Aether és szuperhúr
Már az ógörög természettudósok is érezték, hogy a Világűr nem lehet üres. A hibás névadás ellenére (vákuum) azt valami anyagnak kell kitöltenie. Ők ezt mitikus légkör feletti anyagnak gondolták el. A latinok ezt aethernek, azaz éternek nevezték. Ennek léte a 20. század előtti időkben abszolút triviális volt minden fizikus illetve természettudós előtt. Eme entitás fontos szerepe továbbra is megmaradt volna, ha nem jön Einstein és a relativitáselmélete. Ő oda nyilatkozott, hogy a vákuumnak szükségszerűen üresnek kell lennie, hisz csak így működik az elmélete. Azt mondogatta, hogy elméletének szüksége van a térre, de nincs szüksége kitöltő anyagra. Később ugyan rájött (BBC, 1923), hogy az éter nélkülözhetetlen a világ felépítéséhez, és vissza kell hozni a fizikába. Ámde azután arra is rájött, hogy az éterrel nem fér össze a nemrég felállított elmélete, tehát maradt az üres vákuumnál. A mai fizikusok szerint a vákuum nem teljesen üres, van benne valami. Az üres vákuum, valamint a félig üres vákuum hibás elképzelés, valójában a vákuum egy roppant sűrű folyadék. Mint látni fogjuk, ez utóbbi változat megfelelő, sőt igen logikus megoldásokat képes adni a mai fizika nagyszámú megoldatlan kérésére. Ez egyben szemléletváltást, egyben paradigmaváltást jelent, a fizika új alapokra kerül.
A Dirac-tenger
A fizika története során számos jel mutatott arra, hogy a vákuum nem üres, hanem fel van töltve valami ismeretlen és láthatatlan anyaggal. Paul Dirac, a tudomány egykori vezető fizikusa 1940 környékén jutott arra a gondolatra, hogy a Világűr színig van töltve elektromosan töltött, ámde észlelhetetlen virtuális részecskékkel. Ezek neve a virtuális elektron és a virtuális pozitron, melyek számszerűleg egyensúlyban vannak, és párokba rendeződnek.
1. ábra: A Dirac-tenger
Az éter extrém tulajdonságokkal bír, mert láthatatlan, kitapinthatatlan és tömeg nélküli. Mint látni fogjuk, valójában egy igen sűrű folyadéknak tekinthető. Logikus lenne a sűrű vákuum nevet adni neki, de talán etikusabb lenne a klasszikus aether kifejezést használni. Ezen a néven illették eme csodálatos entitást az ókori természetfilozófusok, valamint később a klasszikus fizikusok. A sűrű éter szerkezetét először Michel Araday próbálta megszerkeszteni. Csapokat és görgőket képzelt el sűrűn egymás mellett, ahol a csapok elfordulását a görgők továbbították a távolabbi területekre. Sajnos ez a rendszer nem képes modellezni az éter bonyolult viselkedését, már síkban sem. Nagyon valószínű, hogy az éter nem statikus hanem dinamikus jellegű folyadék, azaz belső mozgásban és dinamikus belső erő- és energia-egyensúlyban van. Amint látni fogjuk, a tulajdonságai nehezen felderíthetőek, ámde igen váratlanok, mondhatnánk döbbenetesek. Tekintsük át a sűrű vákuum, az éter fontosabb jellemzőit!
Az aether láthatatlan
A láthatatlanság megszokott dolog, hiszen a levegő és a víz is láthatatlan. Ezekben csak a szennyeződés látható. A figyelmes megfigyelő azonban észreveheti, hogy a távoli tárgyak homályosabban láthatók. A tiszta levegő és a víz tehát kis mértékben bár, de mégiscsak nyeli a fénysugarakat. Nyeli, ámde nem közvetíti, hanem csak átereszti magán. Az éter nemcsak hogy nem nyeli hanem ő maga vezeti és mozgatja a fénysugarat. Vannak elméleti konstrukciók, melyek próbálják az állandó sebességgel haladó fénysugarat közvetítő közeg nélkül magyarázni. Ezek a próbálkozások mind tudományos, mind technikai oldalról erőtlennek, sőt nonszensznek tűnnek.
