Potencijalna teorija gravitacije

Već četvrt milenijuma silu gravitacije posmatramo kao jednu od četiri standardne sile koje definišu naš kosmos, kao i sve potonje interakcije u njemu njima podložne. Tako pored jake i slabe sile koje opisujemo kvantnom hromodinamikom (QCD – Quantum chromodynamics) i elektroslabom teorijom (electroweak force), elektromagnetnu opisujemo kvantnom elektrodinamikom (QED – Quantum electrodynamics). Za prve dve nosioci sile su gluoni i W i Z bozoni, dok treću detektujemo γ – odnosno fotonima.

Ipak, ono što i dalje jeste problem i što nam za gravitacionu silu, prema Standardnom modelu (The Standard Model), za sada nedostaje jesu njeni nosioci sile, one koje za sada jedino teoretski nazivamo gravitonima, iako do sada oni nisu detektovani. No, to nas svakako nije sprečilo da standardnom analizom gravitacione sile pojasnimo kosmičku silu privlačenja, na primer, objekata ka Zemlji, ili pri orbitama u kosmosu, jer se u tome svakako uviđa određeni tip univerzalnosti koji nam to omogućava. Šablon.

Iz savremene perspektive potpuno je ironična situacija kako smo silu gravitacije otkrili prvu, mnogo vremena pre ostale tri, a s jasnim naznakama iste još iz perioda antičke Grčke i Arhimeda oko 200. godine pre nove ere, pa sve do prvog, modernog naučnog utemeljenja pod uticajem dela Galilea krajem 16. veka i krunom rada Isaka Njutna i objave ”Principie” 1687. godine. Dakle, za gravitaciju se znalo skoro 2000 godina pre definisanja preostale tri fundamentalne sile našeg kosmosa. No, kako sada stvari stoje, iako su osnovni gravitacioni uvidi došli prvi, i iako je delovalo da se radi o vrlo jednostavnoj sili, bar je tako tada bilo na papiru, na kraju se ispostavilo upravo suprotno. Ispostavilo se to da je danas gravitacija i dalje ostala nerešiva enigma jer je reč o sili koja i dalje nema definisanu česticu, odnosno mehaniku njenog osnovnog delovanja na sredinu, dok je tzv. graviton tek idejni predlog jednog potencijalnog nosioca sile gravitacije. Ukoliko, pak, stvari posmatramo iz ugla tri, pardon – četiri-dimenzionalne perspektive stvarnosti, zanemarimo li kvantnu mehaniku.

Prve pukotine i sumnje u tu jednostavnost gravitacije počele su da se javljuju još pre jednog veka, kada je sve više postajalo jasno da ovakav vid bazičnog tumačenja gravitacije nikako nije potpun, a ni zadovoljavajuć, jer je nauka bila na pragu nove naučne paradigme – kvantne mehanike koja je pretila da uvede, odnosno – uvela potpuno novu paradigmu pri proučavanju ove naše svekolike stvarnosti. I upravo se zbog toga u poslednje vreme čini i pogrešnim da na gravitraciju gledamo isključivo kao na zakrivljenje prostorvremena, iako većinski uticaj ove sile koju mi na našoj planeti svakodnevno individualno osećamo upravo i potiče prvenstveno od zakrivljenja (samo) vremenske koordinate, na čemu se i baziraju neke od novijih ideja na temu ove naučne problematike, one koja osnovano preti da uvede jednu potpuno novu dimenziju sagledavanja iste i to u sve udžbenike fizike u vremenu koje je pred nama.

Tako jedna od njih sada jasno upućuje kako je sâmo vreme itekako podložno zakrivljenju.

Na isti način kako to sada očekujemo od tkanja prosotora.

I upravo takva posledica tumačenja na kraju dovodi do onoga što mi kolektivno nazivamo gravitacionom silom.

Ali šta tačno znači koncept vremenskog zakrivljenja u smislu preciznijeg definisanja i tumačenja gravitacije kao jedne od osnovnih sila prirode? Ili makar kao nusproizvoda?

