Big Bang och universums ålder

Innehåll

1. Har universum skapats av något övernaturligt? (Talk Origins / EvoWiki)

2. Strider ordningen i universum mot Big Bang-teorin? (Talk Origins / EvoWiki)

3. Vilken ålder har universum? (Talk Origins / EvoWiki)

4. Är Big Bang-teorin fel? (Talk Origins / EvoWiki)

5. Är Humphreys kosmologiska modell bättre än Big Bang-teorin? (Talk Origins / EvoWiki)

6. Skapades universum med en skenbar ålder? (Talk Origins / EvoWiki)

7. Tyder förekomsten av spiralgalaxer på ett ungt universum? (Talk Origins / EvoWiki)

8. Tyder förekomsten av supernovor på ett ungt universum? (Talk Origins / EvoWiki)

9. Expanderar stjärnhopar? (Talk Origins)

10. Är mörk materia/energi en ad hoc-förklaring? (Talk Origins)

11. Är trött ljus-modellen korrekt? (Talk Origins / EvoWiki)

12. Har ljushastigheten avtagit med tiden? (Talk Origins / EvoWiki)

Bredvidläsning


1. Har universum skapats av något övernaturligt?

Getsemane.se: ”En naturlig följd av detta faktum är att det inte finns någon naturlig process som kan skapa energi. Energin måste med andra ord en gång ha skapats av någonting som står utanför det naturliga.

Svar: Det finns ett antal naturalistiska teorier för universums uppkomst.


2. Strider ordningen i universum mot Big Bang-teorin?

Getsemane.se: ”Med tanke på att universum, enligt den rådande Big bang-teorin, har sitt ursprung i en gigantisk explosion borde varken ordning eller regelbundenhet existera.”

Svar: Big Bang-teorin beskriver inte en explosion i likhet med en bomb, utan en expansion av rummet i sig självt (figur 1). Uppdelningen i energi och materia samt skapandet av elementarpartiklarna skedde efter några minuter. Gravitationskraften kondenserade slutligen materien till stjärnor och galaxer (= ordning). Faktum är att enligt teorin var universums ursprungliga, extremt täta tillstånd mer ordnat än dagens universum (entropin var ungefär noll). Det bör även noteras att vanliga explosioner faktiskt kan ge upphov till både ordning och regelbundenheter i form av t.ex. svampmoln, ljudvågor, projektiler, värme- och tryckgradienter, kemiska produkter etc.


Figur 1: Universums expansion sker inte i ett befintligt rum utan är en expansion av rummet i sig självt.


3. Vilken ålder har universum?

Genesis.nu: ”Utan att blanda in kosmologiska spekulationer om universums ålder, kan man utifrån Bibeln säga att begynnelsen var för ca 10 000 år sedan, beroende på vilken handskriftstradition man följer.

Svar: Universums ålder har bestämts med ett flertal oberoende mätningar som samtliga tyder på att universum är ca 15 miljarder år gammalt (tabell 1). Se även tabell 1 på sidan om jordens ålder.


  Tabell 1: Minimiålder för universum.
Observation
Minimiålder för universum / (år)
Eklips av Stora magellanska molnet.
153 000
Omloppsbanor hos asteroiderna i Koronisfamiljen.
5,8 miljoner
Ljusstyrkan hos vissa stjärnor.
50 miljoner
Ljusstyrkan hos galaxer och supernovor.
> 1 miljard
Radiometrisk datering av mineral och bergarter på jorden.
4,5 miljarder
Ljusstyrkan hos stjärnor i de äldsta klotfomiga stjärnhoparna.
12 miljarder
Avkylningshastigheten hos vita dvärgar.
12–13 miljarder
WMAP
13,7 miljarder
Kol-kväve-syre-cykeln
15 miljarder
Förmörkelsebinär i galaxen M33.
15,8 miljarder



4. Är Big Bang-teorin fel?