A múlt század elején a csillagászok még abban a meggyőződésben voltak, hogy hogy a Világűr teljesen átlátszó, és szennyeződéstől mentes. Azonban kiderült, hogy tévedtek, mert a világűrben lévő por és gázfelhők erősen legyengítik a távoli csillagok és galaxisok fényét, erősen módosítva a korábbi távolság-becsléseket. Az éter tehát ebben a vonatkozásban is hasonlít az általunk megszokott láthatatlan közegekhez, a már említett levegőhöz és vízhez, azaz a világűr is tartalmaz fény-nyelő szennyező anyagokat.
Az aether szuperfolyékony
A szuperfolyékonyság jelensége a fermionok világában, azaz a mi anyagi világunkban is előfordul. Itt van például a 2He3 hélium, amely az abszolút zérus hőmérséklet közelében szuperfolyékony folyadéknak tűník egy külső megfigyelő számára. A benne mozgó tárgyak számára nem mutat súrlódást, és nem mutat közegellenállást. Az apró tárgyak nem fékeződnek le benne. Az elméleti fizikában jól ismert bozonok is szuperfolyékonyak, csak úgy, mint az éter-tenger. Az anyagi testek ez utóbbi közegekben sem fékeződnek.
Az aether fizikai paraméterei
A vákuumnak számos fizikai tulajdonságát mérték már ki a fizikusok még a klasszikus fizika időszakában, a 19. században és a 20. század elején. A vizsgálatokat folytatták, és új pozitív eredmények születtek. Mindezek ellenére a fizikusok többsége ragaszkodott ahhoz a mára rögzült nézethez, hogy a vákuum üres. A nagyon pontos számok láttán azonban történt némi (egy kevéske) szemléletváltás. A teljes ürességet fokozatosan felváltotta a félig tele vákuum verzió. Az az igazság, hogy a vákuum „színültig tele van”. Ezt az állítást később fogjuk igazolni. Addig is nézzük meg az éter néhány fontosabb paraméterét a CODATA Bizottság összefoglaló adatai szerint:
A táblázatban szereplő adatok egy része un. alapadat (megmért adat). Másik részük származtatott adat, melyekről tudjuk, hogy hogyan kell az alapadatokból kiszámítani. Ez a felosztás azonban inkább csak formai, mert a természet a fontossági sorrendet sokkal jobban tudja, mint mi. Tekintsük származtatott adatnak a következőket: c = (e0*m0, h = 4p * S0 , E0 számított érték (DAVID BŐHM, 1934).
A vákuum energiája
A vákuum belső energiáját a becslések és modernebb számítások 1010 – 10111 joule/m3 értékre teszik. A rezgési frekvenciák energiáját ugyanis a 0-tól a végtelenig kell összegezni, hiszen a felharmónikusok a végtelenig tartanak. Szerencsére a vákuum energiagödörben helyezkedik el, és csak különleges behatásokra lép át egy másik, mélyebb energiagödörbe. Ilyen különleges hatást adnak például az atom körül keringő elektronok is, melyek a gyorsulás következtében folyamatosan energiát sugároznak szét. Amint azt a fenti számértékekből láttuk, az éter számára nem probléma pótolni ezt a szétsugárzott energiát. Hasonló a helyzet az atommagot alkotó nukleonok belsejében, ahol a valencia kvarkok pörgetése még több energiát igényel. Ezek szétsugárzott energiáját is könnyedén és közvetlen módon pótolja a vákuum. Ugyanis a vákuum benne van minden szubatomi részecske belsejében. Valószínű, hogy a vákuum adja az energiát a fotonoknak és persze az határozza meg a fénysugár sebességét is:
c=(*)-0.5= 299 792 458 m/s
Az aether extrém sűrűsége
Vannak olyan természeti jelenségek, melyeknek megjelenített energiáját látszólag semmi sem indokolja. Ilyen például a kavitáció, ami először ártatlan gőzbuboréknak tűnik, de azután kis pukkanás helyett hatalmas csattanással omlik össze. Példa a vákuum erejére a túlpörgetett hajócsavar is, melyből a kavitáció folytonosan fémdarabokat tépked ki. Korábban voltak ilyen túlerőltetett hajócsavarokra példák, ahol néhány nap alatt „elfogyott” a hajócsavar anyaga. Ilyen például a könnyeden libegő, súlytalannak tűnő kis fénygömb, a gömbvillám is. Ez esetenként nagy erőt fejthet ki, sőt rombolást végez. Ugyanakkor a gömbvillám igen sok elektromos töltést szórhat ki magából, de akár elforralhat egy hordó vizet is. Mindezek az erők és energiák a vákuumból kerülnek elő.
