμε οι νόμοι που έχουν σαν μεταβλητή την απόσταση αλλοιώνονται από το ίδιο το σύμπαν.

Θα αποδείξω συγκεκριμένα, ότι ο όρος (1/r²) πρέπει να αντικατασταθεί με (1/(r²*(1+z)) , όπου z είναι το redshift (αξιοσημείωτες διαφορές υπάρχουν σε μεγάλες αποστάσεις).

Παράδειγμα1:

Ο σωστός νόμος της δύναμης μεταξύ δύο ηλεκτρικών φορτίων είναι =>F_new=F/(1+z).

Να σημειωθεί ότι καθώς η Γενική Σχετικότητα (ΓΣ) σε μεγάλες αποστάσεις προσεγγίζει την Νευτώνεια Μηχανική και η μείωση της βαρύτητας είναι ανάλογη του (1/r²) είναι πιθανών να έχουμε αλλοίωση των αποτελεσμάτων της ΓΣ.

Γιατί δεν ισχύει το αντίστροφο τετράγωνο; Η απάντηση είναι ότι σε ένα διαστελλόμενο σύμπαν, οτιδήποτε διαδίδεται στο χώρο (η ενεργειακή πυκνότητα ενός κύματος, είτε τα εκπεμπόμενα σωματίδια λχ φωτόνια, είτε οι δυναμικές γραμμές),
μειώνεται:
α)λόγω της επέκτασής του στην ολοένα και μεγαλύτερη επιφάνεια μιας σφαίρας που καλύπτει στο χώρο (1/r²)

β)λόγω της επιμήκυνσής του κατά την διεύθυνση διάδοσής του (1+z). Αυτός είναι ο παράγοντας που δεν λαμβάνουμε υπόψη στους υπολογισμούς μας ως τώρα.

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΚΑΙ ΠΟΣΟ ΕΙΝΑΙ ΤΟ REDSHIFT

Να τονίσω εδώ, ότι το z (redshift) μας δείχνει την αλλαγή του μήκους ενός κύματος (ηλεκτρομαγνητικό z-βαρυτικό Z) καθώς ταξιδεύει στο σύμπαν , λόγω της διαστολής. Συνεπώς μας δείχνει την επιμήκυνση που έχει επέλθει στο σύμπαν από την στιγμή της εκπομπής έως την στιγμή της λήψης.
Για τους αστρονόμους αποτελεί την πηγή πληροφόρησης για το πόσο μακρινό είναι το αντικείμενο που έστειλε το φως. Παίρνει κάποια σημαντική τιμή μόνο για πολύ μεγάλες αποστάσεις, γι αυτό και δεν έχουμε παρατηρήσει τις διαφορές που ανέφερα στον πρόλογο σε ηλιακό, ή γαλαξιακό επίπεδο.
Όπως είναι φυσικό, το z εξαρτάται από την μορφή της διαστολής (σταθερή επιταχυνόμενη ή επιβραδυνόμενη). Για παράδειγμα σε ένα σταθερά διαστελλόμενο σύμπαν (Ho=1/To) το πρόγραμμα προσομοίωσης που έφτιαξα μας δίνει για το z την εξής μορφή:

Παρατηρούμε λοιπόν ότι αξιοσημείωτες διαφορές θα βρούμε σε κύματα που έχουν ταξιδεύσει μερικά δις έτη.

ΓΙΑΤΙ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΑΛΛΑΞΟΥΝ ΟΙ ΝΟΜΟΙ ΤΟΥ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΟΥ ΤΕΤΡΑΓΩΝΟΥ;

Όπως θα δείξω οι νόμοι του αντίστροφου τετραγώνου στηρίζονται στον νόμο του Gauss για την αραίωση των δυναμικών γραμμών πεδίου καθώς αυτές βρίσκονται στην επιφάνεια μιας σφαίρας που μεγαλώνει ανάλογα με το τετράγωνο της ακτίνας της σφαίρας. Ο νόμος του Gauss και κατ’ επέκταση οι νόμοι του αντίστροφου τετραγώνου δίνουν σωστά αποτελέσματα μόνο σε ένα στατικό σύμπαν.

Σε ένα διαστελλόμενο σύμπαν σαν και αυτό που ζούμε ισχύει με τρομερά μεγάλη ακρίβεια για αποστάσεις μεταξύ κοντινών γαλαξιών (η τιμή του z είναι αρκετά μικρή). Όσο όμως οι αποστάσεις γίνονται μεγαλύτερες το σφάλμα γίνεται σημαντικό.

