De lichtsnelheid: een probleem voor de “big bang”

De lichtsnelheid: een probleem voor de “big bang”
door Robert Newton in Creation 25(4).
vertaling AH, Werkgroep In Genesis

Het ‘verre sterlicht probleem’ wordt soms gebruikt als een argument tegen de Bijbelse schepping. Mensen die in miljarden jaren geloven beweren vaak, dat licht van de verst afgelegen melkwegstelsels onmogelijk de aarde bereikt kan hebben in 6000 jaar.

Het argument van de licht-reistijd kan niet worden gebruikt om de Bijbel te verwerpen ten gunste van de ‘big bang’ (de theorie van de Grote Knal/Oerknal) met zijn miljarden jaren. Want het ‘big bang’ model heeft ook een lichtreistijd probleem.

De achtergrond

In mei 1964 ontdekten Penzias en Wilson dat de wereld baadt in een zwakke microgolfstraling, schijnbaar afkomstig uit de verst afgelegen waarneembare delen van het heelal. Hiervoor kregen zij de Nobelprijs voor natuurkunde in 1978. [1] Deze Kosmische Microgolf Achtergrondstraling (KMA) komt uit alle richtingen in de ruimte en heeft een karakteristieke temperatuur.[2], [3]

Terwijl deze KMA een succesvolle voorspelling van het ‘big bang’ model werd genoemd [4], is het in feite een probleem voor de ‘big bang’. De precies uniforme temperatuur van de KMA veroorzaakt namelijk een lichtreistijd probleem voor ‘big bang’ modellen met betrekking tot de oorsprong van het heelal.

Het probleem

De temperatuur van de KMA is in essentie overal dezelfde, [5] in alle richtingen (met een precisie van 1 deel per 100,000).[6] Echter, (volgens ‘big bang’ theoretici) de temperatuur van de KMA [7] in het vroege heelal zou zeer verschillend zijn geweest op verschillende plaatsen in de ruimte vanwege de toeval-structuur van de oorspronkelijke regionale gesteldheid.

Deze verschillende gebieden konden tot dezelfde temperatuur komen als zij in contact met elkaar waren. Verafgelegen gebieden zouden in evenwicht komen door uitwisseling van straling (bijv. licht [8]). De straling zou energie overdragen van warmere gebieden naar koudere totdat zij dezelfde temperatuur zouden hebben.

licht-diagram
1: Vroeg tijdens de ‘big bang’ hadden de punten A en B verschillende temperaturen.
2: Vandaag de dag hebben A en B dezelfde temperatuur, en toch is er niet voldoende tijd geweest om licht uit te wisselen.

Het probleem is dit; zelfs uitgaande van de tijdschaal van de ‘big bang’, is er onvoldoende tijd is geweest voor de reis van het licht tussen de ver van elkaar afgelegen gebieden in de ruimte. Dus hoe kan het dan dat de verschillende gebieden van de huidige KMA zulke precies uniforme temperaturen hebben als zij nooit met elkaar in contact waren? [9] Dit is het lichtreistijd probleem. [10]

Het ‘big bang’ model veronderstelt dat het heelal vele miljarden jaren oud is.Alhoewel deze tijdschaal voldoende is voor de lichtreistijd van afgelegen melkwegstelsels naar de aarde, is het niet genoeg tijd om van de ene kant van de ruimte te reizen naar de andere zijde van het zichtbare heelal.

Toen het licht uitgezonden werd, volgens de veronderstelling 300,000 jaar na de ‘big bang’ had de ruimte al een uniforme temperatuur over een afstand van tenminste tien keer zo groot als de afstand die het licht zou hebben kunnen afleggen (genaamd de ‘horizon’) [11] Hoe kan het dan dat deze gebieden op elkaar kunnen lijken, bijv. dezelfde temperatuur hebben?

Hoe kan één kant van het zichtbare heelal de andere kant ‘kennen’ als er onvoldoende tijd was voor de uitwisseling van informatie? Dit wordt het ‘horizon’ probleem genoemd. [12] Veel seculiere astronomen hebben oplossingen voor dit probleem voorgesteld, maar niet één voldeed tot nu toe (Zie kader: Pogingen om het lichtreistijd-probleem van de ‘big bang’ op te lossen hieronder).

Samenvatting

De ‘big bang’ vereist dat gebieden in het zichtbare heelal die tegenover elkaar liggen, energie moeten hebben uitgewisseld door straling. Deze gebieden in de ruimte zien er gelijk uit op KMA kaarten. Maar er is niet genoeg tijd geweest voor de reis van het licht over deze afstand.

Zowel Bijbelse creationisten als wetenschappers die in de ‘big bang’ geloven, hebben een aantal mogelijke oplossingen voor het lichtreistijd-probleem aangedragen in hun respectievelijke modellen. Dus moeten big-bang’ers de creationisten niet bekritiseren voor het voorstellen van mogelijke oplossingen, omdat zij zelf hetzelfde doen met hun model.

Het horizonprobleem blijft een ernstig probleem voor ‘big bang’ aanhangers, zoals blijkt uit hun vele concurrerende gissingen in een poging om het probleem op te lossen. Het is daarom niet correct van big bang’ers om het probleem van de lichtreistijd te gebruiken tegen het bijbelse creationistisch model, omdat hun eigen model hetzelfde probleem kent.

