Космос
Креацентр > Статьи > Космос > Проблемы Большого Взрыва

Проблемы Большого Взрыва

С конца 1960-х годов одним из самых громких критиков стандартной космологии был Галтон "Чип" Арп. В двух популярных книгах1 Арп изложил много своих возражений. Значительная часть его работы касается квазаров. Первыми квазарами были точечные радио источники, обнаруженные в 1961 году. Они оказались слабыми синими звездами с несколькими неопределенными эмиссионными линиями. В 1963 г. Мартин Шмидт показал, что спектральные линии в одной из этих "радиозвезд" представляют собой линии эмиссии водорода, обычно находятся в ультрафиолетовой части спектра. Чтобы их можно было увидеть в видимой части спектра, спектральные линии должны были сместиться на 17%. Это огромное красное смещение, которое было космологическим, указывало, что объекту должно быть более миллиарда световых лет. Наблюдаемая яркость означала, что радиозвезда должна быть намного ярче, чем типичная яркая галактика.

Квазар

В то же время архивные измерения вариаций яркости радиозвезды на протяжении многих лет показали, что свет неравномерно менялся в течение всего нескольких месяцев. Это толковалось так, что объект был размером не более лишь несколько световых месяцев (расстояние, которое свет проходит за месяц). Это необходимо, потому что любые изменения яркости должны быть вызваны определенным механизмом. Там должен быть некий "переключатель", который сообщал материалу в квазаре, чтобы становиться ярче, а затем, чтобы становиться слабее. Сигнал должен передавать эту информацию. Для небольшого объекта такой сигнал может проходить по всему объекту практически мгновенно. Однако для большого объекта будет некоторая задержка передачи этого сигнала. Продолжительность времени для распространения сигнала, а, следовательно, и периода изменчивости, ограничивается скоростью сигнала и размером объекта. Самая быстрая известная скорость распространения - это скорость света. Если объекту необходим месяц, чтобы поменяться в яркости, то это может быть не более чем легкий месяц в размере. Это верхний предел - фактический размер, который является, вероятно, меньше.

Проще говоря, эта радиозвезда должна быть очень яркой и маленькой. Как может что-то быть настолько маленьким, но настолько мощным? Было введено новое имя, квази-звездный объект (QSO), и это имя впоследствии стало контрагентом к "квазару".

В течение последующих лет было обнаружено еще много квазаров (сейчас их известно более 20 000), и, естественно, было собрано гораздо больше данных. Например, первые квазары были радиошумными, то есть они отдавали значительную энергию в радио-части спектра. Однако многие квазары, которые выделяют мало или вообще не имеют радиоизлучения, сейчас также известны. Они называются радиоспокойными. Квазары были найдены с различными красными смещениями, но все квазары красных смещений очень высоки. Если предположить, что связь Хаббла является действительной, их высокие красные сдвиги позволяют предположить, что квазары находятся на огромных расстояниях. Многие квазары, пожалуй, имеют нечеткие светила вокруг них, которые, по мнению астрономов, являются светом галактик, на которых расположены QSO.

Появилась картина, где квазары являются основными галактиками. Действительно, стволы многих галактик без сопутствующих квазаров проявляют квазарные свойства. Разработана теория, чтобы объяснить, как квазары могут быть настолько маленькими, но настолько мощными. Мы считаем, что квазар - массивная черная дыра, содержащая миллионы массивов солнечных масс материала, который накапливает материю с орбитального диска. Когда материал спускается в крутой гравитационный потенциал ямы черной дыры, выделяется огромное количество энергии. Подобные теории были разработаны, чтобы объяснить несколько менее экзотические переходы в галактических ядрах. В последние годы наблюдения с космического телескопа Хаббла обнаружили строгие доказательства массивных черных дыр в соседних галактиках.

В итоге астрономы обычно считают, что квазары являются чрезвычайно отдаленными, яркими, маленькими объектами. Единственной теорией, которую мы знаем, которая может объяснить свойства квазаров, заключается в том, что они оснащены супер массивными черными дырами. Арп назвал всю эту картину квазаров сомнительной. Он предположил, что красные смещения квазаров НЕ космологические, а следовательно, квазары не так далеко, и они не настолько внутренне яркие. Если это правда, то нет большой тайны в том, что является квазиарами. Арп сомневается в принципе, что красные смещения являются космологическими. Как он это сделал? Он предложил ряд доказательств, которые мы сейчас обсудим.

