CMB hlavolamy

Link na článek v angličtině: CMB Conundrums

Autor: John Hartnett

V originále vydáno: CMB Conundrums, 2. srpna 2013

Obrázek 1. Anizotropie CMB promítnuté na kouli. Falešně zbarvené skvrny označují teplotní odchylky od pozadí o teplotě 2,725 K.

Diskuse se točí kolem výkonové spektrální analýzy CMB. Protože přístroj, který se používá k hledání velmi jemných změn (anizotropií) teploty 2,725 K, je diferenciální mikrovlnný radiometr, lze porovnávat pouze teplotu jedné části oblohy s jinou. To znamená, že ony nádherné falešně barevné obrazy teplotních změn, které vidíte publikované,⁶ mají určitý stupeň libovolné neurčitosti (obrázek 1). Analýza se provádí v úhlovém měřítku výběrem vzorků o různých velikostech úhlů a určuje se výkonové spektrum výsledku jako funkce vzájemného úhlu nebo velikosti paprsku na obloze.

Další analýza poukázala na ještě větší problémy inflační teorie velkého třesku.

Pro analýzu výsledku se anizotropie rozšířily na řadu sférických harmonických funkcí (neboli módů, které popisují, jak může koule vibrovat), které by po překrytí měly vytvořit náhodný obraz po celé obloze, když se promítnou na kouli⁷ (obrázek 2).

Dipólový člen⁸ je výsledkem dobře pochopeného pohybu sluneční soustavy v prostoru. Když se díváme ve směru našeho pohybu, vidíme v těchto teplotách modrý posuv v řádu 10-3, a když se díváme za sebe, vidíme ekvivalentní červený posuv. Velikost tohoto efektu je mnohem (~40krát) větší než jemné odchylky 70 μK, které byly nakonec objeveny. Musí se tedy odečíst. Pak se očekává, že multipólové členy expanze vyššího řádu budou mít náhodné vyrovnání – neměly by se vyrovnávat navzájem ani s žádným preferovaným směrem v prostoru.

Obrázek 2. Vypočtené kvadrupólové (nahoře) a oktopólové (dole) módy CMB se zdají být velmi těsně zarovnány ke stejné prostorové ose. (Podle Tegmarka a kol.⁷)

Inflační fáze, kterou do modelu velkého třesku původně přidal Alan Guth⁹ a kterou rozšířili a upravili další,^10,11 navíc vyžaduje, aby amplitudy všech těchto módů byly náhodné s Gaussovým rozdělením a aby výkon v každém z nich byl přibližně stejný. Představa je taková, že tato „inflace“ samotného prostoru, rychlejší než rychlost světla, v raných fázích po velkém třesku vyhladila veškerou ranou strukturu vesmíru a nyní by vše mělo mít bezpříznakovou jednotnou škálu. Každý mód by měl mít v průměru nulovou amplitudu.

Při nízkých úhlových škálách se zjistilo, že když se porovnají intenzity mikrovlnné energie na různých místech oblohy, jsou korelované, ale nad 60 stupňů se zjistilo, že jsou zcela nekorelované. To je v nápadném rozporu s inflační teorií.

Každý multipólový mód byl analyzován, aby se zjistilo, kam na obloze spadá, a bylo zjištěno, že oktopólový a kvadrupólový mód mají osy velmi těsně zarovnané (obr. 2).⁷ Jejich intenzity jsou také mnohem nižší, než se očekává od inflačních modelů studené temné hmoty.

Analýzy Starkmana a Schwarze3 a dalších autorů^4,5 naznačují, že tyto oktopólové a kvadrupólové módy jsou určitým způsobem zarovnány se směrem dvou bodů na obloze, kde projekce zemského rovníku na oblohu protíná ekliptiku. Tento bod leží velmi blízko 90 stupňů ke směru pohybu sluneční soustavy vesmírem.

To je však důkaz, který bychom očekávali pro galaktocentrický vesmír, přičemž určité zvláštní rysy jsou dokonce přisuzovány sluneční soustavě.

To vše nám zřejmě říká, že přinejmenším složka na nízkých úhlových škálách souvisí se sluneční soustavou. Další důkazy nám říkají, že na některých škálách existuje korelace s blízkými extragalaktickými zdroji.¹² Ale skutečnost, že na velkých škálách existuje slabá korelace, i když se berou v úvahu korekce, naznačuje, že kosmologický příspěvek je skutečně velmi slabý. To je pak pro standardní model velkého třesku velmi špatná zpráva. Je to však důkaz, který bychom očekávali pro galaktocentrický vesmír,¹³ přičemž některé zvláštní rysy se dokonce připisují sluneční soustavě.

