Ошибки моделей "Большого взрыва не было"

1. Ошибки в критике Лернера Большого взрыва
2. Ошибки в альтернативе Лернера Большому взрыву
3. Прочие ошибки

Начало | Критика | Альтернатива | Прочее | Низ

1. Существование сверхскоплений галактик и структур, таких как "Великая стена", которым требуется слишком много времени для образования из "совершенно гомогенного" Большого взрыва.
2. Необходимость в темной материи и наблюдения, не показывающие темной материи.
3. Спектр реликтового излучения FIRAS является "слишком севершенным" абсолютно черным телом.

Верна ли эта критика? Нет, и было известно, что она неверна в 1991г, когда Лернер писал свою книгу.

Давайте сначала взлянем на сверхскопления.

Лернер дает пример волокон или пластов протяженностью 150 миллионов световых лет на рисунке 1.1, после чего заявляет, что матери было необходимо путешествовать на 270 миллионов световых лет, чтобы образовать эту структуру. Очевидно, 75 миллионов световых лет достигают цели. Если материя путешествует со скоростью 1000 км/сек, то потребуется 22.5 милиарда лет, что примерно в два раза больше, чем возможный возраст Вселенной. Однако когда Вселенная была моложе, то всё в ней располагалось ближе, поэтому небольшое перемещение, сделанное ранее в истории Вселенной вносят гораздо больший вклад, чем движение, сделаноое позже. Таким образом, материалу было легко собраться вместе в ранней истории Вселенной. Здесь математика Лернера подобна пренебрежению процентами при планировании пенсионных накоплений. Если Вы сохраняете $1000 в год в течение 50 лет, то Вы не уйдете на пенсию в $50,000. Если ставка процента была 7 процентов в течение всех 50 лет, то у Вас будет сбережено на черный день $460,000.

Кроме того, скорости по отношению в закону Хаббла естественно уменьшаются со временем, поэтому скорость 1000 км/сек в прошлом была больше. Обсуждение Лернером этого момента использует веские слова и неверную логику. Он цитирует бзымянных космологов будто "размысляющих", что материя двигалась в прошлом быстрее, и называет это "неизвестным" процессом. На самом деле, это всего лишь Первый закон Ньютона. Расмотрим объект, движущийся со скоростью 1000 км/сек относительно закона Хаббла в месте нашего расположения. При H_o = 65 км/сек/МПс этот объект будет двигаться на 1.54 МПс за 1.5 Млрд.лет, т.е. время, требующееся Вселенной, чтобы возрасти на 10% при таком значении H_o. Его скорость все еще будет 1000 км/сек, но поток Хаббла на расстоянии 1.54 МПс равно 1.54*65 = 100 км/сек, поэтому скорость объекта относительно потока Хаббла теперь равна лишь 900 км/сек. Она снизилась на 10% в то время как Вселенная выросла на 10%.

Например, нейтрино в модели горячей темной материи просто спускаются с горы, или "свободно стекают". Если свободно текущие нейтрино имеет скорость 1000 км/сек сейчас, то после рекомбинации оно путешествовало от точки, которая сейчас находится на расстоянии 2.8 миллиарда световых лет. Если вместо свободного потока материя ускорялась гравитационными силами, тогда соотношение между скоростью относительно потока Хаббла и расстояние до начальной точки (измеренное сейчас), равно:

v = H*D*&Omega^0.6

Используя значение Лернера 1000 км/сек, и расстояние в 75 миллионов световых лет, и H_o = 50 км/сек/МПс, мы обнаружим отличное соответствие если только &Omega близка к 1. Поэтому структуры Лернера, "которым требуется так много времени для образования" являются всего лишь еще одним основанием для большого количества темной материи.

Фактически, Jim Peebles из Принстона рассчитал just how much inhomogeneity в ранней Вселенной была необходима, чтобы вырасти в те крупномасштабные структуры, которые мы наблюдаем сегодня. Для измерения негомогенности может быть использована анизотропия. Эти расчеты были опубликованы в 1982г (ApJ Lett, 263, L1) и показали, что анизотропия температуры реликтового излучения с RMS квадруполя с амплитудой в 6 микроКельвинов должна быть образована негомогенностью, необходимой для создания скоплений галактик, если постоянная Хаббла была H_o = 100 км/сек/МПс. При H_o = 50, квадруполь RMS должен быть 12 микроK. Действительный предел в то время был 600 микроK, поэтому не существовало никаких проблем по созданию крупномасштабных структур. Более поздние результаты снизили предел квадруполя RMS до 200 микроK к моенту публикации Лернером его книги. Таким образом, когда Лернер написал BBNH, модели могли воспроизвести наблюдаемые крупномасштабные структуры с начальными условиями, которые были в 12 раз более однородные, чем наблюдаемый предел гомогенности.

