danny-faulkner

Velký třesk – vývoj teorie

pavelkabrt Vesmír, astronomie Napsat komentář

Dr. Danny Faulkner

Dr. Danny Faulkner se připojil do týmu Answers in Genesis poté, co pracoval 26 let jako profesor fyziky a astronomie na Univerzitě v South Carolina Lancaster. Napsal četné články do astronomických časopisů a je autorem knihy Universe by Design (Vesmír podle plánu).

(článek vyšel 10. září 2013 v časopisu Answers. Lze ho najít zde: www.answersingenesis.org
Překlad pořídil Václav Dostál a byl dokončen 26. 9. 2013. Menší úpravy Pavel Kábrt)

Termín „velký třesk“ byl v době svého zavedení často terčem posměchu. Avšak během uplynulých desetiletí se ukázalo, že je dostatečně ohebný, schopný přizpůsobit se každému novému problému. Jsou tyto změny opravdu zlepšením nebo jen záchrannými mechanizmy?

V kreacionistických kruzích často slyšíme, že model velkého třesku je plný problémů a že je teorií v krizi. Ovšem podobně, jako Mark Twain informoval o své smrti, tak i zánik velkého třesku je možná velmi přehnaný. Ale ne z těch důvodů, ze kterých byste si to mohli myslet.

Velký třesk měl malou tažnou sílu, když byl poprvé zaveden, ale v r. 1964 přišel průlom, kdy astronomové objevili kosmické mikrovlnné pozadí. Model velkého třesku předpověděl toto mikrovlnné pozadí, ale konkurenční model (teorie ustáleného stavu), ne. Toto záření pozadí přichází z časového období několika stovek tisíců let po velkém třesku, když vesmír byl ještě horký.

Takže velký třesk začal být mezi kosmology převládající teorií v historii vesmíru. Pak začala přicházet nová pozorování a představy, spolu s těmi, které oponovaly velkému třesku. Kosmologové a astronomové však místo, aby velký třesk opustili, každou oponenturu vůči němu vyřešili jeho modifikací. Mnoho lidí vidělo tyto modifikace jako zdokonalení, ale jsou jimi skutečně?

Problém horizontu – je inflace odpovědí?

Navzdory svému předpokladu důkazu velkého třesku – kosmické mikrovlnné pozadí bylo pro standardní kosmologii zdrojem výzev. Jednou obtíží je problém horizontu. Nikdo nepředpokládá, že vesmír velkého třesku by začal všude přesně toutéž teplotou. Když se díváme do vesmíru v určitém směru, například východně, budeme přijímat záření ze vzdálené oblasti (nazvěme ji oblast A), o kterém sekulární astronomové říkají, že právě dorazilo k Zemi po cestování více než 13 milardami let, předpokládaném věku vesmíru. Když se díváme v opačném směru, tedy západně, vidíme právě dolétnuvší světlo z jiné oblasti (nazvěme ji oblast B). Shledáváme, že záření z bodů A i B odhalují tyto oblasti téměř přesně téže teploty. Ale tyto oblasti by neměly dostatek času k výměně energie a vyrovnání svých teplot.

Tyto body nemohou vzájemně být v „tepleném kontaktu“, protože jsou vzdálené 26 miliard světelných let; takže proč mají tutéž teplotu? Tato otázka vzniká nezávisle na směru našeho pohledu.

Asi před třiceti lety se kosmologové pokusili řešit tento problém pomocí inflace. V kosmologii inflace je hypotetická hyper-expanze (mnohem rychlejší než světlo), která se vyskytla v raném vesmíru (1). To znamená, že předinflační vesmír byl neuvěřitelně malý a veškerý vesmír by sám byl v tepelném kontaktu. To by vysvětlovalo, proč raný vesmír dosáhl všude téže teploty.

Problém plochosti – je inflace odpovědí?

Inflace byla uplatněna pro vysvětlení ještě jiné obtíže – problému plochosti. Jak se vesmír rozpínal, poměr gravitační potenciální energie ke kinetické energii (označený řeckým písmenem omega) se měnil. Po miliardách let rozpínání měl poměr být téměř přesně nula nebo velmi velké číslo. Měření ovšem ukázala, že poměr je nepatrně nižší než jedna. V kosmologii velkého třesku to naznačovalo, že hodnota omega byla původně téměř 1, opačně k nekonečnému číslu jiných možností. To způsobuje, že se vesmír jeví jako velmi nepravděpodobný.