V kreacionistickém modelu,¹⁴ který jsem navrhl, se vesmír rozpínal¹⁵ zhruba 3000krát, neboli došlo k objemové expanzi zhruba o 10 řádů. To je chápáno jako souvislost s původně vytvořenou plazmou o teplotě 9 000 K, která byla při rozpínání vesmíru adiabaticky (tj. beze změny tepla nebo entropie) ochlazena na všudypřítomné pozadí o teplotě 2,725 K. V této souvislosti je třeba zdůraznit, že vesmír se rozpínal v závislosti na teplotě, která byla v průběhu jeho vývoje zvýšena. Tyto vlastnosti CMB odpovídají lokálnímu rámci sluneční soustavy, jak se v tomto kreacionistickém modelu očekává.

Tvrdilo se také, že sluneční soustava má zvláštní postavení.¹⁶ Byl navržen model mladé sluneční soustavy (YSS), který zahrnoval nadpřirozeně vynucenou událost dilatace času¹⁷ v blízkosti Země. Místní dilatace času v důsledku působení Stvořitele umožnila Adamovi vidět hvězdy v okamžiku, kdy otevřel oči. Tyto akce by měly v přírodě zanechat určitý otisk, který nám zbývá prozkoumat. Měli bychom tedy očekávat, že na rozdíl od koperníkovského principu, který tvrdí, že na naší sluneční soustavě není nic zvláštního, se objeví rysy, které jsou ve skutečnosti pro sluneční soustavu zvláštní.

Reference

1. Hartnett, J.G., Recent Cosmic Microwave Background data supports creationist cosmologies, Journal of Creation 15(1):8–12, 2001; Hartnett, J.G., Echoes of the big bang or noise? Journal of Creation 18(2):11–13, 2004.
2. Humphreys, D.R., Bumps in the Big Bang, ICR Impact #233, 1992; available at www.icr.org/index.php?module=articles&action=view&ID=362, 23 March 2006.
3. Starkman, G.D. and Schwarz, D.L., Is the Universe out of tune? Scientific American 293(2):00368733, 2005.
4. Copi, C.J., Huterer, D. and Starkman, G.D., Multipole Vectors—a new representation of the CMB sky and evidence for statistical anisotropy or non-Gaussianity at 2≤l≤8, Phys. Rev. D. 70:043515, 2004.
5. Schwarz, D.J. Starkman, G.D., Huterer, D. and Copi, C.J., Is the low-l microwave background cosmic? Phys. Rev. Lett. 93:221301, 2004.
6. Bennett, C.L. et al., First year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe [WMAP] observations: Preliminary maps and basic results, Astrophys. J. Suppl. 148:1–28, 2003.
7. Tegmark, M., de Oliveira-Costa, A. and Hamilton A., A high resolution foreground cleaned CMB map from WMAP, astroph/0302496, Phys. Rev. D. 68:123523, 2003.
8. Dipólový člen je sférická harmonická funkce prvního řádu; monopólový člen je funkce nulového řádu. Multipóly jsou všechny sférické harmonické funkce s více než jedním pólem. Viz www.phys.cwru.edu/projects/mpvectors/, 16 March 2006.
9. Guth, A.H., Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problem, Phys. Rev. D. 23:347–356, 1981. Tento původní Guthův model je považován za chybný, ale inflační teorie stále vyžaduje, aby amplitudy všech těchto „módů“ byly náhodné s Gaussovým rozdělením a aby výkon v každém z nich byl přibližně stejný.
10. Linde, A., A new inflationary universe scenario: a possible solution of the horizon, flatness, homogeneity, isotropy and primordial monopole problems, Phys. Lett. B. 108:389, 1982.
11. Albrecht, A. and Steinhardt, P.J., Cosmology For Grand Unified Theories With Radiatively Induced Symmetry Breaking, Phys. Rev. Lett. 48:1220, 1982.
12. Hartnett, J.G., Echoes of the big bang … or noise? Journal of Creation 18(2):11–13, 2004.
13. Humphreys, D.R., Our galaxy is the centre of the universe, ‘quantized’ red shifts show, Journal of Creation 16(2):1–10, 2002; Hartnett, J.G., A creationist cosmology in a galactocentric universe, Journal of Creation 19(3):73–81, 2005.
14. Hartnett J.G., Cosmological expansion in a creationist cosmology, Journal of Creation 19(3):96–102, 2005.
15. D. R. Humphreys se domníval, že právě to Bůh myslel biblickými zmínkami o roztažení nebes. Viz . Humphreys, D.R., Starlight and Time, Master Books, Green Forest, AR, 1994.
16. Hartnett, J.G., Look-back time in our galactic neighbourhood leads to a new cosmogony, Journal of Creation 17(1):73–79, 2003.
17. Hartnett, J.G., A new cosmology: solution to the starlight travel time problem, Journal of Creation 17(2):98–102, 2003.