TEORIJA O POZADINSKOM ZRAČENJU
U zadnje vrijeme se često objašnjava kako je pozadinsko zračenje posljedica Velikog Praska. Na ovoj stranici se iznosi jedna druga teorija, zasnovana na nekim ranije uočenim i prihvaćenim činjenicama. Prva se odnosi na tzv. 'crveni pomak', tj pojavu da je svijetlost zvijezda pomaknuta prema crvenom spektru, a pomak je proporcionalan udaljenosti zvijezde. Ovdje se ne ulazi u razloge toga pomaka, ali se odbacuje pretpostavka da je taj pomak zbog brzine zvijezda koje se udaljavaju, već se računa na gravitacioni crveni pomak zvijezda i nevidljive 'tamne tvari'. Druga se odnosi na poznati spektar elektromagnetskog zračenja po kojem je plava boja najviša frekvencija, crvena niža, zatim infra-crvena, mikro-valovi te radio-valovi.
Na priloženoj slici je prikazana Zemlja, zatim u gornjem redu tri bliske zvijezde različitih boja, u srednjem redu tri daleke zvijezde istih boja, a na dnu istobojne zvijezde na jako velikoj udaljenosti. Boje i oznake kraj zvijezda predočavaju našu percepciju tih zvijezda:
Slika 1: 'Blok shema' teorije
Kod najbližih zvijezda nije izražen crveni pomak, te ih vidimo u prirodnim bojama. Kod dalekih zvijezda uz crveni pomak plavu vidimo kao žutu, žutu kao crvenu, a crvena je, ovisno o udaljenosti, tj. crvenom pomaku: ili infra-crvena ili nam od nje stižu samo mikro-valovi. Kod jako dalekih zvijezda, od većine zvijezda stižu samo radio-valovi, a te radio-valove ne možemo pripisati ni jednom vidljivom objektu jer do nas ne stiže vidljiva svjetlost.
Analiza Crvenog Pomaka
Lijevi dijagram na niže priloženoj slici br.2 je skinut sa : http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_microwave_background_radiation i predstavlja učestalost pojedinih frekvencija u emisiji mikro-valova Pozadinskog zračenja, a desni dijagram je učestalost frekvencija pojedinih boja našega Sunca, skinuto sa stranice: http://en.wikipedia.org/wiki/File:EffectiveTemperature_300dpi_e.png:
Slika 2: Usporedba emisionih spektara
Sličnost oblika krivulja je sasvim dobra, kao da se radi o crvenom pomaku vidljive svjetlosti iz područja oko 550 nm prema području mikro-valova od 1,9 mm valne duljine. Koeficijent crvenog pomaka, koji se u literaturi označava sa z, iznosi oko 3450!!!! Jasno je kako frekvencije s jedne, desne strane krivulje očekivano opadaju jer veći crveni pomaci dolaze do nas sa sve slabijom snagom valova, ali gdje su frekvencije nama bližih izvora koji trebaju imati dovoljnu snagu za detekciju? Osim toga, kako je najveći koeficijent u nama poznatom, tj. vidljivom dijelu Svemira oko 10, jedan mogući zaključak je da postoje mnogo grupiranih nakupina galaksija sličnih našem, poznatom dijelu Svemira, a koji su međusobno jako udaljeni. Tako velikom pomaku možda doprinosi i tzv. Gravitacijski Crveni Pomak jer svjetlost napušta veliku masu nekog drugog Svemira na putu prema našem. Zatim, u literaturi se navodi i varijacija u intenzitetu tih frekvencija ovisno o smjeru, kao da se radi o mnogo izvora koji imaju različite intenzitete i nalaze se na različitim udaljenostima.
Na internetu se ne mogu naći ni podaci o zračenjima u opsegu od oko 1000 GHz do 100 000 GHz, što odgovara visokim mikro-valovima i/ili niskim infra-crvenim valovima. Ili u tom području nema zračenja, ili nemamo opremu za ta područja, ili se ne rade mjerenja jer se sva oprema koristi za lov na pozadinsko zračenje? Ako na tim frekvencijama postoji nešto, znači li to da oko nama poznatog Svemira postoji još mnogo objekata? Osim toga, u literaturi se spominje kako postoji varijacija intenziteta u tom zračenju, nešto što podsjeća na varijacije u sjaju zvijezda, ovisno o njihovoj udaljenosti, vrsti, veličini i sjaju.
