.
Raziskovalna pobuda,
ki pojasni temno snov in temno energijo
Franc Rozman
Pot do razumevanja temne snovi je v poglabljanju razumevanja lastnosti svetlobe.
Nekateri pojavi v naravi še niso enoumno pojasnjeni. Opažamo na primer rdeči zamik spektralne črte, ki ga povzroča gravitacija opazovane zvezde. Ravno tako opažamo zamik spektralne črte, ki ga ustvarja hitrost zvezde. En in drug zamik spektralne črte je lahko znaten, kar pomeni, da na osnovi poznanih meritev morda ne vemo, kakšen del rdečega zamika pripada gibanju zvezde, kakšen del pa njeni gravitaciji. Posledično smo lahko v zmoti glede širjenja vesolja. Po drugi strani nekaj meritev ustvarja dvom, da hitrost vira svetlobe vpliva na valovno dolžino svetlobe, kar je v nasprotju z aktualnim fizikalnim znanjem. Meritve kažejo, da hitrost vira svetlobe vpliva na frekvenco svetlobe, ne nujno pa na njeno valovno dolžino. Jasni odgovori na ta vprašanja so pomembni, saj lahko ključno zbistrijo na pogled na temno snov in temno energijo. Ta članek ne podaja končnih odgovorov na ta vprašanja, predvsem vzpodbuja fizike, da v novi raziskavi na osnovi analize že poznanih meritev in z novimi meritvami poiščejo jasne odgovore na ta vprašanja.
Uvod
Merilni rezultati merjenja svetlobe nas včasih presenetijo. Tak primer je na primer merjenje dokaj pestrega dogajanja na Soncu, kjer opažamo sončeve izbruhe. Plazmo sončevega izbruha lahko opazujemo optično, s teleskopi. Opažanja kažejo, da so hitrosti delcev v izbruhu do tisoč km/s ob temperaturah več deset milijonov K. Kadar tak sončev izbruh merimo na osnovi spektralne črte v svetlobi s sončevega izbruha, izmerimo raztros valovne dolžine svetlobe v vrednostih na primer 0,3 A (Angstrom) (+-0,15 A), kot kaže Slika 1.
Slika 1
Glede na Dopplerjev zakon tak raztros valovnih dolžin pomeni raztros hitrosti delcev največ do +-30 km/s, nikakor pa izmerjen ne pomeni velikih hitrosti delcev, kot jih opažamo optično skozi teleskop. Te premajhne hitrosti delcev so omenjene v članku: The development of lower-atmosphere turbulence early in a solar flare. V realnosti so naključne hitrosti plazme v sončevem izbruhu torej za več kot razred večje od tistih, ki jih kaže širina spektralne črte. Skušajmo torej pojasniti te razlike.
Merjenje valovne dolžine svetlobe s Sonca.
Posvetimo se še eni od meritev svetlobe s Sonca, ki je opisana v članku The shape of spectral lines. V tej meritvi opazimo spektralno črto valovne dolžine 6546,25 A in njene širine 0,12 A (+-0,06 A). Prikazuje jo Slika 2.
Slika 2
Preseneča njena ozkost, ki po Dopplerjevem zakonu dovoljuje majhne hitrosti svetlečih delcev na Soncu. Hitrost delcev glede na njeno širino je lahko največ nekaj km/s. (Razmerje med hitrostjo delcev (Δv) in spremembo valovne dolžine Δλ po Dopplerjevem zakonu lahko ocenimo na osnovi enačbe Δv/c = Δλ/λ ).
Hitrost delcev na Soncu je odvisna od temperature na Soncu, le-ta ustvarja termične hitrosti delcev. Odvisna pa je tudi od turbulenc in izbruhov snovi na površini Sonca.
Nad granulami po celotni površini Sonca se pojavljajo curki žareče snovi (spicule), ki bruhajo žareče delce s hitrostmi od 15 do 100 km/s. Ti gibajoči delci bi na osnovi Dopplerjevega zakona morali za deset in več krat razširiti na sliki prikazano spektralno črto, pa se to ne zgodi.
Majhen raztros valovnih dolžin spektralne črte, kot je prikazan na Sliki 2, je lahko posledica tega, da:
- hitrost vira svetlobe ne vpliva na valovno dolžino svetlobe ali
- imajo delci na Soncu majhne hitrosti, ki ne presegajo nekaj km/s.
Namen tega zapisa je vzpodbuditi fizike k novim meritvam, ki bi preprečile čustveno prepiranje med zagovorniki ‘mirne’ in ‘hladne’ površine Sonca (2) in zagovorniki dinamične in vroče površine Sonca (1). Čustveni odzivi so znak pomankanja objektivnih meritev.
Oblika spektralne črte na Sliki 2 torej ponuja izzivalno hipotezo, ki pravi: »Hitrosti vira svetlobe po Dopplerjevem zakonu vpliva na frekvenco svetlobe, ne pa na njeno valovno dolžino.«
Preverjanje hipoteze
Hipotezo o vedno enaki valovni dolžini svetlobe glede na hitrost vira svetlobe lahko preverimo na osnovi še ene meritve svetlobe s Sonca. S tem ni treba čakati na različne redke astronomske pojave. Sonce se vrti okrog svoje osi z obodno hitrostjo 2 km/s. En del roba Sonca se nam približuje, drug rob Sonca pa se nam oddaljuje.
Slika 3
Valovno dolžino svetlobe ne enem in drugem robu Sonca lahko merimo na dva načina.
- Prvič merimo valovno dolžino na osnovi uklonske mrežice
- Drugič na osnovi interferometra
Prvi način je prikazan na Sliki 2 in je opisan v članku The shape of spectral lines.