A szuperhúr tenger
avagy
rezgő húrok az aetherben
A világmindenségre vonatkozó legkorszerűbb, és a valaha volt legnagyobb matematikai apparátussal dolgozó teória az un. húrelmélet. Az egész dolog Eric von Heisenberggel kezdődött az 1940-es években, illetve az Ő S-mátrix kutatásával. Ebből lett 1986-ra sok száz matematikus és fizikus verejtékes munkája nyomán a szuperhúr elmélet. A korábban 5 verzióból álló elméletet M. Green és J. Schwartz egyetlen egységes elméletté kapcsolta össze szuperhúrelmélet néven. Ezáltal ez a jeles elmélet matematikai és logikai szempontból is kifogástalanná vált. Valójában minden további elutasítás indokolatlan, de sajnos, mégis kevesen vannak akik magukévá tették. Az elzárkózás oka elsősorban az, hogy túl magas a matematikája, valamint az, hogy egyszerű mechanikai mozgáson alapul. Ez tulajdonképpen visszalépést jelent a klasszikus mechanika szemléletéhez, ami elavultnak tűnhet. A harmadik ok az, hogy a teóriának jelenleg még hiányzik a gyakorlati alátámasztása. (Nem kétséges előttem, hogy az alátámasztás hamarosan meglesz.)
A húrelmélet lényege tehát az, hogy a vákuumot, vagyis a Világegyetemet apró-pici rezgő húrok töltik ki. Váratlan és egyben meglepően pozitív fordulat a tudománytörténetben, hogy a tudósok egy mélyebb szint felé haladva nem matematikai pontokban vagy golyócskákban gondolkodnak, hanem összetett alakzatban. A fals hagyománnyal szakítva ez az irányváltás már önmagában is többlet-lehetőséget ígér. Egyébként a Nobel-díjas orosz fizikus Szaharov vélekedett úgy, hogy a világ a kis méretek felé sokkal mélyebb és összetettebb, mint fölfelé, a végtelen tér felé. A matematikai pontok mai tudásszintünkhöz viszonyítva még sokkal-sokkal mélyebben lehetnek.
A szuperhúrok (szimpla fogalmazással a húrok) megszületésük óta folyamatosan rezegnek, pontosan úgy, mint a hangszerek húrjai. Méretük behatárolt, a húrelmélet teoretikusai szerint mintegy 10-34 méter hosszúságúak. A Dirac-tengerre visszautalva tegyük fel, hogy a húrok váltakozva virtuális elektronból és pozitronból épülnek fel, és az elektrosztatikus vonzás rendkívül erős szálakká egyesíti őket. A részecskék 50-50 százalékos aránya is megfelel a Dirac-hipotézisnek, valamint a tapasztalatnak, hiszen a vákuum elektromosan semleges. Emiatt az erőteljes rezgő mozgás sem képes szétrázni a fonalat, vagyis a húrokat.
2. ábra: Az behelyezett elektromos töltés irányba állítja a húrokat
Fontos leszögeznünk, hogy a szuperhúrok nem képesek elveszíteni kezdeti nagy mozgási energiájukat. Egy-egy húr megpróbálhat ugyan átadni egy töredék-energiát a szomszédjának mechanikus úton, de annak is ugyanannyi van. Ha a szomszéd mégis átveszi, akkor azt előbb-utóbb továbbadja, vagy visszaadja. Egy homogén energia állapot alakul ki, ami sokmilliárd kilométer távolságig érvényes. Meglehet azonban, hogy a húrt alkotó virtuális elektronok és pozitronok kisugároznak elektromágneses energiát is. Ez esetben a közeli és távoli szomszédok először lenyelik ezt a többlet-energiát, ámde előbb-utóbb megszabadulnak tőle, és visszasugározzák. Ez utóbbi folyamatnál azt kell feltételeznünk, hogy a vákuumban vannak egyéb részecskék is, amelyek képesek továbbítani az elektromágneses hullámokat. A szuperhúrok össze-energiáját tehát térben és időben változatlannak tekinthetjük.
