Космическая инфляция: действительно ли она произошла?
Ее основание — карточный домик
Астрофизики измерили температуру реликтового излучения (CMB) и его небольшие вариации (анизотропии) и обнаружили, что оно частично поляризовано. Они утверждают:1
«Наибольший вклад в поляризацию был внесен в эпоху рекомбинации, когда локальные флуктуации квадрупольной интенсивности, падающие на свободные электроны, создавали линейную поляризацию с помощью рассеяния Томсона2».
Это ключевой элемент в предполагаемой эволюции Вселенной в теории Большого взрыва. Большой взрыв предположительно произвел сверхгорячую плазму электронов, протонов и фотонов, и эта плазма была светонепроницаемой. Предполагается, что «эпоха рекомбинации» наступила примерно через 380 тыс. лет после взрыва, когда электроны достаточно остыли, чтобы объединиться с протонами и стать нейтральными атомами водорода. Это сделало пространство прозрачным для фотонов, поэтому реликтовое излучение отделилось от материи в огненном шаре Большого взрыва, называемом «фотонной развязкой».
Как только излучение отделилось от материи, оно свободно распространилось по Вселенной, больше не взаимодействуя с материей. Таким образом, оно должно нести информацию о физике ранней Вселенной. Это излучение, якобы, после того, как оно остыло примерно в 1 100 раз, наблюдается на Земле как реликтовое излучение.
Эпоха рекомбинации произвела самую большую скалярную E-моду поляризации3 реликтового излучения, и это якобы произошло спустя долгое время после самой эпохи. Предполагается также, что существуют гравитационные волны, которые генерируются В-модой и Е-модой, а также гравитационные линзы, которые генерируются В-модой, искажая скаляр-индуцированную Е-моду поляризации реликтового излучения.
Говорят, что до эпохи рекомбинации первичные гравитационные волны от предполагаемой космической инфляции оставили свой отпечаток на реликтовом излучении в виде В-моды поляризации.4 Пытаясь провести различие между различными вкладами при различных размерах шкалы, ученые надеятся обнаружить некоторые признаки эпохи инфляции. Все это целиком зависит от правильности стандартной космологии модели ΛCDM ("большой взрыв").
Если модель неверна — помните также, что темная материя и темная энергия являются существенными компонентами данной модели — тогда карточный домик рушится.
Рисунок 1. Космическая временная шкала, показывающая красное смещение сверху и время «возврата» к Большому взрыву снизу. Источник: НАСА.
Новые данные E-моды поляризации реликтового излучения
Действительно ли недавно опубликованные данные про поляризацию реликтового излучения с Южного полярного телескопа (SPT) показывают, что космическая инфляция на самом деле произошла? По словам Хью Росса5, это так! В своей недавней статье «Космическая инфляция: это действительно произошло» он заявил:
«... теперь мы можем быть на 99,9999999% уверены, что Вселенная действительно прошла через инфляционное событие, когда ей было всего 10-34 секунды. Иными словами, существует менее 1 шанса из 900 000 000, что Вселенная не испытала инфляционного события в самом начале своей истории».6
Почему это не стало хедлайнером всех новостных и научно-популярных сайтов? В последний раз это заявление было сделано в марте 2014 года командой BICEP2, также на основании данных с Южного полярного телескопа. Оно было распространено по всем новостным сайтам и опубликовано во всех средствах массовой информации.
Но это был большой провал. Команда BICEP2 подверглась жесткой критике за то, что не слишком тщательно искала другие источники, в частности источники переднего плана в галактике, которые также могли привести к тому же сигналу, который, как они утверждали, был доказательством первичных гравитационных волн эпохи инфляции.4 В конечном счете исследователи признали, что ошибались.7
В прошлом году с грандиозным заявлением было также упомянуто о Нобелевской премии за «доказательство» эпохи инфляции Большого взрыва.8 Почему нет продолжения истории теперь? Почему новостные сайты не заполнены этой новостью?