Genesis.nu: ”Det finns många vetenskapliga observationer som talar mot evolutionsteorin: […] att det ser ut att finnas alldeles för lite materia i universum för att Big Bang överhuvudtaget skulle kunna ha ägt rum […].”

Svar:
Även om Big Bang-teorin har problem med att förklara vissa observationer, t.ex. varför universums expansion accelererar, finns det en stor mängd data som stöder teorin, bl.a. rödförskjutningen av avlägsna galaxers spektra, den kosmiska bakgrundsstrålningen, andelen av helium och vissa andra lätta grundämnen i gamla stjärnor, fördelningen och utvecklingen av galaxer, Olbers paradox samt tidsdilation hos supernovor. Ett flertal av dessa observationer har även kunnat förutsägas av teorin, något som ytterligare stärker teorins trovärdighet (figur 2). Ett dynamiskt (expanderande eller kontraherande) universum är också en direkt följd av Einsteins allmänna relativitetsteori. Big Bang-teorin har därför en mycket stark ställning bland astronomer och kosmologer, och förbättrade observationer inom astronomi eller nya experiment inom fysik kommer troligen endast att leda till smärre modifikationer av teorin.


Figur 2: Den kosmiska bakgrundsstrålningen, uppmätt med COBE-satelliten. Den experimentella kurvan överlappar så exakt med den teoretiskt predikterade att man inte kan visa ”felstaplar” eftersom de skulle vara mindre än kurvans tjocklek!


5. Är Humphreys kosmologiska modell bättre än Big Bang-teorin?

Genesis.nu: ”Dr Russel Humphreys har beskrivit hur universum kan ha uppstått ur ett vitt hål, d.v.s. ett svart hål som körs baklänges och slungar ut materia istället för att suga åt sig.”

Svar: Enligt den skapelsetroende fysikern Russell Humphreys skapades jorden inuti ett svart hål som utvecklas baklänges, ett s.k. vitt hål. Hålet var omgivet av en händelsehorisont, och ljus som passerat denna kommer att se ut som om det färdats mycket längre än det i verkligheten har. Förutsättningarna för teorin är att universum har en gräns, och att jorden ligger mitt i universum, vilket är fullständigt absurda antaganden för seriösa fysiker och astronomer. Humphreys har även kritiserats för att använda falska antaganden och felaktiga data, samt för att bryta mot vetenskapens metodologiska naturalism genom att åkalla mirakler för att eliminera vetenskaplig data som inte passar in i hans skapelsemodell. Inte bara seriösa vetenskapsmän avfärdar Humphreys idéer, även andra kreationister har pekat ut felaktigheter i hans modeller.


6. Skapades universum med en skenbar ålder?

Genesis.nu: ”En möjligen enklare förklaring är att när Gud skapade jorden, så skapade han troligen saker och ting ’fullvuxna’, dvs de hade en ’skenbar ålder’ som var höre [sic] än deras verkliga ålder.”

Svar: Att universum skulle ha skapats med en skenbar ålder framlades ursprungligen i boken Omphalos av den engelske naturalisten Philip Henry Gosse (1810–1888) (figur 3). Enligt Gosse skapade Gud allting för 6.000 år sedan – men skapade det komplett med alla tecken på att ha haft en lång förhistoria. Adam skapades med en navel (därav titeln), stenar skapades med inbäddade fossil o.s.v. Omphalos-hypotesen är logiskt möjlig, dock är den inte falsifierbar och därmed ovetenskaplig. Den ger också upphov till kunskapsteoretiska problem då den implicerar att vi inte kan lita på våra sinnen. Men modellen är även värdelös ur ett kreationistiskt perspektiv, ty det finns inga skäl att tro att jorden är 10.000 år – den kan ju lika väl ha skapats i går.


Figur 3: Phillip Henry Gosse (1810–1888).


7. Tyder förekomsten av spiralgalaxer på ett ungt universum?

Getsemane.se: ”På grund av galaxernas roterande rörelse borde denna spiralstruktur för länge sedan ha lösts upp om universum är äldre än 10 – 500 miljoner år.”