Όπως διαβάσατε και στην εισαγωγή θα δείξω ότι τα εκπεμπόμενα σωματίδια μειώνονται.
α)λόγω της επέκτασής τους στην επιφάνεια μιας σφαίρας που καλύπτουν στο χώρο (1/r²)

β)λόγω της επιμήκυνσής του κατά την διεύθυνση διάδοσής τους (1+z)

Ας δούμε ένα παράδειγμα. Έχω φτιάξει και τις κατάλληλες εικόνες για να το δούμε και γραφικά.

1	2

3	4

5	6

Δείτε το και σε κινούμενη εικόνα - gif animation.
Αν η εικόνα είναι κενή, κάντε κλικ εδώ.

Θα συγκρίνουμε δύο περιπτώσεις όπου το φως που έκπεμψε το σώμα m1 με διάρκεια εκπομπής t φτάνει στο σώμα m2 την στιγμή που απέχει απόσταση R.

Η συνολική ενέργεια ΣΕνέργεια που στάλθηκε από το σώμα m1 είναι ΣΕνέργεια=W, σε χρόνο εκπομπής t.

Στην πρώτη περίπτωση το σύμπαν είναι στατικό. Τα σώματα απείχαν απόσταση R την στιγμή της εκπομπής, όπως απέχουν R και την στιγμή της λήψης.
Στην δεύτερη περίπτωση το σύμπαν είναι διαστελλόμενο. Τα σώματα απείχαν απόσταση r την στιγμή της εκπομπής, όμως απέχουν R την στιγμή της λήψης.

Ο παρατηρητής του m2 στο στατικό σύμπαν βλέπει ότι το φως διαρκεί χρόνο t.
Στην δεύτερη περίπτωση ο παρατηρητής βλέπει ότι το φως διαρκεί χρόνο t*(1+z) καθώς όλο το σύμπαν και συνεπώς και το κύμα έχει διασταλεί.

Πρέπει εδώ να σημειώσω ότι τα σωματίδια που ταξιδεύουν είτε η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντιστοιχεί στα κύματα αυτά δεν έχουν συνεκτικές δυνάμεις όπως η συνήθης ύλη και συνεπώς διαστέλλονται. Εμπειρικά μπορούμε να το κατανοήσουμε αυτό καλύτερα εάν δούμε το φως με την υλική του υπόσταση δηλαδή ως φωτόνια.
Τεράστιος αριθμός φωτονίων διαδίδονται καλύπτοντας μια σφαιρική περιοχή στο χώρο, με το κέλυφος της σφαιρικής περιοχής να έχει αρχικά πάχος c*t. Με την πάροδο του χρόνου αυτή η περιοχή διαστέλλεται σε πάχος c*t*(1+z) και εξακολουθεί να είναι γεμάτη φωτόνια καθώς το ένα δεν ενώνεται με το άλλο συνεκτικά έτσι ώστε να παραμείνει το πάχος c*t. Αντιθέτως συνεκτικά σώματα όπως είναι για παράδειγμα η γη μας δεν μπορεί να διασταλεί γιατί οι ελκτικές δυνάμεις επαναφέρουν τις αποστάσεις στην κατάσταση ισορροπίας.

Αν προσομοιώσουμε τα φωτόνια με τα άτομα ενός σφαιρικού μπαλονιού που φουσκώνει, τότε η πυκνότητα των ατόμων δεν μειώνεται μόνο λόγω της αύξησης της ακτίνας (και συνεπώς της επιφάνειας του μπαλονιού) αλλά και λόγω της αύξησης του πάχους του πλαστικού του μπαλονιού (στην πράξη σε ένα μπαλόνι που φουσκώνει το πάχος του μειώνεται).

Είτε λοιπόν πρόκειται για δυναμικές γραμμές, είτε για φωτόνια, είτε για κύμα, είτε για φορείς δυνάμεων ο παρατηρητής του διαστελλόμενου σύμπαντος θα λάβει ανά sec επίδραση μικρότερη κατά το κλάσμα 1/(1+z).

Στο στατικό σύμπαν, όταν η ακτινοβολία φτάνει στο m2, η εκπεμπόμενη ακτινοβολία W είναι διασκορπισμένη σε όγκο 4*π*R²*c*t m³ (t*c<<R).