Kávédaráló
Nézzünk meg egy hétköznapi példát a darabolási folyamatra. Ha a kávédaráló edényébe kávészemeket öntünk, és bekapcsoljuk a villanymotort, akkor a forgó kések erősen ütögetik és darabolják a kávészemeket. Először a kések felezik, negyedelik stb. a kávészemeket. Minél kisebbek lesznek a szemcsék, annál kisebb lesz az esélyük arra, hogy a kések eltalálják őket. A maradék nagyobb szemcsék méterüknél fogva nagyobb eséllyel kerülnek a kések útjába, így a folyamat végeredményeként meglehetősen egyenletes és apró granulátumot kapunk. Most azonban gondoljunk olyan anyagból készült szemcsékre, amelyek a további darabolás közben hajlamosak nagyobb szemcsékké összeállni. Persze a nagyobbra nőtt szemcséket a kések újra nagyobb eséllyel darabolják. Nyilvánvaló, hogy idővel beáll az egyensúly az összetapadási és a darabolási folyamat között és homogén, közel egyenletes szemcseméretet kapunk.
A húrok darabolódása
A húrok nagyon kicsinyek, de közel azonos méretűek. Milyen folyamatok lehettek azok, amelyek ezt a méret-egységesítést létrehozták? Kezdetben maguk a húrok voltak a tettesek, mert ők maguk darabolták föl a hosszú példányokat. A húrok az elektromos vonzás következtében hajlamosak az újbóli összetapadásra, de a kisebbek újra szétdarabolják őket. Itt is beáll egy egyensúlyi állapot az előző példához hasonlóan. A tapadási hajlam növeli a szálak hosszát, miközben a belső mozgási energia feldarabolja a hosszú szárakat.
Húr alakzatok
A húrok végei ellentétes polaritás esetén összetapadnak, így többszörös hosszúságúra növekednek. Ha egy húr eleje és vége tapad össze, akkor kör alakúvá válik. Ezek az alakzatok rezegnek, forognak és esetenként daraboló késként viselkednek. Érdekes egyezés, hogy a húrelmélet alkotói is a karikák előfordulását tartják gyakoribbnak. (3.ábra)
Rezgési energiák
Alkossunk meg gondolatban egy átlagos méretű húrt, és fogadjuk el, hogy ennek a hossza 10-34 méter, ahogyan ezt a szuperhúr-elmélet feltételezi. Gondolatban készítsünk egy kis modellt amely egy rövid, vékony szénhúrból áll, rajta 20 kicsiny virtuális golyóval. A golyósor 10 virtuális elektronból és 10 virtuális pozitronból áll egymást váltogatva. Ez a húr rezeg, például az 1a, 1b és 1c ábra szerinti alakzatokat veszi fel. Az A alakzat egy csapkodó félhullám, a továbbiak a felharmónikusok. Ezek a kétszeres, a háromszoros, a négyszeres stb. frekvenciájú hullámok. A sorozat egész a végtelenig (közel a végtelenig?) tart. Ezek a felharmónikusok az energián egyenlő arányban osztoznak. A számításban az energiákat a végtelenig (a majdnem végtelenig?) kell összegezni, ezért minden egyes húr energiája közel végtelen. Ez a meggondolás nagyban valószínűsíti az éter korábban hivatkozott rendkívül magas, közel végtelen energia-szintjét.
3. ábra: A húrok rezgése
Rugalmasság és tehetetlenség
A hétköznapi életben a rezgő húrokat úgy tudjuk elképzelni, hogy rugalmas gumiszálra vagy vékony acélhúrra gyöngyöket fűzünk fel. A modellben a gyöngyök képviselik a tehetetlen tömeget, míg a rugalmas szál adja a visszatérítő erőt. A rugalmas húr kidomborodás után visszafelé indul el, egy pillanatra kiegyenesedik, majd a tehetetlenség hatására a túloldalon domborodik ki. Elsőre tekintsük a szuperhúrokat is ilyen mechanizmusnak.
