Coś z niczego - i bez odpadów...
Na podstawie: N. Kosinow: "Energeticzeskij fenomen wakuuma" - Energetika i Promyszlennost' Rossii przygotował Piotr Olszowiec
Obecnie w fizyce kształtuje się zasadniczo nowy kierunek badań związany z poznawaniem własności i możliwości tzw. fizycznej próżni. Kierunek ten już wkrótce może doprowadzić do opracowania rewolucyjnych wręcz technologii w energetyce, elektronice i wielu innych dziedzinach. Dla przybliżenia tych obiecujących perspektyw należy najpierw uzmysłowić sobie miejsce i naturę próżni w otaczającym nas świecie. Z jednej strony, w bezkresnym Wszechświecie "wypełnionym" próżnią, wszystkie ciała, mimo niewyobrażalnej masy rzędu 1050 kg, stanowią mniej niż mikroskopijny pyłek. Z drugiej strony najmniejsze elementy materii - atomy - również składają się prawie całkowicie z wolnej przestrzeni zwanej fizyczną próżnią. Zatem materia okazuje się wyjątkowo rzadkim składnikiem w niezmierzonej przestrzeni wypełnionej - jak wyrażają się fizycy - substancją próżni. Stąd też i hipoteza, że własności materii są zdeterminowane przez właściwości fizycznej próżni oraz powtarzane przez fizyków powiedzenie "Wszystko pochodzi z próżni i wszystko wokół nas jest próżnią". Ostatnie postępy w badaniu zjawisk związanych z próżnią stwarzają nadzieję na jej praktyczne wykorzystanie do rozwiązania niektórych zasadniczych problemów ludzkości, w tym uzyskania nowych źródeł energii. Według laureata nagrody Nobla - R. Feynmana, energetyczny potencjał próżni jest tak wielki, że "w próżni o objętości elektrycznej żarówki zawarta jest energia wystarczająca do zagotowania wody wszystkich oceanów Ziemi". Jednak ludzkość czerpie energię z otaczającej materii, której jest tak niewiele, zapominając o próżni, której jest wszędzie tak dużo. Szereg znanych od dziesięcioleci zjawisk fizycznych może stanowić punkt wyjścia do realizacji układów, w których energia uzyskana jest większa od doprowadzonej.
Do tej pory, mimo wielkich starań, nie wynaleziono sposobów wytwarzania wielkich ilości ekologicznie czystej energii. Przyczyną tego niepowodzenia, według autora, jest błędny z założenia kierunek poszukiwań. Wszyscy przywykli do tego, że dla otrzymania energii należy oddziaływać na materię, a produktem końcowym oprócz energii jest również materia. Tymczasem w świetle ostatnich osiągnięć fizyki wykorzystanie własności fizycznej próżni umożliwia realizację procesów, w których wydzielaniu energii nie towarzyszy żadna materia (lub ewentualnie otrzymane produkty nie będą uciążliwe dla otoczenia).
Procesy te nie są bynajmniej kolejnymi przykładami słynnych koncepcji "perpetuum mobile": wykryte już pojawianie się dodatkowych ilości energii nie narusza zasad termodynamiki, jeśli uwzględnić wkład energii wnoszony przez próżnię.
Przykładem jednego z kilkudziesięciu eksperymentów dających nadwyżkę energii wyjściowej nad wejściową jest proces opatentowany przez S. Meyer'a (USA). Uzyskane z rozkładu wody wodór i tlen są spalane w reaktorze w obecności zewnętrznego pola elektromagnetycznego. Dzięki oddziaływaniu tego pola przy spalaniu wymienionych gazów wydzielana jest znacznie większa energia od włożonej w reakcję rozkładu wody. Obliczenia wykazały możliwość wykorzystania tego efektu do napędu samochodu, który powinien pokonać odległość 100 km zużywając jedynie trzy litry wody.
Szereg udanych eksperymentów wykonano w oparciu o zjawisko odkryte jeszcze w 1948 r. przez holenderskiego fizyka Hendrika B. Casimira. Efekt ten polega na wywołaniu siły przyciągania między dwoma nie naładowanymi równoległymi płytami metalowymi zbliżonymi na niezmiernie małą odległość rzędu kilku średnic atomu. Przyczynę tego zjawiska stanowi fakt, że przestrzeń fizycznej próżni jest wypełniona parami wirtualnych cząstek i antycząstek, które nieustannie powstają z niczego i natychmiast znikają.