Snaga Emisije Dalekih
Objekata
Poznato je kako snaga izvora po jedinici površine sfere opada s kvadratom polumjera te sfere. Po nekima, do nas bi stizao vrlo slab signal od jako dalekih objekata i prema tome, pozadinsko zračenje ne može biti rezultat emisije dalekih objekata. Taj argument se lako pobije ako se pogleda niže priložena slika 3:
Slika 3: Mogući raspored objekata u Svemiru
Iz točke A promatramo zvijezdu u točki B na udaljenosti d
i ona je npr. dovoljno velika za 'pokrivanje' minimalnog 'prostornog' kuta koji može razlučiti naša
mjerna oprema, i imamo neki intenzitet emisije, dovoljnu za detekciju. Zatim, u
mislima maknimo tu zvijezdu, i uočimo kako se u istom kutu na recimo 1000 puta većoj udaljenosti može nalaziti cijela galaksija s
milijun zvijezda. Snaga izvora u točki D bi do nas stizao oslabljen
milijun puta, ali se u skupini nalazi npr. milijun zvijezda tako da do nas
stiže približno ista snaga emisije kao i od same
zvijezde u točki A ( uz uvjet jednakih
zvijezda).
Osim toga, ako uzmemo u obzir i
'čestičnu' prirodu fotona, intenzitet emisije koja stiže do nas je sekundarna
stvar, bitno je uloviti dovoljno fotona za detekciju?
Emisioni Spektar Dalekih
Objekata
Emisioni spektar zvijezda u 'našem' poznatom dijelu Svemira je razvučen i s dosta valovitosti u intenzitetu zbog crvenog pomaka koji iznosi do oko 8. Na slici 4. su navedeni neki primjeri za različite koeficijente pomaka z:
Slika 4: Idealizirani spektri emisije zvijezda
Radi lakšeg crtanja, spektar zvijezda je prikazan sinusnom funkcijom i obuhvaća frekvencije od 350 do 700 nm, tj. veliki dio vidljivog dijela spektra. Zvijezdi u točki B sa slike 3 odgovara spektar sa z=1, zvijezdi u točki C spektar z=3, a nekoj zvijezdi na udaljenosti 2d spektar z=6. Ukratko, vrlo razvučeno i valovito. Međutim, kod vrlo dalekih objekata s velikim pomakom spektar uopće nije razvučen jer je recimo pomak u granicama od 3000 do 3006, što bi odgovaralo zvijezdama u točkama D, E i F. Kao što se vidi na desnoj strani slike, nema uočljivog rastezanja spektra ni valovitosti. Odstupanja frekvencije su u odnosu na z=3000: 1 promil za 3003 i dva promila za 3006! Ovisno o rasporedu i snaga zvijezda u toj skupini objekata, dobivamo neku sumarnu sliku, koja se sigurno razlikuje u pojedinim smjerovima, zvijezde najvjerojatnije nisu matematički točno raspoređene.
Revizija Izraza
Gravitacijskog Crvenog Pomaka
Ovaj dio stranice pokušava spoznati utjecaj gravitacijskog crvenog pomaka zvijezda različitih veličina i moguću vezu s pozadinskim zračenjem. Polazi se od izraza za taj pomak z, naveden i opisan na stranici: http://en.wikipedia.org/wiki/Redshift.
Slika 5: Gravitacioni pomaci zvijezda raznih veličina
Rezultati su prikazani na slici 5 za zvijezde veličine Sunca (A), 10 puta veće mase (B), 100 puta veće mase (C) i 1000 puta veće mase (D), a korišten je izraz s toga linka prikazan i na slici. Na apscisi je logaritamska udaljenost od centra zvijezde u metrima, a krivulje počinju od površina zvijezde, prikazano okomitim crtkanim linijama. Okomita crtkana linija s natpisom 'Zemlja' označava položaj Zemlje u odnosu na središta. Na ordinati je linerna skala pomaka z. Crveni pomak za Sunce iznosi oko 2,12e-6, a za 1000 puta masivniju zvijezdu iznosi 2e-4, tj. za dva reda veličine veći. Iz prikazanog slijedi zaključak kako veličina zvijezde gravitacijski ne doprinosi tako velikim pomacima koji bi objasnili pozadinsko zračenje. Ujedno ukazuje i moguću grešku pri mjerenju udaljenosti dalekih zvijezda nepoznate mase, ukoliko crveni pomaci uzrokovani drugim faktorima nisu mnogo veći od navedenih za zvijezde.
Međutim, postoji jedna nelogičnost u dijagramima, nastala jer nisam s dovoljnom pažnjom pročitao izvorni tekst. Prema dijagramu izgleda kao da se crveni pomak pojavio na površini zvijezde čim je nastao foton, a da se udaljavanjem od površine, tj. približavanjem Zemlji smanjuje. Po točnoj definiciji, navedeni r u izrazu sa slike nije bilo koji polumjer van zvijezde, već polumjer same zvijezde! Na dijagramu su važne samo točke A do D, a one krivulje prema nuli nemaju nikakav smisao. Znači, foton sa zvijezde mase M, polumjera r će do dalekog promatrača, teoretski u beskonačnosti, stići s pomakom prema navedenom izrazu!