Svar: Spiralgalaxers struktur (figur 4:A) är en följd av densitetsvågor som färdas genom galaxens plan (precis som ljudvågor färdas genom luft). Dessa vågor uppstår troligen genom gravitationsstörningar från närliggande galaxer (figur 4:B), alternativt kan de genereras av en massiv stavformig galaxkärna (figur 4:C). Vågorna reflekteras därefter mot galaxkärnan och bildar en stående spiralvåg med en livstid på en till två miljarder år. Efter denna tid försvinner spiralarmarna, men nya bildas kontinuerligt. Det finns även en annan hypotes enligt vilken spiralstrukturens stabilitet beror på mörk materia. Denna materia förklarar också hur galaxer bildar hopar. Astronomiska observationer har också tydligt visat att strukturen hos avlägsna (äldre) galaxer skiljer sig från närliggande (yngre) galaxer, t.ex. har man funnit att avlägsna galaxer är berikade på kvasarer. Man har även observerat protogalaxer samt kunnat följa galaxers utveckling från protostadiet till moderna galaxer.


Figur 4: (A) En spiralgalax består av ett klotformat centrum kring vilket en eller flera armar är vindade. (B) Spiralstrukturen hos galaxen M51a är troligen en följd av gravitationsstörningar från satellitgalaxen M51b. (C) Spiralarmarna hos stavgalaxen NGC 1300 drivs av den massiva galaxkärnan.


8. Tyder förekomsten av supernovor på ett ungt universum?

Getsemane.se: ”Man har fortfarande inte hittat rester efter supernovor som kan ha expanderat under mer än 7 000 år, vilket talar för ett ungt universum.

Svar: Novor/supernovor (figur 5) utgör evidens för att stjärnor nått slutet på sin livstid, vilken för många stjärnor är flera miljarder år. Rester efter exploderande stjärnor tyder därför på att universum är gammalt. Att man ”fortfarande inte [har] hittat rester efter supernovor som kan ha expanderat under mer än 7 000 år” är helt enkelt fel, t.ex. finns det rester som har expanderat under mer än 20 000 år. Och även om argumentet skulle vara sant innebär det inte att vi lever i ett ungt universum, endast att stjärnor inte har existerat någon längre tid.


Figur 5: Krabbnebulosan, resterna av en supernova som kinesiska astronomer noterade 1054.


9. Expanderar stjärnhopar?

Getsemane.se: ”Stjärnhopen M13 i stjärnbilden Hercules. Stjärnorna i denna typ av stjärnhopar avlägsnar sig från varandra så snabbt att de inte kan ha existerat under mer än en miljon – en miljard år.

Svar: En stjärna i en klotformig stjärnhop (figur 6:A) beter sig som en enkel harmonisk oscillator (figur 6:B) med jämviktsläge i hopens masscentrum. Detta innebär att stjärnan rör sig från masscentrum tills all rörelseenergi har omvandlats till lägesenergi. Därefter kommer den att accelerera mot masscentrum. Vid passage av masscentrum kommer stjärnan att ha sin högsta fart och accelerationen kommer att ändra riktning och verka bromsande. När stjärnan stannar, d.v.s. då all rörelseenergi har omvandlats till lägesenergi, befinner den sig lika långt från masscentrum men på andra sidan och allting börjar på nytt. På detta sätt kommer stjärnan att svänga fram och tillbaka med samma amplitud kring hopens centrum, d.v.s. ingen nettoexpansion av hopen kommer att ske. Det bör även noteras att klotformiga stjärnhopar innehåller mycket gamla stjärnor (> 10 miljarder år). Dessa hopar utgör därför evidens för ett gammalt universum.


Figur 6: (A) Den klotformiga stjärnhopen M13. (B) En stjärna i en klotformad stjärnhop kommer att svänga fram och tillbaka kring hopens masscentrum, precis som en harmonisk oscillator.


10. Är mörk materia/energi en ad hoc-förklaring?