Ovde zato moramo uposliti naše mentalne resurse i prepustiti se jednom svojevrsnom misaonom eksperimentu gde ćemo, za početak, zamisliti jednu izuzetno visoku zgradu. Toliko visoku da ona svojim vrhom para granicu s kosmosom. Naravno, obzirom da je reč o misaonom eksperimentu ignorisaćemo sve inženjerske poteškoće koje bi onemogućile izgradnju jedne takve mega-građevine u stvarnosti. Sada, već u narednom koraku, pretpostavimo da se u prizemlju ove zgradurine nalazi laser koji je uperen iz prizemlja ka njenom vrhu i koji periodično, svake sekunde, ispaljuje po jedan foton u smeru ka vrhu objekta. A na vrhu, prigodno ovom eksperimentu, imamo detektor koji beleži svaki od ispaljenih fotona i poseduje tajmer koji sve lansirane fotone iz prizemlja atomski precizno beleži – jedan po jedan – kako do njega dospevaju – te automatski beležeći vremenske razmake među njima.

Ukoliko bi pretpostavili da postoji jedan jedinstveni vremenski okvir za sve pojave u kosmosu, što je upravo ono što nam i naša intuicija nalaže da uradimo, očekivali bi da naš detektor ispaljenih svetlosnih čestica registruje primanje po jednog nosioca svetlosti svake sekunde.

Ali to nije slučaj, već:

detektor registruje pridošli foton svake

1.00000000001 sekunde

(reč je o razlici na nivou stotog dela jedne nanosekunde)

Ovakav epilog beleženja nam, između ostalog, jasno govori da sat koji imamo na vrhu zgrade kuca za nijansu brže od sata koji se nalazi u prizemlju pokraj lasera koji ispaljuje te pojedinačne fotone. Obzirom na ovakvu vrstu razlike u direktnom merenju vremena onda govorimo o fenomenu danas znanom kao – vremenska dilatacija (time dilation), fenomen koji i dalje može uspešno biti opisan Ajnštajnovom Opštom teorijom relativnosti (General relativity). Ovde ćemo ovu pojavu, iz razloga koji će biti jasniji u daljem tekstu, ipak nazvati vremenskom varijacijom pre nego li dilatacijom. No, svakako je poenta u beleženju različitog protoka vremena na različitim prostornim koordinatama, što istovremeno sugeriše činjenicu da vreme sporije teče što se bliže nalazimo površini planete na kojoj se ovaj opit i dešava, gde gigantski kosmički objekti, poput planeta i prirodnih satelita, svojom masom utiču na zakrivljenje vremenske koordinate. Naravno, to se dešava i kod objekata mnogo manjih dimenzija, jedino što u tom slučaju postaje besmisleno usitnjavati decimalu gotovo do nivoa apsurda. To nije nemoguće, ali je svakako nepotrebno insistirati na takvom vidu detalja, detalja koji bi nam nepotrebno odvlačili pažnju s bitnih momenata.

Validnost jednog ovakvog naučnog pristupa danas je veoma lako i empirijski potvrditi, posebno što to gotovo automatski, nesvesno činimo tehnologijom koju maltene svi mi svakodnevno koristimo za naše lične potrebe. Jer da nije tako GPS (The Global Positioning System) danas ne bi bio u funkciji, te ukoliko ne bi obraćali pažnju na sve parametre koji utiču na praćenje i razliku u protoku vremena u odnosu na našu fizičku poziciju na površini Zemlje, izvesti preciznu triangulaciju koja je za ovu tehnologiju ključna postala bi nemoguća misija. Upravo se ta preciznost satelistkog lociranja održava redovnim korekcijama u merenju protoka vremena koje se bitno razlikuje ovde kod nas na tlu, u odnosu na poziciju satelita koji orbitiraju našom planetom, na visini od oko 20.000 kilometara gde je protok vremena nezanemarljivo drugačiji, ali samo iz naše ljudske perspektive jer je tehnologija na nju itekako slaba. Zato je vrlo korisno da ovu našu mega-zgradu s početka misaonog eksperimenta ovde možemo direktno uporediti s veštačkim satelitima što nam omogućava da steknemo što precizniju sliku o redu rastojanja kojima baratamo…