В 1991г предел был снижен до 22 микроK пробором [FIRS] в баллонном эксперименте, а затем [COBE] открыл анизотропию с уровнем 17 ± 5 микроK и текущее лучшее значение равно 18.4 ± 1.6 микроK.

Так где был "кризис"? "Кризис" возникает лишь, если не существует темной материи. Без темной материи вам нужны в 10 раз большие начальные возмущения и, таким образом, в 10 раз больший RMS квадруполь, что было окончательно исключено в 1991г после того как Лернер нписал свою книгу.

Лернер цитировал George Field, говорящего о том, что был кризис, однако не дал цитату в книге. Я помню множество газетных статей писали, что был кризис, но те из нас, кто создавал спутник COBE знали, что никто не провел наблюдений достаточной чувствительности, чтобы проверить модели рассчитанные Peebles, и лишь надеялись, что COBE сработает достаточно хорошо, чтобы сделать это.

К 1992г, модель, которую использовал Peebles, была названа "Холодная темная материя" и люди говорили, что она "умерла" (см. "Конец холодной темной материи?" Davis с соавт., 1992, Nature, 356, 489). Но это происходило из-за старания получить детали напрямую: Вы могли моделировать сверхскопления, а получить множество скоплений галактик, или Вы могли моделировать скопление с небольшим квадруполем реликтового фона и получить слишком мало сверхскоплений. Измерения COBE совпали со значением, необходимым для образования сверхскоплений. Таким образом, проблема холодной темной материи состоит в том, что она позволяет слишком много структур, а не слишком мало. Существует несколько путей модификации холодной темной материи, чтобы заставить её работать:

• Взять низкое H_o: 42, вероятно, хватит.
• Установить плотность меньше, чем критическая.
• Найти вид нейтрино с массой в 5 эВ или около того.
• Установить космологическую постоянную.

По иронии судьбы, в то время, как Лернер использует этот неверный аргумент против Большого взрыва, чтобы поддержать модель бесконечно старой Вселенной, [Креационисты молодой Земли] используют этот же самый аргумент, чтобы поддержать их веру в то, что Вселенная имеет возраст, равный лишь нескольким тысячам лет.

Существует ли [темная материя?]

Существует, разумеется, множество оснований существования темной материи. Если смотреть на скопление галактик, то гравитационные эффекты в скоплени могут быть измерены тремя способами. Один способ заключается в измерении орбитального движения галактик в скоплении. Впервые это было проделано Цвики (Zwicky) в 1933г (Helv. Phys. Acta, 6, 110)! Второй способ заключается в изучении [горячего газа] захваченного многими [большими скоплениями галактик]. Третий способ заключается в изучении [искривлении пути света], идущего от галактик, расположенных за скоплениями массой [скопления (гравитационное линзирование)]. Все три метода дают массы, которые оказываются гораздо больше, чем масса звезд в галактиках, образующих скопление. Эту величину обычно приводят в виде отношения масса-яркость, и эта величина M/L в несколько сотен раз превышает солнечную единицу для скоплений галактик и лишь в 3 раза для звезд млечного пути в окрестностях Солнца.

Статья, которую Лернер цитирует как основание отсутствия темной материи, авторов Valtonen и Byrd (1986, ApJ, 303, 523), утверждает, что известное скопление галактик, называемое [Coma cluster] и другие огромные скопления галактик являются не связанными объектами. Однако, наблюдаемые в пределах скопления скорости должны привести к их рассеянию в промежуток времени гораздо более короткий, чем возраст Вселенной, таким образом это утверждение является весьма странным. Более того, в настоящее время имеются такие доказательства, как рентгеновские лучи и гравитационное линзирование, которые свидетельствуют, что Valtonen и Byrd ошибались.

