Zakřivení časoprostoru   

Pokus nahlédnout do problematiky
verze 2013 - 7.2018
Bohumír Tichánek

*   *   *

Svět vysvětluji mechanickými modely; matematické rovnice jsou k nim návodem.

Souvislosti modeluji diskrétní - nespojité. Tento přístup má směřovat k fyzikální definici času a opodstatnění nestálého chodu času ve speciální teorii relativity (STR).

Vesmír zde uvažuji podložený skrytým „přístrojem“ - Zdrojem pulsů, který zajišťuje vzájemnou závislost dvou veličin. Neustále - buď se prostorem sune hmota, anebo jí narůstá čas.

Následné vysvětlení představuje délku a čas jako spojité veličiny. Převádí je totiž do perspektivy, jež je převzatá z optiky (viz fázovaný obrázek). Takto uvažovaný nelineární prostor a čas je odlišný od tradičního fyzikálního přístupu.

*   *   *

INTRODUKCE

(a) Relativistická souvislost:
Primární hmota zakřivuje → tvar prostoročasu.
Prostoročas zakřivuje → trasu pohybu sekundární hmoty.

~

(b) Zde zkouším jednodušší souvislost:
Primární hmota zakřivuje → trasu pohybu sekundární hmoty (i naopak)
Existující časoprostor nepodléhá zakřivení. Je podložený mříží posic diskrétního prostoru.

*   *   *

POZNÁMKY

*   *   *

OBSAH

  1. Použité termíny
  2. Souměrný diagram
  3. Zakřivení 2D časoprostoru
    2.1. Názory
          2.1.1. Diplomat
          2.1.2. Gravitace rozprostřená
          2.1.3. Feynman
          2.1.4. Vlastnost posice
          2.1.5. Projev gravitační vlny anebo zakřivení prostoru (LIGO) [3]
  4. Zakřivení 3D časoprostoru
  5. Legendární přirovnání
  6. Časoprostor
  7. Čas
  8. Závěr
    7.1. Nezakřivení časoprostoru
    7.2. Higgsova částice [7], [8]
    7.3. Éter a posice diskrétního prostoru
   Literatura, odkazy


0. Použité termíny


1. Souměrný diagram

Žijeme ve trojrozměrném (3D) prostoru, v němž čtvrtým, ale odlišným rozměrem, je čas *). Propojení veličin času a délky dalo vzniknout pojmu čtyřrozměrného časoprostoru. Souvislost vystihl Herbert Minkowski.

Užívám souměrný obrázek, jenž je podmíněn zakreslením pohybu fotonu vodorovným směrem (obr. 1). Odlišně od Minkowského obrázku. Ten by kreslil pohyb fotonu šikmo.

Užitý geometrický prostor je jednorozměrný - vodorovná osa. Na svislé ose je další rozměr - čas. Plocha obrázku je tedy 2D časoprostorem. Poloměr kružnice neustále roste. Věda nechává bez příčinného zdůvodnění ať její růst, ať stoupání přímky v Minkowského časoprostoru.

Obr. 1. Souměrný diagram 2D časoprostoru


*) Graficky vyjádřená úvaha o čtvrtém geometrickém rozměru, jehož považujeme za čas: Vesmír má čtyři rozměry, přestože čas není 


2. Zakřivení 2D časoprostoru

Gravitace nezakřivuje prostor, nezakřivuje časoprostor, nýbrž zakřivuje trasu objektu v časoprostoru. Rastr diskrétního časoprostoru uvažuji vždy ideálně pravoúhlý. Tento předpoklad zobrazuje 2D model, a to v bodovém (nespojitém) časoprostoru (obr. 2). Vodorovná osa zachycuje 1D geometrický svět, kdežto celá plocha ukazuje teoretickou pomůcku – časoprostor. Náš světový prostor je zde vedený jen jako úsečka - vodorovná osa.

Bod jednorozměrného prostoru nahrazuji nakreslenou postavou. Ta se nejprve v soustavě nepohybuje. Proto jí ubíhá čas plnou rychlostí, tudíž stoupá na časové ose nespojitého grafu – bledá postava časoprostoru. Přitom její hmota na ose geometrického 1D prostoru zůstává v počátku souřadnic – barevná postava. Uplynulý čas je úměrný nevyužitým pulsům PT; zprvu se nemění její prostorové umístění, určované pohybovými pulsy PL.

