Космос
Креацентр > Статті > Космос > Споконвічна літієва проблема

Споконвічна літієва проблема

Велика проблема великого вибуху

Існує твердження, що велика кількість легких елементів, передбачених моделлю Великого вибуху, відповідає виміряним кількостям цих елементів і, отже, є свідченням великого вибуху. Однак фактичний зміст двох ізотопів літію значно відрізняється від прогнозів моделі великого вибуху. Розбіжність настільки велика, що вчені називають її споконвічною літієвою проблемою. Тому, замість того, щоб надати хороші докази для моделі великого вибуху, велика кількість легких елементів являє собою серйозну проблему для стандартної космології.

Проблема

Відповідно до моделі великого вибуху, ядерні реакції в перші кілька хвилин після Великого вибуху створили три найлегших елемента: водень, гелій і літій. Набагато пізніше зірки зробили всі інші елементи, включаючи вуглець, на якому засноване все життя, азот і кисень в повітрі, яким ми дихаємо, кальцій в наших кістках і залізо в нашій крові. Астрономи вимірюють кількість кожного елемента, присутнього в зірках, спостерігаючи за темними поглинаючими лініями в їх спектрі. Середня кількість найлегших елементів в деяких зірках нібито відображає початкову множину тих елементів, які створили великий вибух. Прихильники моделі Великого Вибуху стверджують, що збіг між спостережуваними множинами трьох найлегших елементів і передбаченнями їх моделі доводить великий вибух. Однак передбачення про літій не відповідають спостереженням. Фізики і астрономи називають це споконвічною літієвою проблемою.

Хоча всі атоми одного і того ж елемента мають однакову кількість протонів в своїх ядрах, ядра атомів одного і того ж елемента можуть відрізнятися за кількістю нейтронів. Ми називаємо ці різні види атомів ізотопами одних і тих же елементів. Наприклад, існує два види водню: нормальний водень, з одним протоном в його ядрі, без нейтронів, і дейтерій, який має протон і нейтрон в своєму ядрі. Ми називаємо цей інший ізотоп водню дейтерієм, тому що ядро ??містить дві частинки, назва «дейтерій» походить від слова «другий». Приблизно, один атом водню з тисячі - дейтерій. Насправді існує третій ізотоп водню, але він нестійкий. Цей третій ізотоп водню містить три частки в своєму ядрі: один протон і два нейтрони. Оскільки ядро ??цього ізотопу має три частки, ми називаємо його ізотопним тритієм, від слова «третій». Нестабільність тритію призводить до розпаду на стабільний ізотоп гелію. Цей радіоактивний розпад має період напіврозпаду близько 12 років. Є деякі природні процеси, які виробляють тритій, але швидкість виробництва дуже низька, і оскільки період напіврозпаду тритію відносно невеликий, природний тритій надзвичайно рідкісний в світі.

Як і у випадку з воднем, більшість інших елементів мають стійкі і нестійкі ізотопи. У природі зустрічаються тільки стійкі ізотопи і нестійкі ізотопи з довгими періодами напіврозпаду. Зазвичай ми називаємо ізотопи, використовуючи назву елемента і додаючи цифру суми числа протонів і нейтронів. Стійкими ізотопами гелію є гелій-3 і гелій-4. Атом гелію-3 має два протони і один нейтрон в ядрі, а гелій-4 має два протони і два нейтрони в ядрі. Двома стійкими ізотопами літію є літій-6 (три протони і три нейтрони в ядрі) і літій-7 (три протони і чотири нейтрони в ядрі).

Структура

 

Баріон - це клас субатомних частинок, який включає протон і нейтрон. Щільність баріону, нанесена на нижній горизонтальній шкалі, являє собою щільність числа протонів і нейтронів у Всесвіті сьогодні. Верхня горизонтальна вісь відображає частину критичної щільності, причому критична щільність є щільністю, необхідною для створення певної кривизни в космологічній моделі, званій Всесвітом Фрідмана. Вертикальна вісь - це число щільності дейтерію, двох ізотопів гелію і літію-7 в порівнянні зі звичайним воднем. Чотири заштриховані криві - це передбачення моделі великого вибуху для різних баріонних щільностей. Діапазон осередків для гелію-4, дейтерію і літію-7 являє собою діапазон виміру цих ізотопів. Ширина коробок була розтягнута, щоб укласти модельні передбачення за діапазоном в виміряних кількостях. Нижньої межі вимірювань гелію-3 немає, тому він укладений в дві стрілки, а не в коробку. Заштрихована вертикальна смуга являє собою діапазон вимірювань щільності баріону, отриманих іншими способами. Той факт, що три коробки і область, обмежена двома стрілками, охоплюють частини заштрихованої вертикальної області, є великим свідченням великого вибуху, як стверджує Краусс. Однак Краусс неправильно побудував дані літію-7, і він взагалі не включив літій-6. Ми завдали найостанніші верхні межі вимірювання вмісту літію-7 стрілками, спрямованими вниз, щоб не вказувати нижню межу, аналогічно графіку гелію-3. Зауважимо, що область, обмежена двома стрілками, не збігається з виміряною щільністю баріону, тому дані і прогнози не відповідають. Зміст літію-6 (не нанесено тут) занадто великий, щоб відповідати прогнозам моделі.

