Úvod Magazín V přípravě Časový dolet (dosah) světla: problém pro velký třesk

Časový dolet (dosah) světla: problém pro velký třesk

Zde je zveřejněn překlad článku bez provedené korektury.
Nyní pracujeme na odborných a jazykových korekturách a na přípravě grafiky.

Link na článek v angličtině: Light-travel time: a problem for the big bang

Poznámka redakce: Vzhledem k tomu, že časopis Creation vychází nepřetržitě od roku 1978, zveřejňujeme pro historickou zajímavost některé články z archivu, jako je tento. Pro účely výuky a sdílení doporučujeme čtenářům doplnit tyto historické články o aktuálnější články navržené v níže uvedených souvisejících článcích a další četbě.

Autor: Jason Lisle, Ph.D.

V originále vydáno: Light-travel time: a problem for the big bang, září 2003

„Problém vzdáleného světla hvězd“ se někdy používá jako argument proti biblickému stvoření. Lidé, kteří věří v miliardy let, často tvrdí, že světlo z nejvzdálenějších galaxií by nemohlo dosáhnout Země za pouhých 6 000 let. Argument o čase cestování světla však nelze použít k odmítnutí Bible ve prospěch velkého třesku s jeho miliardami let. Je to proto, že model velkého třesku má také problém s časem cestování světla.

Obrázek 1: (1) Na počátku údajného velkého třesku mají body A a B různé teploty.
(2) Dnes mají body A a B stejnou teplotu, přesto ještě neuplynulo dost času na to, aby si vyměnily světlo.

Pozadí

V letech 1964/5 Penzias a Wilson objevili, že Země je zalita slabým mikrovlnným zářením, které zřejmě pochází z nejvzdálenějších pozorovatelných oblastí vesmíru, což jim v roce 1978 vyneslo Nobelovu cenu za fyziku.1 Toto kosmické mikrovlnné pozadí (CMB) přichází ze všech směrů ve vesmíru a má charakteristickou teplotu.2,3 I když byl objev CMB označen za úspěšnou předpověď modelu velkého třesku,4 ve skutečnosti je to pro velký třesk problém. Je tomu tak proto, že přesně stejnoměrná teplota CMB vytváří pro modely velkého třesku o vzniku vesmíru problém s časem cestování světla.

Tento problém

Teplota CMB je v podstatě všude stejná5 ve všech směrech (s přesností na 1 část ze 100 000).6 V raném vesmíru by však (podle teoretiků velkého třesku) byla teplota CMB7 v různých místech vesmíru velmi odlišná v důsledku náhodné povahy počátečních podmínek. Tyto různé oblasti by mohly dosáhnout stejné teploty, pokud by byly v těsném kontaktu. Vzdálenější oblasti by se dostaly do rovnováhy výměnou záření (tj. světla8). Záření by přenášelo energii z teplejších oblastí do chladnějších, dokud by neměly stejnou teplotu.

Problém je následující: i za předpokladu časového měřítka velkého třesku nebylo dost času na to, aby světlo putovalo mezi značně oddělenými oblastmi vesmíru. Jak tedy mohou mít různé oblasti současné CMB tak přesně stejnou teplotu, když spolu nikdy nekomunikovaly?9 Jedná se o problém času cestování světla.10

Model velkého třesku předpokládá, že vesmír je starý mnoho miliard let. Tato doba je sice dostatečná pro cestu světla ze vzdálených galaxií na Zemi, ale neposkytuje dostatek času pro cestu světla z jedné strany viditelného vesmíru na druhou. V době, kdy bylo světlo vyzářeno, údajně 300 000 let po velkém třesku, měl již vesmír rovnoměrnou teplotu v rozsahu nejméně desetkrát větším, než je vzdálenost, kterou mohlo světlo urazit (tzv. „horizont“)11 Jak tedy mohou tyto oblasti vypadat stejně, tj. mít stejnou teplotu? Jak může jedna strana viditelného vesmíru „vědět“ o druhé straně, když nebyl dostatek času na výměnu informací? Tomuto problému se říká „problém horizontu“.12 Sekulární astronomové navrhli mnoho možných řešení, ale žádné uspokojivé se dosud neobjevilo (viz Pokusy o překonání „problému času cestování světla“ velkého třesku).

Jak může jedna strana viditelného vesmíru „vědět“ o druhé straně, když na výměnu informací nebyl dostatek času?

Shrnutí

Velký třesk vyžaduje, aby si protilehlé oblasti viditelného vesmíru vyměňovaly energii prostřednictvím záření, protože tyto oblasti prostoru vypadají na mapách CMB stejně. Na překonání této vzdálenosti však světlo nemělo dostatek času. Jak bibličtí kreacionisté, tak zastánci velkého třesku navrhli ve svých modelech různá možná řešení potíží s časem pro cestování světla. Zastánci velkého třesku by tedy neměli kritizovat kreacionisty za to, že předkládají hypotézy možných řešení, protože oni sami dělají totéž se svým modelem. Problém horizontu zůstává pro zastánce velkého třesku vážnou obtíží, o čemž svědčí řada jejich konkurenčních domněnek, které se jej snaží vyřešit. Proto je nedůsledné, aby zastánci modelu velkého třesku používali čas cestování světlem jako argument proti biblickému stvoření, protože jejich vlastní představa má ekvivalentní problém.

Pokusy o překonání „problému s časem cestování světla“ u velkého třesku

V současné době je nejpopulárnější myšlenka zvaná „inflace“ – domněnka, kterou v roce 1981 vymyslel Alan Guth. Podle tohoto scénáře byla rychlost rozpínání vesmíru (tj. samotného prostoru) v „inflační fázi“ na počátku velkého třesku značně urychlena. Různé oblasti vesmíru byly před touto inflací ve velmi těsném kontaktu. Výměnou záření se tak mohly dostat na stejnou teplotu, než byly rychle (rychleji než rychlostí světla13) od sebe odtlačeny. Podle inflace, i když vzdálené oblasti vesmíru dnes nejsou v kontaktu, byly v kontaktu před inflační fází, kdy byl vesmír malý.