(Pozn. VD: zde v anglické terminologii dochází ke zmatku. „Gravity“ nebo „gravitation“ znamená jednak gravitaci, jednak tíži nebo tíhu. Oficiální a správný český termín je „tíhová potenciální energie“ nebo „polohová energie“ – kterou získá těleso zdvižením do určité polohy nad povrch Země. Jenže i v české astrofyzice se uvažuje gravitační potenciálová energie – jako výsledek gravitačního vzájemného působení některých nebo všech kosmických těles.)

Takže inflace je jejich záchranný mechanizmus. Jestliže (vědci) předpokládali výskyt inflace v raném vesmíru, byl by řízen k hodnotě téměř přesně 1, kde by musel být od tohoto bodu jen nepatrně menší, dokonce po miliardách let. Neexistuje žádný nezávislý důkaz, že inflace se skutečně odehrála – mimo své nutnosti se udát. Avšak astronomové téměř obecně přijímají inflaci, protože jinak neexistuje žádné řešení problému horizontu a problému plochosti.

Problém hladkosti – řešen revizí teorie?

Jiný problém s kosmickým zářením pozadí je, že je téměř přesně hladké. Ve vesmíru dnes vidíme hierachickou strukturu, s hmotou shluknutou do hvězd a pak do galaxií a hroznů galaxií. Zkrátka, vesmír je chomáčovitý, trsnatý, ne hladký.

Kosmologové pro vysvětlení trsnatosti požadují, že hmota v raném vesmíru nebyla přesně hladká (homogenní), ale namísto toho vesmír měl oblasti, které byly nepatrně hustší, přerušované oblastmi méně hustými (nehomogenní vesmír). Hustší oblasti pravděpodobně působily jako gravitační zrna, která přitahovala okolní hmotu a vytvářela tak strukturu, kterou vidíme dnes.

Naneštěstí pro tuto teorii tyto nehomogenity musí být jemně naladěny, ne příliš malé a ne příliš velké. Když byl raný vesmír velmi hladký, sktruktury, které dnes vidíme, by neexistovaly (ani my ne). Ale jestliže nehomogenity byly příliš velké, brzo by se veškerá hmota přeměnila na hmotné černé díry, a opět struktury, které dnes vidíme, by neexistovaly (a my také ne). Tento druh jemného naladění je požadován, jen když vesmír vznikl z velkého třesku před miliardami let, ne když byl vesmír stvořen v šesti dnech, jak tvrdí Gn 1.

Tyto požadované nehomogenity by také odpovídaly svému vtisku do záření kosmického pozadí jako mírné rozdíly teplot. Kosmologové předpověděli, že tyto teplotní rozdíly by mohly být asi 1 ku 10 000. Více než před dvěma desetiletími byla vypuštěna sonda COBE (Cosmic Background Explorer) pro měření těchto teplotních rozdílů, ale našla přesně hladké kosmické pozadí.

Pouze po velmi pečlivé manipulaci našli vědci důkazy o teplotních rozdílech v záření pozadí, ale mnohem menší, než bylo předpovězeno a za detekční schopností sondy (1 ku 100 000). To bylo později potvrzeno mnohem citlivějšími studiemi jako je mise WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) před desetiletím a misí Planck právě letos.

Přesto mnoho vědců nyní tvrdí, že předpovědi teorie skvěle potvrdila data. Jak to mohou říct? Po selhání teorie předpovědět korektně data, kosmologové změnili detaily teorie, aby odpovídaly datům.

Nutnost rychlejšího rozpínání – přehodnotíme stará data?

Jiná výzva přišla před dvěma desetiletími, kdy astronomové rozhodli, že nová pozorování vyžadují zvýšit míru rychlosti expanze vesmíru. Rychlejší poměr expanze způsobil, že vesmír je mladší. Asi od r. 1960 astronomové mysleli, že vesmír je 16 – 18 miliard let starý, ale nyní astronomové myslí, že je vlastně 13,8 let starý. To byl velký problém, protože po mnoho let astronomové měli za to, že globulární hvězdokupy jsou aspoň 15 miliard let staré, což znamená, že jsou více než o miliardu let starší než vesmír.

