1. Oddziaływanie między cząstkami materii oraz cząstkami przestrzeni za pośrednictwem grawitonów

Dla wyjaśnienia zjawiska grawitacji i bezwładności wprowadzam pewne założenia dotyczące materii i przestrzeni oraz wzajemnego oddziaływania między materią oraz przestrzenią. W części drugiej założenia są możliwie dokładne, w pierwszej uproszczone.

Materia ma budowę cząsteczkową, tzn. składa się z elementarnych cząstek takich jak elektrony, protony itp.. Protony składają się z jeszcze bardziej elementarnych cząstek - kwarków.

Zakładam, że również przestrzeń składa się z elementarnych cząstek tworzących rodzaj gazu, w którym zanurzone są elementarne cząstki materii.

Między cząstkami elementarnymi występuje oddziaływanie grawitacyjne, polegające na przekazywaniu z jednej cząstki elementarnej do drugiej cząstki elementarnej pewnego pędu i energii za pośrednictwem cząsteczki – grawitonu. Oddziaływanie grawitacyjne zachodzi między parą cząstek materii lub parą cząstek przestrzeni lub między cząstką materii i cząstką przestrzeni.

Cząstki przestrzeni, tak jak cząstki materii, mają pewną masę. Na działanie siły reagują tak samo, jak cząstki materii. Cząstki przestrzeni mogą oddziaływać bezpośrednio ze sobą podczas zderzeń, podobnie jak cząstki materii. Natomiast cząstki materii i przestrzeni nie oddziałują bezpośrednio ze sobą, mogą oddziaływać jedynie za pomocą grawitonów.

Elementarna cząstka materii lub przestrzeni emituje grawiton wirtualny, poruszający się z prędkością światła, który może być zaabsorbowany przez inną elementarną cząstkę materii lub przestrzeni. Grawiton wirtualny g, wyemitowany przez elementarną cząstkę Q, nie ma określonej wartości pędu i energii.

Grawiton wirtualny i cząstka, która go wyemitowała pozostają w stanie splątania kwantowego, tzn. zachowują się tak jak gdyby stanowiły jedną całość, niezależnie od dzielącej je odległości. Grawiton wirtualny nie zmienia pędu i energii cząstki która go wyemitowała, do chwili absorpcji przez inną cząstkę. Każda zmiana stanu grawitonu powoduje natychmiastową zmianę stanu cząstki, która go wyemitowała. Jeżeli grawiton jest absorbowany przez pewną cząstkę, to momentalnie, z cząstki emitującej grawiton, jest przekazywany odpowiedni pęd i odpowiednia energia do cząstki absorbującej, za pośrednictwem tego grawitonu (to znaczy, że oddziaływanie między cząstkami jest nielokalne). Grawiton wirtualny nie jest samodzielną cząstką; istnieje tylko w powiązaniu z cząstkami materii lub przestrzeni.

Weźmy dwie cząstki elementarne P i Q znajdujące się w pewnej odległości (nawet bardzo dużej) od siebie. Z cząstki Q jest wyemitowany wirtualny grawiton poruszający się z prędkością światła. Dla grawitonu poruszającego się z prędkością światła czas przestaje płynąć, to znaczy „według grawitonu” chwila jego emisji z cząstki Q jest równocześnie chwilą jego absorpcji przez cząstkę P, niezależnie od odległości między tymi cząstkami.

Jeżeli odległość między cząstkami Q i P jest większa lub równa od odległości d_w = 10²⁴ m , to grawiton wirtualny wyemitowany przez cząstkę Q, który znajdzie się na powierzchni cząstki P, zostaje zaabsorbowany przez cząstkę P lub przestaje istnieć, w zależności od stanu energii wewnętrznej cząstki Q.

W chwili absorpcji grawitonu przez cząstkę P, znajdującą się w punkcie A, grawiton staje się rzeczywisty, są ustalane jego pęd oraz energia E, które w tej samej chwili, momentalnie, są przekazane do cząstki P.

Równocześnie do cząstki Q zostaje przekazany odpowiednio pęd i energia -E.

Wartość przekazanego pędu i energii zależy od położenia cząstek Q i P, w momencie przekazu, nie zależy natomiast od ich prędkości.

