Explore
Also Available in:

Raportul lumină-distanţa: o problemă pentru teoria ‚big bang‘

14692-light-travel
(1) La începutul presupusului big bang, punctele A și B încep cu temperaturi diferite.
(2) Astăzi, punctele A și B au aceeași temperatură, dar nu a fost suficient timp pentru a face schimb de lumină.

de Jason Lisle
tradus de Armand Ionescu (Centrul De Studii Facerea Lumii)

„Problema luminii stelei îndepărtate” este folosită uneori ca argument împotriva creației biblice. Oamenii care cred în miliardele de ani ale evoluţiei adesea pretind că lumina din cele mai îndepărtate galaxii nu putea ajunge pe pământ în numai 6000 de ani. Cu toate acestea, argumentul privind călătoria luminii in timp nu poate fi folosit pentru a respinge Biblia în favoarea big bang-ului, cu miliardele de ani. Acest lucru se datorează faptului că modelul big bang are, de asemenea, o problemă de călătorie a luminii in timp.

Introducere

În 1964-65, Penzias și Wilson au descoperit că pământul a fost scăldat într-o radiație cu microunde slabă, aparent provenind din cele mai îndepărtate regiuni ale universului, ceea ce le-a adus Premiul Nobel pentru fizică în 1978.1 Această radiaţie, numită Cosmic Microwave Background (CMB) vine din toate direcțiile în spațiu și are o temperatură caracteristică.2,3 În timp ce descoperirea CMB a fost numită o predicție de succes a modelului big bang4, este de fapt o problemă pentru big bang. Acest lucru se datorează faptului că temperatura exact uniformă a CMB creează din călătoria în timp a luminii o problema pentru modelul de origine a universului din big bang.

Expunerea Problemei

Temperatura CMB este, în esență, aceeași peste tot5—în toate direcțiile (la o precizie de 1 parte din 100.000).6 Cu toate acestea (conform teoreticienilor big bang-ului), în universul timpuriu, temperatura CMB7ar fi fost foarte diferită în locuri diferite din spațiu, datorită naturii aleatorii a condițiilor inițiale. Aceste regiuni diferite ar putea ajunge la aceeași temperatură dacă ar fi fost în contact strâns. Mai multe regiuni îndepărtate ar ajunge la echilibru prin schimbarea radiației (adică a luminii8). Radiația ar duce energia din zonele mai calde la cele mai reci, până când acestea ar avea aceeași temperatură.

Problema este aceasta: presupunând chiar și intervalul timpului mare al big bang-ului, nu s-a scurs suficient timp ca lumina să circule între regiunile spațiului larg despărțite. Deci, cum pot diferite regiuni curente din CMB să aibă temperaturi atât de precise, în cazul în care nu au comunicat niciodată între ele?9 Aceasta este o problemă de călătorie a luminii in spatiu si timp.10

Modelul big bang presupune că universul are multe miliarde de ani. Chiar dacă acest timp este suficient pentru ca lumina să poată călători de la galaxii îndepărtate la pământ, nu oferă suficient timp ca lumina să poată călători dintr-o parte a universului vizibil în cealaltă. >Ȋn momentul când lumina a fost emisă, probabil 300.000 de ani după big bang, spațiul avea deja o temperatură uniformă pe o distanță de cel puțin zece ori mai mare decât distanța pe care ar fi putut-o călători lumina (distanţa numită „orizontul”).11 Deci cum pot aceste regiuni sa arate la fel, adică să aibe aceeasi temperatură? Cum poate o parte a universului vizibil „să știe” despre cealaltă parte dacă nu a existat suficient timp pentru schimbul de informații? Aceasta poartă numele de „problema orizontului”.12 Astronomii seculari (cei care susţin evoluţia lentă si graduală a universului) au propus numeroase soluții posibile, dar nu a apărut nici una satisfăcătoare până în prezent (a se vedea Attempts to overcome the big bang’s ‘light-travel–time problem’).

Concluzie

big bangul impune ca regiunile opuse ale universului vizibil să fi schimbat energia prin radiație, deoarece aceste regiuni de spațiu arată la fel în hărțile CMB. Dar nu a fost suficient timp ca lumina să călătorească la această distanță. Atât creaționiștii biblici, cât și susţinătorii big bang-ului au propus o varietate de soluții posibile pentru dificultățile de călătorie a luminii în modelele lor. Susţinătorii big bang-ului nu trebuie să critice creaționiștii pentru ipoteza unor soluții potențiale, deoarece aceștia fac același lucru cu propriul lor model. „Problema orizontului” rămâne o dificultate serioasă pentru susținătorii big bang-ului, după cum demonstrează numeroasele conjuncturi concurente care încearcă să o rezolve. Prin urmare, este inconsecvent pentru suporterii modelului big bang să folosească timpul de călătorie a luminii ca argument împotriva creației biblice, deoarece propria lor noțiune are o problemă echivalentă.

