Dobra kosmologia

By umożliwić sobie przejście do naszkicowania alternatywnych kosmologii, napiszę teraz w kilku punktach, o ogólnych postulatach, które odnoszą się do każdego porządnego modelu kosmologicznego.
Dobry model kosmologiczny, który miałby szanse uzyskać zasłużone uznanie środowiska naukowego powinien:
1) opisywać mechanizmy funkcjonowania przynajmniej większości obserwowanych w kosmosie obiektów (planety, komety, gwiazdy, pulsary, mgławice, kwazary, galaktyki, gromady galaktyk etc...)
2) wyjaśniać sposób powstania obserwowanych w kosmosie struktur (galaktyki, supergromady...)
3) wyjaśniać sposób powstania występujących we wszechświecie pierwiastków (a także obserwowanych przez nas związków chemicznych)
4) wyjaśniać występowanie zjawiska przesunięcia widma odległych obiektów ku podczerwieni (redshift)
5) wyjaśniać paradoks Olbersa, czyli fakt, że niebo jest w nocy ciemne, a nie jasne, jak powierzchnia Słońca
6) wyjaśniać występowanie, rozkład widma i rozkład ewentualnych fluktuacji mikrofalowego promieniowania tła
7) rozwiązywać Paradoks Grawitacyjny (zarówno paradoks zapaści jak i paradoks związany z nieskończonością i wektorem siły)
8) powinien on zawierać możliwe do przeprowadzenia obserwacje, które byłyby go w stanie sfalsyfikować

Pierwsze cztery oraz szósty z tych postulatów są oczywiste nawet dla laików nie mających z naukami ścisłymi nic wspólnego. Ostatni z tych postulatów, to oczywiście słynna zasada Poppera, która odnosi się do każdej naukowej teorii.

Postulat piąty odwołuje się do dość oczywistej obserwacji matematycznej, ale warto go wyjaśnić. Otóż zakładając, że kosmos jest nieskończony, ilość gwiazd nieskończona, a ich rozkład - przy odpowiednio dużej skali - jest jednorodny i jeśli do tego światło rozchodzi się w przestrzeni kosmicznej bez strat energii, wówczas, dla każdej odpowiednio dużej kuli o promieniu r, otaczającej Ziemię, dociera do nas z jej wnętrza ilość światła proporcjonalna do ilości gwiazd w tej kuli, a więc do trzeciej potęgi r i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu średniej odległości (co jest rzędu r do kwadratu), bo tak maleje natężenie światła. Oznacza to, że ilość światła docierającego do Ziemi jest wprost proporcjonalna do promienia takiej kosmologicznej kuli. Promień ten zaś w nieskończonym kosmosie o nieskończonej ilości gwiazd może być dowolnie duży, co oznacza dowolnie wielką jasność całego nieba. Nawet zakładając, że jedne gwiazdy będą przesłaniały inne, otrzymujemy jasność nocnego nieba równą jasności tarczy słonecznej, a to sprzeczne jest z naszym doświadczeniem.

Paradoks Grawitacyjny - o którym mówi postulat siódmy - przypisywany jest dwóm królewieckim astronomom – Hugonowi Seeligerowi i Karolowi Neumannowi. W latach 1894 – 1896 opublikowali oni swoje rozważania nad sprzecznościami, w jakie popadają wszelkie oparte na klasycznych newtonowskich założeniach modele kosmologiczne. Jeśli bowiem wszechświat miałby skończoną ilość gwiazd, dziwne jest, że po dostatecznie długim czasie nie zapadł się on w jedno miejsce środka masy wszystkich gwiazd. Kosmos nieskończony i jednorodny pozwalałby wprawdzie na utworzenie swoistej kosmologicznej równowagi (gwiazdy byłyby przyciągane mniej więcej z tą samą siłą ze wszystkich stron, a środek ciężkości by nie istniał), jednak pojawiłby się wtedy inny paradoks. Jeśli - zgodnie z założeniami Newtona - siła grawitacji maleje odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości, kosmos jest nieskończony i ma nieskończoną ilość jednorodnie (przy odpowiednio dużej skali) rozmieszczonych gwiazd, wówczas możemy wybrać pewien duży promień r i dowolny punkt w kosmosie odległy od Ziemi o to r, a następnie wyobrazić sobie kulę o promieniu r i o środku w tamtym wybranym punkcie. Miliardy gwiazd, które znalazły się we wnętrzu tej kuli przyciągałyby Ziemię z siłą proporcjonalną do trzeciej potęgi r (masa kuli) i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu r (prawo Newtona), a więc z siłą proporcjonalną do promienia r. Gwiazdy spoza tej kuli działałyby na Ziemię z siłą wzajemnie się równoważącą, a więc zerową (jest to proste do obliczenia zadanie, na poziomie kursu fizyki ze szkoły średniej). Łączna siła działająca na Ziemię byłaby więc skierowana ku wybranemu punktowi i miała wartość proporcjonalną do r. Środek kuli wybraliśmy jednak dowolnie. Mogliśmy go przecież wybrać w innym kierunku – na przykład prostopadłym do poprzednio wybranego. Również promień mogliśmy wybrać przykładowo dwa razy większy od r. Otrzymalibyśmy wtedy siłę dwa razy większą od poprzedniej, w dodatku działającą w innym kierunku. Sprzeczne wnioski dowodzą sprzeczności przyjętych przez nas założeń.
Istnieje też drugie ujęcie Paradoksu Grawitacyjnego odwołujące się do potencjału grawitacyjnego, a nie do siły, ale rozumowanie jest tu dokładnie analogiczne. Paradoks ten pokazuje, że albo wzory Newtona są błędne, albo model kosmologiczny, jaki tu przyjęliśmy jest błędny – wzory fizyki nie mogą przy prawidłowych założeniach prowadzić do wzajemnie sprzecznych wniosków.