Единственным способом объяснить эти наблюдения без привлечения значительного количества темной материи является гипотеза, что силы гравитации на больших расстояниях становятся сильнее, чем предсказываемые Ньютоном (или Эйнштейном). Эта модель называется MOND, т.е. Модификация ньютоновской динамики, и эта модель имеет некоторых сторонников. Однако не существует хорошей релятивисткой версии MOND, а существование гравитационного лизирования в скоплениях галактик требует релятивистской теории, которая мделирует такое же изменение для света и для таких медленно движущихся объектов, как галактики. Более того, iесли подтвердятся результаты эксперимента [MACHO], то модель MOND окажется неверной для Гало Млечного пути. И если нам нужна темная материя для объяснения Гало Млечного пути, то совершенно естественно использовать то же самое объяснение для далеких скоплений галактик.

Еще о [темной материи.]

Является ли спектр реликтового излучения "слишком совершенным"?

Вверх | Критика | Альтернативы | Прочее | Вниз

1. Красном смещении галактик
2. Чернотельном реликтовом излучении
3. Содержании легких элементов

В своей книге Большого взрыва никогда не было, Лернер представляет модель Альфвена-Кляйна (Alfven-Klein), которая объясняет красное смещение, используя представление о части Вселенной, которая начинает коллапсировать, после чего колапс обращается вспять. Эта модель требует новой физики для создания сил, необходимых для обращения колапса. Рисунок 6.2 из книги BBNH показывает коллапс, его обращение, и дальнейшее расширение области пространства. На приведенном ниже рисунке показаны пространственно-временные диаграммы, основанные на этой идее. На пространствено-временной диаграмме, время показано идущим вверх, где низ является далеким прошлым. Черными линиями показаны пути различных облаков материи (галактики), как функция времени. Они называются "мировыми линиями". Красные линии показывают положение световых лучей, которые достигают нас сейчас вверху в центре диаграмм. Они называются "световыми конусами". Лернер говорит, что коллапсирует лишь небольшая область: поперечником лишь около нескольких сотен миллионов световых лет. Это показано справа. Однако если бы это случилось, то далекая галактика в точке G должна была бы иметь скорость удаления меньше, чем скорость удаления ближней галактики A. Но это не то, что мы наблюдаем. Таким образом, колапсировать должны области гораздо большего размера. Это показано на рисунке слева. Теперь G имеет больше скорость удаления, чем A, что соответствует наблюдениям.

Что вызывает обращения коллапса и повторное расширение? Лернер утверждает, что это давление, вызываемое аннигилляцией материи и антиматерии в ходе коллапса. Эта область высокого давления показана зеленым эллипсом. Но лишь разница давлений создает силы. Для создания ускорения необходим градиент давления. В случае большой области коллапса, которая необходима для соответствия наблюдениям, требуется большое ускорение с больши градиентом давления, и этот градиент распространяется на большие расстояния, что приводит к значительно увеличенному давлению.

Однако в теории относительности давление имеет "вес" и вызывает более сильное гравитационное притяжение. Это можно видеть, воспользовавшись формулой для величины работы W = PdV, таким образом давление подобно плотности энергии. Далее, посредством E = mc², эта плотность энергии подобна плотности масы. Если коллапсирующая область достаточно велика, чтобы удовлетворить наблюдениям, то давление должно быть такое большое, что образуется черная дыра и область уже не будет расширяться. Peebles обсуждает эту проблему в вопросе космологии плазмы в своей книге "Принципы физической космологии".

Удивительно, что Лернер сегодня отказывается от модели Альфена-Кляйна, которая играла столь значительную роль в книге BBNH, и хочет, чтобы я дал ему подходящие ссылки! Он указывает на то, что он перечислил проблемы модели Альфена-Кляйна в приложении к книге BBNH, но это были сравнительно небольшие проблемы в сравнени с тем, что фактически модель просто не будет работать! Если модель Альфена-Кляйна не работает, то тылами для отступления Лернера является модель уставшего света, которая является еще одной полной неудачей.