Η πυκνότητα ενέργειας είναι:
ΠΕ1= ΣΕνέργεια /όγκο=W/(4*π*R²*c*t) joule/m³

Αντιθέτως στο διαστελλόμενο σύμπαν, ο αντίστοιχος όγκος είναι 4*π*R²*c*t*(1+z) m³ και η αντίστοιχη πυκνότητα είναι:
ΠΕ2= W/(4*π*R²*c*t*(1+z)) =ΠΕ1/(1+z). joule/m³

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ

Στον ηλεκτρισμό το ένα σώμα έλκει/απωθεί το άλλο ανταλλάσσοντας φωτόνια. Η έλξη/ απώθηση εξαρτάται από τον αριθμό των φωτονίων που φτάνουν από το ένα στο άλλο στη μονάδα του χρόνου.

Ομοίως λοιπόν και εδώ τα φωτόνια ελαττώνονται με τον όρο 1/(r²*(1+z)) και συνεπώς ο σωστός νόμος είναι

Μπορούμε να το δούμε και αλλιώς. Η ένταση του πεδίου και η δύναμη είναι ανάλογη της πυκνότητας των δυναμικών γραμμών. Όπως όμως απέδειξα οι δυναμικές γραμμές σε ένα διαστελλόμενο σύμπαν έχουν μικρότερη πυκνότητα.

ΟΙ ΑΛΛΑΓΕΣ ΣΤΗ ΒΑΡΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΣΤΑ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ

Εάν ισχύει το ίδιο (δεν το αποδεικνύω) και για την βαρύτητα (θα ίσχυε σίγουρα αν η μετάδοση της δύναμης γινόταν με βαρυτόνια ) τότε καθώς ΓΣ και Νευτώνεια μηχανική ταυτίζονται για μεγάλες αποστάσεις θα έχουμε αντίστοιχα

Η κατάσταση όμως στην περίπτωση της βαρύτητας είναι περισσότερο περίπλοκη,καθώς η βαρύτητα θεωρείται αποτέλεσμα παραμόρφωσης του χώρου και όχι μεταφοράς σωματιδίων.

Είναι δουλειά των επιστημών που ασχολούνται με τα κοσμολογικά μοντέλα και τη ΓΣ να βρουν ακριβώς τις επιδράσεις που υπάρχουν και την συμπεριφορά του σύμπαντος από την επέκτασή του.
Δεν είναι εύκολο να πει κανείς πως επιδρά η επέκταση του σύμπαντος στην παραμόρφωση του χώρου γύρω από ένα σώμα.

Υπάρχουν όμως ενδείξεις ότι η βαρύτητα ελαττώνεται περισσότερο του αναμενόμενου «διαρρέει» σε μεγάλες αποστάσεις
http://www.physics4u.gr/articles/2004/outofdarkness1.html

http://www.msnbc.msn.com/id/7047871/

http://www.space.com/scienceastronomy/dark_energy_050228.html

http://net.larc.nasa.gov/news.php?id=30

http://www.sciencedaily.com/releases/2005/02/050223151354.htm

Αυτό έχει τεράστιες συνέπειες στην εξέλιξη του ίδιου του σύμπαντος.

Όπως ξέρουμε οι ελκτικές δυνάμεις βαρύτητας προσπαθούν να φρενάρουν όλο το διαστελλόμενο σύμπαν.

Καθώς όμως οι ελκτικές δυνάμεις γίνονται ταχύτερα φθίνουσες όσο αυξάνουν οι αποστάσεις, τα σώματα ασκούν αμελητέες δυνάμεις στα άλλα σώματα που βρίσκονται πέρα από την ορατή περιοχή(το z γίνεται τεράστιο) . Σε ένα ομοιογενές και ισότροπο σύμπαν δεν υπάρχει λόγος σε ένα σώμα να αλλάξει την κινητική του κατάσταση αφού οι δυνάμεις που ασκούνται πάνω του είναι στατιστικά ίσες από όλες τις κατευθύνσεις.

Μπορείτε να στείλετε σχόλια, σκέψεις, διορθώσεις, είτε καλόπιστη κριτική στο email

validakis@gmail.com

VALIDAKIS CONSTANTINE

ΒΑΛΙΔΑΚΗΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ

045518761