NGC 4319

Арп сфотографировал несколько галактик, которые, как оказалось, взаимодействуют с другими галактиками или квазарами. Одним из лучших примеров является NGC 4319, который, как оказалось, имеет светлый мост между собой и соседней галактикой. Арп утверждает, что светлый мост - это материал, который движется от одной галактики к другой. Для этого две галактики должны находиться примерно на одном и том же расстоянии от нас. Однако, когда измеряются красные сдвиги двух галактик, они очень разные, что указывает на то (через связь Хаббла), что две галактики лежат на значительно отличающихся расстояниях. Если это правда, то две галактики не могут взаимодействовать, как это предлагается на фотографиях. Как критики Aрп отреагировали на это? Они утверждают, что светлый мост является артефактом или иллюзией. Вопрос действительно сводится к тому, считаете ли вы, что красные переходы говорят нам, или считаете ли вы, что изображение, как нам кажется, говорит нам. Одним из лучших примеров галактического взаимодействия является NGC 4319, который, как оказалось, имеет светлый мост между собой и Маркарианом 205.

Арп нашел другие галактики и / или квазары, которые показывают, как выглядит вооружение материала от одного предмета к другому. В некоторых случаях эти оружия сгибаются на своеобразных углах и указывают на гравитационное взаимодействие между объектами. В каждом случае объекты имеют радикально различные красные сдвиги, что означало бы, что объекты имеют очень разные расстояния, если красные смещения являются космологическими. Критики Арпа ответили, что, хотя эти криволинейные обложки материала реальные, эти предметы являются случайными выравниваниями. То есть оба объекта, как оказалось, взаимодействуют, поскольку они ложатся точно в одном и том же направлении, и один из объектов имеет своеобразную руку, которая, кажется, заканчивается на другом объекте. Противники Арпа, спрашивают, какова вероятность выравнивания таких случаев. Эти вероятности мы сейчас коротко обсудим.

Другая линия доказательств того, что Aрп преследовал, заключается в выравнивании квазаров вокруг соседних галактик. Он нашел примеры близких галактик, которые квазары собрали про них. Если квазары находятся на фантастических расстояниях, то они должны быть случайно распределены на небе с некоторой средней плотностью. В случаях, когда квазары сосредоточены вокруг галактик, плотность квазара в окрестностях галактик превышает среднюю плотность квазара на порядок величины. Арп приходит к выводу, что такие усиления плотности, которые просто вышли с галактиками переднего плана, чрезвычайно маловероятны. Он считает, что более целесообразно сделать вывод, что квазары, о которых идет речь, физически связаны с галактикой, вокруг которой они сжимаются, и, следовательно, не находятся на больших расстояниях.

Изображение Хаббла слева, снятое широкоформатной планетарной камерой2, показывает блестящий квазар, но немного больше. Дифракционные шипы показывают, что квазар действительно является источником света (как звезда), поскольку "центральный двигатель" черной дыры настолько компактен. После того, как ослепительная "фара света" квазара была заблокирована ACS (справа), галактика-хозяин появляется.

Квазар и материал

Одно дело, критиковать стандартную теорию, Другое дело - заменить это понимание своей собственной. Как оценивает Арп, как квазары физически связаны с галактиками-хозяевами? Он считает, что квазары были выброшены из галактик. Чтобы подтвердить это утверждение, Арп нашел примеры квазаров, которые не только сгустились вокруг галактики, но и вдоль линии. В некоторых случаях эта линия совпадает со струей материала, который, очевидно, стреляет из галактик. Арп считает, что квазары выбрасываются на большой скорости из галактик, но по каким-то причинам мы видим только те, которые удаляются от нас. Возможно, те, которые движутся к нам (видимо, половина из них), как-то затемнены.

Критикам Арп ответил, что независимо от того, насколько маловероятно, что эти выравнивания могут показаться, они случались и, следовательно, имели вероятность1. Они обвиняют Арпа в неправильной формулировке вопроса. Они говорят, что он должен спросить о вероятности, прежде чем он найдет эти данные, а не сначала искать данные, а затем задавать вероятность. Это может показаться придиркой, но для этой критики существует определенная действительность.

Другой пример может проиллюстрировать это лучше. Какова вероятность того, что выигрышная монета выпадет до десятков раз подряд? Это было бы ? к десятой мощности. Какова вероятность того, что десятый бросок будет главным, учитывая то, что предыдущие девять были главными? Тот, кто изучил теорию вероятностей, быстро поймет, что вероятность ?. Вероятность одиночного броска не зависит от предыдущих бросков. Как и когда формулируется вопрос, критически важный для расчета вероятностей. Независимо от того, насколько неправдоподобным может оказаться рассуждение Aрпа, его критики настаивают на том, что это происходило, и поэтому их вероятность составляет 1.