Astronomové tento problém nakonec řešili přehodnocením vzdáleností globulárních hvězdokup. Revidované odhady vzdáleností vedly k přesnějšímu odhadu základního jasu, což ovlivňuje sekulární odhady věku.

Kosmologická konstanta – hrubý omyl nebo realita?

Téměř před stoletím Albert Einstein vytvořil model vesmíru založený na své obecné teorii relativity, ale mělo to vážný problém. Nevznikl tak nerozpínající se, statický vesmír, jak předpokládal. Bez účinků nějaké síly působící proti účinkům gravitace by se vesmír zhroutil sám do sebe.

Takže Einstein vestavěl něco, co pojmenoval „kosmologická konstanta“, aby to odpovídalo jeho modelu, jak si myslel, že by vesmír měl fungovat. V podstatě kosmologická konstanta je odpuzování samotného prostoru. Einstein věřil, že výběrem správné hodnoty pro kosmologickou konstantu by tato odpudivá síla prostoru vyrovnala přitažlivou sílu gravitace, což by vedlo ke statickému vesmíru.

Když nové důkazy ukázaly, že vesmír vůbec nemůže být statický, Einstein rychle opustil kosmologickou konstantu a nazval ji největším hrubým omylem, který kdy udělal. Toto vydláždilo cestu pro model velkého třesku, což obecně toto nezahrnuje. (Pozn. VD: Tzn., že obecná relativita nemusí vést jen k velkému třesku.)

Einstein byl ovšem sám na sebe příliš tvrdý; v letech 1998 a 1999 astronomové získali data, o nichž se domnívali, že ukazují, že něco rychlost rozpínání vesmíru zvyšuje. Jas supernov typu Ia při extrémních vzdálenostech neodpovídá tomu, co bychom předpokládali pro jejich vzdálenosti – když uvažujeme konstantní poměr rozpínání. Jako vysvětlení tohoto neznámého účinku byla zavedena temná energie. Temná energie je mírně odlišná od kosmologické konstanty, protože se její odpuzování s časem mění, zatímco kosmologická konstanta se nemění. Stále nevíme, zda je to správně, nebo zda existuje jiné vysvětlení nepředpokládaného vztahu svítivost – rudý posuv pro vzdálené supernovy typu Ia. Takže model velkého třesku se musel přizpůsobit dalšímu novému objevu. Kdo ví, co bude to další?

Opravdu mluvíme o temných věcech, protože od 30. let existují rostoucí důkazy, že mnoho hmoty je temné. Tj. většina hmoty ve vesmíru nevydává žádné světlo nebo jiné odhalitelné záření, což nám vnukává nějakou neznámou formu hmoty, již dosud neznáme. Tomu tak bylo mnoho let předtím, než to kosmologové vzali vážně, takže ve zcela nedávných letech astronomové začali zahrnovat působení temné hmoty do svých teorií, včetně teorie velkého třesku.

(Pozn. VD: Autor výslovně neuvádí temnou energii jako převyšující množstvím či procentem temnou hmotu. Namísto „většiny hmoty“ ovšem uvádí „mnoho hmoty“, i když se v těchto souvislostech odlišuje hmota od energie. Někdo by si ovšem mohl vzpomenout na známý Einsteinův vztah a tvrdit, že Dr. Faulkner uvádí špatná množství energie a hmoty ve složení vesmíru.)

Nejnovější vráska – strunová teorie

Koneckonců, strunová teorie je nová myšlenka, kterou teoretičtí fyzici rozvinuli pro výklad jiných záhad o funkci hmoty, zvláště v subatomické fyzice. Určité vlastnosti základních částic mohou být vysvětleny, jestliže prostor má aspoň šest přídavných prostorových rozměrů, rozměrů normálně neodhalitelných. Pro toto neexistuje žádný důkaz, takže pravděpodobně je lepší mluvit o strunové hypotéze namísto o strunové teorii.

Je-li tato hypotéza pravdivá, měli by ji vědci zahrnout do svých řešení raného vesmíru velkého třesku. Takže v nedávných letech kosmologové začali zahrnovat strunovou teorii do svých modelů.