IDEE NOWEGO SPOŁECZEŃSTWA <index.htm> <index.htm> <feedback.htm> <feedback.htm> <toc.htm> <toc.htm>
(8) Energia i materia Dlaczego epopeja polskiej „Solidarności” trwała tak krótko i zakończyła się niesławą? Dlatego, że ruch ten od początku nie miał wizji tj. długofalowego programu zakorzenionego w jednoznacznym światopoglądzie a jak uczy historia, ruchy płytko ukorzenione ideowo żyją krótko. Twórcy komunizmu, K. Marks i F. Engels wiedzieli dobrze o tym, dlatego zbudowali logicznie zwarty światopogląd: materializm dialektyczny i historyczny, na którym została oparta komunistyczna metapolityka. Zaczęli oni od przyjęcia założenia, że istnieje tylko materia. Przeciwstawiając się wierze religijnej w stworzenie świata przez Boga twierdzili, że świat materialny nie ma początku, po prostu istnieje „od zawsze”. Tezę tę zakwestionował późniejszy rozwój nauki; stwierdzono bowiem, że świat materialny pojawił się w „Wielkim Wybuchu” (Big Bang) w wyniku fluktuacji energetycznej. W latach 60-tych dwóch Amerykanów, A.A. Penzis i R. W. Wilson odkryło promieniowanie mikrofalowe tła, nazwane później promieniowaniem 3,5 K, będące śladem wielkiego wybuchu. Hipoteza powstania świata w wielkim wybuchu uzyskała potwierdzenie empiryczne. Pomiar temperatury promieniowania tła jako pozostałości „wielkiego wybuchu” prowadził do wniosku, że przestrzeń kosmiczna jest płaska. Wynika z tego, że gęstość energii naszego wszechświata przedstawia precyzyjnie wartość krytyczną. Gdyby była wyższa, przestrzeń skrzywiła by się aż do zamknięcia, gdyby była mniejsza, przestrzeń była by otwarta, przyjmując postać dwuwymiarowego siodła. Z drugiej jednak strony obserwacje astronomiczne sugerują, że zarówno widzialnej jak i „ciemnej” materii w naszym wszechświecie jest kilkanaście razy za mało, aby gęstość materii mogła osiągnąć wartość krytyczną. Wynika z tego, że jakiś inny rodzaj energii wypełnia wszechświat. Rosnąca liczba uczonych jest przekonana, iż jest to energia punktu zerowego (ZPE-Zero Point Energy) czyli energia próżni kwantowej (QVE- Quantum Vacuum Energy). Istnienie tej energii jest hipotezą potwierdzoną doświadczalnie. Uczeni określają ją jako rodzaj rozległego pola energii, która nie jest ani grawitacyjna, ani elektromagnetyczna ani nuklearna; jest ona źródłem sił grawitacyjnych, elektromagnetycznych i nuklearnych, jest źródłem istnienia samej materii. Tradycja wielu ludów mówi o istnieniu takiej energii. Chińczycy nazywają ją - Czi, Polinezyjczycy – manu, Hindusi – prana, Buszmeni – num itp. Wszystkie ludy pierwotne wierzą, że ta energia rozpostarta na cały świat może koncentrować się w pewnych miejscach i na pewnych obiektach (objawienia, obiekty sakralne lub uzdrowicielskie) oraz że wypełnia ona żyjące istoty, ponieważ jest esencją życia, jego istotą. Naszą wiedzę o energii próżni kwantowej można w skrócie streścić następująco: energia próżni jest wieczna i niezniszczalna, uczeni mówią, że jest „zakonserwowana”. Nie podlega prawu rozpraszania się czyli entropii, ponieważ nie podlega prawom naszego świata fizycznego. Energia próżni jest idealnie zrównoważona (dekoherentna), dlatego jej nie zauważamy; uczeni mówią, że jest „nieprzejawiona” (unmanifested). W warunkach fluktuacji (nierównowagi energetycznej) energia próżni tworzy cząstki elementarne materii i antymaterii, z których potem powstają atomy. A więc materia nie jest pierwotnym tworzywem wszechświata, lecz wtórnym, jest produktem energii próżni. Ervin Laszlo mówi, że „wielki wybuch” był jedynie „małą zmarszczką” ( a little ripple) na bezbrzeżnym oceanie energii próżni: to