Kako navedeni rezultati nisu dali dovoljno velike pomake koji bi objasnili pozadinsko zračenje, pokušan je drugi pristup problemu gravitacijskog crvenog pomaka. Drugi pristup je detaljnije prikazan na stranici:
http://www.inet.hr/~brvasilj/pozadinsko/pozadinsko1.html
Taj pristup daje eksponencijalnu funkciju za gravitacijski crveni pomak. Zatim, za tijelo koje ima Schwarzschildov polumjer, crveni pomak iznosi 0,65, bez obzira na masu i gustoću tijela, ali taj izraz ne daje nikakvo 'neobično' ponašanje fotona oko tih ekstremnih vrijednosti masa. Ukoliko se pođe od pretpostavke da foton ipak može napustiti tzv. Crne Rupe', izraz dozvoljava i mnogo veće crvene pomake, reda nekoliko tisuća, što bi moglo objasniti prirodu pomaka koji se detektiraju kod pozadinskog zračenja.
Jedno od mogućih ograničenja može biti postupak sažimanja tvari na sve veću gustoću zbog ogromnih tlakova koji vladaju unutar takvih velikih masa. Dok god nema sažimanja tvari, pomak raste eksponencijalno s kvadratom polumjera uz konstantnu gustoću, a kada počne sažimanje, pomak raste mnogo blaže, eksponencijalno s kubnim korijenom gustoće, uz konstantnu masu. Ukoliko pretpostavimo gustoću protona kao najveću moguću, za svaku masu bi se mogao izračunati najveći mogući crveni pomak.
Savršeno Crno Tijelo
U literaturi se navodi kako je spektar pozadinskog zračenja najbliži idealnom crnom tijelu, znatno bliže nego emisioni spektar zvijezda. Kako idealno crno tijelo ne postoji, postavlja se pitanje kako je onda takav spektar mogao i nastati u nekom davnom vremenu razvoja Svemira? Na osnovu spektra se odabralo koja teorija najbolje opisuje dobivene rezultate? Nije valjda da ranije navedena suma emisija nesavršenih emisija dalekih zvijezda daje nešto što se najbolje podudara sa spektrom crnog tijela?
Reklo bi se, cijeli materijalni svijet, od mikro do makro svemira se sastoji od velikih 'praznih' prostora: Atom je veliki prostor u kojem se nalazi mala jezgra, Sunčev sistem ima sličnu strukturu, galaksije su nakupine razbacanih solarnih sustava, nakupine razbacanih galaksija čine jedan novi skup objekata itd, valjda, tko zna? Možda upravo sada u nekom 'drugom' Svemiru neka druga inteligentna bića svojim radio-teleskopima 'osluškuju' svjetlosnu energiju zvijezda iz 'našeg' Svemira i razmišljaju o Pozadinskom Zračenju njihovog Svemira?
Iznesene ideje možda objašnjavaju dvije uočene činjenice: Jedina optički utvrđena zvijezda koja emitira i slabe radio-valove je naše Sunce. Ostale, bliže zvijezde su na većim udaljenostima i nemamo tako osjetljive prijemnike za detekciju njihovih radio-valova, a one daleke čija emisija stiže do nas ustvari predstavlja jake izvore svijetlosti koja je pomaknuta prema snažnim radio-valovima. Od njih nam i ne stiže vidljiva svijetlost, te ih ni ne možemo optički uočiti.
Zatim, to što se prikazuje kao 'mreškanje' pozadinskog zračenja je posljedica neselektivnih prijemnih radio-astronomskih uređaja, tj. s takvom opremom nije moguće tako oštro utvrditi izvor kao s optičkim teleskopima.
Temperatura Svemira
Često se navodi kako je pozadinsko zračenje ekvivalent zračenju crnog tijela na temperaturi od oko 3 K. Međutim, čini mi se kako je to samo matematička apstrakcija, odnosno pokušaj određivanja temperature Svemira je povezan s Velikim Praskom. Kako pojam temperature u savršenom zrakopraznom prostoru nema nekog smisla jer je temperatura povezana s kaotičnim gibanjem atoma i molekula, jedini zaključak se može izvući kako bi temperatura idealnog crnog tijela u tom prostoru bila oko 3 K, naravno, negdje duboko u Svemiru, daleko od zvijezda. Naime, to zračenje bi malo ugrijalo to tijelo.
Na kraju, ukoliko je crveni pomak univerzalan, mi nikada nećemo biti u mogućnosti spoznati što se nalazi van zamišljene sfere na čijoj površini bi frekvencija najsjajnijih zvijezda do nas stizala s nultom frekvencijom.
Stranica Postavljena:
07.06.2010. Dopuna: 25.06.2010.
e-mail: branko.vasiljev@inet.hr