Je poučné porovnat dnešní model velkého třesku s modelem před třiceti lety. Když se tehdy odhadovala rychlost rozpínání a z toho věk vesmíru, bylo to velmi odlišné od dnešní hodnoty. Tehdy žádné modely neobsahovaly inflaci, ale dnes by ji nikdo nevynechal. Totéž je pravda o temné hmotě, temné energii a strunové teorii. Zkrátka model velkého třesku dneška nenese skoro žádnou podobu modelu před třiceti lety.

Jaký bude model velkého třesku za třicet let od nynějška? Je-li historie ukazatelem, jsou jisté dvě věci. Zaprvé, model za třicet let bude zcela odlišný od dnešního. Za druhé, vědci pak, jako dnes a před třiceti lety, budou mít úplnou důvěru, že model je správný, dokonce když si všechny tři verze budou odporovat.

Mnoho dnešních vědců si dnes myslí, že model velkého třesku je velmi úspěšný v tom, že může vysvětlit všechny druhy nových pozorování a problémů. Ale to funguje jen nekonečným doplňováním záchranných mechanizmů. Jestliže vědecká teorie může neomezeně upravována podle nových objevů, může být někdy prokázána jako chybná? Ve vědě je důležité, aby jakákoliv myšlenka byla falzifikovatelná, aspoň hypoteticky. Teorie, která může vysvětlit cokoliv a všechno, bez ohledu na protiklady, není ve skutečnosti věda.

(Pozn. VD: Dost často se přizpůsobují data dané teorii. Jinak řečeno: teorie je správná, ale pozorování jsou špatná. A proto je pozměňme.)

Jiný epicyklus?

Životní cyklus teorie velkého třesku má zajímavou paralelu v jedné dřívější (ne)slavné teorii. Ve druhém století n. l. Claudius Ptolemaios rozvinul svou kosmologickou teorii pro vysvětlení úplných pohybů Slunce, Měsíce a planet. Ptolemaiův model vyžadoval cykly na cyklech, nazvané epicykly. Ptolemaios shledal, že přizpůsobením velikostí cyklů (kruhů) a rychlostí pohybů může vytvořit dobrý souhlas s daty.

Tato teorie se ukázala jako velmi úspěšná v tom, že ji lidé věřili po 15 století. V termínech dlouhověkosti žádná jiná vědecká teorie neměla takový úspěch. Během staletí mezi teorií a pozorováním vyvstaly nějaké rozpory, ale lidé shledali, že mohou upravit problémy ustavením teorie pomocí přidání dalších epicyklů. Koncem středověku některé verze ptolemaiovského modelu požadovaly stovky nebo více epicyklů.

Zatímco rysy těchto nekonečných úprav byly důvodem úspěchu Ptolemaiovy teorie, byla to nakonec její zkáza, protože teorie byla opuštěna převážně pro svou složitou a nemotornou přirozenost. Pokračující úpravy modelu velkého třesku se podobají oněm cyklům.

(Pozn. Pavla Kábrta: Stejný osud má i evoluční teorie, která se od doby Darwina změnila k nepoznání a dodnes musí být dodávány stále nové modifikace a mlhavé, nepozorovatelné jevy, aby obstála proti dalším faktům, která jsou s ní v rozporu. To ukazuje, že nejde o vědu ani o teorii, ale o nefalzifikovatelnou spekulaci. Tak, jako si hypotéza Velkého třesku pomáhá neviditelnou hmotou a energií, tak jsou hypotetické biologické mechanizmy evolučního působení zakryty mlhou miliónů let, ve kterých se kdysi dávno děly nepozorovatelné zázraky: mrtvé samo od sebe ožilo, slepé začalo vidět, hluché slyšet, ryby se začaly procházet po souši a později ovládly i vzduch a začaly myslet…)

Velký třesk jinak než ho znal váš táta

Když slyšíme termín velký třesk, mnoho lidí předpokládá, že byl takto původně zformulován a zůstal neměnný. Ve skutečnosti je to velmi ohebný model. Několik hypotetických proměnných v rovnicích bylo změněno, aby čísla odpovídala novým zjištěním. Dnešní model velkého třesku se málo podobá tomu, který se učil váš předek, a zřejmě budou následovat další změny. Jsou to vylepšení nebo jen záchranné mechanizmy?

