8. Bezwładność ciał

Ciało znajdujące się nad powierzchnią Ziemi absorbuje mniej grawitonów od strony środka Ziemi. Jeżeli jest unieruchomione, to działa na niego siła skierowana do środka Ziemi i nie zmienia się jego pęd. Jeżeli jest swobodne, to spada na Ziemię powiększając swoją prędkość i równocześnie pęd. Zmiana pędu ciała jest wynikiem przekazywania pędu przez grawitony absorbowane lub emitowane przez to ciało. Część grawitonów oddziałujących z ciałem przekazuje swój pęd do tego ciała, nie działając na nie żadną siłą. Pozostałe grawitony równoważą swoje pędy i nie wpływają na jego ruch.

Zmiana pędu spadającego ciała jest równa pędowi przekazanemu do tego ciała przez grawitony z nim oddziałujące. Możemy to uogólnić formułując następującą ogólną zasadę.

Każda zmiana pędu elementarnej cząstki materii lub przestrzeni jest możliwa tylko wtedy, gdy cząstka zaabsorbuje lub wyemituje odpowiednią ilość grawitonów, których suma pędów jest równa zmianie pędu tej cząstki. Grawitony oddziałujące z cząstką możemy podzielić na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią grawitony potrzebne do zmiany pędu cząstki. Drugą grupę stanowią pozostałe grawitony oddziałujące z cząstką. Grawitony pierwszej grupy zmieniają pęd cząstki, ale nie działają na nią żadną siłą. Grawitony drugiej grupy określają siłę działającą na cząstkę.

Zmiana energii wewnętrznej atomu może nastąpić wówczas, gdy atom wyemituje lub zaabsorbuje foton, dlatego nie powinno być dziwne, że zmiana pędu cząstki elementarnej wymaga absorpcji lub emisji grawitonu.

Wydaje się, że zmiana pędu cząstki elementarnej nie jest skokowa, ale płynna tylko dlatego, że z cząstką w czasie jednej sekundy oddziałuje ogromna ilość grawitonów.

Zmiana pędu ciała jest równa sumie zmian pędów cząstek tworzących to ciało. Ciało może zmienić swój pęd tylko wtedy, jeżeli zaabsorbuje lub wyemituje odpowiednią ilość grawitonów taką, że suma ich pędów jest równa zmianie pędu tego ciała. Jeżeli pędy grawitonów pierwszej grupy są zrównoważone, to ciało nie zmienia pędu, ale może na nie działać siła, gdy pędy grawitonów drugiej grupy nie równoważą się (ciało spoczywające na powierzchni Ziemi). Jeżeli pędy grawitonów drugiej grupy równoważą się, to na ciało nie działa siła, ale może zmieniać się jego pęd, gdy pędy grawitonów pierwszej grupy nie są zrównoważone (ciało spada swobodnie na Ziemię). Możliwa jest również sytuacja, w której pędy obydwu grup grawitonów nie równoważą się; wówczas ciało zmienia pęd i działa na nie siła (przypadek spadającego ciała, na które działa opór powietrza, w początkowej fazie spadku, gdy porusza się jeszcze z malejącą prędkością). Jeżeli pędy grawitonów pierwszej i drugiej grupy równoważą się i masa ciała jest stała, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym i prostoliniowym.

Układ odniesienia, w którym pędy przekazywane przez grawitony do spoczywającego ciała wzajemnie się równoważą, jest układem inercjalnym. W punkcie 7 pokazano, że również dla ciała poruszającego się ruchem jednostajnym, w układzie inercjalnym, suma wektorowa pędów grawitonów absorbowanych oraz emitowanych przez to ciało jest wektorem zerowym (pędy tych grawitonów równoważą się). W układzie inercjalnym ciało poruszające się ruchem jednostajnym nie jest hamowane, w swoim ruchu, w wyniku oddziaływania z grawitonami.

