Kvantna Teorija Gravitacije – Zoran Pokaz

Uvod

Ser Isak Njutn je 1687.g. objavio “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica”, verovatno najznacajnije pojedinacno izdanje objavljeno u fizici do danas. Njutn ne samo da je opisao teoriju kretanja objekata u prostoru i vremenu, vec je dao i slozene matematicke procedure potrebne za analiziranje ovih kretanja. Najvaznija pretpostavka vezana za ovu diskusiju je opsti zakon gravitacije, direktno vezan za masu objekata i njihovu razdaljinu. Njutn je revolucionarno izmjenio nacin na koji je univerzum posmatran: prema njegovoj teoriji gravitacije, zvjezde bi  trebalo da imaju odredjen stupanj uzajamnog privlacenja, sto znaci da nisu mogle ostati nepokretne. U nekom krajnjem trenutku sve zvjezde bi se nasle zajedno na nekom mjestu, u krajnjoj centralnoj tacki. Ovo bi se mozda desilo ako bismo imali konacan broj zvjezda rasprostranjen u konacnom prostoru. Imajuci beskonacan broj zvjezda u beskonacnom prostoru, ovo nebi bio slucaj, zato sto bi bilo nemoguce izdvojiti tacku krajnjeg koncentrisanja zvjezda. U stvari svaka tacka u svemiru bi teorijski mogla da se smatra centralna jer bi sa svih strana bila okruzena beskonacnim brojem zvjezda. Ovo takodje podrazumjeva da je nemoguce imati stacionarni model svemira u kojem gravitacija deluje primarno kao privlacna sila. Edvin Habl je 1929.g. dosao do zakljucka da se daleke galaksije, posmatrane u bilo kojem smjeru sa fiksne tacke (Zemlje), udaljavaju. Univerzum se siri, a poceo je sa velikim praskom.

Sto je jos vaznije, vrijeme je takodje pocelo sa velikim praskom, prethodna vremena su jednostavno nedefinisana. Tomas Kaluza je 1921.g. primjetio da je Ajnstajnova jednacina gravitacije postala veoma slicna Maksvelovoj jednacini magnetizma. U Kaluzovoj shemi, obogacenoj od strane Oskara Klejna 1926.g. ukljucujuci osnovne ideje mehanike, naelektrisanje postaje komponenta momenta. U petoj dimenziji odrzavanje naelektrisanja postaje odrzavanje momenta, stoga naelektrisanje postaje skokovito i kao takvo je glavni element u ocuvanju kutnog momenta. Prema Kalauzi peta dimenzija se onda krivi stvarajuci vrtlog. Naucni svijet danasjnice opisuje univerzum sa stanovista dvije osnovne teorije: opcte teorije relativnosti i kvantne mehanike. Opca teorija relativnosti opisuje gravitacionu silu i makro uredjenje vidljivog svemira (10^24 Km), dok je kvantna mehanika fokusirana na mikrosvijet. Mnogi istrazivaci su nagovijestili da su ove dvije teorije dosle u sukob (Havkins, Smiters, Krilov).

Glavni postulat teorije relativnosti kaze da prirodni zakoni treba da budu isti za sve posmatrace koji se slobodno krecu, bez obzira na njihovu brzinu. Iz ove pretpostavke dolazi poznata jednacina E=m*c^2. Pretpostavljajuci da su masa i energija direktno povezani (moze se reci da su jedno te isto), gde povecanje u energiji znaci povecanje u masi, povecanje u brzini stoga treba da bude smanjeno. Prema tome dostizanje brzine svetlosti bi znacilo beskonacno veliku masu i energiju, te su stoga samo EM talasi (bez “prave” mase)  sposobni da se sire pri takvim brzinama. Prema Njutnovoj teoriji, ako bi svijetlosni impuls bio poslat od tacke A do tacke B, razliciti posmatraci bi se slozili oko vremena koje je on putovao (vrijeme je apsolutno) ali se nebi slozili koju razdaljinu je zrak presao (prostor nije apsolutan). Posto je V=X/t, razliciti posmatraci bi imali razlicite brzine svijetlosti. U opctoj teoriji relativnosti, svi posmatraci moraju da se sloze oko brzine svetlosti, ali jos uvek nemogu da se sloze oko razdaljine, pa tako moraju da mere razlicita vremena putovanja. Prema tome, vreme vise nije apsolutno. Njutn je dosao do zakljucka da je gravitacija sila koja privlaci i da je inicirana masom tela prema kojem je posmatrana. Ajnstajn je pokusao da objasni pojave koje nisu mogle biti objasnjene Njutnovim teorijama, i tako postavio specijalnu teoriju relativnosti i opstu teoriju relativnosti, donoseci pretpostavke o “zakrivljenom prostoru” uzrokovanim gravitacionom silom. 1934.g. Nikola Tesla je spekulisao da je masa “rezultat vrtloga energije”.

