#45 Bydło w Kosmosie, czyli Gwiazdy Bozonowe

0. Dzień dobry, wieczór, poranek.

Hej!

Dawnośmy się nie widzieli. Nie czytali, nie słyszeli, nie pisali. Popisać to się mogę ja, tam i ówdzie sadzając byka. A raczej Bizona. Aha, bozona. Niby jedna litera różnicy, a jednak. Bizon i bozon? Łatwiej powiedzieć czym się różnią, niż co ze sobą mają wspólnego. Bizon ma rogi, tyle wiem, nie widziałem, dlatego nie będę robił wykładu z biologii stepów amerykańskich. Za to bi... tzn. bozon - ooo, to już bardziej. Bizon, natenczas, ma także to do siebie, że jest trochę większy niż bozon. O całe Niebo większy. O cały step. O całego... ok, nie kontynuuję, bo zbliża się byk, a my tu o bozonach, w porywach bizonach. Nie mogę się powstrzymać, żeby nie wtrącać bizona. Bizon. To też kombajn, musicie wiedzieć.

A skoro już wiecie - Dzisiejsze spotkanie z Fizyką sponsorują literki 'Bi', pierwiastek Bizmut, zwierzę Bizon oraz cząstka elementarna, a właściwie jej typ - bozon. Kurde, powinno być inaczej. To bozon powinien być kapitalną literą, generalną, czyli Wieeeelką, a reszta zwierzyńca z małej. No, ale skoro bizon, ups, bozon jest mały, to niech mu będzie, żeby wzrokowcy nie mieli problemu z odróżnieniem. Tylko podkreślam, Fizyka jest także dla Tłuków, a oni tłuczkiem rozbijają atomy i czasami tłuką się w głowę. Stąd problemy z oczami. A, dobra, niech idą do Lekarza. Od oczu.

1. Czym jest ten bozon, zanim zrobię z niego Gwiazdę Przedstawienia?

Bozony. Są to rodzaje cząstek elementarnych, które, w odróżnieniu od fermionów, jakimi są: kwarki i inne cegiełki, budulce z Modelu Standardowego tworzące materię - te pierwsze są nośnikami oddziaływań. Przecież my tu o Gwiazdach, fizykę cząsteczkową opowiem, dlategoż, w wielkim skrócie.

Fermiony - materia. Bozony - oddziaływania. Ciekawostka - rozróżnienie i granica w fizyce cząstek elementarnych między energią a masą nie są tak oczywiste, jak mogłoby się wydawać na przykładzie stołu i lampy. Łatwo odróżnić rodzaj tych obiektów - stół to stół, masa, i w zasadzie historia się kończy. Lampa rzuca nam światło - to energia, składa się z fotonów. Za to już w fizyce kwantowej nie jest to takie proste, jak choćby stołowo-lampowy pokój. Tam, jak pisałem w ostatnim poście, materia często dynamicznie przechodzi w energię, a nawet, jeśli chodzi o wiązania wewnątrz jądrowe, energia i związana z nią dynamika, jest w dosłownym znaczeniu odpowiedzialna za masę - gluony wiążą kwarki, które swoją energią i ruchem oddziałują na cząsteczkę, wprawiają ją w swoisty taniec energetyczny; powoduje on, że wywierane jest ciśnienie, które w większej skali odbieramy jako masę. Albo - często masę cząstek elementarnych mierzy się w elektronowoltach jednostkach typowo energetycznych, albo, idąc dalej, w zasadzie - E=m x c^2. Prawda, że proste? =]

Fermiony to z kolei masa, ogólnie rzecz ujmując. Odnosi się do nich pewna zasada - Zakaz Pauliego. To znaczy, że cząstki nie mogą zajmować tego samego stanu kwantowego.

Stan kwantowy to pojęcie dość skomplikowane. Charakteryzuje go np. kwantowy moment pędu cząstki, magnetyczna liczba kwantowa, albo spinowa liczba kwantowa. Krótko rzecz ujmując, dwie cząstki nie mogą 'zajmować' jednego stanu kwantowego. Gdyby tak było, elektrony spadałyby na jądro atomowe, zamiast siedzieć sobie na miejscach, na orbitalach. Tam układają się w powłoki, a wszystko za sprawą oddziaływania z masą. Czyli - protonów i neutronów. Choćby nie wiem jak się ścisnęły, nie mogą zajmować tego samego miejsca.