ЭТА ЛИНИЯ РАЗМЫШЛЕНИЯ ПУТАЕТ

ИСТОРИЧЕСКИЕ И НАУЧНЫЕ ВЕРОЯТНОСТИ

Эта линия рассуждений путает исторические и научные вероятности. Исторические вероятности - 1 или 0 - или произошло что-то или нет. Рассмотрим пример своего существования. Мое существование не является научным вопросом, оно историческое. Я существую, поэтому вероятность моего существования составляет 1. Мы можем научно подойти к вопросу о вероятности того, что я пришел случайным образом, и этот результат является чрезвычайно отдаленным. Наука высчитывает вероятности событий независимо от того, когда происходит расчет. Газеты, исторические записи или другие свидетельства очевидцев говорят нам, историческая вероятность составляет 1 или 0.

Мы постоянно используем подход Aрпа для исключения многих объяснений явлений на таких основаниях. В некоторых уголовных делах используются данные ДНК. ДНК-тест не может однозначно идентифицировать человека как возможность отпечатков пальцев. Вместо этого, он просто говорит нам, насколько хорошо ДНК соответствует подозреваемому, и вероятность того, что она будет совпадать с другим случайно отобранным человеком. Предположим, что в конкретном случае ДНК совпадает с подозреваемым, и нам сказано, что матч будет таким же хорошим только в одном случае на миллион. По оценкам большинства людей, это было бы достаточно убедительным свидетельством вины. Однако, если в месте, в котором было совершено преступление, было три миллиона человек, защита могла бы утверждать, что, вероятно, было еще два человека, которые могли бы совершить преступление. Конечно, обвинение может прибегнуть к аргументу вероятности, спрашивая, какова вероятность того, что подозреваемый и настоящий владелец ДНК совпадают так хорошо. Предполагая невиновность своего клиента, защитники могли бы утверждать, что столь же маловероятно, как научная вероятность, историческая вероятность составляет 1, потому что это произошло.

В качестве другого примера рассмотрим ведро с песком, сброшенное на стол. Каждый раз, когда мы сбрасываем песок, отдельные песчинки попадают в разные места. Мы могли бы сбросить песок на стол миллиард раз, и песок никогда бы не рассыпался одним и тем же способом дважды. Иначе говоря, каждое высыпание было бы столь невероятным. Поскольку песок высыпается, он должен оказаться в определенном расположении, мы не удивляемся, когда песок выпадает определенным образом. Хотя конкретный результат любого отдельного высыпания очень маловероятен, каждый случается в историческом смысле, потому историческая вероятность того, что это произошло, - 1. Однако предположим, что вы вошли в комнату, где я говорил тебе, что я просто сбросил песок на стол. После осмотра вы заметили, что некоторые из песчинок составляют контуры нескольких букв. Когда вы прочитаете письмо, вы обнаружите, что они представляют собой преамбулу к Конституции Соединенных Штатов. Конечно, ты не поверил бы ни на секунду, что это был результат случайного сброса песка, и вы бы обвиняли меня в написании песком таким образом. Однако я мог бы представить это как маловероятное, как это кажется, это произошло, поэтому вероятность 1.

Перед лицом моего неприличного настаивания на том, как это произошло, как вы могли преследовать аргумент вероятности? Вы могли бы вычислить научную вероятность того, что песок сам создал эти слова случайно. Вы обнаружите, что вероятность настолько мала, что она может быть приравнена к 0. Вы бы тогда узнали, что в этом историческом случае вероятность 1 заключается в том, что песок был размещен так вручную, а не случайным сбрасыванием. Критики, отрицающие аргумент вероятности Арпа, путают научные и исторические вероятности.

Арп продолжал свою работу с некоторыми крупнейшими телескопами в мире до 1986 года, когда группа влиятельных астрономов, выступавших против него, сговорилась лишить его этого времени на телескоп. Они дали понять, что отныне он может проводить больше традиционных исследований, но его работа была завершена. Во время этого возмутительного действия Арп ушел на пенсию из Калифорнийского технологического института и принял позицию в Германии. По оценкам меньшинства астрономов, работа Арпа никогда не была успешно опровергнута, но ее просто критиковали.

Aрп ставит под сомнение предположение о том, являются ли красные сдвиги космологическими, то есть если расстояние связано с красным смещением через связь Хаббла. Если Арп был прав, то не так уж и понятно, что Вселенная расширяется. Если Вселенная не расширяется, то большой взрыв не является жизнеспособной теорией, поскольку эта модель была разработана для объяснения расширения. Арп отвергает большой взрыв, хотя он, видимо, не исключает расширения вселенной как такового. Вместо этого Арп считает, что, хотя красное смещение часто отражает расстояние, это не всегда происходит так. Он считает, что существует несколько крупных доплеровских движений, которые накладываются на течение Хаббла.