Getsemane.se: ”Varken ’mörk materia’ (som skapades för att hålla samman universum) eller ’mörk energi’ (som skapades för att kunna expandera universum) kan alltså ses, mätas eller på något annat sätt testas.”

Svar: Mörk materia varken avger eller reflekterar elektromagnetisk strålning, och kan därför inte observeras på normalt sätt. Den kan dock indirekt detekteras genom dess gravitationella påverkan på vanlig materia eller genom dess svaga växelverkan med materia. Den schweiziske astrofysikern Fritz Zwicky var den förste som lade fram evidens för mörk materia (1933). Genom att applicera det s.k. virialteoremet på galaxhopen Coma kunde han uppskatta hopens massa utifrån hastigheten hos galaxer i hopens utkanter. Han fann att massan var 400 gånger större än vad man förväntat sig baserad på antalet galaxer i hopen samt hopens absoluta magnitud. Zwickys slutsats var att det måste finnas osynlig materia som håller samman galaxhopen. Det dröjde dock över 70 år innan forskare kunde rapportera direkta bevis för mörk materia (2006). Genom att undersöka galaxhopen Bullet med gravitationslinser (figur 7:A och B) samt röntgenspektroskopi fann de att hopens gravitationella potential inte sammanträffade med den synliga materien (figur 7:C). Detta tyder på att största delen av galaxhopens massa utgörs av mörk materia. Mörk energi, den energi som håller igång inflationen av universum, upptäcktes 1998 vid studier av supernovor typ 1a. Exakt vad denna mörka energi består av vet man inte säkert, och på grund av dess extremt låga täthet (10–29 g/cm3) är den mycket svår att detektera.


Figur 7: (A) En gravitationslins bildas när en extremt massiv kropp böjer ljuset som passerar den. Detta kan användas för att identifiera annars osynliga kroppar. De orangea linjerna visar objektets skenbara position och de vita linjerna visar ljusets väg från källans verkliga position. (B) Simulering av en gravitationslins där ljusets böjning orsakas av ett svart hål som passerar framför en galax. (C) Fördelningen av vanlig materia (från röntgenspektroskopi) och mörk materia (från gravitationslins) i galaxhopen Bullet.


11. Är trött ljus-modellen korrekt?

Genesis.nu: ”[...] hur vet vi att stjärnor är så långt borta? Jo, bl.a. genom den s.k. rödförskjutningen i ljuset från stjärnorna, och genom att man vanligen tolkar att rödförskjutningen förklaras av ett expanderande universum. Men antag nu att rödförskjutningen inte alls beror på detta, utan på något annat? I så fall skulle inte universum nödvändigtvis vara så stort, utan kanske mycket mindre, och därmed skulle vi inte ha något sådant problem som du frågade om!”

Svar: Genesis.nu förklarar inte vad rödförskjutningen beror på. I detta svar antar jag att det är den s.k. trött ljus-modellen. Denna modell försöker förklara rödförskjutningen hos avlägsna himlakroppar med en energiförlust hos ljuset på sin väg från källan till betraktaren i olika typer av statiska universa. Energiförlusten kan t.ex. ske genom växelverkan med materia eller andra fotoner. Modellen har övergivits då den gör ett antal förutsägelser som inte kan svara för den observerade kosmologiska rödförskjutningen, bl.a. kan den inte prediktera tidsdilatationen hos avlägsna supernovors ljuskurvor samt producera kosmisk bakgrundsstrålning med ett svartkroppsspektrum. Det finns inte heller någon känd mekanism som kan minska ljusets energi utan att även minska dess rörelsemängd. Big Bang-teorin ger däremot en mycket övertygande förklaring inte bara av rödförskjutningen utan också av alla andra kosmologiska observationer. I dagens vetenskapliga diskussion spelar därför trött ljus en mycket undanskymd roll.


