Cuantele în astronomie

Experiment discriminatoriu ce contrazice teoria radiaţiei corpului negru

Acest experiment este o extensie a unui experiment anterior prezentat în cartea Corpuscular nature of light publicată în 2009.
Se cunoaşte că temperatura feţei însorite a planetei Mercur atinge 700 K în vreme ce temperatura pe faţa umbrită atinge valori de 110 K. Acest fapt e datorat faptului că Mercur e situat foarte aproape de Soare şi neavând o atmosferă proprie, avem o variaţie puternică a temperaturii depinzînd de iluminarea directă venind de la Soare. Putem spune că Mercur este corpul ceresc din Sistemul Solar cu cea mai mare variaţie a temperaturii între zi şi noapte.
Teoria corpului negru, prezice că un corp macroscopic emite tot timpul radiaţii electromagnetice, şi maximul de emisie al acestui spectru de emisie este dat de legea lui Wien:

Faţa însorită a planetei reemite în infrarosu şi cum Soarele este în imediata lui vecinătate, este destul de dificil de urmărit acest spectru de emisie al planetei de la nivelul orbitei Pămîntului.
Însă, dacă calculăm maximul de emisie al planetei Mercur, pentru faţa umbrită vedem că acesta e situat undeva în domeniul microundelor:

, si deci o frecvenţă de 1,13 THz
O asemenea radiaţie, dacă există, este usor absorbită de atmosfera terestră şi în consecinţă există puţine şanse ca ea să poată fi măsurată direct cu un instrument situat la nivelul suprafeţei terestre. Pentru un satelit ce orbitează la nivelul orbitei terestre sau o sondă spaţială ce ar orbita direct planeta Mercur, detectarea şi măsurarea unei asemenea radiaţii la o frecvenţă de 1,13 THz, nu mai ridică nici un fel de probleme tehnice. Suplimentar, poziţia relativă a planetelor Mercur şi Pămînt fac posibilă observarea spectrului de emisie în microunde sau unde radio de pe faţa umbrită a planetei Mercur. În cazuri particulare cum ar fi conjuncțiile planetare, întreaga faţă umbrită a planetei Mercur este ,,vizibilă" de la nivelul orbitei Pămîntului.
Dacă ipoteza lui Planck e validă, spectrul de emisie al feţei umbrite a planetei Mercur ar trebui să aibă o alură apropiată de curba prezentată în fig. 1.

Figura 1. Spectrul de radiaţie al feţei umbrite a planetei Mercur
În cadrul experimentului se poate măsura emisia specifică şi la alte lungimi de undă în domeniul microunde sau radio, dar trebuie să se aibă în vedere că aceste semnale se diminuează pe măsură ce ecartul de frecvenţă faţă de maximul de la 1,13 THz se măreşte.
Cercetări de acest fel sunt deja o practică curentă în astronomie. Începînd cu anii 1950-1960, s-au efectuat multitudine de experimente în care o undă radio emisă de un radiotelescop terestru era trimisă spre un corp celest din sistemul Solar (luna, Mercur, alte planete), iar reflexia acestei unde era analizată în scopul descifrării anumitor proprietăţi ale acelui corp ceresc.
În experimentul care se propune nu este necesar ca o undă electromagnetică să fie emisă de la nivelul orbitei terestre. Este necesar doar de un satelit terestru pe care să avem instalată o antenă de microunde care e capabilă să fie adaptată în recepţie pe lungimea de undă 1,13 THz.
Experimentul urmăreşte să măsoare emisia de microunde a planetei Mercur în trei cazuri particulare A, B, C, adică în poziţiile de maximă elongaţie şi în poziţia de aliniament cu planeta Pămînt ca în fig. 2.

Figura 1. Detalii experimentale cu poziţia relativă a planetelor necesară experimentului

Cînd avem situaţia A, adică la un maxim de elongaţie, o antenă de microunde de la nivelul unui satelit al Pămîntului, ar trebui să înregistreze un semnal mic în domeniul microundelor provenit de la planeta Mercur. Aceasta deoarece, în această poziţie particulară, de pe Pămînt se vede atât faţa însorită a planetei care emite preponderent în infraroşu cît și fața umbrită care emite în microunde.
După ceva timp, planeta Mercur şi Pământul ajung să se alinieze ca în situaţia B, şi în acest caz, emisia de microunde de la suprafaţa planetei trebuie să înregistreze un maxim pentru un observator situat la nivelul orbitei Pămîntului. Explicaţia acestei variaţii este simplă şi intuitivă: observatorul de la nivelul orbitei Pămîntului vede întreaga faţa umbrită a planetei Mercur care atinge un minim al temperaturii de 110 K.
În cazul situaţiei C, la o a doua elongaţie, se revine la valoare mai mică a emisiei in microunde măsurată de către satelitul terestru ca şi în situaţia A.
Variaţia globală a semnalului captat de către observatorul aflat la nivelul orbitei terestre, ar trebui să fie apropiată de curba prezentată în fig. 4.

Figura 4. Variaţia semnalului în microunde măsurat la nivelul satelitului terestru
Practic dacă teoria corpului negru e valabilă ar trebui ca o planetă ca Mercur să comute periodic, pentru un instrument aflat pe un satelit terestru de la un spectru de emisie in infraroşu la un spectru de emisie în domeniul microundelor ăn funcție de iluminarea suprafetei sale de catre Soare.
În realitate, şi în conformitate cu noua teorie a fizicii, un corp care se răceşte nu emite unde radio sau microunde. Pentru a emite în domeniul radio sau microunde sunt necesare condiţii speciale care nu există în cazul planetei Mercur.
De aceea, aparatul de măsură de la nivelul satelitului terestru nu va detecta nici o variaţie a unui semnal în microunde provenind de la Mercur.
În concluzie, un asemenea experiment poate demonstra simplu şi elegant că teoria corpului negru şi formula lui Planck nu sunt valide şi trebuie eliminate din ştiinţă.