Diskrétní
        pulsní časoprostor

Obr. 2. Diskrétní pulsní 2D časoprostor

Využití pulsů ať je délkové (pohybové) PL nebo časové PT. Do sousední posice přeskočí
- směrem nahoru (PT) ten bod, který nemá mechanický pohyb,
- anebo vodorovně (PL) ten bod, který je v pohybu


Svět, který bychom v 1D prostoru svými smysly vnímali, je ten barevný dole. Ovšem až po přepočtu z diskrétního do perspektivního prostoru.

K postavě se přibližuje kus hmoty - hnědá tyč. Vzájemná vzdálenost dvou objektů se zmenšuje a proto roste přitažlivá síla. Ať má tyč větší hmotnost než postava, ať ji přitáhne - postava přeskočí do sousední posice. Ovšem působení bylo slabé. Postava přeskočila, avšak další skok, podmíněný získanou setrvačností, následuje až po několika dalších Zdrojových pulsech. Setrvačný pohyb bude pomalý. Až každý čtvrtý Zdrojový – časoprostorový puls jí bude pohybový (PL), kdežto tři jsou časové (PT) – nevyužité.

Jakýsi držitel tyče ji odtáhl pryč. Její přitažlivé působení rychle pokleslo.

Slepá postava by nezjistila, co ji bez dotyku uvedlo do pohybu. Co ji občas vzdaluje od počátku souřadnic. Že to byla přitažlivost hmotného tělesa.

Jen v teoretické pomůcce - časoprostoru, se projeví změna ve směru pohybu postavy. Za delší časoprostorové období se ukáže, že pohyb postavy časoprostorem pokračuje šikmo; přestal být rovnoběžný se svislou osou. V jednom okamžiku byla dráha postavy, v letu časoprostorem, zakřivena. Projevila se gravitace. Červená šipka patří časoprostoru.

Pohybující se těleso má zpomalený čas. Související relativistické zkrácení okolního prostoru zde v obrázcích neuvažuji, posuzuji je jinde. Takovou změnu délky prostoru přisuzuji jen lidskému vnímání. Vlivem zpomalení času je kosmonaut při smyslech jen impulsně - časové okamžiky ať se mu slijí v celistý zážitek. Pak vidí vždy jen vyseknuté části okolí - zkrácený prostor. V tom krátkém čase překoná délku okolí třeba i tak dlouhou, jakoby měl nadsvětelnou rychlost. Vždyť překonává za zpomalený čas velké úseky „zkráceného“ okolí.

Pojem zakřivení časoprostoru je náročný, avšak obrázek přiblíží smyslový názor - ovšem pro diskrétní časoprostor. Zakřivení spojitého 4D časoprostoru už by se názorně, modelem, vysvětlovalo obtížněji.

Později se z tyče utrhl jeden ze čtyř bodů. Zastavil se v geometrickém prostoru, takže od té chvíle mu začal narůstat čas.

Děj se odehrává v 1D prostoru. Kdežto časoprostor je myšlený pojem. Svými smysly vnímáme hmotu v prostoru, kde tradičně chápaný čas dovolí měnit vlastnosti a umístění hmoty.

Ve zdejších modelech STR posuzuji odlišně - čas je daný těmi pulsy, ve kterých nedochází k pohybu hmotných bodů. Když vládne čas, pak se nemění ani vlastnosti, ani umístění bodů v diskrétním prostoru.


2.1. Názory

2.1.1. Diplomat

Náročnost přírodovědných oborů někdy vyžaduje přístup diplomata. Pořad českého rozhlasu, Meteor, 8. února 2014, na otázku: „Jak může gravitačně působit černá díra, když z ní nic neuniká?“ dal fyzikovi možnost odpovědět: „Dosah gravitace jde do nekonečna.

2.1.2. Gravitace rozprostřená

Cizí diskuse:
---

Zatímco třeba u elektromagnetické vlny to už dnes umíme popsat tak, že ačkoliv je vlna dlouhá třeba kilometr, foton se nachází vždy jen v jednom jejím bodě a zainteraguje s látkou jen v jednom jediném okamžiku, kdy je předána veškerá energie vlny a celá kilometrová vlna v témže okamžiku zanikne (---), u gravitačních vln je ale celá energie vlny delokalizována a jaksi rozprostřena rovnoměrně po celé vlně. Dle OTR tělesa při průchodu gravitační vlny rovnoměrně rezonují a žádné skokové změny jejich geometrie (cosi jako gravitační fotoefekt) bychom neměli vůbec pozorovat. Pohlcení gravitonu se zkrátka nekoná, neboť energie gravitační vlny nemá dle lokálního principu ekvivalence význam jinak, než rozprostřena po dostatečně velkém prostoru vlny. Pokud se ji snažíme násilím ve vlně lokalizovat (vytvořit graviton coby bodovou částici), tato energie nám nakonec úplně vymizí. To je základním důvodem toho, proč až do dnešní doby nemáme fungující kvantovou teorii gravitace.