Модель Лернера для реликтового излучения утверждает, что межгалактическая среда сильно поглощает радиоволны. Его доказательства этого представлены на Рисунке 6.19 книги BBNH, который якобы показывает снижение отношения светимости в радиолучах к светимости в инфракрасных лучах, как функцию расстояния. Предполагается, что это поглощение происходит в узких олокнах, с крошечными отверстиями, рассеянными почти случайным образом, потому такие удаленные компактные радиоисточники, как квазары могут быть видимы через эти отверстия.

Лучшее доказательство против этой модели также находится в книге BBNH, на Рисунке 6.17. Это изображение [Лебедь A], который является ярчайшим внегалактическим радиоисточником. Он имеет красное смещение z = 0.056 и расположен в 700 миллионах световых лет от нас, используя значение H₀ = 75, как в статье Лернера в журнале ApJ, и глядя на рисунок 6.19 книги BBNH, мы видим, что этот источник должен быть поглощен более чем на 99%. Поэтому более чем 99% площади должна быть зачернена поглощающими волокнами на Рисунке 6.17, но ничего такого не видно. Лебедь A можно изобразить на Рисунке 6.19, однако он выйдет за пределы шкалы в верхний правый угол, полностью ортогонально к предлагаемому Лернером тренду.

Лернер отрицал существование протяженных радиоисточников с большими красными смещениями, что довольно глупо, учитывая, что Лебедь A, очевидно, является одним из таких источников. Другим протяженным радиоисточником, расположенным в три раза дальше, является скопление галактик Abell 2218, имеющее угловой размер 120" и красное смещение z = 0.174. Ясно, что этот объект находится за пределами метегалактики Лернера, однако там не наблюдается большой дыры в реликтовом излучении. Поле излучения было тщательно исследовано на эффект Сюняева-Зельдовича и нехватка составила величину менее чем милиКельвин.
На найденном мною снимке Abell 2218 представлен как равитационная линза - прим. переводчика.

Атлас [3CRR] содержит изображения многих далеких радиоисточников с большими угловыми размерами. наибольшим угловым размером из тех источников при z > 0.4 обладает объект [3C457], имеющий угловой размер 205" и красное смещение z = 0.428. В этом списке 7 из 10 источников с 0.4 < z < 0.5 имеют размеры более 30". Единичная дыра размером в 30" в поглощающей завесе проявилась бы как анизотропия в -2 мK согласно данным [Saskatoon], но ничего подобного не наблюдается.

Таким образом, радиоисточники с большими угловыми размерами видны с больших растояний и локальная поглощающая завеса Лернера не существует.

Второе возражение по поводу локальной поглощающей завесы Лернера заключается в том, что ее плотность снижается обратнопропорционально расстоянию от местного пика плотности, которое Лернер считает сверхскоплением в Деве. Однако если плотность поглотителя максимальна в Деве, то должно наблюдаться гораздо большее поглощение в этом направлении, чем в противоположном направлении. Это бы привело к значительной анизотропии распределения радиоисточников на небе. Но радиоисточники распределены равномерно в пределах нескольких процентов, поэтому локальная поглощающая завеса Лернера не существует.

Третье возражение по поводу локальной поглощающей завесы Лернера состоит в том, что она бы делала далекие радиоисточники слабее, она бы изменила зависимость числа источников от величины потока для радиоисточников таким способом, которого не наблюдается. Обычно поток от источника снижается по закону обратных квадратов: F = A/D², где A есть константа, зависящая от светимости источника. Если Вы подсчитаете все источники ярче, чем некий минимальный поток F_min, то вы наблюдаете на максимальном расстоянии D_max = sqrt(A/F_min). Число источников изменяется как D³, или N = N₁(F_min/F₁)^-1.5. Лернер изменил взаимосвязь потока с расстоянием таим соотношением: F = A/D^2.4, добавив туда свое радиопоглощение, и это изменяет закон числа источников на выражение N = N₁(F_min/F₁)^-1.25. Если кроме того плотность радиоисточников максимальна вблизи Земли в той же степени, какую Лернер предлагает для других плотностей, тогда закон числа источников становится такой: N = N₁(F_min/F₁)^-0.83. Реальные данные показывают закон N = N₁(F_min/F₁)^-1.8, что не совместимо с моделью Лернера. Таким образом, локальная поглощающая завеса Лернера не существует.

