dinsdag 3 juni 2014

donkere massa

      over energie in een kubieke meter ruimte
Het equivalent van energie is massa en de vraag is of donkere massa wellicht bestaat uit een al dan niet gemuteerde vorm van stralingsenergie. Dit kwam al naar voren in 2003 toen Vasily Yanchilin zijn boek The Quantum Theory of Gravitation publiceerde.
Hoe de hoeveelheid aanwezige stralingsenergie te kwantificeren in zowel het hele universum als per deelgebied? Met een antwoord hierop valt meer te zeggen over de hypothese dat donkere massa inderdaad gerelateerd is aan licht.
Het heelal is enorm groot en ijl -de omvang valt te schatten- zodat de straling van alle sterren in de afgelopen miljarden jaren slechts voor een gering deel gereageerd heeft met materie en aldus verdwenen, omgezet is, terwijl de grote rest zodanig dispers geraakt is dat wij slechts enige duizenden sterren met het blote oog kunnen waarnemen. In de totale ruimte van het heelal zitten dus enorme aantallen fotonen of wat daarvan geworden is.
Een lens vangt heel wat sterrelicht op dat met het blote oog niet te zien is. Draai je de lens een beetje dan idem uit een ander deel van het heelal. Zo passeert er in een bol van een kubieke meter voortdurend energie en nergens is er absoluut lege ruimte. Er bestaat geen volledig vacuum in het universum. Die door de lens gebundelde lichtgolven waren bij wijze van spreken teveel zijdelings uiteengerukt om nog met de sensoren in het oog te reageren. Licht wordt door massa een beetje afgebogen; door de achterliggende massa van het heelal iets vertraagd en het ondervindt ook aan weerskanten van de voortplantingsrichting aldus invloed.
Iedereen kent thans wel de formule waarin energie gelijk gesteld wordt aan het produkt van massa en het kwadraat van de lichtsnelheid. Maar dat ontbrak tot ver in de 19e eeuw en men begreep niet dat de afbuiging langs de zon van het licht dat Mercurius weerkaatst voor de helft op rekening komt van verandering in de interne energie van het foton overeenkomstig deze formule. Om het ontstane probleem -dat de oude mechanica zonder zulke verandering niet klopte- op te lossen werd bedacht dat de lichtsnelheid in vacuum onveranderlijk moest zijn. Tegenwoordig valt te definieren: de lichtsnelheid is op een bepaalde plek en een bepaalde tijd voor eenparig bewegende waarnemers in alle richtingen hetzelfde vanwege binding met de totale massa van het heelal; technisch uitgedrukt is de potentiaal van die massa in alle richtingen hetzelfde doch vermindert met de uitdijing van het heelal en zo ook de lichtsnelheid.
In het centrum van de Melkweg staan de sterren dicht op elkaar en de tussenliggende ruimte is er gevuld met energie van lichtgolven. Dat vertaalt zich in massa en mogelijk betreft het de donkere massa die voor snellere bewegingen zorgt dan uit waarnemingen aan zichtbare sterren af te leiden is. Indien juist wordt een kolossaal zwart gat in het centrum van sterrenstelsels overbodig.
Zwarte gaten horen bij de algemene relativiteitstheorie. De Big Bang echter verliep uiterst vlug ondanks de enorme concentratie toen; de tijd stond er allesbehalve stil!
Aan dubbelsterren wordt gemeten dat licht van de verste bij het passeren van de andere -wanneer ze op één lijn staan- iets vertraagd bij de aardse waarnemer arriveert. Dan moet volgens de algemene relativiteitstheorie die vasthoudt aan altoos constante lichtsnelheid de tijd bij de gepasseerde ster, bij diens massa, wat trager verlopen. In minder tijdseenheden wordt er daar bij de zelfde snelheid minder afstand overbrugd en om bij de waarnemer aan te komen zal die op zijn klok nog iets extras zien verstrijken.
Zo dacht men in de twintigste eeuw. Men was nog niet toe aan wezenlijk begrip van het al bekende feit dat licht de optisch gemakkelijkste weg zoekt, het princuipe van "least action" volgt. De fotonen kiezen een route door een zone waar de oscillaties het grootst kunnen zijn, een lagere frequentie hebben, zodat van deze trillingen er het geringste aantal nodig is op de afgelegde weg. Lagere frequentie in een zone betekent dat de tijd er langzamer verloopt. Al lang geleden werd geconstateerd dat Mercurius achter de zon vandaan komend eerder zichtbaar wordt dan uit de baanberekening volgt. Dit wordt verklaard door het naar de massa van de zon toebuigen der verzonden fotonen. Die volgen dus voor de waarnemer een paraboolbaan en geen rechte lijn langs de zon. Met andere woorden komt het principe van least action in een paraboolbaan tot zijn recht ofwel verloopt de tijd daar trager en dichter bij de zon derhalve sneller. De oude algemene relativiteitstheorie beweert het tegenovergestelde en is daarom niet houdbaar. Dat bleek eigenlijk al uit dat razendsnelle verloop der processen rond de Big Bang. "Zwarte gaten" bestaan niet echt.
