Fatální slabina kosmologie – nedourčenost

John Hartnett

Z creation.com přeložil Jakob Haver – 11/2019. Translation granted by Creation.com – Přeloženo s povolením od Creation.com. Text k úvodní ilustraci viz obrázek 2 níže.

Můžeme plně poznat globální strukturu časoprostoru? To je dobrá otázka. Je jednou z těch, o kterých se aktivně diskutuje v oblasti filozofie moderní fyziky.^1,2

Problém nedostatečného určení

Obr. 1. Ilustr. Credit: iStockphoto

Nicméně jde o otázku, která upozorňuje na zásadní slabost kosmologie, a tedy i kosmogonie. (Kosmologie studuje strukturu vesmíru, zatímco kosmogonie se zabývá původem vesmíru.) Touto slabostí je sama neschopnost přesně sestavit jakýkoli globální kosmologický model, tj. model, který přesně zobrazuje strukturu vesmíru v každém časovém období a místě. Důvodem je nedourčenost.³

„Zjevně tu existuje nějaký silný smysl, v němž je globální struktura každého kosmologického modelu nedostatečně určena.“¹

Nedourčenost ve filosofii vědy znamená, že dostupné důkazy nejsou dostatečně schopné určit jednu jedinou platnou vědeckou hypotézu. To jest, že bez ohledu na to, jaký kosmologický model si kdo ve snaze popsat strukturu vesmíru představuje, bude každý model nedostatečně určen. Nebo jinak řečeno, bez ohledu na to, jaké množství pozorovatelných dat (byť zásadních) může kdo shromáždit, kosmologický důkaz nás nenutí k žádnému konkrétnímu modelu. A tato nedourčenost byla důsledně prokázána.¹

Tento fakt jen podtrhuje to, co řekli někteří kosmologové již dříve:

„Kosmologie může vypadat jako věda, ale vědou není. … Základním principem vědy je možnost provádět opakovatelné experimenty, a to v kosmologii dělat nelze.“⁴

Studium vesmíru neumožňuje provádět precizní experimenty, kde se někdo systematicky omezí na nějaký jedinečný popis (vyvrácením jiných teorií). To lze provádět v laboratoři, kde je možné se zkoumaným předmětem interagovat.⁵ V kosmologii to však možné není. Toto je tedy hlavní a klíčovou slabostí kosmologie, pokud chceme určovat nejen strukturu vesmíru, ale i jeho původ.

Je to tedy historická věda, která se snaží rekonstruovat historii vesmíru.

„… Kosmologie považuje naše současně přijímané fyzikální teorie z velké části za „dané “. Proto, stejně jako v případě geologie, se jedná o historickou vědu: a jako taková si klade za cíl poskytnout nikoli všeobecnou teorii, ale pokud možno co nejpodrobnější historii ve svém oboru – vesmíru [zdůraznění přidáno].“²

Kosmologie (a kosmogonie) může i nadále vytvářet předpovědi a odmítat neúspěšné teorie, ale ve srovnání s experimentální vědou je tato oblast mnohem slabší, protože člověk nemá žádný přímý přístup k minulosti, což z filozofického hlediska znamená, že má epistemologický problém. Jak můžeme s konečnou platností vědět, který model je správný?

Výchozí předpoklady

Filozofie je důležitou součástí každé vědy a všichni vědci vyžadují určité počáteční předpoklady. Odpustit si je však může někdo jen tehdy, pokud si myslí že kosmologie žádné takové předpoklady nemá. Faktem však je, že kosmologie předpoklady vyžaduje, jinak by nikdo nemohl začít vytvářet ani základní model vesmíru.

Ve snaze eliminovat nedourčenost, a tedy vyvinout matematický popis vesmíru v celé jeho minulosti, používá standardní kosmologie velkého třesku jeden důležitý předpoklad. Tento předpoklad se nazývá kosmologický princip, známý také jako zásada jednotnosti.⁶

Jedno tvrzení tohoto principu říká, že fyzikální zákony určené lokálně jsou použitelné v celém vesmíru a že struktura vesmíru v tom největším rozsahu ve stejném období (nebo čase v historii vesmíru) je stejná bez ohledu na umístění. Nicméně navzdory tomuto neprokazatelnému předpokladu přetrvávají obecné epistemologické obtíže, jak je uvedeno výše.