1948… Je navržen model velkého třesku (VT – Velký třesk)
1964… Objev mikrovlnného záření kosmického pozadí potvrzuje předpověď modelu VT
1967… Je zjištěn problém horizontu…PROBLÉM MODELU VT
1969… Je zjištěn problém plochosti… PROBLÉM MODELU VT
1979… Je zjištěn problém hladkosti… PROBLÉM MODELU VT
1980… Je navržena inflace jako řešení problému horizontu a plochosti…ZMĚNA MODELU VT
1991… COBE shledává kosmické pozadí příliš hladké… PROBLÉM MODELU VT
1992… Data z COBE jsou upravena, aby ukázala teplotní rozdíly… ZMĚNA MODELU VT
1994… Objev růstu rychlosti vesmíru dělá globulární hvězdokupy starší než vesmír… PROBLÉM
MODELU VT
1996… Věk globulárních hvězdokup je snížen z 15 na 12,7 miliard let… ZMĚNA MODELU VT
90. léta… Temná hmota a strunová teorie začíná vstupovat do modelů velkého třesku… ZMĚNA
MODELU VT
1998… Objev možnosti, že se expanze zrychluje, reviduje zájem o kosmologickou konstantu…
PROBLÉM MODELU VT
2003… WMAP potvrzuje jen malé rozdíly teplot kosmického pozadí… PROBLÉM MODELU VT

Poznámka k textu

1. Toto neporušuje obecnou relativitu, jak se často myslí. Zatímco předměty se nemohou pohybovat rychleji než světlo, prostor se může rozpínat mnohem prudčeji než rychlostí světla.

Pozn. VD: Jenže ten prostor „unáší“ s sebou hmotné objekty. Takže „hmota“ se pohybuje rychleji než světlo. Navíc se otočí tok času, běží pozpátku: napřed je následek, a potom jeho příčina!

Pozn. VD: V jednom odstavci je uvedena představa, že „hmoty“ čili tělesa (nebo částice) se vzájemně přitahují. Tato představa se přičítá I. Newtonovu zákonu – a to přesto, že on sám se proti tomu silně ohradil. Tuto představu, že by se tělesa přitahovala na dálku napříč prázdným prostorem, Newton dokonce označil za absurdní. Přesto se ujala a dokonce se mu dává autorství. Newton uvedl, že by mohlo jít o nějaké přitlačování anebo o nějakou neznámou sílu. Jeho gravitační zákon správně zní „Tělesa na sebe působí gravitační silou, která…“ a ne „Tělesa se vzájemně přitahují silou, která …“. Newton dodal, že v zákonu nejde o příčinu či výklad, ale o popis! A že „gravitační“ síla je pouze pojmenování síly.

Upozornění na webový odkaz

Níže je uveden odkaz na Otevřený dopis vědecké komunitě, ve kterém řada vědců vyjadřuje nesouhlas s teorií velkého třesku; původně to bylo publikováno v New Scientist 22. května 2004, ale na níže uvedeném webovém odkazu připojují od té doby další vědci svoje podpisy. Dopis začíná slovy:

Teorie big bangu dnes spočívá na vzrůstajícím počtu hypotetických prvků, což jsou věci, které jsme nikdy nepozorovali—inflace, temná hmota a temná energie patří k těm nejvýznamnějším příkladům. Bez nich by došlo k osudným rozporům mezi tím, co teorie velkého třesku predikuje a tím, co astronomové pozorují. V žádném jiném odvětví fyziky by nebylo akceptovatelné, aby se takto přemosťovala propast mezi teorií a pozorováním neustálým odvoláváním se na hypotetické objekty. Tento způsob by přinejmenším přinášel vážné otázky ohledně hodnověrnosti základní teorie.

Ale teorie big bangu by nepřežila bez těchto švindlů. Bez … celý dopis (anglicky)

Příloha Velikost
00594-28.9.2013-velky_tresk-vyvoj_teorie-prelozil_vaclav_dostal.doc 247.5 KB

Komentujte

Please Přihlásit to comment
  Subscribe  
Upozornit na