Космология Арпа - это вариант стационарного состояния. В стационарной модели квазары не могут быть отдаленными. Если квазары все же далеко, то их большие расстояния означают время осмотра. Это значит, что мы смотрим на квазары не так, как они появляются сегодня, но, как они появились давно. Тот факт, что мы не видим вблизи квазаров, должен означать, что они сегодня больше не существуют во Вселенной. Поэтому вселенная будет выглядеть по-разному в разное время, что будет нарушать идеальный космологический принцип, основное предположение о стойкой теории.

Мы должны переосмыслить важный лист работы Aрпа. Если во многих случаях красные сдвиги не являются космологическими, то надо сомневаться в том, что красные сдвиги в любом случае являются космологическими. Если красные сдвиги не космологические, то Вселенная не расширяется, а теория большого взрыва невозможна.

Квантовое красное смещение

Начиная с 1970-х годов астроном по имени Уильям Тиффт обнаружил, что красные смещения галактики не равномерны и непрерывно распределены, а вместо этого квантуются. В физике что-то квантуется, если измерения свойств той вещи предусматривают определенные дискретные значения, а не значения между ними. Одной из основ квантовой механики, физики таких малых систем, как атомы, является квантование энергии. То есть энергия поступает в небольших единицах, а энергии не существует между этими единицами. Тиффт обнаружил, что красные смещения, как правило, имеют место в кратных 72 км/сек. Более поздние исследования нашли другие множества.

Существует несколько неправильное представление по этому поводу. Многие ошибочно полагают, что квантование оказывается в красных смещениях, как это наблюдается. Это не так. Ожидаемые красные смещения должны быть исправлены для местных движений. Мы уже некоторое время знали, что солнечная орбита в Галактике Млечного Пути составляет около 250 км / сек, и также движется Млечный Путь и местная группа галактик. Когда применяются эти исправления и накладывается гистограмма красных смещений галактики, то становится очевидной группа красных смещений в кратных 72 км / сек. Одна разница между квантованными красными смещениями и квантованием возникает в квантовых механических системах, которые состоят в том, что квантование квантовых механических систем абсолютная (без исключений), тогда как красные смещения галактики имеют исключения. То есть, когда квантовые механические частицы, такие как электроны, никогда не наблюдаются, что падает между двумя соседними квантами, красные смещения галактики часто падают между интервалами 72 км / сек.

Что значит квантование красного смещения для космологии? Не понятно, что это значит. Хотя большинство космологов сомневаются в том, что квантование является реальным, никто не мог дискредитировать это. В отличие от работы Арпа, оно не зависит от научных аргументов вероятности. Почему космологи настолько выступают против квантования красного смещения? Прежде всего потому, что они не могут найти причин для него, и модель большого взрыва не может ее объяснить. Вся эта тема является достаточно новой, и в ней нужно еще разбираться. Это может превратиться в главную проблему для теории "большого взрыва".

С другой стороны, предложенная космологическая модель, созданная на основе сотворения, не имеет проблем с квантованными красными смещениями. Поскольку квантованные энергетические уровни были фундаментальными для установления квантовой механики, возможно, квантованное красное смещение будет ключевым в поиске новой космологии.

ЦБ РФ

Изображение галактики Млечный путь

Ранее мы видели, что ЦБ был хорошим прогнозом модели "большого взрыва". В то же время свойства ЦБР могут быть проблемой для большого взрыва. Ранняя Вселенная должна была быть очень гладкой. Иначе любые незначительные усовершенствования плотности могли бы выступать в качестве гравитационного семени для сбора вещества, и большая часть материи во Вселенной была бы давно втянута в черные дыры. С другой стороны, если бы Вселенная была точно гладкой, то не было ни гравитационного семени, чтобы создать структуру, которую мы видим. Вселенная выглядит деликатно сбалансированной между этими двумя крайностями. Кстати, это еще один аргумент для разработанного антропного принципа.

Незначительное увеличение плотности в ранней Вселенной, которое якобы позволило их тяжести собирать вещество в галактики и другие структуры, которые мы видим сегодня, называются неоднородностями. Из теории большого взрыва космологам удалось рассчитать, насколько отличается неоднородность ранней Вселенной от той, которую мы видим сегодня. Эта неоднородность должна была оставить свой отпечаток на ЦБ РФ. В течение 1980-х годов для измерения расчетной неоднородности был построен космический зонд COBE. Поскольку первые данные с COBE были собраны в начале 1990-х годов, мы обнаружили, что ЦБ был абсолютно гладким. Только после того, как два года исследовали данные очень мощным статистическим методом, исследователи СОВЕ утверждали, что нашли желаемую неоднородность. Это было признано подтверждением теории большого взрыва, но было ли это?