Просто для проверки здравомыслия, и чтобы быть уверенным, я погуглил слова «Южный полярный телескоп (SPT), космическая инфляция действительно произошла». Все «хиты», которые я получил, связаны с открытием BICEP2 за 2014 год, за исключением одной статьи Хью Росса.
Более того, по словам Росса:
«Это хорошая новость для христиан, потому что в течение более чем 2 500 лет Библия и библейские комментарии были единственными книгами, провозглашающими фундаментальные особенности космологии Большого взрыва».
У меня почти нет слов! За всю историю, и, конечно, за последние 2 000 лет, за исключением последних 200 лет, иудейские и христианские ученые верили в сотворение, которое произошло около 4 000 года до нашей эры. Это вряд ли можно истолковать как «библейские комментарии были единственными книгами», обучающими космологии Большого взрыва.
Что касается самой Библии, то основные тексты, касающиеся происхождения Вселенной, находятся в книге Бытие, которая намного старше 2 500 лет.
Команда Южного полярного телескопа опубликовала свои последние измерения.1 Но их статья была размещена в архиве (который находится в свободном доступе) 4 ноября 2014 года. Так что это не новость! По крайней мере, Росс подождал, пока статья будет опубликована в рецензируемом журнале, чего команда BICEP2 не сделала.
Но подождите! Команда с Южного полярного телескопа не сделала никаких заявлений о таком открытии или «доказательстве» инфляции в той самой статье, из которой Росс получает свои доказательства. Не странно ли?
Скалярный спектральный индекс
Заявление Росса об обнаружении эпохи инфляции исходит из его веры в Большой взрыв. Он писал:6
«Сигнал E-моды достаточен для определения скалярного спектрального индекса (ns) спектра реликтового излучения. Для Вселенной, в случае инфляции, ns равен 1.0 или выше. Для Вселенной, которая имела простое инфляционное событие, ns равен ровно 0,95. Для Вселенной, которая имела сложное инфляционное событие, ns равен 0.96-0.97».
Скалярный спектральный индекс предположительно связан с первичными флуктуациями плотности в ранней Вселенной. И логично предположить, что эти флуктуации плотности оставили свой отпечаток на реликтовом излучении. Моделирование различных типов инфляции показывает, что это число будет отличаться от единицы. Если ns < 1.0, то Вселенная должна была иметь инфляционное событие, говорят ученые.
Очевидно, Росс не извлек уроков из фиаско с BICEP2. Он «верит», что смоделированные результаты могут означать только одно. Есть две очевидные проблемы с этим утверждением, помимо любого возможного «доказательства», которое могло бы показать, что это единственная возможная интерпретация этого числа.
Одна из проблем заключается в том, что для определения значения ns делается много непроверяемых предположений. Спектр мощности поляризационного сигнала Е-моды реликтового излучения на определенных частотах фильтруется и генерируется с использованием определенных космологических допущений, в которых предполагаютя или извлекаются другие эффекты. Большая часть Е-моды поляризации, как ожидается, произошла в более позднее время в эволюции Вселенной, чем предполагаемая эпоха инфляции.
При извлечении смоделированных параметров, спектральный индекс шкалы которых равен 1, объединяются данные спутников WMAP [Wilkinson Microwave Anisotropy Probe/космический аппарат НАСА, предназначенный для изучения реликтового излучения — прим. ред.], Планк [Planck — астрономический спутник, созданный для изучения вариаций космического микроволнового фона — прим. ред.] и других. При сравнении данных наблюдений со стандартной космологией Большого взрыва модели ΛCDM используются 10 свободных параметров. Все это делается в попытке интерпретировать информацию с самых ранних эпох Большого взрыва. Росс пишет:
«Их измерения в сочетании с лучшими результатами спутников WMAP и Planck дали наиболее точное определение ns на сегодняшний день. Значение, которое они опубликовали: ns = 0,9593 ± 0,0067».6
Он говорит о точности, что неверно, потому что точность означает, что вы знаете, каково абсолютное фундаментальное значение параметра на самом деле. Без откровения от Бога никакое космологически определенное число не может иметь точности. Он должен, конечно, иметь в виду точность, которая включает в себя как систематические, так и статистические ошибки.