Pęd grawitonu rzeczywistego ma zwrot zgodny ze zwrotem wektora . Cząstce Q jest przekazany pęd skierowany przeciwnie do pędu, jaki został przekazany do cząstki P i z cząstki Q jest pobrana energia, jaką uzyskała cząstka P za pośrednictwem grawitonu.

Wartości liczbowe pędu i energii, przekazanych przez grawiton, są odwrotnie proporcjonalne do odległości punktu B, w którym znajduje się cząstka Q w chwili emi­sji grawitonu rzeczywistego, od punktu A, w którym znajduje się cząstka P w chwili absorpcji te­go grawitonu.

Cząstka Q emituje grawiton rzeczywisty, gdy do cząstki Q przekazywany jest pęd i pobierana jest z niej energia. Ilość grawitonów absorbowanych przez cząstkę P i równocześnie emitowanych przez cząstkę Q, w jednostce czasu, jest wprost proporcjonalna do masy każdej cząstki i odwrotnie proporcjonalna do odległości między nimi.

Jeżeli odległość |BA| < d_w , to każdy grawiton wirtualny wyemitowany przez cząstkę Q, który znajdzie się na powierzchni cząstki P, nie zostanie zaabsorbowany przez cząstkę P i przestaje istnieć.

Elementarne cząstki materii, jak również elementarne cząstki przestrzeni, emitują grawitony równomiernie w każdym kierunku. Natomiast ilości grawitonów absorbowanych, przez cząstkę materii lub cząstkę przestrzeni, mogą być inne z różnych kierunków. W czasie jednej sekundy cząstka absorbuje i emi­tu­je ogromną ilość grawitonów. Emisje i absorpcje grawitonów zachodzą w przypadkowych chwilach czasu. Oddziaływanie między cząstkami za pośrednictwem grawitonu jest nielokalne. Grawitony istnieją tylko w powiązaniu z cząstkami materii lub przestrzeni. Każda cząstka elementarna jest otoczona przez ogromną ilość wirtualnych grawitonów z nią związanych, znajdujących się w różnych odległościach od tej cząstki i oddalających się od niej z prędkością światła.

Jak dalej zobaczymy oddziaływanie grawitacyjne, za pośrednictwem grawitonów, między wszystkimi cząstkami Wszechświata powoduje, że dwie czą­stki, znajdujące się w odległości mniejszej od d_w = 10²⁴ m, zachowują się tak, jak gdyby się przyciągały zgodnie z prawem powszechnej grawitacji Newtona.

Gdyby cząstki elementarne oddziaływały między sobą za pośrednictwem grawitonu, niezależnie od odległości między nimi, to można pokazać, że między tymi cząstkami nie byłoby „przyciągania” grawitacyjnego.

Z obserwacji astronomicznych wiadomo, że siła „przyciągania” grawitacyjnego przestaje działać między gromadami galaktyk znajdujących się w odległości większej od 10²⁴ m. Stąd wartość d_m. Cząstka elementarna P oddziałuje, za pośrednictwem grawitonów, tylko z tymi cząstkami materii i przestrzeni, które znajdują się na zewnątrz kuli o środku P i promieniu d_m.

Pędem cząstki nazywamy iloczyn jej masy i prędkości. Dla cząstki o stałej masie zmiana wektora prędkości oznacza równocześnie zmianę jej pędu. Siła działająca na cząstkę jest równa zmianie jej pędu w jednostce czasu.

Jeżeli spoczywająca kula pochłonie pocisk, to zacznie się poruszać w tą stronę, co pocisk lub podziała na nią pewna siła, gdy jest unieruchomiona. W ten sposób pocisk przekazał pęd do kuli.

Wyobraźmy sobie dwie kule (cząstki elementarne) umieszczone na lekkich wózkach, pozostające w spoczynku (pędy obu cząstek są równe zero) na prostoliniowym torze.