Albo posiadać takiego samego kwantowego stanu, jak sąsiad. Zasada, a w zasadzie Zakaz Pauliego powoduje, że cząstki materialne są od siebie albo oddalone, albo różnią się pewnymi wartościami kwantowymi. Ciekawa sytuacja zachodzi w gwieździe neutronowej. Tam Zakaz Pauliego nadal obowiązuje neutrony, ale są tak gęsto upakowane, że wytwarza się olbrzymie naprężenie, tak jakby ładunki jednoimienne miałyby się zetknąć, albo scalić. To niemożliwe, prawda? Dwa ładunki dodatnie (w przypadku protonów oczywiście), bardzo blisko siebie, a miałyby zajmować to samo miejsce? Dlatego wyobraźnia podaje nam już rozwiązanie: im bliżej są siebie, tym większe niezadowolenie cząsteczkowe panuje. Tłok, tłum ścisk, ludzie wariują, podobnie jak cząstki. Bo ładunki, liczby kwantowe, czy innego rodzaju stany dotyczące cząstek, muszą się albo odpychać, albo przyciągać. Przecież opisujemy przykład materii! Poziom niezadowolenia wzrasta wprost proporcjonalnie do wzrostu podobieństw.

Co innego bozony. To energia. Jej nie dotyczy Zakaz Pauliego, mogą się ciasno upakować, w przenośni - zajmować to samo miejsce. Nałożyć się na siebie, jednocześnie zachowując integralność i indywidualizm. Szara masa, tłum podobnych do siebie ludzi jest nudny i smutny. Nie może się na siebie nałożyć, choć wygląda tak samo. Za to energia zachowuje się jak różnokolorowe światło - może złożyć się w jedną wiązkę, nie robiąc sobie szkody, a jedynie wzmocnić, zmienić barwę, albo zwyczajnie sobie poświecić. W oczy. Latarką. Pobudka! Kurde, jak się zapędziłem. Od Gwiazd do kwantów. Czeka nas długa droga z powrotem, do Gwiazd =]

Bozony to po prostu nośniki oddziaływań.

2. W związku z powyższym, jak zrobić gwiazdę z Bizonów?

Gwiazda niematerialna. Trochę poetycko, ale w istocie tak może być. Proszę pamiętać, że Gwiazd Bozonowych jeszcze nie odkryto, a jedynie przewidziano ich istnienie. Bozony tworzące Gwiazdę? Bizony tak, ale bozony?

Bozony to cząstki przenoszące oddziaływania. Są nimi np. fotony, tymi oddziały-wo-wującymi. Ale także elektrony. Dziwna rzecz, te gwiazdy bozonowe. Można o nich powiedzieć np. to, że podobnie jak gwiazdy neutronowe albo czarne dziury, zakrzywiają geometrię czasoprzestrzeni. To znaczy, że mogą zakrzywiać czasoprzestrzeń wokół siebie, a także być źródłem soczewkowania grawitacyjnego. Co za tym idzie, jeśli, np., skierowalibyśmy przyrząd pomiarowy na gwiazdę bozonową - ujrzelibyśmy to, co znajduje się za nią. Czarne dziury i gwiazdy neutronowe robią to samo. Można im zajrzeć za plecy bez obchodzenia wkoło, żeby im nie było za wesoło. Zróbmy coś jeszcze, dodajmy fakt, że gwiazdy bozonowe są transparentne, ponieważ tworzą je bozony, czyli energia, a nie nie materia. Sprawia to, że soczewkowanie grawitacyjne ulega dalszej komplikacji; to tak trudna matematyka, że lepiej się w nią nie zagłębiać, bo mi się atrament skończy.

A klawisze się popłaczą, czytelnicy sobie pójdą gdzie indziej, a ja będę pisał smutny, sam. Do szuflady, o Gwiazdach Bizonowych. Tu Was mam! Chcielibyście zobaczyć gwiazdę złożoną z Bizona? Albo paru? Luneta, peryskop, cokolwiek, byle nie soczewka czy inne szkło. Może zobaczymy bizona w Kosmosie, w skafandrze astronauty, kto wie. Bo na nie mamy parcie, na szkło i bizony! =]

Transparentne, czyli prześwitujące. Widać na wylot, co jest za nimi, dodajemy soczewkowanie i mamy taki bigos, kosmiczne Bydło w najlepszym wydaniu. Co za tym idzie? Ano to, że jest kłopot. Z jednej strony chcielibyśmy je zobaczyć, a z drugiej - nie wiadomo, co byśmy ujrzeli. Czy wogóle rozpoznalibyśmy, że to, na co patrzymy, to gwiazda bozonowa. A moglibyśmy się, przecież, inaczej nauczyć spoglądać w Kosmos. A, już umiemy. Otóż w tym momencie na pomoc wkraczają... fale grawitacyjne. LIGO, VIRGO, itp.!

3. Fale grawitacyjne a gwiazdy bozonowe.

Przytoczę fakt z niedawnych obserwacji astronomicznych. Otóż do tej pory zarejestrowano około 60 rodzajów źródeł fal grawitacyjnych, przy pomocy obserwatoriów z interferometrami, takimi jak słynne już LIGO, czy VIRGO.