Proto není divu, že si někteří odborníci začínají klásti otázku, zda více než století marného hledání kvantové teorie gravitačního pole náhodou neevokuje jednoduchou skutečnost, že žádná taková teorie prostě neexistuje, neboť energie gravitace není kvantována.
---

2.1.3. Feynman

Kroužícím oběžnicím Feynman rozlišil setrvačnost a gravitaci, jež oběžnici stahuje z přímočarého pohybu. Doložil, že příčina gravitačního tahu je nám dosud nesrozumitelná:

Co nutí planetu obíhat okolo Slunce? V Keplerově době na to někteří lidé odpovídali, že za planetami jsou andělé a máváním křídel tlačí planetu po orbitě. Jak uvidíte, odpověď není příliš daleko od pravdy. Andělé ovšem planetu postrkují směrem k Slunci... [2]

2.1.4. Vlastnost posice

Fyzika klasicky popisuje gravitaci jako projev zakřivení časoprostoru. V diskrétním prostoru, vybaveném posicemi pro výskyt bodů, navíc možno váhat nad úkolem posice diskrétního prostoru.


2.1.5. Projev gravitační vlny anebo zakřivení prostoru (LIGO) [3]

prof. Jiří Chýla z Fyzikálního ústavu AV ČR:

Jak funguje LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) a jak se gravitační vlny podařilo detekovat?

LIGO má dva identické detektory, jeden v Hanfordu ve státě Washington, druhý v Livingstone ve státě Lousiana. Existence dvou nezávisle pracujících detektorů byla pro věrohodnost efektu klíčová. Každý z těchto detektorů je interferometr tvořený dvěma na sebe kolmými rameny dlouhými 4 km a mající tvar potrubí přibližně jeden metr v průměru. V něm ve vysokém vakuu létají svazky laserového záření, které nejdříve vzniknou rozdělením jednoho pulsu do dvou ramen a které po odrazu na konci ramen spolu interferují.

Gravitační vlny se projevují tím, že se lokálně šíří v jednom směru smršťováním a ve druhém prodlužováním samotného prostoru. V důsledku toho se prodlužuje délka jednoho a zkracuje délka druhého ramene, což se projevuje při interferenci odražených svazků. Úžasnost detektoru LIGO je v tom, že rozdíl vzdáleností ramen interferometru vyvolaný průchodem gravitační vlny je schopen měřit s přesností tisíciny poloměru protonu.

To, co LIGO zachytilo, byl průchod gravitační vlny vyvolané závěrečnou fází srážky dvou černých děr o hmotnosti třicetinásobku hmotnosti Slunce, která se odehrála před asi miliardou let. Samotný detekovaný signál trval asi půl sekundy, během níž se zaznamenalo cca 100 oscilací prostoru.

---

Abych mohl zůstat u svého jednoduchého pojetí prostoru - nehnutelné mříže nachystaných posic, zaváhám:

~ Smršťuje a prodlužuje se prostor anebo vlna gravitačního pole?
Podobně jako se vlní elektromagnetické pole a nikoliv prostor.
Elektromagnetické ani gravitační pole nepovažuji za prostor. ~


3. Zakřivení 3D časoprostoru

2D geometrický prostor (rovina), spolu s časem, vytvářejí 3D časoprostor (obr. 3). V rovině, černé barvy, by žili ploší tvorové. Čtveřice bodů tvoří útvar, jehož vliv zakřiví dráhu okolo letícího bodu.


Obr. 3. Diskrétní pulsní 3D časoprostor


Bodem byl vyzářen (červený) foton, který pak letí směrem osy x. Slabá gravitace útvaru ať jej, v tomto příkladu, neovlivní. Přeskakuje do sousední posice při každém dalším pulsu Zdroje.