To znamená, že bez ohledu na tu či onu podporovanou kosmologii existuje nezjistitelný počet jiných možných modelů, které mohou být použity nebo jsou v souladu se stejnými pozorovanými daty (obrázek 1). Jak prokázali filozofové Malament,⁷ Manchak¹ a další:

„… Zásady říkají, že téměř v každém časoprostoru podřízeném obecné relativitě nemohl žádný pozorovatel, ať už by žil jakkoli dlouho, shromáždit dostatek pozorování, aby jejich existenci vyloučil v jiném, velmi odlišném časoprostoru.“²

Dokonce i když se pokusíme toto pole zúžit – za předpokladu, že daná obecná relativita je tou správnou fyzikou pro náš vesmír – stále to moc nepomůže, protože obecná relativita umožňuje nepřeberné množství kosmologických modelů. Jak zdůraznili filozofové vědy:

„… Už samotná vnitřní struktura teorie [obecné relativity] nám neumožňuje určit, který z těchto modelů nejlépe reprezentuje náš vesmír.“¹

To je tedy nedourčenost.

Standardní kosmologická teorie velkého třesku (model ΛCDM – Lambda Cold Dark Matter) se na tomto poli stala dominantní teorií na základě předpokladu kosmologického principu. Zvažováno je dokonce hned několik dalších nesouhlasných teorií, a ty zůstávají stále jako příbuzné standardního modelu.

Alternativní kosmologické modely

Obrázek 2.

Obrázek 2. Stejně jako v příběhu slepých mužů, kdy každý z nich zkoumá stejného slona, a přesto získává odlišný popis, existuje i mnoho různých teorií/modelů v kosmologii/kosmogonii, které mohou odpovídat stejným astronomickým pozorováním. (Analogie tu sice není dokonalá, ale smysl je jasný).

Standardní model nakonec vedl k tomu, co někteří nazývají „novou fyzikou“, čemuž ale já říkám velký švindl – například kosmická inflace,⁸ temná energie,⁹ a temná hmota.¹⁰ Také je důležité si uvědomit, že existují i ​​jiné kosmologické modely, které jsou v souladu s našimi pozorováními, a přesto podobné nesmysly nevyžadují.

„A zajíc je z klobouku venku! Jde o to, že model ΛCDM, jakkoli může být vhodný pro standardní model, samozřejmě vůbec neznamená, že je to ten jedinečný a nejlepší model. A existuje velké množství důkazů, že pozorování, která jsme dosud učinili, se stejně tak dobře mohou použít pro sféricky a symetricky nehomogenní modely typu Lemaitre – Tolman – Bondi [LTB] – aniž by bylo nutné k nim přidávat tuto extrémně hypotetickou temnou energii modelu ΛCDM.“²

Nehomogenní model LTB nepředpokládá zásadu jednotnosti (homogenitu a izotropii), ale stále předpokládá sféricky symetrické rozložení hmoty, což znamená že předpokládá pouze izotropii.⁶ Z pohledu fyziky lze říci, že model LTB je lepším popisem vesmíru, protože nevyžaduje doplněk temné energie, jakési hypotetické látky, kterou současná fyzika nezná.

A tak byla zavedena kosmická inflace, aby se mimo jiné vyřešil problém plochosti vesmíru a problém horizontu. Tím má být zachráněn standardní model ΛCDM. Jenže za jakou cenu?

„… Někdo si koupí uspokojivé vysvětlení „umírajícího“ rysu vesmíru [temná energie] tím, že zaplatí cenu za spekulativní prvek fyziky pro velmi dávnou dobu [inflaci].“²

Úspěch modelu LTB bez předpokladu homogenity znamená, že předpoklad jednotnosti nelze obhájit. Bez kosmologického principu by byla většina kosmologických teorií neřešitelná. Neexistuje způsob, jak omezit nesčetné množství potenciálních možností. Přitom ho předpokládá více než 95 % všech modelů, dokonce i model LTB předpokládá izotropní aspekt. A shoda u modelu LTB samozřejmě neznamená, že je to ten jedinečný popis vesmíru, který kosmologové hledají.