25.02.2021 zarejestrowano bardzo dziwne zderzenie dwóch gwiazd relatywistycznych, czyli wymarłych, zapadniętych w sobie, do jakich zaliczamy czarne dziury i gwiazdy neutronowe. Jednak rezultatem była gwiazda, a właściwie źródło fal grawitacyjnych, jakie zupełnie nie pasowało do wyliczonych i oczekiwanych efektów tego zderzenia, czyli np. czarnej dziury o określonej masie. Wyskoczyło poza widełki. to wyliczenie =]

Jednak, jako że Fizycy to pomysłowi ludzie, przypisali wynik obserwacji innemu zjawisku. Skoro nie pasuje nam jedno, ale wynik jest dowodem, że zaszło zderzenie, czyli połączenie dwóch obiektów relatywistycznych, nie można wyniku obserwacji pozostawić bez interpretacji, nawet jeśli nie pasuje do modeli. Jedynym pasującym rozwiązaniem równania o nazwie obserwacja zderzenia obiektów o masach podobnych do czarnych dziur powyższego lutego roku bieżącego to gwiazda, której źródłem mogłyby być tylko gwiazdy bozonowe. Gwiazdy hipotetyczne.

4. Co jeszcze o tych bizoniakach można powiedzieć? Bo zobaczyć wiele się nie da.

Światło przechodzi przez nie jak przez maselniczkę, nawet nie jak w masło. Nie posiadają skupionego jądra, jak inne gwiazdy [czarne dziury mają swoje osobliwości, gwiazdy neutronowe materię dziwną] relatywistyczne. To bardzo dziwne, bo potrafią zagiąć światło w horrendalnie trudny do wyliczenia sposób, dając oczekiwany obraz o niewyobrażalnie dziwnym kształcie. ale nie mają horyzontu zdarzeń. Czyli tego punktu bez powrotu. Wydaje się, że mogły odgrywać bardzo istotną rolę we wczesnych etapach po narodzinach Wszechświata, Kiedy Wszechświat się formował, istniały najprawdopodobniej tzw. pola skalarne. Pola skalarne to zagadnienie, które się mieści w ramach naszych krótkich spotkań z Gwiazdami Ciemnymi {#44}; chodzi o fakt, że cząstki skalarne mogą wchodzić w skład ciemnej materii, która stanowi 27% masy całego Wszechświata. Cząstki skalarne, cząstki skalarne. Chcecie? Nie? Dlaczego? Dziwnie brzmi?

Cząstki skalarne - to cząstki, które posiadają wielkości liczbowe, nie wektorowe, czyli takie, które oprócz wartości posiadają jeszcze inną cechę - np. kierunek. To tak, jakby powiedzieć, że skalarna wielkość to liczba, a wartość wektorowa to liczba z pewną dodatkową cechą.

Zatem - cząstki skalarne to takie, które posiadają tylko jedną wartość. Wygląda na to, że są składnikiem ciemnej materii, albo wchodzą w skład dzisiejszych gwiazd, nie jest materią barionową, czyli taką, jaką znamy obecnie. Do tego są ultra lekkie. Bardzo dziwne. Gwiazda złożona z ciemnej materii, prześwitująca, zaginająca światło na nią padające, bez jądra, właściwie oddziałująca z materią tylko przez grawitację.

Szał.

W zderzeniu obiektów z 25.02 roku bieżącego mamy najprawdopodobniej do czynienia z wykryciem cząstki o masie różnej od zera, jednak bardzo lekkiej. Jak lekkiej?

W zasadzie nie oddziałuje ona z materią barionową. Jest potencjalnym kandydatem na materię ciemną, masę, ciemną masę, te bizony, proszę Państwa. One pędzą prosto na nas. Co robimy? Ano, nic. Ponieważ to my jesteśmy materią barionową, a gwiazdy bozonowe nie. Ciemna materia oddziałuje bardzo słabo, za pośrednictwem grawitacji, z materią barionową. To fizyka spoza obecnie stworzonego Modelu Standardowego, jednak coś o niej wiemy. Dowiemy się wkrótce zapewne więcej, kiedy pojawią się kolejne wyniki pomiarów lupami w Kosmos. Oczami ze szklanymi soczewkami, szeroko otwartymi ze zdziwienia. Np. oglądając soczewkowanie grawitacyjne przez gwiazdę bozonową. Co zobaczymy?

Trudno powiedzieć, bo obliczenia zakrzywienia światła przez w/w gwiazdy są skomplikowane, a obraz otrzymany, zapewne, tym bardziej.

Pewnie bizona. Bizmuta. I Bar. Na dziko, oczywiście. Wykoszone Kombajnem Bizon =]