Ȋncercări de a trece peste problema „lumină-timp-spaţiu” a big bang-ului

În prezent, cea mai populară idee este numită „inflație”—o presupunere inventată de Alan Guth în 1981. În acest scenariu, rata de expansiune a universului (a spațiului însuși) a fost puternic accelerată într-o „fază de inflație” . Diferitele regiuni ale universului au fost într-un contact foarte strâns înainte ca această inflație să aibă loc. Astfel, aceste regiuni au putut să ajungă la aceeași temperatură prin schimbarea radiațiilor înainte ca acestea să fie rapid (mai repede decât viteza luminii13) împinse. Conform inflației, chiar dacă regiunile îndepărtate ale universului nu sunt în contact astăzi, ele au fost în contact înainte de faza inflației, când universul era mic.

Cu toate acestea, scenariul inflației este departe de a fi sigur. Există multe modele diferite de inflație, fiecare cu dificultăți. Mai mult decât atât, nu există un consens cu privire la care model de inflație (dacă este cazul) este corect. Un mecanism fizic care ar putea provoca inflația nu este cunoscut, deși există multe speculații. Există, de asemenea, dificultăți în ceea ce privește modul de oprire a inflației odată ce începe—problema „inflaţiei rapide”.14 Multe modele de inflație sunt cunoscute a face predicții greșite, care nu sunt în concordanță cu observațiile ştiinţifice,15 cum ar fi modelul original al lui Guth.16 Plus că multe aspecte ale modelelor inflaționiste nu pot fi testate în prezent.

Unii astronomi nu acceptă modelele inflaționiste și au propus alte soluții posibile la problema orizontului. Acestea includ: scenarii în care constanta gravitațională variază în timp,17 modelul „ekpyrotic” care implică un univers ciclic,18 scenarii în care lumina parcurge „scurtături rapide” prin dimensiuni suplimentare (ipotetice),19 modele „null-singularitate”20 și modele în care viteza luminii a fost mult mai mare în trecut.21,22 (Creaționiștii au subliniat, de asemenea, că o viteză a luminii în schimbare poate rezolva dificultățile călătoriei in timp a luminii pentru creația biblică.23)

În lumina acestor dezacorduri, este sigur să afirmăm că problema orizontului nu a fost rezolvată decisiv.

Referinţe și note

  1. Coles, P. and Lucchin, F., Cosmology: The Origin and Evolution of Cosmic Structure, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, p. 91, 1996. Înapoi la text.
  2. 2.728 K (-270.422°C). Înapoi la text.
  3. Peacock, J.A., Cosmological Physics, Cambridge University Press, p. 288, 1999. Înapoi la text.
  4. Cu toate acestea, existența CMB a fost dedusă, în realitate, înainte de cosmologia big-bang-ului, din spectrele anumitor molecule din spațiul cosmic. Înapoi la text.
  5. Excluzând sursele din galaxia noastră. Înapoi la text.
  6. Peebles, P.J.E., Principles of Physical Cosmology, Princeton University Press, p. 404, 1993. Înapoi la text.
  7. Pentru conveniență, termenul CMB utilizat în mod obișnuit va fi utilizat fără a sugera faptul că radiația a atins punctul de vârf la aceeași lungime de undă în toate epocile modelului. Înapoi la text.
  8. Radiația infraroșie face parte din spectrul luminii. Înapoi la text.
  9. Aceasta este o inconsecvență internă pentru modelul big bang. Nu este o problemă pentru un model de creație; Dumnezeu a creat regiunile îndepărtate ale universului cu aceeași temperatură de la început. Înapoi la text.
  10. Misner, C., Mixmaster universe, Phys. Rev. Lett. 22(20):1071–1074, 1969. Înapoi la text.
  11. Referința 1, p. 136, 1996. Înapoi la text.
  12. Lightman, A., Ancient Light, Harvard University Press, London, p. 58, 1991. Înapoi la text.
  13. Această noțiune nu încalcă relativitatea, care împiedică doar obiectele care călătoresc mai repede decât c prin spațiu, în timp ce în propunerea de inflație spațiul însuși se extinde și poartă obiectele cu el. Înapoi la text.
  14. Kraniotis, G.V., String cosmology, Int. J. Mod. Phys. A 15(12):1707–1756, 2000. Înapoi la text.
  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. Înapoi la text.
  16. Coles, P. and Lucchin, F., Cosmology: The Origin and Evolution of Cosmic Structure, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, p. 151, 1996. Înapoi la text.
  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. Înapoi la text.
  18. Steinhardt, P. and Turok, N., A cyclic model of the universe, Science 296(5572):1436–1439, 2002. Înapoi la text.
  19. Chung, D. and Freese, K., Can geodesics in extra dimensions solve the cosmological horizon problem? Phys. Rev. D 62(6):063513–7, 2000. Înapoi la text.
  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. Înapoi la text.
  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. Înapoi la text.
  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. Înapoi la text.
  23. Pentru un rezumat al dezintegrării luminii, vezi: Wieland, C., Speed of light slowing down after all? Famous physicist makes headlines, J. Creation 16(3):7–10, 2002. Înapoi la text.