Эксперимент COBE был специально разработан для поиска ожидаемой неоднородности, но эксперимент не смог найти ее по назначению. Это произошло потому, что неоднородность в конечном итоге утверждала, что она был на порядок ниже той, что была предусмотрена. Как прогноз может быть подтвержден, когда он был на повестке дня? После открытия модели большого взрыва была усовершенствована для учета низшей, чем ожидалось, неоднородности. Большинство сообщений о том, что было потеряно, заключается в том, что данные не совсем соответствуют прогнозам, как это часто утверждают. Такого рода рассуждения слишком часто случались с моделью "большого взрыва". Соответствие теории и измерения провозглашается только после того, как данные были использованы для изменения модели, чтобы "предусмотреть" измерения.

Дальнейший вопрос остается или неоднородность была найдена. Только после того, как очень сильные статистические методы были применены к данным, кто-то утверждал, что ожидаемые неоднородности были обнаружены. Никто не мог указать на определенное направление в космосе и сказать, что это была область высокой или низшей, чем средняя температура. Тем не менее, большинство ученых убедились, что изменения температуры действительно были найдены. Представьте, если астроном показал тебе сотни звезд в темном небе, а потом начал говорить вам, что он уверен на 100%, что три из этих звезд - это не звезды, а на самом деле планеты. Единственная проблема заключается в том, что он не может указывать на какую-либо индивидуальную звезду и с полной уверенностью сказать, что она действительно является планетой. Большинство людей в лучшем случае считают такое предложение странным.

Различные проблемы с большим взрывом стали настолько широко признанными, что мало кто заметил многочисленные трудности, или осознал многочисленные способы изменения модели для решения некоторых из этих проблем. Некоторые из них уже обсуждались ранее, но их следует упомянуть и здесь. Большой взрыв зависит от космологического принципа, но является ли космологический принцип настоящим? На местном уровне галактики явно объединяются в скопления, но большинство космологов предполагают, что это затухания исчезает в значительной степени. Большие обследования распределений галактик показали, что трещины и длинные нити галактик, как, оказалось, являются нормой на крупнейших масштабах, которые были рассмотрены. Предполагается однородность Вселенной, но все улики указывают на то, что Вселенная не является однородной. Или, другими словами, нет никаких доказательств того, что Вселенная действительно является однородной. Что касается изотропии, то ранее упомянутое исследование поляризации отдаленных источников радиосигнала указывает на то, что во Вселенной существует некая фундаментальная анизотропия. Поэтому существует серьезное сомнение, что космологический принцип, на котором базируется модель большого взрыва, является истинным.

Спутник СОВЕ

Эксперимент COBE был разработан для измерения вариаций в ЦБР, предусмотренных стандартной моделью большого взрыва. COBE не удалось обнаружить прогнозируемые варианты, но исследования данных утверждают, что они нашли вариации данных на уровне на порядок ниже, чем предполагалось моделью. Как-то это было признано триумфом теории большого взрыва. Мало кто, наверное, понимает, что теория "большого взрыва" была перестроена, чтобы соответствовать данным. Хотя выявление вариаций в ЦБ может быть заявлено как качественная победа, они, безусловно, являлись количественной несостоятельностью. Проблемы горизонта и плоскости описаны в предыдущем разделе. Инфляция была создана для объяснения этих и других проблем. Инфляция не является общепринятой, она страдает от некоторых собственных проблем, и это допускает спекуляции, поскольку в это время может быть протестировано мало, если они есть. Большинство людей, которые поддерживают большой взрыв, настаивают на том, что инфляция и пересчет большого взрыва согласно данным СОВЕ является лишь усовершенствованием модели. Однако другие вполне справедливо рассматривают их как попытки исправления ошибочной теории.

Автор: д-р. Дени Фаулкнер

Дата публикации: 11.06.2013

Источник: Answers in Genesis

 

Перевод: Литус П.

Редактор: Кравец Д.

 

Ссылки:

  1. H. Arp, Quasars, Redshifts, and Controversies (Berkeley, CA: Interstellar Media, 1987), and Seeing Red: Redshifts, Cosmology, and Academic Science (Montreal, Canada: C. Roy Keys, Inc., 2002).

Написать коментарий