[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Właśnie z tych kwarków utworzona jest otaczająca nas materia, z nich także składamy się my sami.A zatem nasze istnienie można uznać za doświadczalne potwierdzenie wielkich zunifikowanych teorii, choćby tylko jakościowe.Liczba niewiadomych jest tak duża, że nie jesteśmy w stanie dokładnie przewidzieć, ile kwarków powinno było przetrwać anihilację, nie wiemynawet na pewno, czy przetrwać powinna nadwyżka kwarków czy anty-kwarków.(Gdyby jednak przetrwały antykwarki, to po prostu nazwalibyśmy je kwarkami, a obecne kwarki — antykwarkami).Teorie wielkiej unifikacji nie obejmują grawitacji.Nie ma to wielkiego znaczenia, gdyż siła grawitacji jest na tyle słaba, że zazwyczaj można ją całkowicie pominąć w fizyce cząstek elementarnych i atomów.Ponieważ jednak siła ciążenia ma daleki zasięg i jest zawsze przyciągająca, siły między różnymi cząstkami sumują się.Zatem w układzie zawierającym dostatecznie dużo cząstek grawitacja może zdominować wszystkie inne oddziaływania.Z tej właśnie przyczyny grawitacja decyduje o ewolucji wszechświata.Nawet w obiektach wielkości gwiazdy siła ciążenia może być większa niż wszystkie inne siły i spowodować zapadnięcie się gwiazdy.W latach siedemdziesiątych zajmowałem się głównie czarnymi dziurami, które powstają właśnie z zapadających się gwiazd, oraz badałem istniejące wokół nich bardzo silne pola grawitacyjne.Te badania dostarczyły pierwszych wskazówek, w jaki sposób mechanika kwantowa i ogólna teoria względności mogą wpłynąć na siebie; ujrzeliśmy wtedy, jakby w nagłym błysku, zarysy przyszłej kwantowej teorii grawitacji.Rozdział 6CZARNE DZIURYTermin “czarna dziura" powstał bardzo niedawno.Wprowadził go w 1969 roku amerykański uczony John Wheeler, przedstawiając za jego pomocą obrazowo ideę, która pojawiła się po raz pierwszy co najmniej 200 lat temu.Istniały wówczas dwie konkurencyjne teorie światła: według pierwszej, popieranej przez Newtona, światło składać się miało z cząstek, druga teoria głosiła natomiast, że światło to fale.Dziś wiemy, że w zasadzie obie teorie są poprawne.Zgodnie z dualizmem falowo--korpuskularnym mechaniki kwantowej światło należy uważać zarówno za fale, jak i za cząstki.Jeśli przyjmujemy falową teorię światła, nie jest jasne, jak powinno ono reagować na grawitację.Jeżeli jednak światło składa się z cząstek, należy oczekiwać, że pod wpływem ciążenia zachowują się one jak pociski artyleryjskie, rakiety czy też planety.Początkowo uważano, że cząstki światła poruszają się nieskończenie szybko, a zatem grawitacja nie może ich wyhamować; po stwierdzeniu przez Roemera, że prędkość światła jest skończona, należało jednak przyjąć, iż grawitacja może mieć istotny wpływ na ruch światła.To założenie wykorzystał John Michell, profesor z Cambridge, w swej pracy z 1783 roku, opublikowanej w Philosophical Transactions of the Royal Society of London.Michell wykazał, że gwiazda o dostatecznie wielkiej masie i gęstości wytwarzałaby tak silne pole grawitacyjne, iż światło nie mogłoby jej opuścić: wszelkie światło wypromieniowane z powierzchni gwiazdy zostałoby przyciągnięte z powrotem przez siłę ciążenia, nim zdołałoby się oddalić.Michell sugerował, że takich gwiazd może być bardzo wiele.Chociaż nie widzielibyśmy ich światła, potrafilibyśmy wykryć ich obecność dzięki ich przyciąganiu grawitacyjnemu.Dzisiaj takie obiekty nazywamy czarnymi dziurami, ponieważ tak właśnie wyglądają: czarne, nie świecące obszary w przestrzeni.Parę lat później podobną hipotezę wysunął niezależnie od Michella francuski uczony, markiz Łapiące.Jest rzeczą interesującą, że Łapiące przedstawił ją tylko w dwóch pierwszych wydaniach swej książki System świata, a pominął w wydaniach późniejszych, doszedłszy być może do wniosku, że jest to pomysł zbyt szalony.(Mógł mieć znaczenie również fakt, iż cząstkowa teoria światła utraciła popularność w XIX wieku.Sądzono powszechnie, że wszystko można wyjaśnić za pomocą teorii falowej, a z tej teorii wcale jasno nie wynikało, że grawitacja wpływa na rozchodzenie się światła).W istocie rzeczy, w ramach teorii grawitacji Newtona, nie można bez uwikłania się w sprzeczności traktować cząstek światła podobnie do pocisków artyleryjskich, ponieważ prędkość światła jest stała.(Pocisk wystrzelony z powierzchni Ziemi pionowo do góry zwalnia pod wpływem siły ciążenia i w końcu spada; foton natomiast musi poruszać się do góry ze stałą prędkością.W jaki sposób zatem newtonowska grawitacja może wywierać wpływ na ruch światła?) Spójnej teorii opisującej poprawnie działanie grawitacji na światło brakło aż do 1915 roku, kiedy Einstein ogłosił ogólną teorię względności.Zresztą wiele czasu minęło jeszcze i od tego momentu, nim zrozumiano właściwie, jakie znaczenie ma nowa teoria dla zachowania gwiazd o dużej masie.Aby zrozumieć, jak powstają czarne dziury, musimy najpierw zrozumieć ewolucję zwykłych gwiazd.Gwiazda powstaje, gdy duża ilość gazu (głównie wodoru), zaczyna się kurczyć pod wpływem własnego przyciągania grawitacyjnego.Atomy w gęstniejącej chmurze gazu zderzają się między sobą ze wzrastającą częstością i osiągają coraz większe prędkości — temperatura gazu wzrasta.W końcu staje się tak wysoka, że zderzające się jądra wodoru nie odbijają się od siebie, lecz łączą, tworząc hel.Dzięki ciepłu uwolnionemu w takiej reakcji, która przypomina kontrolowany wybuch bomby wodorowej, gwiazda świeci
[ Pobierz całość w formacie PDF ]