Most próbáljuk meg a szuperhúrokat is efféle mechanikus modellnek tekinteni, és próbáljuk meg a szál rugalmasságának okát, és a gyöngyök tehetetlenségének eredetét megtalálni. Amikor a húr meggörbül, akkor a belső oldalon a váltakozva elhelyezkedő azonos töltések közelebb kerülnek egymáshoz, ezáltal ott erősebben taszítják egymást. Ez a többlet-taszítás a húr kiegyenesítése irányába hat. De mi lendíti túl a kiegyenesedő hullám részletet a semleges helyzeten?Hiszen az éternek, a szuperhúroknak, ezen belül a gyöngyöknek tudvalevőleg nincsen tehetetlen tömege. Talán a tehetetlenség tüneménye az elektromos hatások korlátozott terjedési sebességéből (fénysebesség?) ered.
A húroknál a rezgések igen gyorsak, és a végtelenbe nyúló elektrosztatikus erővonalak csak késleltetve hatnak, és ezáltal nem akadályozzák meg a túllendülési folyamatot. Alul az erővonalak még taszítják egymást, miközben felül még nem érnek össze, tehát nem tartanak ellent a további elfordulásnak. Ezért a mozgó, visszaforduló részecskék nem veszítik el időben a sebességüket, túlmozognak. A késleltetett elektromos hatás az, amely a tehetetlenség látszatát okozza, mert megengedi a részecskék túllendülését a semleges vonalon. A túllendülés hatására azután előáll a többlet-taszítóerő, és a mozgás a felső holtpontot elérve megáll. Ezután egy új rezgési ciklus veszi kezdetét. Ily módon előáll a húrok belső rezgésének két alapvető feltétele, a rugalmasság és a szimulált tehetetlen tömeg. Súrlódás nem lévén a szuperhúr örökre rezegni fog.
Belső erők a húrban
A húrokkal kapcsolatban vizsgáljunk meg néhány bonyolultabb esetet is. Csökkentett összekapcsoló erő lép fel akkor, ha az egyik húr vége a másik húr derekához próbál csatlakozni. Ez az alakzat várhatóan rövid életű lesz, mert a vonzó erő mellett taszító erők is fellépnek. Elvileg lehet egy olyan húr-változat is, amely páratlan számú részecskéből áll össze amely nem páros, hanem páratlan számú töltést tartalmaz. Természetesen ilyenkor a húr két vége azonos töltés található. Ez esetben a végek elektrosztatikusan taszítják egymást, mégpedig 1040 newton erővel. A roppant nagy erő nem meglepő, mert végtére is két azonos töltés igen közel van egymáshoz. Ámde nem szakítja el a szálat, mert a belső részecskék közötti vonzerő még ennél is nagyobb. Ne csodálkozzunk tehát az előálló rendkívül magas frekvenciájú rezgéseken, hiszen a visszatérítő erők is rendkívül nagyok.
További virtuális részecskék
Az eddig tárgyalt éter-alkotók – virtuális elektronok és pozitronok – egységnyi töltésűek. Ugyanakkor a kvarkok töltése -1/3 vagy +2/3. Világosan látható, hogy ezek nem rakhatók ki az egységnyi töltések kombinációjából. Kell tehát lennie az éterben további részecskéknek melyek töredék-töltéssel rendelkeznek. A Dirac-párok vagy a szuperhúrok mellett bizonyára ezek is részt vesznek az elektromos és mágneses erővonalak kialakításában. Az ábrákon ezeket színes pöttyökkel és vonalkákkal kellett volna jelezni. Nyilvánvaló, hogy ezek a részecskék sem rendelkeznek tömeggel és kívülről detektálható energiával, hasonlóan a komplett éter-folyadékhoz.
Szuperhúrból anyag?
A húrelméleten munkálkodó fejlesztők feltételezik, hogy a különféle hosszúságú és rezgésmintájú húrokból alakulnak ki a különféle szubatomi részecskéket. Számos ok miatt Jómagam ezt nem tartom lehetségesnek, mert a húrok túlzottan szimpla felépítésűek, rezgési amplitudójuk és rezgésszámuk pedig változó. Egyszerűsítsük a kérdést: „Elektron, de miből?” Lehetne virtuális elektronból, hiszen annak is egységnyi az elektromos töltése, ámde nincs tömege. Hiányzik tehát cca 0,5 MeV anyagi tömeg. Kell tehát még valami anyagszerű építőkő, ami ezideig még nem mutatta meg magát.