Inflační scénář však není zdaleka jistý. Existuje mnoho různých inflačních modelů, z nichž každý má svá úskalí. Navíc neexistuje shoda na tom, který (pokud vůbec nějaký) inflační model je správný. Fyzikální mechanismus, který by mohl inflaci způsobit, není znám, i když existuje mnoho spekulací. Existují také potíže s tím, jak inflaci vypnout, jakmile začne – problém „elegantního ukončení“.14 O mnoha modelech inflace je známo, že jsou chybné a vytvářejí předpovědi, které nejsou v souladu s pozorováními,15 jako například původní Guthův model.16 Mnoho aspektů modelů inflace také v současné době nelze otestovat.

Někteří astronomové inflační modely neuznávají a navrhli jiná možná řešení problému horizontu. Patří mezi ně: scénáře, v nichž se gravitační konstanta mění s časem,17 „ekpyrotický model“, který zahrnuje cyklický vesmír,18 scénáře, v nichž si světlo „zkracuje cestu“ skrze další (hypotetické) rozměry,19 modely „nulové singularity“,20 a modely, v nichž byla rychlost světla v minulosti mnohem vyšší.21,22 (Kreacionisté také poukázali na to, že měnící se rychlost světla může vyřešit problémy s časem cestování světla pro biblické stvoření.23)

Ve světle těchto neshod lze s jistotou říci, že problém horizontu nebyl definitivně vyřešen.

Reference

  1. Coles, P. and Lucchin, F., Cosmology: The Origin and Evolution of Cosmic Structure, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, p. 91, 1996.
  2. 2.728 K (-270.422°C).
  3. Peacock, J.A., Cosmological Physics, Cambridge University Press, p. 288, 1999.
  4. Existence CMB však byla ve skutečnosti odvozena ještě před kosmologií velkého třesku ze spekter některých molekul ve vesmíru.
  5. S výjimkou zdrojů v naší galaxii.
  6. Peebles, P.J.E., Principles of Physical Cosmology, Princeton University Press, p. 404, 1993.
  7. Pro zjednodušení se bude používat běžně chápaný termín CMB, aniž by to znamenalo, že záření dosahuje vrcholu na stejné vlnové délce ve všech epochách modelu.
  8. Infračervené záření je součástí světelného spektra.
  9. To je vnitřní rozpor modelu velkého třesku. Pro model stvoření to není problém; Bůh mohl od počátku stvořit vzdálené oblasti vesmíru se stejnou teplotou.
  10. Misner, C., Mixmaster Universe, Phys. Rev. Lett. 22(20):1071–1074, 1969.
  11. Ref. 1, p. 136.
  12. Lightman, A., Ancient Light, Harvard University Press, London, p. 58, 1991.
  13. Toto pojetí neporušuje teorii relativity, která pouze brání objektům pohybovat se prostorem rychleji než c, zatímco v návrhu inflace je to prostor sám, kdo se rozpíná a unáší objekty s sebou.
  14. Kraniotis, G.V., String cosmology, Int. J. Mod. Phys. A 15(12):1707–1756, 2000.
  15. Wang, Y., Spergel, D. and Strauss, M., Cosmology in the next millennium: Combining microwave anisotropy probe and Sloan digital sky survey data to constrain inflationary models, Astrophys. J. 510:20–31, 1999.
  16. Coles, P. and Lucchin, F., Cosmology: The Origin and Evolution of Cosmic Structure, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, p. 151, 1996.
  17. Levin, J. and Freese, K., Possible solution to the horizon problem: Modified aging in massless scalar theories of gravity, Phys. Rev. D (Particles, Fields, Gravitation, and Cosmology) 47(10):4282–4291, 1993.
  18. Steinhardt, P. and Turok, N., A cyclic model of the universe, Science 296(5572):1436–1439, 2002.
  19. Chung, D. and Freese, K., Can geodesics in extra dimensions solve the cosmological horizon problem?, Phys. Rev. D 62(6):063513–7, 2000.
  20. Célérier, M. and Szekeres, P., Timelike and null focusing singularities in spherical symmetry: A solution to the cosmological horizon problem and a challenge to the cosmic censorship hypothesis, Phys. Rev. D 65:123516–9, 2002.
  21. Albrecht, A. and Magueijo, J., Time varying speed of light as a solution to cosmological puzzles, Phys. Rev. D 59(4):043513–16, 1999.
  22. Clayton, M. and Moffat, J., Dynamical mechanism for varying light velocity as a solution to cosmological problems, Phys. Lett. B 460(3–4):263–270, 1999.
  23. Shrnutí důsledků c-rozpadu naleznete zde.: Wieland, C., Speed of light slowing down after all? Famous physicist makes headlines, J. Creation 16(3):7–10, 2002.

Související články

DNA: Úžasná zpráva nebo převážně nepořádek?

V přípravě 22. září 2022

Tento článek v české verzi právě připravujeme. Brzy jej naleznete na této stránce.

Design dekódování a editace: enzymy fungující jako dvojité síto

V přípravě 22. září 2022

Tento článek v české verzi právě připravujeme. Brzy jej naleznete na této stránce.

Optimalizace genetického kódu: část 1.

V přípravě 22. září 2022

Tento článek v české verzi právě připravujeme. Brzy jej naleznete na této stránce.

Selhání příběhu o pavím ocase

V přípravě 22. září 2022

Tento článek v české verzi právě připravujeme. Brzy jej naleznete na této stránce.