Росс цитирует одно стандартное отклонение (1σ) от значения ns, приведенное в статье1 (±0.0067 при 68% C. L.), из которого он вычисляет свои заявленные 99.9999999% уверенности в том, что Вселенная подверглась инфляции.9 Эффект, обнаруженный с уверенностью, превышающей 99,99994% (или 5σ), обычно считается открытием.10
Но из таблицы 3 в работе команды Южного полярного телескопа видно, что включение результатов поляризации E-моды очень мало влияет на значение большинства стандартных параметров космологии модели ΛCDM. Они были приняты до исследования (определены из других данных съемки, в том числе со спутника Планк). Таким образом, по сути, эти новые результаты очень мало изменяют какие-либо из их параметров, особенно значение скалярного спектрального индекса (ns).
Когда в 2013 году были опубликованы данные поляризации со спутника Планка11, было получено очень похожее число (ns = 0,9603 ± 0,0073 в сочетании с данными WMAP), но тогда не было сделано никаких заявлений о доказательстве инфляции.12 Следуя той же логике, которую использовал Росс, этот результат эквивалентен утверждению, что Вселенная подверглась инфляции с 99,9999934% достоверности13, что также выше уровня достоверности для открытия.
Статистически это то же самое, что сказать, что существует менее 1 шанса из 15 000 000, что Вселенная не имела инфляционного события. Так почему же в 2013 году таких претензий не было?
Теперь требование в пользу того, что инфляционное событие действительно произошло, зависит от значения ns. Но что требуется, чтобы это число было меньше единицы (чтобы «доказать», что инфляция действительно произошла)? Моделирование. В зависимости от формы теории инфляции математическое моделирование показывает, что ns отличается от 1 из-за типа и мощности предполагаемых первичных гравитационных волн, генерируемых физикой ранней Вселенной. Таким образом, логика полностью зависит от моделей эпохи инфляции. Что, если все модели ошибочны, потому что инфляции никогда не было?
В космологии, как вы можете быть уверены, что у вас есть уникальные доказательства? Может ли какой-то другой эффект объяснить тот же результат? Например, было показано, что пылевое излучение из галактики является причиной эффекта, который команда BICEP2 увидела в B-моде поляризации реликтового излучения.8 Оказалось, что это не из-за первичных гравитационных волн. Верующие (в теорию), конечно, надеются, что они действительно найдут такой эффект, но не является ли это признаком того, что модель или мировоззрение определяет то, что мы ищем?
Расширение Вселенной
Росс допускает, что расширяющаяся Вселенная сильна, несмотря на непроверяемое предположение о существовании темных сущностей, необходимых для этого.14 Он даже утверждает, что об этом говорят библейские тексты. Росс цитирует несколько стихов из Священных Писаний в поддержку космологического расширения Вселенной. Но тщательное изучение значения и смысла еврейских слов в этих местах показывает, что у древних народов не было аналога концепции стандартной космологии расширения.15
В лучшем случае эти стихи описывают не большее расширение, чем растяжение материала шатра или навеса, а в некоторых случаях — кованой меди. Материал может растягиваться на несколько процентов от своего размера, но, безусловно, нет концепции линейного расширения в 1 100 раз, как это требуется для реликтового излучения. Если вы включаете стадию инфляции, коэффициент линейного расширения увеличивается до более чем 1029.
Росс писал, что «продолжающееся расширение с тех пор» было библейским предсказанием. Но если говорить, что Библия предсказала расширение Вселенной, включая космическую инфляцию, потому что она ссылается к словам «с самого начала», тогда это предсказание должно интерпретироваться как включающее гигантское «растяжение» и «распространение».
Но он цитирует стихи из книги Исаии, в которой автор использует выражения «простирает небеса как занавес» и «расстилает их как шатер»(40:22). Это — сравнения, и как таковые они должны нести некоторое соответствие предполагаемому значению. Но я никогда не слышал, чтобы палатку натягивали в 1029 раз. А вы слышали?