Відповідно до моделі великого вибуху, всі шість ізотопів трьох найлегших елементів були створені в ранньому всесвіті. Зазвичай передбачення про те, скільки кожного ізотопу було створено моделлю Великого вибуху, виражаються в співвідношенні п'яти з цих ізотопів (дейтерій, гелій-3, гелій-4, літій-6 і літій-7) з нормальним воднем. Скептик Лоуренс Краусс настільки впевнений в цих твердженнях, що говорить, ніби він носить карту у своєму гаманці, щоб показати людям, які не вірять у великий вибух.1 Ця карта показує зображення передбаченої множини чотирьох ізотопів, а також коробки, що відображають виміряні діапазони чотирьох ізотопів (див. зображення, праворуч).2 Краусс каже, що він зазвичай не заходить глибоко в дискусію з тими, хто сумнівається в великому вибуху, тому що дані рідко вражають людей, які вирішили заздалегідь, що щось не так з зображенням. Більшість людей, які дивляться на зображення, все одно не зрозуміють його, так що це прекрасна можливість для Крауса обдурити і залякати більшість критиків. Наскільки добре обґрунтоване зіставлення даних і прогнозів, які пророкує Краусс? Не так добре, як він думає.

Вивчаючи зображення, теоретичні та спостережувані рівні вмісту гелію-4 і дейтерію, мабуть, добре узгоджуються. Краусс визнає, що дані для гелію-3 бідні, і тільки верхні межі його кількості можна порівняти з теорією, виходячи з цього дійсно не можна зробити висновок. Нарешті, зображення літію-7 також, мабуть, добре узгоджується з теорією Великого вибуху і астрономічними вимірюваннями. Однак це невірно, оскільки теоретичні і спостережувані кількості літію не збігаються взагалі - виміряна кількість літію у Всесвіті принаймні в три рази нижча, ніж передбачена.3 Краусс або використовував старі дані, або неправильно завдав їх. Ця літієва проблема відома протягом деякого часу. Наприклад, за рік до появи книги Краусса Філдс опублікував статтю на цю тему.4 Отже, твердження Крауса про те, що теорія і дані ідеально поєднуються, невірні.

Останнім часом проблема з літієм погіршилася. Зображення Краусса показує не літій-7, а скоріше показує як літій-7, так і літій-6. Теорія великомасштабного нуклеосинтеза пророкує, що чисельність літію-6 повинна складати близько 0,0015% від літію-7, тому прихильники великого вибуху вважають, що будь-який внесок літію-6 буде несуттєвим у порівнянні з літієм-7.5 Крім того, з огляду на цю невідповідність в кількості і той факт, що зоряні спектральні лінії літію-6 поєднуються зі спектрами літію-7, вимірювання вмісту літію-6 ускладнені. Однак важко не означає неможливо. В останні роки дуже ретельні дослідження чисельності літію-6 в деяких зірках показали, що літій-6 становить приблизно 5% кількості літію-7. Це число приблизно в 1000 разів більше, ніж прогнозується нуклеосинтезом великого вибуху. Отже, в той час як чисельність літію-7 нижча, ніж прогнозувалося, літій-6 виявився набагато більш поширеним, ніж передбачалося. Було запропоновано кілька причин невідповідності теорії і спостережень, але кожна з них була усунена. Наприклад, одна з пропозицій полягала в тому, що ми не знали поперечного перерізу ядерної реакції, що виробляє літій-6 в ранньому всесвіті великого вибуху, але недавнє дослідження виключило цю можливість.6

Цікаво, що літієва проблема стосується і Сонця. Сонячні запаси літію дуже низькі в порівнянні з зірками, подібними до Сонця. Насправді, кількість літію Сонця є однією з найнижчих серед усіх зірок. Неясно, що це значить, і як це пов'язано з літієвої проблемою великого вибуху.

Закоренілі ідеї

Хоча існує деяке узгодження між теоретичними передбаченнями Великого вибуху і спостереженнями за більш легкими елементами, передбачення і вимірювання літію дуже не узгоджуються. Таким чином, твердження про те, що спостережувані кількості легких елементів підтверджують модель великого вибуху, невірне. Однак не чекайте, що наукове співтовариство найближчим часом відмовиться від моделі великого вибуху. Модель Великого Вибуху була єдиною широко прийнятою теорією походження Всесвіту протягом півстоліття. Вчені не відмовляються від ідеї добровільно, і, звичайно, для більшості вчених про біблійне створення не може бути й мови.

 

Автор: Денні Фолкнер

Дата публікації: 15.01.2015

Джерело: Answer in Genesis

 

Переклад: Літус П.

Редактор: Літус П.

 

Посилання:

  1. Lawrence Krauss, A Universe from Nothing: Why There Is Something Rather Than Nothing (New York: Free Press, 2012), 18.
  2. Krauss, 111–112.
  3. M. Spite, F. Spite, and P. Bonifacio, “The Cosmic Lithium Problem,” Memorie Societa Astronomica Italiana Supplementi 22 (2012): 9–18.
  4. B.D. Fields, “The Primordial Lithium Problem,” Annual Reviews of Nuclear and Particle Science 61 (2011): 47–68.
  5. The range varies from Li-7/Li-6 = 700 to 10,000. (Verne V. Smith et al., “Isotopic Lithium Abundances in Nine Halo Stars,” The Astrophysical Journal 506 (1998): 405.)
  6. M. Anders et al., “First Direct Measurement of the 2H(?,?)6Li Cross Section at Big Bang Energies and the Primordial Lithium Problem,” Physical Review Letters 113, no. 4:2501–2505.

 

 

 

 

 

Написати коментар