Bledě jsou nakreslené objekty v 3D časoprostoru. Útvar čtyř bodů se v prostoru nepohybuje, proto se do časoprostoru promítá stále ve svislém směru - rychle mu nabíhá čas. Sledovanému bodu čas nenabíhá při přeskoku do sousední posice v rovině. Fotonu nenabíhá čas vůbec - nemá čas.

Hmota všech pěti bodů nevznikla velkým třeskem, nevzešla z jednoho časoprostorového počátku [x=0; y=0; t=0]. Počáteční zobrazení již má body rozmístěné v černé 2D rovině, daleko od počátku. Kdežto letící bod začne svou existenci v [0; 0; t1].

Ukázka převodu do spojitého perspektivního 2D časoprostoru, obrázek: 7obr11.GIF. Delší práce STR-VIIv.

4. Legendární přirovnání

Co je gravitace? Gravitace je zakřivení časoprostoru. Tak vysvětluje teorie relativity.

Nelze nevzpomenout pohádky: „Stolečku, prostři se!“ Jídlo bylo, bez dalšího, vždy hotové. Gravitace je zakřivením časoprostoru! Je to základní postřeh. Podstatu stolečku – vznik jídla - neznáme, a podobně ani příčinu – vznik gravitace. Souvisí se zakřivením časoprostoru - nebo se zakřivením trasy v časoprostoru.

Probírané záležitosti připodobním k posouzení stroje - auta. Rychlost jízdy přirovnám k běhu času.

A. Einstein s H. Minkowskim jakoby prokázali u auta kola, což zevnitř kabiny auta není snadné zjistit. Objevili souvislost rychlosti otáčení kol s rychlostí změn krajiny. Ovšem u auta je úměrnost přímá – rychlejší otáčení kol odpovídá rychlejšímu sunutí okolní krajiny. Kdežto u časoprostoru jinak. Rychlejší pohyb prostorem určí pomalejší postup času, tedy víc zdrojových pulsů PE se přidělí pohybovým PL.

Einsteinova relativita dovoluje přiblížit se názoru virtuální reality. I když, v jeho době, se na promyšleně záměrnou stavbu Vesmíru příliš nepomýšlelo. Zřejmě to vedlo, mimořádně nadaného fyzika, k odmítnutí fyzikální možnosti cestovat do minulosti. Kdežto Vesmír, popisovaný jako záležitost informatiky, by cestě do záznamu minulosti nebránil. Anebo - stavba Vesmíru je ještě komplikovanější?

  1. Změním-li nahrávku v určitém místě magnetofonového pásu (zásah do záznamu minulosti), další pokračování zaznamenané hudby tím neovlivním.

  2. Avšak záznam hudby na polovodičovém médiu může být počítačem ovládaný důkladněji. Například, po změně refrénu by mohl - skrytý program počítače - změnit také všechna další využití předchozího refrénu.

Nevystihneme skryté podložení stavby Vesmíru současnými poznatky, současnými přístupy a názory.

Příklad kolotoče a auta spojuje otáčení kol s přesunováním auta; ovšem neřeší otázku, co je to auto. Jakým postupem je lze vyrobit. Relativistický popis gravitace podstatnou souvislost předložil - zakřivení časoprostoru. Ale další otázka směřuje ke způsobu vzniku gravitace, důvodu zakřivení.


5. Časoprostor

Kružnice v grafu souměrného časoprostoru ukazuje, že uvažovat dvojrozměrný časoprostor bez hmoty by nemělo smysl. Zavedení kružnice by bylo neurčité (obr. 1). V časoprostoru uplatňuji čas a prostor - pulsy nevyužité (PT) a využité (PL) - ve prospěch bodů hmoty, umístěných na obvodě kružnice. Vzdálenost dvou hmotných předmětů je důležitou vlastností prostoru i časoprostoru.


6. Čas

Představme si stroj, který pracuje bez opotřebení. Pak jeho životnost, na rozdíl od člověka, nepodléhá času.

Ať čas neovlivňuje stárnutí robota. Dva roboty se budou lišit tím, ve své vesmírné existenci, že jeden pracuje velkou rychlostí, a druhý malou. Pracant využije velký podíl Zdrojových pulsů, kdežto lenoch naopak. Ale žádný vliv času se na lenochovi neprojeví, což napomáhá názoru, že čas neexistuje. Vymysleli jsme si ho následkem změn.

Změny vznikají pohybem (PL). Časový puls (PT) nemá fyzikální důsledky, takže z toho pohledu čas neexistuje.