Drugi način je opisan v članku Solar Interior Rotation and its Variation
Zamika spektralne črte se med seboj razlikujeta tako:
- λ– da svetloba na merilnik valovne dolžine, na primer FPI merilnik prispe na način, kjer na njeni poti ni uklonske mrežice.
- f– da svetlobo merimo na osnovi uklonske mrežice ali da preden prispe na merilnik valovne dolžine le-ta preide uklonsko mrežico, kot je opisano ne Sliki 4.
Vedno enaka valovna dolžina se pojavlja le pri prvo metodi merjenja λ, ne pa pri drugo omenjeni metodi f. Uklonska mrežica namreč svetlobi spremeni valovno dolžino, kot je opisano v nadaljevanju.
Ob prehodu svetlobe skozi uklonsko mrežico, se ji spremeni valovna dolžina.
V fiziki nekatere stvari preprosto še niso izmerjene, čeprav so ključne za razumevanje gibanja svetlobe. Če se kot posledica hitrosti vira svetlobe po Dopplerjevem zakonu spreminja le frekvenca svetlobe, valovna dolžina svetlobe pa ostaja enaka, to pomeni, da hitrost vira svetlobe vpliva na hitrost svetlobe.
Svetloba ima torej lahko različne hitrosti. Kadar svetloba naleti na uklonsko mrežico, ji le-ta povrne svetlobno hitrost. Svetlobno hitrost ji povrne na način, da na izhodu svetlobi njeni frekvenci prilagodi valovno dolžino. Frekvenca svetlobe se na uklonski mrežici ne spreminja.
Slika 4
Ta hipoteza v fizikalni literaturi ni niti potrjena niti zavržena, čeprav ima taka hipoteza lahko velik vpliv na razumevanje svetlobe.
Predlog meritve za potrditev hipoteze
Opažen vpliv uklonske mrežice na valovno dolžino svetlobe je za utrjevanje verodostojnosti fizike potrebno potrditi ali ovreči na več meritvah. Merimo na primer valovno dolžino svetlobe, ki prihaja s kakšnega drugega gibajočega vira svetlobe.
Na svetlobnem viru naj ne bo turbulenc. S tem je zagotovljena enaka hitrost vira svetlobe za vse svetlobne valove. Vir svetlobe je lahko komet ali eden od planetov (Mars, Jupiter).
Brez uporabe uklonske rešetke ima izmerjena spektralna črta hipotetično drugačno valovno dolžino, kot če svetloba predhodno potuje skozi mrežico. Merimo uklonski žarek (m = 0), kjer svetloba potuje naravnost skozi mrežico in se na njej ne ukloni. Za merjenje je primerna katero koli spektralna črta. Ta meritev je naslednja raziskovalna iniciativa fizikalni znanosti.
Merjenje gravitacije (mase) in hitrosti zvezd
En parameter svetlobe (frekvenca ali valovna dolžina) ni dovolj za merjenje hitrosti zvezde in njene gravitacije (mase). Če poznamo le en parameter svetlobe v obliki rdečega zamika spektralne črte, ne moremo vedeti, ali je rdeči zamik spektralne črte posledica gibanja zvezde ali njene gravitacije.
V svetlobi s Sonca je bil izmerjen gravitacijski zamik valovne dolžine spektralne črte (L. A. Higs: The solar redshift), ki znaša približno 630 m/s. To je gravitacijski zamik, na osnovi katerega lahko ocenimo maso Sonca, ne pa njegove hitrosti. Po zamiku valovne dolžine bi lahko napačno sklepali, da se Sonce odmika od Zemlje s hitrostjo 630 m/s, kar ne drži.
Hitrost zvezde lahko merimo na osnovi merjenja frekvence svetlobe. Merjenje frekvence svetlobe omogoča uklonska mrežica (na Sliki 4). Frekvenca svetlobe znaša c/λf, kjer je λf valovna dolžina svetlobe za uklonsko mrežico. Podrobneje je enačba utemeljena v knjižici ‘Merim frekvenco svetlobe’.
Sprememba frekvence svetlobe kaže hitrost nebesnega telesa, v spremembi valovne dolžine, pa se odraža gravitacija oziroma njena masa.
Cilj raziskave
Razumevanje širjenja vesolja temelji na razumevanju svetlobe. Dokler govorimo le o zamiku spektralne črte, ne ločujemo pa zamika valovne dolžine od frekvenčnega zamika spektralne črte, nimamo jasnega pogleda na dogajanje v vesolju. Napačno razumevanje ustroja vesolja se na primer lahko kaže v nujnosti po obstoju temne snovi in terne energije.
Objektivna predstava vesolja morda ne rabi temne snovi. Pojem temne snovi in terne energije je morda odvečen; to naj pokažejo predhodno navedene meritve.
Epilog
Albert Camus v romanu Kuga opisuje, kako so se ljudje v mestu Orano izogibali misli, da jih je prizadela kuga. Zavračali so misel na kugo. Podobno se nam dogaja pri opazovanju svetlobe. V lastnostih svetlobe opažamo anomalije. Teh anomalij nočemo videti. Če pa so tako očitne, da jih ne moremo spregledati, jih argumentiramo na prirejen način, kot so v Oranu argumentirali opažene bolezenske simptome. Iskali so načine, kako bi kugo zatajili. Šele, ko so kugo imenovali s pravim imenom, so se ji lahko zoperstavljali. Tudi na področju svetlobe in razumevanja vesolja bo podobno. Ko bomo izpostavili odstopanje obnašanja svetlobe od znanih fizikalnih zakonitosti, jih bomo lahko uspešno pojasnili.