Örvények a húr-tengerben
A tudósok már a kezdetektől fogva azt gyanították, hogy az éterben kicsiny, de erős örvények vannak. A fenti áttekintés az éter-tengerről szinte alátámasztja ezt a hipotézist, hiszen itt erősen rezgő és csapkodó húrok vannak, melyek töltései gyorsan változó elektromos és mágneses tereket indukálnak. A mozgás és az erőterek bonyolult módon és akár kitérő irányban hatnak a szomszédokra, míg azok visszahatnak. Az éterben a helyzet túlzottan bonyolult, és lehetővé teszik, sőt szinte megkövetelik az örvények létrejöttét. Az örvények modern bizonyítéka az un. spin (pörgés), melyet minden egyes anyagi részecske átvesz az étertől, és értéke rendkívül pontosan behatárolt mennyiség: S0 = 53*10-36 kgm2/s. Sajnos, ezt az értelmes fizikai mennyiséget manapság a fizikusok a homályos tartalmú ½ számmal jelölik. A húrok tehát nemcsak a nukleonok belsejében örvénylenek, - talán a keringő kvarkok hatására – hanem au Univerzumot kitöltő éter-tengerben is. Ámde ez az örvénylő mozgás közvetlenül nem vehető észre, mert a makro világhoz képest túl kicsi az örvények mérete. Az örvénylés gondolata már a középkori természetfilozófusok fejében is felmerült, de nyilván nem kísérleti, hanem logikai alapokra támaszkodva.
A fény sebessége
A fotonok is örvénylő mozgást végeznek előre haladás közben. Mind az örvénylő mozgás sebessége, mind a haladó mozgás sebessége c értékű, tehát a foton valójában 1,41 c térbeli sebességgel halad.
Megállítható -e a részecske?
Nézzük meg a legismertebb részecskének, az elektronnak az esetét. Ez a hidrogénatom külső burkát alkotja, és ott 53000 fm sugáron a fénysebesség 2,6%-ával kering. Most próbáljuk meg gondolatban ráhelyezni az atommagra, azaz a 0,88 fm sugarú proton felszínére. Amint befelé nyomjuk, és így a mozgási terét szűkítjük az egyre nagyobb sebességre gyorsul, és arra készül, hogy felvegye a fénysebesség 220-szorosát. A valóságban az elektron sebessége nem haladhatja meg a fény sebességét, helyette a tömege nő meg 220-szorosára, mert a szigorúan meghatározott spin értéket csak ezen furcsa kerülőút segítségével tudná tartani. Általánosítva a példát ki kell mondanunk, hogy a természetben egyetlen részecske sem maradhat álló helyzetben. Keringenie kell, hogy teljesítse a spin-törvényt.
Gyorsuló fejlődés, szaporodó ellentmondások
Minden tudományágban, így a fizikában is rohamosan, sőt exponenciálisan gyorsul a fejlődés. Újabb és újabb mérési adatok, elméletek és az ezeket összekapcsoló filozófiák halmozódnak egymás hegyén-hátán. Az idő múlásával egyre súlyosabb a gond, hogy a részek ellentmondóak, és nem sikerül őket egységesíteni. Ez a figyelmeztető jelzés arra, hogy a régi alapok és nézőpontok tévesek, tehát mielőbb be kell vezetni egy merőben új szemléletet és filozófiát, melynél megszűnnek az ellentmondások.
Ezt az alapvető váltást a tudományokban paradigmaváltásnak nevezik. A sok rejtőzködő téves dogma, és zsákutca közül a leginkább hibás az üres vákuum eszméje. Ez az ominózus pont, itt kell átváltani a sűrű vákuumra, és ezután sorra megoldódnak a jelenlegi feszítő problémák. Akár egy évtizedre is el van egyengetve a fizikai haladás szinte mindig göröngyös útja.
2019 02 02
Üres vákum esetén nem alkotható meg koherens természeti világkép, ámde a korábbi sűrű vákuumot is szállítva biztos fix alaphoz hut a mai jelenleg semmiben lebegő modern fizika.
Paradigmaváltást
a fizikában - most!
Tassi Tamás
Fejlesztőmérnök
Hobby-fizikus
Tud. ism. szakíró
aparadox@gmail.hu