jest miara znikomości naszego świata setek miliardów galaktyk. „Wielkich wybuchów” i powstałych z nich światów materialnych było zapewne wiele. W tych warunkach dotychczasowe, ogólne pojęcie wszechświata okazuje się niejednoznaczne. Bezbrzeżny wszechświat energii próżni, zdolny do tworzenia i unicestwiania (anihilacji) światów materialnych proponuję nazwać „uniwersum” (the universe) a stworzony przez nią świat materialny, jedyny świat materialny jaki znamy – „kosmosem”. Świat materii, czyli świat posiadający masę, jest ograniczony czasem i przestrzenią, poza światem materii czas i przestrzeń nie istnieją. Odkrycie energii próżni rewolucjonizuje nasze wyobrażenia o technologii i nasz światopogląd. Słynny prof. Harold Puthoff z Austin w USA nazwał go „największym odkryciem wszechczasów” oczekując, że uda mu się znaleźć sposób eksploatacji energii próżni np. do lotów kosmicznych; przecież pływamy jakby w beczce z paliwem, które jest wszędzie w naszym otoczeniu. Odkrycie energii próżni odsyła światopogląd materialistyczny do historii, do ery intelektualnego dzieciństwa ludzkości: skoro natura świata jest energetyczna, materia jest zjawiskiem wtórnym i efemerycznym. Rodzą się jednak trudne pytania: - czy energia próżni, tworząca światy materialne jest Absolutem, jest Bogiem? Dla naszego materialnego świata ma niewątpliwie własności absolutu, dla nasego ducha, naszej świadomości – nie; można najwyżej powiedzieć, że należy do Absolutu, ale nim nie jest. Absolut to nie tylko energia ale przede wszystkim Najwyższa Świadomość; uczeni przyjmują, że energia próżni jest nośnikiem zjawisk świadomości (pola „psi” obejmującego zjawiska dotąd uznane za para-normalne, jeszcze niedostatecznie zbadanych fal torsyjnych (torsion fields) itp.). W świetle logicznych konsekwencji odkrycia energii próżni tradycyjne pojęcie Boga- Absolutu nie tylko się nam niebywale rozrasta ale i komplikuje. - Kim jesteśmy, my ludzie? Jesteśmy istotami energetycznymi uwięzionymi na pewien czas w pułapce czaso-przestrzeni. Energia próżni którą emitujemy w procesie materialnego życia pozostaje w uniwersum; wybitni uczeni i znawcy fizyki kwantowej David Bohm i Ervin Laszlo nie wątpili, że „poza czasem i przestrzenią” zapisane jest wszystko co się zdarzyło i co się zdarzy w kosmosie. Zjawiska jasnowidzenia dowodzą, że nasza świadomość, nasz duch, nie jest ograniczony przez czaso-przestrzeń. Nasze myśli mogą pomagać np. leczyć i mogą szkodzić, ponieważ zawierają energię. Dziś jeszcze nie można ocenić wszystkich konsekwencji odkrycia energii próżni. Jedno jest pewne: jest ono dla nas znakiem, że przekraczamy próg ewolucji: zamykamy epokę pierwotnej cywilizacji opartej na niszczeniu życia a otwieramy nową erę zintegrowanej biosfery : solidarności istot mających samo-świadomość i symbiozy z tymi, które żyją w równowadze łańcuchów pokarmowych.
Balonem do krańców Wszechświata
Tuż przed sylwestrem 1998 roku w amerykańskiej bazie McMurdo na Antarktydzie olbrzymi balon o pojemności 1 mln m3, w którego gondoli zamontowano teleskop do badania promieniowania reliktowego, wzbił się na wysokość 38 km, zostawiając pod sobą 99% ziemskiej atmosfery. W ciągu 10 dni balon okrążył Antarktydę, po czym osiadł 50 km od miejsca startu. Całe przedsięwzięcie nosiło nazwę BOOMERANG (Balloon Observations Of Microwave Extragalactic Radiation ANd Geophysics). Brało w nim udział 36 naukowców z 16 instytutów kanadyjskich, amerykańskich, angielskiej i włoskich oraz wiele zespołów pomocniczych. Całkowity koszt eksperymentu nie był jednak wygórowany i zamknął się kwotą 4 mln dolarów.