12. Har ljushastigheten avtagit med tiden?

Genesis.nu: ”En australiensk forskare, Barry Setterfield, menar att man kan se minskningen av c [ljushastigheten] genom att jämföra historiska mätningar av den. Han beräknar också hur c varierat i tiden. Han menar att om man kalibrerar de radiometriska mätningarna med denna minskning av c, så ger de bibliska åldrar för jorden på ca 8000 år.”

Svar: Enligt den australiske kreationisten Barry Setterfield uppvisar historiska mätningar av ljushastigheten (c) en exponentiellt avtagande trend som funktion av tiden (figur 8). Detta skulle innebära att vi kan se stjärnor som ligger miljontals ljusår bort även om jorden är ung. Hans beräkningar är dock suspekta av flera skäl. För sin kurvanpassning använder han bara 120 av totalt 193 tillgängliga mätningar av ljusets hastighet och lägger stor vikt vid gamla mätningar med stora felmarginaler. Han använder även en mycket långsökt matematisk form som verkar vald mer med tanke på att få ”rätt” svar i stället för fysikalisk rimlighet. Faktum är att med samma typ av urval av föråldrade mätningar kan man visa att π varierat som en funktion av tiden! Setterfield har också varit tydlig med att hans mål är att förena ”the observational problems of astronomy and Genesis creation”. Att hans datering av världens skapelse (4040 ± 20 f.v.t) stämmer överens med Biskop Usshers datering utifrån de bibliska ättelängderna (4004 f.v.t.) är därmed troligen inte en slump.
    Sverker Johansson, universitetslektor i fysik vid Högskolan för lärande och kommunikation i Jönköping, har upprepat Setterfields arbete och funnit att det inte går att utesluta nollhypotesen, d.v.s. att ljusets hastighet är konstant. Det finns alltså inga empiriska evidens som stöder hypotesen att ljushastigheten skulle ha avtagit sedan universums skapelse. Däremot finns det en stor mängd evidens som tyder på att fysikaliska konstanter, t.ex. c, verkligen är konstanta. Bland annat har observationer av avlägsna astronomiska objekt visat att de följer samma fysikaliska lagar som verkar i dag. Detta tyder på att de fysikaliska konstanterna har varit konstanta under flera miljarder år. Ljushastighetens konstans bygger alltså på experimentella observationer och är ej något obevisat antagande. Det bör också påpekas att om ljushastigheten har avtagit, skulle detta få långtgående fysikaliska konsekvenser, t.ex. skulle relativitetsteorin inte fungera, energiprincipen, en av fysikens mesta fundamentala grundpelare, skulle haverera och jorden skulle ha smält (!) under skapelseveckan p.g.a. den extremt höga radioaktiva sönderfallshastigheten. Dessa absurda konsekvenser har medfört att to.m. kreationistiska organisationer som Answers in Genesis samt The Institute for Creation Research tar avstånd från Setterfields ”teori”.
   

Figur 8: Ljushastighetens avtagande enligt Setterfield. Notera mätpunkternas fördelning på kurvan! (Bild av Rikard Enberg – lektor i partikelfysik vid Uppsala universitet.)


Bredvidläsning

Flamingons leende av Stephen Jay Goulds: ”Gosse var inte den förste som hyste dessa åsikter [att universum skapats med en skenbar ålder], och då och då återupplivas de av olika skapelsetroende. Men de har aldrig välkomnats eller blivit populära, eftersom de gör våld på vår intuitiva uppfattning om att den gudomliga välviljan ska vara fri från bedrägligt beteende. Gosse såg gudomlig klartänkthet i idén med prokronismen, men de flesta kan inte göra sig kvitt en djupt sittande känsla av att det rör sig om rena ohederligheten. Våra nutida amerikanska skapelsetroende avvisar med bestämdhet idén eftersom den tillskriver Gud en tvivelaktig moralisk karaktär, och håller i stället på den absurda tanken att våra kilometerdjupa fossilförande skikt skulle vara produkten av Noas syndaflod och därför kan placeras i den bokstavliga tidsskala som skapelseberättelsen ger.”