Mason, Big Bang Rys. 3.jpg

Dodatek I. Słownik

Dokładność
jest miarą bliskości udzielonej odpowiedzi do odpowiedzi poprawnej. Precyzja dotyczy powtarzalności pomiaru. Coś może być jednocześnie bardzo precyzyjnie zmierzone, ale niedokładnie. Aby wiedzieć, jak dokładny jest pomiar, trzeba znać poprawną odpowiedź. Wiedza o dokładności strzałów strzelca wymaga wiedzy o tym, jak daleko lub blisko dziesiątki są na tarczy wyniki strzelania (rysunek 2, patrz załączniki). Datowanie radiometryczne skał powstałych podczas erupcji Góry Świętej Heleny polegało na bardzo precyzyjnym pomiarze radioizotopów. Dało to jednak wiek wielu milionów lat – co oczywiście było szalenie niedokładne dla skały, o której wiadomo, że miała wówczas 10 lat.

Rys. 2. Celność i precyzja na przykładzie strzelania do tarczy

Osobliwość
w teorii Wielkiego Wybuchu jest domniemanym „początkiem” tego, co obecnie znamy jako wszechświat. Jest to konstrukt matematyczny o zerowej objętości i nieskończonej gęstości, uzyskiwany przez ustawienie w pewnych równaniach zerowej wielkości promienia kuli. Jednak kula o zerowym promieniu jest eksperymentalnie niemożliwa do osiągnięcia i prawdopodobnie nie do zrealizowania fizycznie. Osobliwość jest jednak częścią matematycznej „ramy pojęciowej” teorii Wielkiego Wybuchu.

Próżnia kwantowa
to stan w kwantowej teorii pola, który ma najniższą możliwą energię kwantową, a tym samym implikuje temperaturę zera bezwzględnego (0° Kelvina). Istnieje dobre, bezpośrednie wsparcie eksperymentalne w świecie subatomowym dla większej części fizyki kwantowej. [*] Jednak „zero absolutne jest niemożliwe do osiągnięcia. Powód tego związany jest z ilością pracy niezbędnej do usunięcia ciepła z substancji. Im zimniejszy stan próbujemy osiągnąć, tym więcej pracy należy wykonać. Osiągnięcie zera kelwinów wymaga nieskończonej ilości pracy”. [**] Tym samym bezpośrednio, eksperymentalnie nie można dowieść istnienia próżni kwantowej, można jedynie postawić hipotezę, że próżnia kwantowa jest mechanizmem wyjaśniającym pewne obserwacje. W przypadku teorii Wielkiego Wybuchu jest ona konstruktem matematycznym używanym do wyjaśnienia pojawienia się fizycznego wszechświata w pewnej konkretnej chwili czasu, przed którą znany nam wszechświat nie istniał, istniejąc zamiast tego jedynie jako energia tej „próżni kwantowej”.

Fluktuacja kwantowa
to hipotetyczna, spontaniczna fluktuacja energii zawartej w próżni kwantowej. W oparciu o słynną zasadę nieoznaczoności Heisenberga i jeszcze bardziej znaną zasadę Einsteina, że E = mc^2, teoretycznie jest możliwe, aby część tej energii została przekształcona w cząstki materii i taką samą liczbę cząstek antymaterii – by niemal natychmiast anihilować się nawzajem. Ma to dziać się stale, ale cząstki, o których ta teoria mówi, nazywane są cząstkami „wirtualnymi”, ponieważ istnieją przez tak krótki okres czasu, że nie można ich zaobserwować. Możemy zaobserwować tylko niektóre efekty zgodne z tą hipotezą. W odniesieniu do Wielkiego Wybuchu pomysł ten polega na tym, że taka fluktuacja utworzyła pierwsze cząstki materii/antymaterii, a następnie natychmiast „włączyła się” (z nieznanych powodów) kosmiczna inflacja oddalając je od siebie, zanim zdążyły się anihilować i zapaść z powrotem w próżnię kwantową. Twierdzi się, że fluktuacja kwantowa mogła stworzyć wszechświat „z niczego”. Ale nawet przy tym sposobie myślenia musi istnieć coś, co podlega fluktuacjom, a próżnia kwantowa nie jest „niczym”.

Zasada kopernikańska
jest fundamentalną zasadą świeckiej kosmologii. Została tak nazwana na cześć Kopernika, kreacjonisty i polskiego duchownego, który przed Galileuszem przekonywał, że Ziemia nie jest centrum Układu Słonecznego. Zakłada ona, że w wystarczająco dużej skali wszechświat będzie wyglądał tak samo w każdym kierunku i niezależnie od tego, gdzie znajduje się obserwator. Dlatego stwierdza ona, że we wszechświecie nie ma wyróżnionego miejsca ani jego „środka”. Jednak zasada ta nie wywodzi się z obserwacji, ale jest założeniem a priori. Niektóre obserwacje mogą wskazywać, że założenie to jest wątpliwe.

Kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła
(CMBR/CMB) odnosi się do promieniowania docierającego do Ziemi ze wszystkich kierunków. Większość świeckich kosmologów uważa, że dociera do nas od bardzo wczesnych stadiów wszechświata. Czasami określano je jako ciepło reliktowe po Wielkim Wybuchu (w postaci światła skrajnie przesuniętego ku czerwieni). CMBR było kluczowym elementem ostatecznej akceptacji teorii Wielkiego Wybuchu.