Podczas lotu wykonano prawie miliard pomiarów, których wstępne opracowanie wymagało trzech tygodni nieustannej pracy jednego z najpotężniejszych współczesnych komputerów. Owocem tego jest mapa około 3% powierzchni nieba, na której widać szczegóły o rozmiarach 0.2° (dla porównania najmniejsze szczegóły widoczne na mapie wykonanej na początku lat dziewięćdziesiątych przez satelitę COBE miały rozmiary kilku stopni). Już wstępne jej oględziny pozwoliły stwierdzić, że "gorące" plamy mają takie rozmiary, jak przewidziane w modelu płaskim. Wrażenie to w pełni potwierdziła analiza dokonana za pomocą odpowiednich procedur matematycznych. Sprawozdanie z misji BOOMERANG ukazało się w kwietniu br. w Nature, którego reputacja pozwala bez zastrzeżeń przyjąć wyniki badań i wypływające stąd wnioski. Wiemy więc, że krzywizna naszego Wszechświata jest bliska zeru. Ucieszyło to bardzo kosmologów zajmujących się teorią tzw. inflacji. Kosmologiczna teoria inflacji nie ma oczywiście nic wspólnego z ekonomią. Głosi, że w drobnym ułamku sekundy po Wielkim Wybuchu wszystko to, co w nim powstało, rozrosło się i rozdęło tak bardzo, że wszelkie krzywizny zostały "wyprostowane" i "wygładzone". Z jej równań wynika zatem, że Wszechświat powinien być płaski lub bardzo zbliżony do płaskiego.
Sukces BOOMERANG-u nie ogranicza się do wyznaczenia krzywizny Wszechświata. Wyniki eksperymentu wskazują na fascynującą możliwość, która znajduje potwierdzenie w niezależnych obserwacjach. Aby ją przedstawić, cofnijmy się na chwilę aż do początków mijającego właśnie stulecia.
Podwójna pomyłka Einsteina
Albert Einstein sformułował ogólną teorię względności w drugiej dekadzie XX wieku. Nie wiedziano wtedy, że oprócz naszej są we Wszechświecie inne galaktyki, a nasza Galaktyka wydawała się tworem całkowicie statycznym. Pierwsze modele kosmologiczne nie chciały jednak być statyczne: opisywany za ich pomocą Wszechświat albo rozszerzał się, albo kurczył i nijak nie dawał się dopasować do ówczesnych obserwacji. Aby temu zaradzić, Einstein dodał do swych równań człon z tzw. stałą kosmologiczną, który nie miał żadnego uzasadnienia fizycznego i jedynie formalnie "przeciwstawiał się" grawitacyjnym siłom Wszechświata. Kilkanaście lat później Edwin Hubble odkrył zjawisko ucieczki galaktyk i stało się jasne, że Wszechświat jednak się rozszerza.
Einstein miał wtedy powiedzieć, że stała kosmologiczna była największą pomyłką jego życia.
Jego pesymizm był jednak nieuzasadniony. Nigdy bowiem nie dysponowaliśmy obserwacjami, które wskazywałyby na to, iż stała kosmologiczna (tradycyjnie oznaczana grecką literą ) jest dokładnie równa zeru. W modelach kosmologicznych traktowano ją więc "na wszelki wypadek" jako dodatkowy parametr.