Kvantna teorija gravitacije

Kako kombinovati teoriju relativnosti i kvantnu mehaniku u jednu ujedinjenu teoriju? Prvi korak je pokusaj da se preispitaju pretpostavke obe teorije predlazuci malo drukciju sliku o velikom prasku. Sta ako se veliki prasak jos uvek odvija? Singularnost na pocetku univerzuma je bazirana na pretpostavci da je vecina mase svemira bila na jednom mestu. Posto je ovo poseban trenutak u zivotnom ciklusu svemira, materija je u svom najspecificnijem obliku (kada je koncentracija najveca moguca). U jednom trenutku kada pojava koja je izazvala ovo stanje ne moze vise biti uzrok daljeg sabijanja (singularnost na kraju univrezuma), sa povrsine tog nezamislivo velikog i crnog tijela krajnje gustine, male elementarne cestice univerzuma pocinju da se odvajaju (Ajnstajn ih je opisao kao prvobitnu materiju, velicine 10^-35 i 10^-43 sekundi posle pocetka sirenja). Sa citave povrsine cestice su se pocele radijalno odvajati trazeci da poprime svoj normalni oblik, sa velikom brzinom, gusto pakovane, koristeci najkraci moguci put dalje od centra.

Posto vece koncentracije gusto pakovane materije nisu istovremeno stigle na mjesto skupljanja, vec su neprekidno dolazile iz suprotnih smjerova i sudarale se, izazvale su vrtlozenje elementarnih cestica. Jednom uspostavljen vrtlog bio bi odrzavan prilivom dodatnih cestica iz centra. Posto u svemiru nema rupe u koju bi odlazile cestice u centru, one bi se ponovo pocele sabijati. Sto veci vrtlog to je veca i koncentracija elementarnih cestica povecavajuci se prema centru vrtloga. Najmanji vrtlog kojeg mi danas detektujemo bi bio elektron jednog atoma vodonika. Precnik vrtloga atoma vodonika je dovoljno veliki da sadrzi jos jedan mnogo manji, vrtlog elektrona. Koncentracija cestica na ivici vrtloga elektrona i koncetracija cestica u toj orbiti atoma su jednake. Isto pravilo vazi i za koncentraciju cestica na ivici vrtloga atoma i na tom mestu u vrtlogu molekula. Mogucnost prihvatanja i sabijanja dodatnih cestica u centru je neogranicena i direktno zavisi od koncentracije na ivici vrtloga bilo kog nivoa. Kako se koncentracija elementarnih cestica u centru povecava ukupna masa vrtloga atoma vodonika se povecava i on postaje atom sa vecom atomskom tezinom koji prepoznajemo kao helijum. Pretpostavimo da povecanje koncentracije nije kvantno nego linearno, i da atomi odredjenih elemenata nemaju precizno definisanu masu, nego se ona krece izmedju granicnih vrednosti koncentracija cestica susjednih elemenata. Kada se vrtlog poveca toliko da prihvati cijeli atom ili vise njih, onda ga prepoznajemo kao molekul. Njegovo dalje povecanje ukljucuje vise molekula kada postaje ono sto nazivamo materijom, i mozemo da je vidimo i dodirnemo. Vrtlozi molekula obicno sadrze atome razlicitih koncentracija elementarnih cestica. Proces se nastavlja i formira tijela koja poznajemo: zvijezde, galaksije, univerzum…

Moguce je pretpostaviti da privlacna sila koja potice od jezgra atoma u stvari i ne postoji, kao sto ne postoji ni privlacna sila elektrona i njegovo naelektrisanje. Jedina stvar koja postoji je pritisak na ivice svakog vrtloga, svakog nivoa, koja je inicirana na pocetku univerzuma i odrzavana se do danas, dokle god je koncentracija koja dolazi iz centra svemira dovoljna da odrzava rezultujuci proces. Pretpostavljajuci da je proces razlaganja materije najvece koncentracije u centru univerzuma jos uvek aktivan, rezultat je sirenje univerzuma do trenutka kada kolicina elementarnih cestica nece biti dovoljna da odrzi sirenje. Gravitacija je posledica spoljnog potiskivanja. Ajnstajnov zakrivljeni prostor u tom slucaju ne postoji. Crne rupe koje gutaju masu i prosledjuju je negde drugde takodje nepostoje. Postoji samo prostor ispunjen razlicitim koncentracijama elementarnh cestica.

U stvari nas poznati univerzum se ponasa kao oscilator, nema sile koja je posebno privlacna. Tacnije ne postoji u nasem svijetu nijedna sila koja djeluje privlacno. Sve sto je opisano je uzrokovano odredjenim uvjetima cijelog univerzuma. Ono sto danas zovemo gravitaciono polje, je u stvari vrtlog i nedostajuci element u Njutnovoj postavci. Prema tome, graviaciono polje je odnos elementarnih cestica odredjenih brzina na ivici i nekih drugih koncentracija elementarnih cestica unutar vrtloga, koje imaju sporiju brzinu (delujuci skoro kao barijera). Stoga gravitacija je odnos brzina elementarnih cestica vecih vrtloga i manjih vrtloga, gde ce sporije elementarne cestice u centru imati svoj rezultujuci pravac (sferu) prema centru veceg vrtloga. Vazno je napomenuti da cestice mogu uci u vrtlog samo ako imaju sve neophodne uslove: odgovarajucu koncentraciju, prihvatnu brzinu i prihvatni kut. Ako im nedostaje bilo koji od ovih elemenata one nece utjecati na vrtlog nego ce nastaviti put dok uvjeti ne budu ispunjeni.