Pogingen om het lichtreistijd-probleem van het ‘big bang’ model op te lossen

Momenteel is het meest populaire idee ‘inflatie’ – een veronderstelling uitgevonden door Alan Guth in 1981. In dit scenario werd de uitbreidingsnelheid van het heelal (d.w.z. de ruimte zelf) enorm versneld in een ‘inflatie-fase’ vroeg tijdens de ‘big bang’.

De gebieden in de ruimte waren in zeer nauw contact met elkaar voordat deze inflatie plaatsvond. Zo konden zij dezelfde temperatuur hebben door uitwisseling van straling, voordat zij zeer snel (sneller dan de lichtsnelheid [1]) uiteen werden gedreven. Volgens dit inflatie-idee, waren deze gebieden voor inflatie met elkaar in contact, toen het heelal nog heel klein was.

Het inflatie scenario is verre van zeker. Er zijn veel inflatie modellen, ieder met zijn eigen moeilijkheden. Er is ook geen eenstemmigheid over de vraag welk inflatie model juist is, als er al een juist is.

Een fysisch mechanisme dat de inflatie kon veroorzaken is onbekend, alhoewel er veel speculaties zijn. Er zijn ook moeilijkheden over de vraag hoe de inflatie moet stoppen nadat het is gestart – het geraffineerde uitloop probleem. [2] Het is bekend dat veel inflatie modellen fout zijn – omdat zij voorspellingen maken waarvan bekend is dat zij in strijd zijn met de waarnemingen, [3] zoals Guth’s oorspronkelijke model. [4] Ook kunnen veel aspecten van inflatiemodellen nu niet getest worden.

Sommige astronomen accepteren geen inflatiemodellen en hebben andere mogelijkheden voorgesteld m.b.t. het horizon-probleem. Dit zijn scenario’s waarin de zwaartekracht varieert met de tijd, [5] het ‘ekpyrotisch model’ met een cyclisch heelal, [6] scenario’s waarin het licht een kortere weg neemt door extra hypothetische dimensies in te voeren, [7] ‘ null-singularity ’ modellen, [8] en modellen waarin de lichtsnelheid veel groter was in het verleden. [9],[10] (Creationisten hebben er ook op gewezen dat door veranderende snelheid van het licht de moeilijkheden met de reistijd van het licht kunnen worden opgelost in het bijbelse scheppingsmodel.[11])

In het licht van deze problematiek is het veilig om te stellen dat het probleem van de tijdhorizon niet definitief is opgelost.


Referenties en aantekeningen (kadertekst)

[1] Deze theorie is niet in strijd met de relativiteit welke slechts voorkomt dat objecten sneller reizen door de ruimte, dan c, terwijl in het inflatiemodel het de ruimte zelf is die uitbreid en objecten meeneemt
[2] Kraniotis, G.V., String cosmology, International Journal of Modern Physics A 15(12):1707–1756, 2000.
[3] 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, The Astrophysical Journal 510:20–31, 1999.
[4] Coles, P. and Lucchin, F., Cosmology: The Origin and Evolution of Cosmic Structure, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, p. 151, 1996.
[5] Levin, J. and Freese, K., Possible solution to the horizon problem: Modified aging in massless scalar theories of gravity, Physical Review D (Particles, Fields, Gravitation, and Cosmology) 47(10):4282–4291, 1993.
[6] Steinhardt, P. and Turok, N., A cyclic model of the universe, Science 296(5572):1436–1439, 2002.
[7] Chung, D. and Freese, K., Can geodesics in extra dimensions solve the cosmological horizon problem? Physical Review D (Particles, Fields, Gravitation, and Cosmology) 62(6):063513-1–063513-7, 2000.
[8] 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, Physical Review D 65:123516-1–123516-9, 2002.
[9] Albrecht, A. and Magueijo, J., Time varying speed of light as a solution to cosmological puzzles, Physical Review D (Particles, Fields, Gravitation, and Cosmology) 59(4):043516-1–043516-13, 1999.
[10] Clayton, M. and Moffat, J., Dynamical mechanism for varying light velocity as a solution to cosmological problems, Physics Letters B 460(3–4):263–270, 1999.
[11] For a summary of the c-decay implications, see: Wieland, C., Speed of light slowing down after all? Famous physicist makes headlines, TJ 16(3):7–10, 2002.


Referenties en aantekeningen

[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] Coles, P. and Lucchin, F., Cosmology: The Origin and Evolution of Cosmic Structure, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, p. 151, 1996.
[5] Echter, de aanwezigheid van KMA was feitelijk opgemaakt uit het spectra van bepaalde moleculen in de ruimte reeds voordat big-bang modellen bedacht waren.
[6] Met uitsluiting van bronnen in ons eigen melkwegstelsel.
[7] Voor het gemak wordt de algemeen bekende term KMA gebruikt zonder te impliceren dat dat de straling op dezelfde golflengte z’n piek had gedurende alle tijdvakken van het model.
[8] Infraroodstraling is een onderdeel van het lichtspectrum.
[9] Dit is een interne inconsistentie voor het big-bang model. Het is geen probleem voor het scheppingsmodel; God zou de ver verwijderde delen van het universum vanaf het begin met dezelfde temperatuur geschapen kunnen hebben.
[10] Misner, C., Mixmaster Universe, Physical Review Letters 22(20):1071–1074, 1969.
[11] Ref. 1, p. 136.
[12] Lightman, A., Ancient Light, Harvard University Press, London, p. 58, 1991.

Originele Engelse tekst op: http://www.answersingenesis.org/creation/v25/i4/lighttravel.asp