Охлаждение реликтового излучения, по-видимому, также описано в Библии согласно Россу. Он утверждает:
«Всепроникающий закон распада, который подразумевает непрерывное охлаждение космоса».
Далее Росс процитировал Римлянам 8:18-22. Ключевой стих здесь, Римлянам 8:22, утверждает, что все творение страдает в агонии. Этот стих описывает последствия проклятия из-за грехопадения, что влечет за собой появление смерти и страдания в «очень хорошем» творении Бога (то, что, как говорит Росс, предшествовало греху). Получить из этого Второй закон термодинамики, закон распада,16 несколько затруднительно, но именно это он и имеет в виду.
Нет никаких сомнений в том, что мы видим распад, а также изолированные системы, стремящиеся к равновесию. Это приводит к охлаждению. Это — экспериментальные факты. Но что не доказано, так это то, что Вселенная расширяется, и в результате расширение спровоцировало адиабатическое охлаждение в реликтовом излучении.
Сказать, что Писание имело в виду именно это, значит явно прочесть в нем больше, чем намеревался сказать нам Автор.
Это правда, что Библия описывает «единственное начало материи, энергии, пространства и времени» (слова Росса). В Бытие 1:1 говорится, что Бог создал Вселенную. Но Бытие 1 и Исход 20:11 также утверждают, что Он сделал это за шесть 24-часовых дней, не в Большом взрыве и не с последовательностью событий, которую предполагает эволюция Большого взрыва.17 Подразумевать, что любой стих из Библии описывает Большой взрыв — инфляционное происхождение — это действительно преувеличение (никакой игры слов).
Наконец, Росс утверждает, что Библия поддерживает «постоянные законы физики», с чем я согласен. Законы физики являются частью созданного Богом порядка, и мы знаем, что можем доверять Ему, Который остается постоянным на протяжении всего времени (Евреям 1:11, 13:8). Эта библейская перспектива была положена в основу развития современной науки, будучи стимулированной Реформацией, когда авторитет Библии был вновь открыт.18
Однако предположение, что эти законы являются продуктом инфляционного горячего Большого взрыва ранней Вселенной, как утверждают многие светские (или языческие) космологи-теоретики, а не продуктом Творца — это позиция, которую Росс должен перенять, если он считает, что Библия описывает Большой взрыв. Где он проводит черту? Есть и другие теоретики, такие как Пол Дэвис, которые верят не в то, что Бог создал законы и Вселенную, а в то, что законы создали Вселенную без всякого Творца.19
Вывод
В своей статье Росс перегнул палку, когда сказал, что Библия рассказывает о расширении Вселенной путем инфляции. Он заявил, что космическая инфляция теперь доказана, даже когда светские космологи этого не утверждали. Совершенно очевидно, что Росс не понимает космологии. Некоторые светские теоретики показывавают это, когда говорят:
«Космология... это не наука».20
Вселенная возникла во времени. Это единственное сходство между библейским рассказом и рассказом о Большом взрыве. Это сходство, однако, в том, что Большой взрыва требует, чтобы расширяющаяся Вселенная имела происхождение во времени. Однако Библия не настаивает на расширении Вселенной, поэтому она не поддерживает остальное, включая Большой взрыв.
Но даже само происхождение во времени сейчас подвергается нападкам со стороны секуляристов, которым это не нравится. Что будет делать Росс, если и когда светские космологи примут вечную вселенную Большого взрыва?21, 22 Чем станет тогда богословие Хью Росса, Уильяма Лейна Крейга и им подобных?
-
[^1]: Crites, A.T., et al., Measurements of E-Mode Polarization and Temperature-E-Mode Correlation in the Cosmic Microwave Background from 100 Square Degrees of SPTpol Data, Astrophysical Journal805(1):36, 2015 | doi: 10.1088/0004-637X/805/1/36.
[^2]: Рассеяние Томсона происходит, когда низкоэнергетические фотоны упруго рассеиваются фотонами. Высокоэнергетические фотоны часто дают энергию электронам, поэтому рассеянные фотоны имеют меньшую энергию (поэтому более длинную длину волны), называемую комптоновским рассеянием/эффектом Комптона.