W tym właśnie miejscu pojawiają zapowiadane komplikacje. Gdy jest różna od zera, wartość jest określona nie tylko przez gęstość materii, lecz także przez gęstość... energii próżni. Pojęcie energia próżni długo wydawało się bezsensowne. Współczesna fizyka stwierdza jednak, iż to, co zwykliśmy uważać za doskonałą próżnię, może być niezwykle pojemnym magazynem energii (niestety, przy dzisiejszym stanie wiedzy dla nas niedostępnym). Energia próżni przeciwstawia się grawitacji i jest w stanie nie tylko utrzymywać Wszechświat w równowadze, lecz nawet "rozpędzać go" (przyspieszać jego ekspansję). Zatem Einstein nie miał racji, gdy mówił, że się pomylił!
i
Dane z eksperymentu BOOMERANG nie pozwalają stwierdzić, jaka część jest związana z gęstością materii, a jaka z gęstością energii próżni. Skądinąd wiadomo jednak, że "materialny" wkład do prawie na pewno nie jest większy od 0.3. Gdyby próżnia miała zerową energię, Wszechświat musiałby być otwarty. Ale BOOMERANG stwierdza autorytatywnie: 1 (Wszechświat jest "prawie płaski")! Oznacza to, że stała , a zatem i energia próżni, są różne od zera (najprawdopodobniej 0.7; ryc. 1). Teoretyczna możliwość, wskazywana przez fizykę, dokładniej przez kwantową teorię pola, staje się faktem.
Jakie to wszystko ma znaczenie? Cóż, niemal płaski Wszechświat ze stałą kosmologiczną różną od zera będzie rozszerzać się nieograniczenie, powoli wygaszając gwiazdy, stygnąc i zamierając. Być może jego dziwna próżnia wprowadzi jakieś zmiany w tym ponurym scenariuszu. Jakie to mogłyby być zmiany, tego nie wiemy. Zdajemy sobie jednak sprawę z tego, że Wszechświat jest znacznie bardziej skomplikowany, niż nam się wydawało jeszcze kilka lat temu.
Jak w wielu przypadkach, tak i tu nie obejdzie się bez akcentu polskiego. Niespełna dwa tygodnie po ukazaniu się sprawozdania z eksperymentu BOOMERANG opublikowano wyniki bardzo podobnego, lecz przeprowadzonego zupełnie niezależnie eksperymentu MAXIMA. Zespół MAXIMA, który osiągnął ponaddwukrotnie wyższą dokładność pomiarów promieniowania reliktowego, w pełni potwierdza kluczowe wnioski BOOMERANG-u. Jednym członków tego zespołu jest młody astrofizyk polski, dr Radosław Stompor, pracownik Centrum Astronomicznego PAN i stażysta University of California w Berkeley.
Reliktowe niebo
Promieniowanie reliktowe odkryto w latach sześćdziesiątych, ale pierwszą mapę pokazującą jego rozkład na niebie (czyli mapę Wszechświata z epoki rekombinacji), udało się sporządzić dopiero na początku lat dziewięćdziesiątych . Przyczyną tego opóźnienia były problemy techniczne związane z detekcją mikrofal oraz zakłócenia powstające w atmosferze Ziemi i w naszej Galaktyce. Mapy "reliktowe" są wykonywane według specyficznej konwencji: zamiast jasności nanosi się na nie temperaturę. Za pomocą zwyczajnych teleskopów optycznych można tak samo postąpić z powierzchnią Słońca, na której temperatura obszarów ciemnych (plam słonecznych) może być nawet o 1500 K niższa od temperatury obszarów jasnych. Wahania temperatury na niebie reliktowym są jednak nieporównanie mniejsze niż na Słońcu i z reguły nie przekraczają 0.0001 K. Ich znikomość jest odbiciem niemal doskonałej jednorodności młodego Wszechświata.