Аппроксимация Лернера для спектра FIRAS

Предполагая существование своей поглощающей завесы, хотя протяженные удаленые радиоистточники показывают, что она не существует, Лернер (1995, Ap&SS, 227, 61) представил аппроксимацию спектра FIRAS для реликтового излучения. После обсуждения того, какая существует слабая зависимость"поглощающей способности" (не определена, единицы измерения неизвестны) от частоты, конечная аппроксимирующая функция Лернера в его уравнении (38) описывает непрозрачность, которая не зависит от частоты. У этой функции имеется семь явных параметров в дополнение к 2 параметрам температуры и галактической нормализации, которые необходимы для любых аппроксимаций данных FIRAS. Затем Лернер считывает даные FIRAS из статьи Mather с соавт. (1994) из 34 точек переходит к 10 binned points, и обнаруживает, что его модель с 9 параметрами хорошо соответствует 10 точкам данных. Это звучит глупо, но это больше потому, что статья плохо написана и отредактирована. Аппроксимирующая функция Лернера в действительности имеет лишь два независимых параметра: "y"-параметр Компанейца и излучающая способность, которая слегка отличается от единицы. И получающаяся аппроксимация 4 параметрами для 34 точек данных из работы Mather с соавт. (1994) является прекрасной. Приведенный ниже рисунок показывает отклонения от чернотельного излучения для модели Лернера, а пустые кружочки являются данными Mather с соавт. (1994).

К несчастью для Лернера, улучшенная калибровка и использование полного набора данных FIRAS в работе [Fixsen с соавт. (1996)] дают затемненные точки данных на рисунке. Модель Лернера является плохим приближением для этих данных. Показанная кривая, которая является наилучшим приближением для данных Mather с соавт. (1994), располагается в шести стандартных отклонениях от данных Fixsen с соавт. (1996). Исправление излучающей способности и "y" параметра для обеспечения соответствия данным Fixsen с соавт. (1996) приводит к измению &chi² лишь на 0.7 при двух новых степенях свободы, что хуже, чем средняя характеристика для случайных моделей.

Вверх | Критика | Альтернативы | Прочее | Вниз

• Лернер утверждает, что нейтрино от Сверхновой 1987A в Малом Магеллановом облаке исключают интересные величины масс нейтрино, однако использовавшиеся детекторы на легкой воде, способны по существу лишь на обнаружение электронных антинейтрино, поэтому &mu и &tau нейтрино могут иметь достаточные массы. И математика Лернера неверна (снова): Нейтрино с подходящей массой в 5 эВ и энергией в 10 МэВ движутся со скоростью, которая равна:

  v = (1 - 0.5*(m/E)²+...)*c = 0.999999999999875*c

  и после путешествия в течение 160,000 лет запаздывает менее чем на 1 секунду. Наблюдаемый всплеск длился 6-10 секунд, поэтому даже электронные нейтрино могут иметь достаточно массы, чтобы быть горячей компонентой в смешанной модели темной материи.
• Лернер показывает поперечные сечения моделей плазмы, которые выглядят как спиральные галактики (Рисунок 1.13 и Рисунок 6.7). Однако они являются сечениями скрученных столбов, как показано на Рисунке 6.8f, и выглядят ничем не похожими на [спиральные галактики] в трех измерениях.
• Солнце является очень массивным телом, и мы знаем ускорение Солнца при его движении вокруг Млечного пути. Следовательно, мы можем рассчитать силу, необходимую для удержания его на орбите и сравнить её с электромагнитными силами. Таким образом Ted Bunn легко показал, что электромагнитные силы в 100 милионов миллиардов раз слабее влияют на орбиту Солнца в Млечном пути.
• Лернер говорит о расчетах Peebles по содержанию гелия, что "как растет число фотонов на один нуклон, то же происходит и с гелием." На самом деле наоборот. И различие между 30 K, предскзанными Peebles и 2.73 K, ныне наблюдаемым, являются, в основном, следствием предположения, что Вселенная имеет критическую плотность из обычной материи. Потому это несоответствие не является неудачей модели Большого взрыва, а скорее является еще одним доказательством небарионной темной материи. И, разумеется, Peebles не создавал радиометра: Roll и Wilkinson сделали это.

Вверх | Критика | Альтернативы | Прочее | Вниз

© 1997-2000 Edward L. Wright. Last modified 11 Oct 2003г
..:: Перевел с английского В.Г. Мисовец