[^3]: E и B являются общими символами в физике для электрического и магнитного полей, соответственно. Поляризация излучения может быть разложена на две составляющие — E-мода (радиальная, без завитков) и B-мода (круговая, без дивергенции). В космологии Большого взрыва поляризация E-моды реликтового излучения, как говорят, является результатом комптоновского рассеяния, в то время как B-моды не являются магнитными полями, а являются результатом гравитационных эффектов линзирования.
[^4]: Hartnett, J.G., Has the ‘smoking gun’ of the ‘big bang’ been found?, 20 March 2014; creation.com/bbgun.
[^5]: Д-р Росс продвигает идею о том, что «сотворение» происходило постепенно в течение миллиардов лет, что влечет за собой смерть и страдания до падения Адама, что подрывает Евангелие, благость Бога и эсхатологию. Он также утверждает, что Ноев потоп был локальным событием. Его взгляды критикуются в статьях, перечисленных здесь: Progressive Creationism
[^6]: Ross, H., Cosmic Inflation: It Really Happened, reasons.org, 3 August 2015.
[^7]: Hartnett, J.G., New study confirms BICEP2 detection of cosmic inflation wrong, 5 February 2015; creation.com/inflation-wrong.
[^8]: Hartnett, J.G., Hey, not so fast with the Nobel Prize!, 3 April 2014; creation.com/inflation-doubt.
[^9]: Это означает, что инфляционное событие произошло в пределах более чем 6 стандартных отклонений (6σ).
[^10]: Сотрудники по поиску криогенной темной материи однажды заявили, что некоторые удары в их данных могут быть слабо взаимодействующими массивными частицами (WIMP) на уровне 3σ. Но это было не открытие. И было обнаружено, что утверждение о сверхсветовых нейтрино неверно, хотя оно было из результата 6σ. Для получения дополнительной информации см. Hartnett, J.G., Our galaxy near the centre of concentric shells of galaxies?, 26 May 2014; biblescienceforum.com.
[^11]: Planck Collaboration (2013), Planck 2013 results XVI, Cosmological parameters, Astronomy & Astrophysics 571: (A16), See Table 2, p. 12, November 2014 | http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201321591.
[^12]: В 2013 году анализ данных WMAP за девять лет дал аналогичный результат (ns = 0.972 ± 0.013), см. Nine-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations: final maps and results, The Astrophysical Journal Supplement Series 208(2), September 2013. And an online review paper, Lahav, O. and Liddle, A.R., The Cosmological Parameters, September 2011, quotes ns = 0.967 ± 0.014. Эти результаты имеют двойные ошибки последней статьи, но все же ns <, 1.0. Однако никаких заявленных доказательств инфляции не было сделано еще в 2011 году.
[^13]: Это означает, что событие инфляции произошло в пределах 5.4 стандартных отклонений (5.4σ)
[^14]: Hartnett, J.G., ‘Dark photons’: another cosmic fudge factor, 18 August 2015; creation.com/dark-photons.
[^15]: Hartnett, J.G., Does the Bible really describe expansion of the universe?, J. Creation 25(2):125–127, August 2011; creation.com/expansion?
[^16]: Лучшим выбором было бы объяснение к Евреяи 1:10-11: «... небеса — дела Твоих же рук, они погибнут, ... И станут все как ветхая одежда».
[^17]: Hartnett, J.G., The big bang is not a Reason to Believe, 20 May 2014; creation.com/bang-not-reason.
[^18]: Sarfati, J., The biblical roots of modern science, 29 Sept 2009; creation.com/roots.
[^19]: Hartnett, J.G., The singularity—a ‘Dark’ beginning, 15 July 2014; creation.com/dark-beginning.
[^20]: Hartnett, J.G., The big bang is pagan philosophy, 15 August 2015; biblescienceforum.com.
[^21]: Hartnett, J.G., Rainbow gravity means an eternal universe, 16 July 2015; biblescienceforum.com.
[^22]: Hartnett, J.G., An eternal big bang universe, 26 February 2015; creation.com/eternal-big-bang.