7. Závěr

Teplo je energií - energie je teplem.
Pohyb je energií - energie je pohybem.
Gravitace je zakřivením časoprostoru - zakřivení časoprostoru je gravitací.

Ale co je příčinou gravitace, co je příčinou zakřivení časoprostoru?

7.1. Nezakřivení časoprostoru

Náročné zakřivené prostory (Gauss, Lobačevskij, Bolayi, Riemann, Einstein) nahrazuji pouhým bodovým prostorem, sestaveným do mříže. Ten se přepočítává do spojitého perspektivního vnímání tvora (viz IIIv). V těchto jednoduchých mechanických modelech

gravitace nezakřivuje časoprostor, nýbrž zakřivuje trasu tělesa v časoprostoru.

7.2. Higgsova částice [7], [8]

I kdybychom zjistili jednu částici jako příčinu gravitace, málo by to prokázalo postup, jakým se přitažlivost uskutečňuje. Čím dosáhne jedna částice na jinou, od ní vzdálenou?

Svět je nám tvořen smyslovými zážitky. Ty jsou  a) podmíněné hmotou,  anebo  b) hmota je pouhým výtvorem našich smyslových zážitků - a pak žijeme v prostoru založeném promyšleně, uměle.

Úryvek z knihy „Einsteinův vesmír“ [4]

„Zatímco nejnovější životopisy zevrubně pátrají po stopách původu jeho teorií v jeho soukromém životě, fyzikové si stále jasněji uvědomují, že Einsteinovy teorie nevycházejí z tajemných matematických výpočtů (natož z jeho milostného života), ale z jednoduchých a elegantních fyzikálních představ. Einstein často říkával, že pokud nějaká nová teorie není založena na fyzikální představě dostatečně prosté, aby jí porozumělo i dítě, je pravděpodobně bezcenná.“


7.3. Éter a posice diskrétního prostoru

Problematika je samozřejmě neskonale hlubší, a pokračuje do stále dalšího poznání. Ale její základ by mohl být srozumitelný.

Představa 3D nebo 4D mříže, tedy systém posic, něčím připomíná éter. Bájný éter se snad blížil onomu diskrétnímu prostoru, jenž přibližuje provedení vícerozměrných geometrických prostorů? Základ diskrétního prostoru, cestou do prostoru perspektivního, dovoluje odstranit z fyziky iracionality.

V článku do dobové encyklopedie Maxwell napsal, že éter je nejlépe potvrzenou entitou celé teoretické fyziky.“ [5]

James Clark Maxwell (1831-1879), svým náročným matematickým popisem elektromagnetického pole, předběhl potřeby 19. století.

„Jakkoliv neuvěřitelně daleko je veden jeho mechanický model - a Maxwell i nadále zdůrazňoval, že jde pouze o analogii, a ne o skutečnou podstatu elektromagnetických jevů - poskytoval překvapivě správné rovnice. ---. Našel číselné vztahy mezi optickými, elektrickými a elektromagnetickými jevy.“ [6]

Snad přece Maxwell tušil správně? Lze hledat podobnost mezi někdejší fyzikální jistotou a přístupy dnešní informatiky? Ve svých modelech zobrazuji body v oddělených posicích. A podobně informatika zpracovává informacemi po jednotlivých bodech.


Literatura, odkazy

[1] www.aldebaran.cz/astrofyzika/gravitace/otr.html

[2] O povaze fyzikálních zákonů - Richard P. Feynman. Praha, Aurora 2001

[3] Co znamená detekce gravitačních vln - Scienceworld, 15.02.2016

[4] Einsteinův vesmír. Jak vize Alberta Einsteina změnily naše chápání prostoru a času - Michio Kaku. Vyd. Dokořán, Praha 2005. (Orig. Einstein´s Cosmos: How Albert Einstein´s Vision Transformed Our Understanding of Space and Time)

[5] Kvantová teorie. Průvodce pro každého - John Polkinghorne. Vyd. Dokořán, Praha 2007,  s. 12. (Orig. Quantum Theory: A Very Short Introduction)

[6] Převratné objevy fyziky. Od Galileiho k Lise Meitnerové - Thomas Bührke. Nakl. Academia 1999. Překlad Ludmila Eckertová dle 3. opraveného vydání Mnichov 1998, s. 70.

[7] Co když v CERNu neulovili Higgse? www.osel.cz

[8] Spasila čerstvě zrozený vesmír gravitace? www.osel.cz


www.tichanek.cz