Jeżeli z jednej kuli zostanie wystrzelony pocisk (grawiton wirtualny) i po upływie pewnego czasu pochłonięty przez drugą, to wówczas z pierwszej kuli zostanie przekazany do drugiej pewien pęd i odpowiednia energia i pierwsza kula zostanie odrzucona w przeciwną stronę niż pocisk. Druga, po pochłonięciu pocisku, zostanie odrzucona w tą stronę, co i pocisk. Obydwie kule poruszają się z pewną prędkością, a więc pocisk zmienił ich pędy. Jeżeli kule byłyby unieruchomione, to pocisk działałby na nie pewną siłą, przy czym ich pędy pozostałyby niezmienione. Pędy cząstek elementarnych zmieniają się dopiero wówczas, gdy grawiton wirtualny jest absorbowany przez drugą cząstkę. Do momentu absorpcji grawitonu przez drugą cząstkę pęd pierwszej jest taki sam jak przed emisją tego grawitonu. Natomiast dla kul i pocisku jest inaczej. Pęd pierwszej kuli zmienia się w momencie wystrzelenia pocisku, natomiast pęd drugiej w momencie pochłonięcia tego pocisku.

Oddziaływanie cząstek za pośrednictwem grawitonu powoduje, że działają na nie siły starające się odepchnąć je od siebie (gdy są unieruchomione) lub cząstki są odrzucone od siebie (jeżeli są swobodne).

Siły grawitacyjnego oddziaływania między dwiema elementarnymi cząstkami, za pośrednictwem grawitonu, są siłami odpychania.

Jeżeli odległość między cząstkami zwiększymy [zmniejszymy] dwa, trzy, … razy, to pęd i energia przekazywane z jednej cząstki do drugiej zmaleją [wzrosną] dwa, trzy, … razy.

W wyniku oddziaływania grawitacyjnego układ dwóch cząstek nie zmienia swojej energii; energia została tylko przekazana z jednej cząstki do drugiej. Również pęd tego układu pozostaje niezmieniony. Suma wektorowa pędów przekazanych do tych cząstek, za pośrednictwem grawitonów, jest wektorem zerowym.

Oddziaływanie grawitacyjne materialnego ciała z pozostałymi cząstkami materii i przestrzeni jest sumą oddziaływań elementarnych cząstek tego ciała z elementarnymi cząstkami Wszechświata, za pośrednictwem grawitonów.

Emisja grawitonów przez cząstkę elementarną jest równomierna w każdym kierunku i wypadkowy pęd przekazany przez te grawitony do tej cząstki jest wektorem zerowym. Emisja grawitonów przez cząstkę nie powoduje zmiany pędu tej cząstki. W dalszym ciągu „grawiton emitowany przez cząstkę” oznacza grawiton emitowany przez cząstkę, który jest absorbowany przez inną cząstkę. Grawiton oddziałuje z cząstką, jeżeli jest przez nią absorbowany lub emitowany.

Grawiton absorbowany przez cząstkę elementarną od strony A przekazuje do niej pęd o zwrocie w stronę B. Również grawiton emitowany przez cząstkę w stronę A przekazuje do niej pęd zwrócony w stronę B.

Jeżeli ze strony A cząstka elementarna absorbuje więcej grawitonów niż ze strony B (wypadkowy pęd przekazany przez absorbowane grawitony jest niezerowym wektorem zwróconym w stronę B), to na tę cząstkę działa siła zwrócona w stronę B lub cząstka zyskuje dodatkowy pęd skierowany w stronę B.

Jak wiemy, do wyniesienia ładunku o masie kilku ton na orbitę okołoziemską, rakieta musi mieć masę startową rzędu kilku tysięcy ton. Umieszczanie ładunku na orbicie przy pomocy rakiet jest bardzo nieekonomiczne.

Gdybyśmy potrafili spowodować asymetrię emisji lub absorpcji grawitonów przez materialne ciało, to otrzymalibyśmy silnik odrzutowy, który wymagałby tylko dostarczania energii, aby tą asymetrię utrzymać. Pojazd mający taki silnik nie musiał by zabierać materii potrzebnej do jej odrzucenia, po to tylko, aby zacząć się poruszać. Przypuszczam, że taki silnik jest możliwy do zbudowania. Napęd grawitacyjny umożliwiałby swobodne poruszanie się w przestrzeni.