Przypisy:
[*] Podstawą tej fizyki i kwantowej teorii pola jest mechanika kwantowa. Jest to teoria, która stara się wyjaśnić właściwości przyrody w skali atomowej/subatomowej, gdzie nie wystarcza fizyka klasyczna. Głosi ona, że różne właściwości, takie jak energia i pęd, są ograniczone do wartości dyskretnych (nieciągłych czyli kwantów); że obiekty mogą mieć właściwości zarówno cząstek, jak i fal; oraz że istnieją nieusuwalne ograniczenia tego, jak dokładnie można jednocześnie określić wartości pewnych par wielkości fizycznych (np. położenia i pędu cząstki).

[**] C. Gainey, „Racing toward absolute zero”, blogs.scientificamerican.com, 16 Aug. 2019 r.

Dodatek II. Problem podróżowania światła w teorii Wielkiego Wybuchu („problem horyzontu”)

Biblijnym kreacjonistom („młodej Ziemi”) często zadaje się pytanie: skoro wszechświat ma znacznie większy rozmiar niż 6000 lat świetlnych, jak światło od dalszych obiektów mogło dotrzeć do nas w zaledwie 6000 lat? Ale zwolennicy teorii Wielkiego Wybuchu mają swój własny problem z podróżowaniem światła, związany również ze znacznie większą liczbą lat świetlnych wielkości wszechświata niż lat istnienia wszechświata. [*]

Po domniemanym Wielkim Wybuchu różne części Wszechświata musiały mieć bardzo różne temperatury z tego powodu, że warunki początkowe zyskiwały wartości w dużym stopniu przypadkowo. Ale obecnie bez względu na to, w jakim kierunku wszechświata spojrzymy, CMB pokazuje, że temperatura tła jest wyjątkowo wyrównana – z dokładnością do jednej części na 100 000 – mając bardzo niską temperaturę 2,728°K (-270,422°C). W jaki sposób wszechświat mógł przejść od bardzo różnych temperatur do niemal jednolitej? Tylko wtedy, gdyby gorące części przekazywały energię do chłodnych części. Najszybciej może to nastąpić z prędkością poruszania się światła – czyli przenoszenia energii promieniowania.

Jednak w opowieści o Wielkim Wybuchu wszechświat rozpoczął swoje istnienie jako niezwykle gorąca plazma. Ten „czwarty stan materii” obejmuje naładowane cząstki, które silnie rozpraszają fotony promieniowania elektromagnetycznego („światła”), uniemożliwiając przedostanie się światła. Dopiero 380 000 lat po Wielkim Wybuchu Wszechświat ostygł na tyle, by utworzyły się neutralne atomy. Wszechświat stał się przezroczysty dla fotonów. CMB ma pochodzić z tego okresu czasu i dociera do nas ze wszystkich kierunków.

Oznacza to jednak, że światło mogło w tym czasie przebyć tylko 380 000 lat świetlnych – „horyzont”, poza który nie może sięgnąć. Jednak CMB dociera do nas z obszarów przestrzeni, które byłyby oddalone od siebie około 10-krotnie większą odległością, gdy wszechświat stał się już przezroczysty. W rzeczywistości obszary obserwowanego nieba oddalone od siebie o więcej niż 2° nigdy nie mogły się ze sobą kontaktować. Tak więc zwolennicy teorii Wielkiego Wybuchu również mają do czynienia z rozmiarami charakteryzującymi się znacznie większą liczbą lat świetlnych niż lat istnienia Wszechświata (rys. 4, patrz załączniki). Jest to problem horyzontu, opisany jako „wielki ból głowy dla kosmologów, tak wielki, że wymyślili dzikie rozwiązania”. [**] W skrócie: proponowali, że albo światło zaraz po Big Bangu poruszało się dużo szybciej, albo że wszechświat rozszerzał się kiedyś znacznie szybciej niż prędkość światła (inflacja).

Rys. 4. Widzimy CMBR, pochodzące przypuszczalnie wkrótce po Wielkim Wybuchu, 13,8 miliarda lat temu, nadchodzące ze wszystkich kierunków. Oznacza to, że dwa punkty po obu stronach ogromnego koła są teraz oddalone od siebie 27,6 miliarda lat świetlnych. Ale CMBR powstało, gdy wszechświat był znacznie młodszy, miał zaledwie 380 000 lat. Oznacza to, że światło mogło osiągnąć odległość zaledwie 380 000 lat świetlnych (mniejsze okręgi). Tak więc te dwa obszary nigdy nie mogłyby przenosić energii między sobą, ponieważ ich okręgi się nie nakładają.


Przypisy:
[*] J. Lisle, „Light-travel time: a problem for the big bang”, Creation 2003, vol. 25, issue 4, s. 48–49; www.creation.com/lighttravel.

[**] M. Brooks, „13 things that do not make sense, New Scientist, 19 Mar 2005. Zobacz także M. Harwood, „How can distant starlight reach us in just 6,000 years?”, 12 Jan 2009, creative.com/starlight2.