Samochód wraz z kierowcą, poruszający się ruchem jednostajnym po poziomej płaszczyźnie, absorbuje oraz emituje taką samą ilość grawitonów z każdego kierunku równoległego do tej płaszczyzny. Jeżeli samochód zwiększa lub zmniejsza swoją prędkość (zmienia swój pęd), to musi zaabsorbować i wyemitować odpowiednią ilość grawitonów, których suma pędów jest równa zmianie pędu tego samochodu. Podczas hamowania zmienia się jego prędkość i zarazem pęd. Część grawitonów, absorbowanych oraz emitowanych przez kierowcę, jest potrzebna do zmiany jego pędu i nie działa na niego żadną siłą. Pozostałe grawitony absorbowane oraz emitowane przez kierowcę działają na niego pewną siłą, ponieważ ze strony znajdującej się za samochodem absorbowanych i emitowanych jest więcej grawitonów. Siła działająca na kierowcę jest siłą bezwładności. Siła bezwładności działająca na samochód, razem z kierowcą, jest liczbowo równa sile hamowania, ale jest przeciwnie skierowana.

Jeżeli w układzie inercjalnym na ciało działa zewnętrzna siła zmieniająca jego prędkość i zarazem pęd, wówczas część grawitonów absorbowanych i emitowanych przez ciało potrzebna jest do zmiany jego pędu i nie działa na niego żadną siłą. Pozostałe grawitony oddziałujące z ciałem działają na niego pewną siłą, zwaną siłą bezwładności. Suma pędów grawitonów potrzebnych do zmiany pędu ciała jest wektorem przeciwnym do sumy pędów pozostałych grawitonów (w układzie inercjalnym pędy wszystkich grawitonów oddziałujących z ciałem równoważą się). Wobec tego siła bezwładności jest liczbowo równa sile zewnętrznej działającej na ciało, ale jest przeciwnie skierowana. Siła bezwładności stara się przywrócić poprzednią prędkość ciała. Siła ta jest wynikiem asymetrycznego oddziaływania ciała z cząstkami przestrzeni i pozostałej materii, za pośrednictwem grawitonów. Nie liczą się te grawitony, które są potrzebne do zmiany pędu ciała.

Gdyby bez działania zewnętrznej siły nastąpiła zmiana prędkości ciała, wówczas siła bezwładności przywróciłaby poprzednią wartość prędkości. Ciało na które nie działa żadna siła nie może zmienić swojej prędkości w układzie inercjalnym, ze względu na oddziaływanie z przestrzenią i materią całego Wszechświata, za pośrednictwem grawitonów.

Siły bezwładności istnieją również w układach nieinercjalnych. Na kulę znajdującą się w spoczywającej windzie działa siła „przyciągania” Ziemi, ponieważ pędy niektórych grawitonów absorbowanych przez nią z góry nie są równoważone przez pędy grawitonów absorbowanych z dołu (wypadkowy pęd grawitonów absorbowanych przez kulę jest skierowany w dół). Jeżeli winda porusza się do góry ze wzrastającą prędkością, wówczas część grawitonów absorbowanych przez kulę z dołu jest potrzebna do zmiany pędu kuli. Ilość grawitonów absorbowanych z góry, których pęd nie jest równoważony przez grawitony absorbowane z dołu jest większa, niż w przypadku spoczywającej windy. Wypadkowy pęd grawitonów absorbowanych przez kulę jest skierowany w dół i jego wartość jest większa, niż w przypadku spoczywającej windy. Na kulę działa siła skierowana w dół będąca sumą siły „przyciągania” i siły bezwładności. Prawie taki sam efekt byłby, gdyby odpowiednio powiększyć masę Ziemi.

Jeżeli kula razem z windą spada swobodnie, to pędy grawitonów absorbowanych przez kulę równoważą się (nie biorę pod uwagę grawitonów zmieniających pęd kuli) i spadająca winda jest dla kuli inercjalnym układem odniesienia.

Siły grawitacyjnego „przyciągania” i siły bezwładności powstają w wyniku działania tego samego mechanizmu; suma pędów grawitonów absorbowanych i emitowanych przez ciało z jednej strony, jest większa niż suma pędów grawitonów absorbowanych i emitowanych z drugiej strony. Nie liczą się te grawitony, które są potrzebne do zmiany pędu ciała, ponieważ nie działają na niego żadną siłą. Siły grawitacji i siły bezwładności są wynikiem oddziaływania ciała z materią i przestrzenią całego Wszechświata.

Masa grawitacyjna ciała jest konsekwencją działania siły „przyciągania” tego ciała przez inne ciała. Masa bezwładna ciała jest wynikiem działania na to ciało siły bezwładności.

Masa grawitacyjna jak również bezwładna ciała jest efektem oddziaływania tego ciała z materią i przestrzenią Wszechświata, za pośrednictwem grawitonów.