Jsem přesvědčen, že Bible popisuje průběh stvoření, při kterém nutně musela působit nadpřirozená fyzika (stvoření hmoty z ničeho), kterou dnešní fyzika jednoduše nezná. Poté, co bylo stvoření dokončeno, Bůh takto mocnou sílu použil znovu jen vzácně.¹¹

Stephen Hawking tvrdil, že existence gravitace znamená, že vesmír vznikl z ničeho – z absolutní nicoty.¹²

„Protože platí zákon gravitace, vesmír musel nutně vytvořit sám sebe z ničeho,“ píše. „Spontánní stvoření je vlastně důvodem, proč je tu něco spíše než nic, proč existuje vesmír, proč existujeme my.“

Vesmír však nestvořil sám sebe z ničeho, navzdory proklamované Hawkingově víře. Stvořitel, který existuje od věčnosti, byl tím zdrojem stvoření z ničeho. To však nemohlo zahrnovat standardní fyziku nebo nějakou dosud neobjevenou kvantovou fyziku či popis údajné singularity velkého třesku.¹³ V oblasti známé fyziky hmota nevznikla z ničeho. Hmota může být tvořena energií, ale to je vždy již existující energie ve vesmíru.

Závěr

Jako poučení z toho všeho vyplývá, že i za předpokladu, že se obecná relativita vztahuje na celý vesmír, stále tu zůstávají blíže neurčené možnosti potenciálních modelů, které také mohou popsat strukturu a tím i historii vesmíru. A některé z těchto modelů ještě nebyly dokonce ani navrženy. Toto je právě díky oné základní nedourčenosti kosmologie. To znamená, že kosmologická pozorování nás nikdy nebudou nutit k přijetí velkého třesku. Je důležité vědět, že biblický popis stvoření vesmíru zůstane vždy v souladu se vším, co ve vesmíru pozorujeme.

Odkazy a poznámky

1. Manchak, J.B., Can we know the global structure of spacetime? Studies in History and Philosophy of Modern Physics 40:53–56, 2009. Return to text.
2. Butterfield, J., On under-determination in cosmology, Studies in History and Philosophy of Modern Physics 46:57–69, 2014.
3. Determination is not to be confused with determinism. Both are aspects of philosophy. In philosophy determination is the process of establishing something exactly by calculation or through research. Whereas determinism is related to cause and effect, i.e. that all events, including human actions, are ultimately determined by causes regarded as external to the human will. In this article I deal only with the former.
4. A statement by James Gunn, co-founder of the Sloan survey, quoted in Cho, A., A singular conundrum: how odd is our universe? Science 317:1848–1850, 2007.
5. Sometimes in operational science once-thought-valid theories are rejected through further experimentation. Underdetermination does exist in operational/experimental science but in that realm of science scientists at least have the ability (in principle) to drive an experiment by interacting with the subject under investigation through some agency, e.g. sending in a light signal and getting a response. In cosmology scientists cannot interact with their subject under investigation, the whole universe. This makes cosmological scientific investigations much weaker than operational scientific investigations.
6. The cosmological principle involves the assumption of homogeneity (there is no special place in the universe, so on a large enough scale, for all points at the same time, the universe appears the same at every location) and isotropy (there are no special directions, so the universe appears the same in every direction for all observers regardless of their location).
7. Malament, D., Observationally indistinguishable spacetimes; in: Earman, J., Glymour, C. and Stachel, J. (Eds.), Foundations of spacetime theories, Minnesota Studies In Philosophy of Science, University of Minnesota Press, vol. 8, pp. 61–80, 1977.
8. Hartnett, J.G., Cosmic inflation: did it really happen? creation.com/did-cosmic-inflation-really-happen, 2015.
9. Hartnett, J.G., Dark energy and the elusive chameleon—more darkness from the dark side, creation.com/dark-energy-and-the-elusive-chameleon-particle, 2015.
10. Hartnett, J.G., Cosmology is not even astrophysics, creation.com/cosmology-is-not-even-astrophysics, 2008.
11. Theologians make the distinction between creation and providence. After the Creation Week, God has used His power to sustain the world (providence), whereas the creation of the world was an entirely different type of activity. The latter was creation ex nihilo. In our book Dismantling the Big Bang (Master Books, 2005), Alex Williams and I made the argument that God uses His sustaining power to maintain the laws of physics in the current universe. At the Curse He withdrew some of that sustaining power, which introduced a step change in the world. It follows that during the six creative days He also employed His sustaining power of the creation, in addition to His creative power. After creation finished He maintains the world through His providence. Miracles alter rates of change or reverse some physical processes, and thus they might fall under the category of providence. However, bringing someone back from the dead does not seem to fall into the latter category.
12. Gabbatt, A., Stephen Hawking says universe not created by God, theguardian.com/science/2010/sep/02/stephen-hawking-big-bang-creator, 2 September 2010.
13. Hartnett, J.G., The singularity—a ‘dark’ beginning, creation.com/dark-beginning, 2014.