<../images/duze/2000/07/00070003.jpg>
Niebo w promieniowaniu reliktowym. U góry po lewej mapa całego nieba sporządzona na początku lat dziewięćdziesiątych przez satelitę COBE. U dołu dokładna mapa zaledwie 3% nieba, którą sporządzono obecnie na podstawie obserwacji wykonanych za pomocą teleskopu wyniesionego balonem do górnych warstw atmosfery (misja BOOMERANG)
Wszechświat jako soczewka
Pojęcie krzywizny w modelu kosmologicznym można zilustrować za pomocą trzech cienkich gumowych membran. Z jednej z nich zróbmy balonik, drugą połóżmy na stole, zaś trzecią na siodle do konnej jazdy. Powierzchnia balonika ma krzywiznę dodatnią, powierzchnia stołu zerową, zaś siodła ujemną. Na każdej membranie narysujmy taki sam trójkąt równoramienny. Jego podstawa będzie symbolizowała obiekt o ustalonych rozmiarach, zaś boki wysłane z tego obiektu promienie świetlne, które zbiegają się w oku obserwatora (ryc. poniżej). Zmierzywszy w każdym trójkącie kąt między bokami stwierdzimy, że... wyniki pomiaru są różne! Największy kąt powstanie w modelu z krzywizną dodatnią, zaś najmniejszy krzywizną ujemną. Oznacza to, że ten sam obiekt, leżący w takiej samej odległości od obserwatora, może być widziany jako mniejszy lub większy. Przesądza o tym krzywizna membrany. Membrana jest tworem dwuwymiarowym; takie same zależności obowiązują jednak w modelach kosmologicznych (w których czasoprzestrzeń ma cztery wymiary zamiast dwóch). Modele z krzywizną dodatnią, zerową i ujemną noszą w kosmologii nazwy zamkniętych, płaskich i otwartych. W projekcji na sklepienie nieba wzorcowy obiekt wyda się zatem największy w modelu zamkniętym; najmniejszy zaś otwartym. Model zamknięty można porównać do soczewki skupiającej; otwarty do rozpraszającej. Modelowi płaskiemu odpowiada w tej analogii zwykła szyba.
Duża gęstość materii to silna grawitacja, czyli zgodnie z ogólną teorią względności mocne zakrzywienie czasoprzestrzeni. "Gęsty" model z > 1 ma krzywiznę dodatnią i jest zamknięty. Modele mniej gęste, z=1 lub < 1, są odpowiednio płaskie lub otwarte.
<../images/duze/2000/07/00070004.jpg>
<../images/duze/2000/07/00070004.jpg> <../images/duze/2000/07/00070005.jpg>
<../images/duze/2000/07/00070005.jpg> <../images/duze/2000/07/00070006.jpg>
<../images/duze/2000/07/00070006.jpg>
Poglądowe modele Wszechświata. Czerwone podstawy trójkątów obrazują jeden i ten sam obiekt, który wysyła promienie świetlne (żółte linie) zbiegające się w oku obserwatora. Kąt utworzony przez promienie jest największy przy krzywiźnie dodatniej i najmniejszy przy krzywiźnie ujemnej. W zależności od krzywizny modelu ten sam obiekt, umieszczony w tej samej odległości od obserwatora, może być widziany jako większy lub mniejszy
<../images/duze/2000/07/00070007.jpg>
Ryc. 1. Fragment rzeczywistego nieba oglądanego w promieniowaniu reliktowym (u góry) oraz oczekiwany wygląd nieba przy dodatniej (u dołu po lewej), zerowej (w środku) i ujemnej (po prawej) krzywiźnie Wszechświata. Przy dodatniej krzywiźnie jasne i ciemne ("gorące" i "chłodne") plamy byłyby większe, a przy ujemnej mniejsze niż zaobserwowane w projekcie BOOMERANG
<../images/duze/2000/07/00070008.jpg>
Ryc. 2. Wkłady do opisanego w artykule parametru ilustrują aktualny stan wiedzy o losach Wszechświata. Na osi poziomej wkład od materialnej zawartości Wszechświata m); na osi pionowej wkład od energii próżni (). Wartość parametru ( jest sumą obu wkładów. Zarówno , jak i m można wyznaczyć z obserwacji. Taka para liczb wyznacza na diagramie punkt. Gdyby punkt reprezentujący nasz Wszechświat trafił do obszaru "ekspansja ograniczona", rozbiegające się dziś galaktyki zaczęłyby się w odległej przyszłości ponownie zbiegać. Obszar niebieski obejmuje punkty zgodne z wynikami eksperymentu BOOMERANG; obszar żółty punkty zgodne z wynikami obserwacji odległych supernowych. Nasz Wszechświat jest zatem reprezentowany przez jeden z punktów leżących w obszarze zielonym. Jeszcze inne, nie zaznaczone tu wyniki obserwacji wskazują, iż m0.3. Najprawdopodobniej więc próżnia naszego Wszechświata ma niezerową energię, której odpowiada ...
witmat1