Hoe komt het dat de misvatting over de waarde van de algemene relativiteitstheorie nog steeds aanwezig is in NL kennisland; dat onderwijs en onderzoek er zo slecht zijn? Het zal gemakzucht, luiheid zijn van de gesettlede professoren en beter ware roulatie, zeg na zes jaren of een zevende van het werkend leven, zodat anderen aan bod komen. 
De algemene relativiteitstheorie is van wiskundige aard. Er bestaat verschil tussen mathematica en natuurkunde, want in de laatste komt een punt niet voor omdat het geen afmetingen heeft, fysisch derhalve absent is en wees daarom ook voorzichtig ten aanzien van het begin van een Big Bang. Kromming van de ruimte heet het in de algemene relativiteitstheorie waardoor de schijnkracht zwaartekracht ontstaat. Moderne theorie geeft een kwalitatieve verklaring van daadwerkelijke zwaartekracht en dat in overeenstemming met de kwantummechanica: Bijvoorbeeld kun je je indenken dat vanwege de Heisenberg onzekerheid bestanddelen van een deeltje, ook van een foton, zeg maar even "ieten" alsmaar verspringen, ondermeer in de  richting van een externe massa en ook de andere kant op. In die eerste richting gebeuren de dingen iets sneller zoals hierboven uitgelegd met als resultaat dat er netto ieten dichter bij zo'n externe massa komen en het totaal, het deeltje dus verschuift in de richting van die massa. Aantrekking door de zwaartekracht is de gangbare omschrijving.
Tijd is gebonden aan fysische processen. Als dan nabij massa frequenties van straling  -alles heeft ook een golfkarakter maar bij grotere dingen valt dat niet meer op- toenemen, de tijd vlugger gaat, kun je op een andere manier ook zeggen dat de eenheid van lengte -die immers gerelateerd wordt aan golflengtes bij van baan veranderende electronen- krimpt; waarbij de afstand uitgedrukt in de kleinere lengte-eenheden groter wordt. Maar als een fysisch proces sneller verloopt wordt de totale in beslag genomen tijdsduur kleiner. Dit radicale verschil wordt in de wiskundig georienteerde algemene relativiteitstheorie over het hoofd gezien. Men construeerde een hypothetische tijd afgestemd op onveranderlijke lichtsnelheid, op altijd gelijke voortplanting van electro-magnetische golven alsof die niets te maken hebben met andere bestanddelen van het universum. Het misbruik van de wiskunde ging zelfs zo ver dat er renormalisatietrucs uitgevonden moesten worden omdat bij punten en oneindigheden de situatie uit de hand liep. 
In de astronomie bestaan nog veel raadsels. Om daarmee aan de slag te gaan moet je oude theorie eerst ziften op waarheidsgehalte.
Een gangbaar begrip is het interval, dat kenmerkend is voor een oscillatie met als belangrijke component het produkt van lichtsnelheid en tijdsmomentje. In zowel oude als nieuwe theorie wordt het interval kleiner nabij massa. Als werkzaam bestanddeel die de verkleining tweeg brengt geldt de verhouding tussen de massa M van het object en straal r. Dit staat bij de verouderde theorie in de teller met minteken, waardoor theoretisch stilstand van tijd mogelijk wordt. In nieuwe betere afleiding van de formule, namelijk aan het golfkarakter van fotonen, is het van een plus voorzien en staat het in de noemer, zodat er altijd snellere seconde nabij massa resulteert. In harmonie met de feiten; de golflengte van de oscillatie wordt nabij massa kleiner en de frequentie van de trillingen neemt toe.
Nog eens de logica van beide theorieen: Een kleiner interval betekent in de oude theorie dat als ver weg een seconde passeert er nabij massa slechts een gedeelte van een seconde verstrijkt. De nieuwe theorie beschouwt tijd als de duur van een natuurkundig proces en een kleiner interval behelst daarom dat er nabij massa voor zo'n interval minder tijd nodig is; er slechts een gedeelte van een seconde nodig is voor voltooiing van dat proces. Terwijl ver weg een hele seconde benodigd zal zijn.
Tijd is niet abstract en niet geheimzinnig zoals de aanhangers van de algemene relativiteitstheorie er van maken. Zij toveren in grenzeloze fantasie met hun mathematisch model vervolgens inflatie van het heelal, supersnelle uitdijing in een vroeg stadium, plus negatieve energie; zaken die in de natuur volkomen onbekend zijn alsook strijdig met beide wetten en waarnemingen.
           

Geen opmerkingen: