Космос
Креацентр > Статті > Космос > Проблеми Великого Вибуху

Проблеми Великого Вибуху

Квазар

З кінця 1960-х років одним з найбільш голосних критиків стандартної космології був Галтон "Чіп" Арп. У двох популярних книгах1 Арп виклав багато своїх заперечень. Значна частина його роботи стосується квазарів. Першими квазарами були точкові радіо джерела, виявлені в 1961 році. Вони виявилися слабкими синіми зірками з кількома невизначеними емісійними лініями. У 1963 р. Мартін Шмідт показав, що спектральні лінії в одному з цих "радіозірок" являють собою лінії емісії водню, звичайно знаходяться в ультрафіолетовій частині спектра. Щоб побачитись у видимій частині спектра, спектральні лінії повинні були зміститись на 17%. Це величезне червоне зміщення, що було космологічним, вказувало, що об'єкту повинно бути більше мільярду світлових років. Спостережувана яскравість означала, що радіозірка повинна бути набагато яскравішою, ніж типова яскрава галактика.

У той же час архівні вимірювання варіацій яскравості радіо зірки протягом багатьох років показали, що світло нерівномірно змінювалося протягом лише кількох місяців. Це тлумачилось так, що об'єкт був розміром не більше ніж всього лише кілька світлових місяців (відстань, що світло проходить за місяць). Це потрібно, бо будь-які зміни яскравості повинні бути викликані певним механізмом. Там повинен бути деякий "перемикач", який повідомляв матеріалу у квазарі, щоб ставати яскравішим, а потім, щоб ставати слабкішим. Сигнал повинен передавати цю інформацію. Для невеликого об'єкта такий сигнал може проходити по всьому об'єкту практично миттєво. Проте для великого об'єкта буде деяка затримка передачі цього сигналу. Тривалість часу для поширення сигналу, а отже, і періоду мінливості, обмежується швидкістю сигналу та розміром об'єкта. Найшвидша відома швидкість поширення - це швидкість світла. Якщо об'єкт займає місяць, щоб змінюватися в яскравості, то це може бути не більше ніж легкий місяць у розмірі. Це верхня межа - фактичний розмір, який є, ймовірно, меншим.

Простіше кажучи, ця радіо зірка повинна бути надзвичайно яскравою та малою. Як може щось бути настільки малим, але настільки потужним? Було введено нове ім'я, квазі-зоряний об'єкт (QSO), і це ім'я згодом стало контрагентом до "квазара".

Протягом наступних років було виявлено ще багато квазарів (зараз їх відомо більше 20 тисяч), і, природно, було зібрано набагато більше даних. Наприклад, перші квазари були радіо шумними, тобто вони віддавали значну енергію в радіо-частині спектра. Проте багато квазарів, які виділяють мало або взагалі не мають радіовипромінювання, зараз також відомі. Вони називаються радіоспокійними. Квазари були знайдені з різними червоними зміщеннями, але всі квазари червоних зсувів дуже високі. Якщо припустити, що зв'язок Хаббла є дійсним, їхні високі червоні зрушення дозволяють припустити, що квазари знаходяться на величезних відстанях. Багато квазарів, мабуть, мають нечіткі світила навколо них, які, на думку астрономів, є світлом галактик, на яких розташовані QSO.

З'явилася картина, що квазари є основними галактиками. Дійсно, стовбури багатьох галактик без супутніх квазарів виявляють квазарні властивості. Розроблено теорію, щоб пояснити, як квазари можуть бути настільки малими, але настільки потужними. Ми вважаємо, що квазар - масивна чорна діра, що містить мільйони масивів сонячних мас матеріалу, що накопичує матерію з орбітального диска. Коли матеріал спускається в крутий гравітаційний потенціал ями чорної діри, виділяється величезна кількість енергії. Подібні теорії були розроблені, щоб пояснити дещо менш екзотичні переходи в галактичних ядрах. В останні роки спостереження з космічного телескопа Хаббла виявили суворі докази масивних чорних дір у сусідніх галактиках.

У підсумку астрономи зазвичай вважають, що квазари є надзвичайно віддаленими, яскравими, малими об'єктами. Єдиною теорією, яку ми знаємо, яка може пояснити властивості квазарів, полягає в тому, що вони оснащені супермасивними чорними дірами. Арп назвав всю цю картину квазарів сумнівною. Він припустив, що червоні зсуви квазарів не космологічні, а отже, квазари не так далеко, і вони не такі внутрішньо яскраві. Якщо це правда, то немає великої таємниці про те, що є квазіарами. Арп сумнівається в принципі, що червоні зміщення є космологічними. Як він це зробив? Він запропонував ряд доказів, які ми тепер обговоримо.

NGC 4319

Arp сфотографував кілька галактик, які, як виявилось, взаємодіють з іншими галактиками або квазарами. Одним з кращих прикладів є NGC 4319, який, як виявляється, має світлий міст між собою та сусідньою галактикою. Арп стверджує, що світлий міст - це матеріал, що рухається від однієї галактики до іншої. Для цього дві галактики повинні знаходитися приблизно на тій же відстані від нас. Проте, коли вимірюються червоні зрушення двох галактик, вони дуже різні, що вказуэ на те (через зв'язок Хаббла), що дві галактики лежать на значно відмінних відстанях. Якщо це правда, то дві галактики не можуть взаємодіяти, як це пропонується фотографіями. Як критики Arp відреагували на це? Вони стверджують, що світлий міст є артефактом або ілюзією. Питання справді зводиться до того, чи вважаєте ви, що червоні переходи говорять нам, або якщо ви вважаєте, що зображення, як нам здається, говорять нам. Одним з кращих прикладів галактичної взаємодії є NGC 4319, який, як видається, має світлий міст між собою та Маркаріаном 205.

Арп знайшов інші галактики та / або квазари, які показують, як виглядає озброєння матеріалу від одного предмета до іншого. У деяких випадках ці зброї згинаються на своєрідних кутах та вказують на гравітаційну взаємодію між об'єктами. У кожному випадку об'єкти мають радикально різні червоні зрушення, що означало б, що об'єкти мають дуже різні відстані, якщо червоні зсуви є космологічними. Критики Арпа відповіли, що, хоча ці криволінійні обкладинки матеріалу реальні, ці предмети є випадковими вирівнюваннями. Тобто обидва об'єкти, як виявляється, взаємодіють, оскільки вони лягають точно в тому ж напрямку, і один з об'єктів має своєрідну руку, яка, здається, закінчується на іншому об'єкті. Суперечники Арпа, запитують, яка ймовірність вирівнювання таких випадків. Ці ймовірності коротко обговорюватимуться на даний момент.

Інша лінія доказів того, що Aрп переслідував, полягає у вирівнюванні квазарів навколо сусідніх галактик. Він знайшов приклади близьких галактик, які квазари зібрали про них. Якщо квазари знаходяться на фантастичних відстанях, то вони повинні бути випадково розподілені на небі з деякою середньою щільністю. У випадках, коли квазари скупчені навколо галактик, густина квазара в околицях галактик перевищує середню щільність квазара на порядку величини. Арп приходить до висновку, що такі посилення густини, які просто вийшли з галактиками переднього плану, надзвичайно малоймовірні. Він вважає, що більш доцільно зробити висновок, що квазари, про які йдеться, фізично пов'язані з галактикою, навколо якої вони стискаються, і, отже, не знаходяться на великих відстанях.

Зображення Хаббла зліва, зняте з широкоформатної планетарної камери2, показує блискучий квазар, але трохи більший. Дифракційні шипи демонструють, що квазар справді є джерелом світла (як зірка), оскільки "центральний двигун" чорної діри настільки компактний. Після того, як сліпуча "фара світла" квазара заблоковано ACS (праворуч), галактика-хазяїн появляється.

Квазар та матеріал

Одне діло, критикувати стандартну теорію, Інша справа - замінити це розуміння своїм власним.. Як оцінює Арп, як квазари фізично пов'язані з галактиками-хазяями? Він вважає, що квазари були викинуті з галактик. Щоб підтвердити це твердження, Арп знайшов приклади квазірів, які не тільки згустилися навколо галактики, але й уздовж лінії. У деяких випадках ця лінія збігається з струменем матеріалу, який, очевидно, стріляє з галактик. Арп вважає, що квазіри викидаються на великій швидкості від галактик, але з якихось причин ми бачимо тільки ті, які віддаляються від нас. Можливо, ті, хто рухається до нас (мабуть, половина з них), якось затемнені.

Критикам Арп відповів, що незалежно від того, наскільки малоймовірно, що ці вирівнювання можуть здатися, вони траплялися і, отже, мали ймовірність1. Вони звинувачують Арпа в неправильному формулюванні питання. Вони кажуть, що він повинен запитати про вірогідність, перш ніж він знайде ці дані, а не спочатку шукати дані, а потім задавати ймовірність. Це може здатися придиранням, але для цієї критики існує певна дійсність.

Інший приклад може ілюструвати це краще. Яка ймовірність того, що виграшна монета випаде до десятків разів поспіль? Це було б ? до десятої потужності. Яка ймовірність того, що десятий кидок буде головним, з огляду на те, що попередні дев'ять були головними? Той, хто вивчив теорію ймовірностей, швидко зрозуміє, що ймовірність ?. Ймовірність одиночного кидка не залежить від попередніх кидків. Як і коли формулюється питання, критично важливо для розрахунку ймовірностей. Незалежно від того, наскільки неправдоподібним може виявитися міркування Aрпа, його критики наполягають на тому, що вони сталися, і тому їх ймовірність становить 1.

ЦЯ ЛІНІЯ МІРКУВАННЯ БЕНТЕЖИТЬ 

ІСТОРИЧНІ ТА НАУКОВІ ЙМОВІРНОСТІ

Ця лінія міркувань плутає історичні й наукові ймовірності. Історичні ймовірності - 1 або 0 - або щось сталося, чи ні. Розгляне приклад свого існування. Моє існування не є науковим питанням, воно історичне. Я існую, тому ймовірність мого існування становить 1. Ми можемо науково підійти до питання про ймовірність того, що я прийшов випадковим чином, і цей результат є надзвичайно віддаленим. Наука вираховує ймовірності подій незалежно від того, коли відбувається розрахунок. Газети, історичні записи чи інші свідчення очевидців говорять нам, чи є історична ймовірність 1 або 0.

Ми постійно використовуємо підхід Aрпа для виключення багатьох пояснень явищ на таких підставах. У деяких кримінальних справах використовуються дані ДНК. ДНК-тестування не може однозначно ідентифікувати людину як можливість відбитків пальців. Замість цього, він просто говорить нам, наскільки добре ДНК відповідає підозрюваному, і ймовірність того, що вона буде збігатися з іншою випадково відібраною особою. Припустимо, що у конкретному випадку ДНК збігається з підозрюваним, і нам сказано, що матч буде таким же хорошим лише в одному випадку в одному мільйоні. За оцінками більшості людей, це було б досить переконливим свідченням провини. Проте, якщо в місці, в якому було скоєно злочин, було три мільйони людей, захист міг би стверджувати, що, ймовірно, є ще дві особи, які могли б вчинити злочин. Звичайно, обвинувачення може вдатися до аргументу ймовірності, запитуючи, наскільки ймовірним є те, що підозрюваний та справжній власник ДНК збігаються так добре. Припускаючи невинуватість свого клієнта, захисники могли б стверджувати, що настільки ж малоймовірно, як наукова ймовірність, історична ймовірність становить 1, бо це сталося.

В якості іншого прикладу розглянемо відро з піском, скинуте на стіл. Кожен раз, коли ми скидаємо пісок, окремі зернові піски попадають в різні місця. Ми могли б скинути пісок на стіл мільярд разів, і пісок ніколи не розсипиться таким же не самим способом двічі. Інакше кажучи, кожне висипання було б настільки неймовірним. Оскільки пісок висипається він повинен опинитися в певному розташуванні, ми не дивуємося, коли пісок випадає певним чином. Хоча конкретний результат будь-якого окремого висипання дуже неправдоподібний, кожен трапляється в історичному сенсі, тому історична вірогідність того, що це сталося, - 1. Однак припустимо, що ви ввійшли в кімнату, де я казав тобі, що я просто скинув пісок на стіл. Після огляду ви помітили, що деякі з піщаних зерен складають контури кількох букв. Коли ви прочитаєте листи, ви виявите, що вони окреслюють преамбулу до Конституції Сполучених Штатів. Звичайно, ти не повірив на секунду, що це був результат випадкового скидання піску, і ви б звинувачували мене в написанні піском таким чином. Однак я міг би протиставити це як малоймовірне, як це здається, це сталося, тому ймовірність 1.

Перед лицем мого непристойного наполягання на тому, як це сталося, як ви могли переслідувати аргумент ймовірності? Ви могли б обчислити наукову ймовірність того, що пісок сам створював ці слова випадково. Ви виявите, що ймовірність настільки низька, що вона може бути ефективною 0. Ви б тоді знали, що в цьому історичному випадку вірогідність 1 полягає в тому, що пісок був влаштований вручну, а не випадковим скиданням. Критики, які заперечують аргумент ймовірності Арпа, плутають наукові та історичні ймовірності.

Арп продовжував свою роботу з деякими найбільшими телескопами в світі до 1986 року, коли група впливових астрономів, які виступали проти нього, змовилися позбавити його цього часу на телескоп. Вони дали зрозуміти, що відтепер він може проводити більше традиційних досліджень, але його робота була завершена. Під час цієї обурливої дії Арп пішов на пенсію з Каліфорнійського технологічного інституту та прийняв позицію в Німеччині. За оцінками меншості астрономів, робота Арпа ніколи не була успішно спростована, але її просто критикували.

Arp ставить під сумнів припущення про те, чи є червоні зрушення космологічними, тобто якщо відстань пов'язана з червоним зміщенням через зв'язок Хаббла. Якщо Арп був правий, то не так вже й зрозуміло, що Всесвіт розширюється. Якщо Всесвіт не розширюється, то великий вибух не є життєздатною теорією, оскільки ця модель була розроблена для пояснення розширення. Арп відкидає великий вибух, хоча він, мабуть, не відкидає розширення всесвіту як такого. Замість цього Арп вважає, що, хоча червоне зміщення часто відображає відстань, це не завжди так робиться. Він вважає, що існує кілька великих допплерівських рухів, які накладаються на течію Хаббла.

Космологія Арпа - це варіант стаціонарного стану. У стаціонарній моделі квазари не можуть бути віддаленими. Якщо квазари все ж таки далеко, то їх великі відстані означають час огляду. Це означає, що ми дивимось на квазари не так, як вони з'являються сьогодні, але, як вони з'явилися давно. Той факт, що ми не бачимо поблизу квазарів, має означати, що вони сьогодні більше не існують у Всесвіті. Тому всесвіт буде виглядати по-різному в різний час, що буде порушувати ідеальний космологічний принцип, основне припущення про стійку теорію.

Ми повинні переосмислити важливий аркуш роботи Aрпа. Якщо в багатьох випадках червоні зрушення не є космологічними, то треба сумніватися в тому, що червоні зрушення в будь-якому випадку є космологічними. Якщо червоні зрушення не космологічні, то Всесвіт не розширюється, а теорія великого вибуху неможлива.

Квантове червоне зміщення

Зміна починаючи з 1970-х років астроном на ім'я Вільям Тіффт виявив, що червоні зміщення галактики не рівномірно і безперервно розподілені, а замість цього квантуються. У фізиці щось квантується, якщо вимірювання властивостей тієї речі передбачають певні дискретні значення, а не значення між ними. Одним з основ квантової механіки, фізики таких малих систем, як атоми, є квантованість енергії. Тобто енергія надходить у невеликих одиницях, а енергія не існує між цими одиницями. Тіффт виявив, що червоні зміщення, як правило, мають місце в кратних 72 км / сек. Пізніші дослідження знайшли інші множини.

Існує трохи неправильне уявлення з цього приводу. Багато хто помилково вважає, що квантованість виявляється в червоних зміщеннях, як це спостерігається. Це не так. Очікувані червоні зміщення повинні бути виправлені для місцевих рухів. Ми вже деякий час знали, що сонячна орбіта в Галактиці Чумацького Шляху становить близько 250 км / сек, а також рухається Чумацький Шлях та місцева група галактик. Коли застосовуються ці виправлення та накладається гістограма червоних зміщень галактики, то очевидна група червоних зміщень в кратних 72 км / сек. Одна різниця між квантованими червоними зміщеннями та квантування, що виникає в квантових механічних системах, полягає в тому, що квантованість квантових механічних систем абсолютна (немає винятків), тоді як червоні зміщення галактики мають вийнятки. Тобто, коли квантові механічні частинки, такі як електрони, ніколи не спостерігаються, що падає між двома сусідніми квантами, червоні зміщення галактики часто падають між інтервалами 72 км / сек.

Що означає квантування червоного зміщення для космології? Не зрозуміло, що це означає. Хоча більшість космологів сумніваються в тому, що квантування є реальним, ніхто не міг дискредитувати це. На відміну від роботи Арпа, це не залежить від наукових аргументів ймовірності. Чому космологи настільки виступають проти квантованого червоного зміщення? Передусім тому, що вони не можуть знайти причин для цього, і модель великий вибух не може її вмістити. Ця вся тема є досить новою і повинна розбиратись. Це може перетворитися на головну проблему для теорії "великого вибуху".

З іншого боку, запропонована космологічна модель, створена на основі створення, не має проблем з квантованими червоними зміщеннями. Оскільки квантовані енергетичні рівні були фундаментальними для встановлення квантової механіки, можливо, квантоване червоне зміщення буде ключовим у пошуку нової космології.

ЦБ РФ

Зображення галактики Чумацький шлях

Раніше ми бачили, що ЦБ був хорошим прогнозом моделі "великого вибуху". У той же час властивості ЦБР можуть бути проблемою для великого вибуху. Ранній Всесвіт мав бути дуже гладким. Інакше будь-які незначні удосконалення щільності могли б виступати в якості гравітаційного насіння для збору речовини, щоб більша частина матерії у Всесвіті була б давно втягнута в чорні діри. З іншого боку, якщо б всесвіт був точно гладким, то не було ні гравітаційного насіння, щоб створити структуру, яку ми бачимо. Всесвіт виглядає делікатно збалансованим між цими двома крайнощами. До речі, це ще один аргумент для розробленого антропного принципу.

Незначне збільшення густини в ранньому всесвіті, що нібито дозволило їх тяжкості збирати речовину в галактики та інші структури, які ми бачимо сьогодні, називаються неоднорідностями. З теорії великого вибуху космологам вдалося розрахувати, наскільки неоднорідність раннього Всесвіту мала б виробляти Всесвіт, яку ми бачимо сьогодні. Ця неоднорідність повинна була залишити свій відбиток на ЦБ РФ. Протягом 1980-х років для вимірювання розрахункової неоднорідності був побудований космічний зонд COBE. Оскільки перші дані з COBE були зібрані на початку 1990-х років, ми виявили, що ЦБ був абсолютно гладким. Тільки після того, як два роки даних були досліджені дуже потужним статистичним методом, дослідники КОБЕ стверджували, що знайшли бажану неоднорідність. Це було визнано підтвердженням теорії великого вибуху, але чи було це?

Експеримент COBE був спеціально розроблений для пошуку очікуваної неоднорідності, але експеримент не зміг знайти його за призначенням. Це було тому, що неоднорідність в кінцевому підсумку стверджувала, був на порядок нижче того, що було передбачено. Як прогноз може бути підтверджений, коли він був на порядку денному? Після відкриття моделі великого вибуху було вдосконалено для обліку нижчої, ніж очікувалося, неоднорідності. Більшість повідомлень про те, що було втрачено, полягає в тому, що дані не зовсім відповідають прогнозам, як це часто стверджують. Такого роду міркування занадто часто траплялося з моделлю "великий вибух". Відповідність теорії та вимірювання проголошується лише після того, як дані були використані для зміни моделі, щоб "передбачити" вимірювання.

Подальше питання залишається чи неоднорідність навіть була знайдена. Тільки після того, як дуже сильні статистичні методи були застосовані до даних, хтось стверджував, що очікувані неоднорідності були виявлені. Ніхто не міг вказати на певний напрямок у космосі і сказати, що це була область високої або нижчої, ніж середня температура. Тим не менше, більшість вчених переконалися, що зміни температури дійсно були знайдені. Уявіть, якщо астроном показав тобі сотні зірок у темному небі, а потім почав говорити вам, що він упевнений на 100%, що три із зірок - це не зірки, а насправді планети. Єдина проблема полягає в тому, що він не може вказувати на яку-небудь індивідуальну зірку і з повною впевненістю сказати, що це насправді є планетою. Більшість людей в кращому випадку вважатимуть таку пропозицію дивною.

Різні труднощі з великим вибухом стали настільки широко визнаними, що мало хто помітив численні труднощі, що виникають, або усвідомити численні способи зміни моделі для вирішення деяких з цих труднощів. Деякі з них вже обговорювалися раніше, але їх слід згадати і тут. Великий вибух залежить від космологічного принципу, але чи є космологічний принцип справжній? На місцевому рівні галактики явно об’єднюються в скупчення, але більшість космологів припускають, що це загасання зникає в значній мірі. Великі обстеження розподілів галактик показали, що тріщини і довгі нитки галактик, як виявляється, є нормою на найбільших масштабах, які були підвішені. Припускається однорідність Всесвіту, але всі докази вказують на те, що Всесвіт не є однорідною. Або, іншими словами, немає ніяких доказів того, що Всесвіт дійсно є однорідною. Що стосується ізотропії, то раніше згадане дослідження поляризації віддалених джерел радіосигналу вказує на те, що у Всесвіті існує якась фундаментальна анізотропія. Тому існує серйозний сумнів, що космологічний принцип, на якому базується модель великого вибуху, є істинним.

Супутник КОБЕ

Експеримент COBE був розроблений для вимірювання варіацій в ЦБР, які були передбачені стандартною моделлю великого вибуху. COBE не вдалося виявити прогнозовані варіанти, але дослідження даних, які стверджують, що вони знайшли варіації даних на рівні на порядок нижче, ніж передбачалося моделлю. Як-небудь це було визнано тріумфом теорії великого вибуху. Мало хто, мабуть, усвідомлює, що теорія "великого вибуху" була перебудована, щоб відповідати даним. Хоча виявлення варіацій в ЦБ може бути заявлено як якісну перемогу, це, безумовно, було кількісною неспроможністю. Проблеми горизонту та площини описані в попередньому розділі. Інфляція була створена для пояснення цих та інших проблем. Інфляція не є загальноприйнятою, вона страждає від деяких власних труднощів, і це допускає спекуляції, оскільки в цей час може бути протестовано мало, якщо воно є. Більшість людей, які підтримують великий вибух, наполягають на тому, що інфляція та перерахунок великого вибуху відповідно до даних КОБЕ є лише удосконаленням моделі. Проте інші цілком справедливо розглядають їх як спроби виправлення помилкової теорії.

 

Автор: д-р. Дені Фаулкнер

Дата публікації: 11.06.2013

Джерело: Answers in Genesis

 

Переклад: Тига. В.

Редактор: Кравець Д.

 

Посилання:

  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).

Написати коментар