Paradoks Olbersa i Paradoks Grawitacyjny są więc trudnymi wyzwaniami dla każdego modelu kosmologicznego, który przyjmuje nieskończony kosmos z nieskończoną ilością gwiazd.

Dlaczego nie było Wielkiego Wybuchu

Argumentów podważających wiarygodność Wielkiego Bum przytacza się wiele. Te najbardziej znane, odwołują się do obserwacji używanych przez obrońców zwalczanej koncepcji, wskazując jednak ich błędną interpretację. Najlepszym przykładem jest tu CMBR – czyli kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, przez zwolenników teorii Big Bangu nazywane też promieniowaniem reliktowym, jako że ma ono być „reliktem” (pra-pozostałością) po Wielkim Wybuchu. Promieniowanie to posiada rozkład widma odpowiadający emisji ciała doskonale czarnego o temperaturze 3 stopni Kelvina. Jego odkrycie, dokonane 1964 roku przez dwóch amerykańskich badaczy - Arno Penziasa i Roberta Wilsona, uznano za ostateczny dowód potwierdzający teorię Wielkiego Wybuchu. Wniosek ten był jednak zadziwiający, zważywszy, że jak obliczył w 1962 roku czołowy współautor koncepcji Big Bangu, Georg Gamov, promieniowanie reliktowe powinno mieć rozkład odpowiadający emisji ciała doskonale czarnego rozgrzanego do temperatury 50 Kelvinów. Tak więc brak występowania w kosmosie izotropowego promieniowania o rozkładzie widma odpowiadającego temperaturze 50 stopni Kelwina jest dowodem przeciw prawdziwości teorii Wielkiego Wybuchu.
Kolejny przykład to występowanie pierwiastków lekkich we Wszechświecie. Najnowsze badania kosmosu pokazują, że częstotliwość występowania pierwiastków (zwłaszcza wodoru, helu i litu) we Wszechświecie jest zupełnie inna od przewidywanej przez teorię Big-Bangu. Warto przypomnieć, że „big-bangowcy” prawidłowe oszacowanie rozkładu pierwiastków występujących w kosmosie ogłosili kiedyś swoim największym sukcesem.
Krytycy przypominają, że Teoria Wielkiego Wybuchu opiera się na takich tajemniczych bytach lub faktach jak ciemna materia, ciemna energia, czy inflacja, których występowania (przynajmniej w wymaganej przez teorię BB skali) nijak się nie da potwierdzić, a które zostały powołane do istnienia wyłącznie po to, by uprawdopodobnić koncepcję Wielkiego Wybuchu.
Zwracają też uwagę na zbyt wielkie obszary międzygalaktycznej pustki, które jeśliby były efektem obserwowanych współcześnie ruchów galaktyk i ich gromad, wówczas na swoje powstanie potrzebowałyby czasu pięciokrotnie dłuższego niż zakładany przez zwolenników Big Bangu wiek wszechświata, a nie jest możliwe, by ruch, który spowodował te ogromne przesunięcia nie pozostawił żadnych obserwowalnych dziś śladów. Podobne oszacowania dotyczą takich struktur jak odkryty w latach 90-tych Wielki Mur (tu ciekawa polemika Lernera z Wright’em).
Decydującym ciosem dla teorii Big Bangu mają być jednak obserwacje kwazarów oraz wybuchów supernowych, które podważają zakładaną przez twórców i obrońców teorii zależność między przesunięciem ku podczerwieni, a odległością (Halton Arp i Hilton Ratcliffe w swoich książkach).

Big Bangu nigdy nie było

Big Bangu nigdy nie było. Tak twierdzi od lat wielu wybitnych naukowców: fizyków, astrofizyków i kosmologów, ich głos jednak – zwłaszcza w Polsce – jest skutecznie zagłuszany przez mainstreamowych uczonych.
A grono przeciwników Big-Bangu od samego początku składało się z osobistości wybitnych. Wymieńmy tu choćby jednego z największych brytyjskich astrofizyków - profesora Sir Freda Hoyle’a, światowej sławy hinduskiego profesora astrofizyki – Jayanta Vishnu Narlikara, jednego z największych amerykańskich fizyków i astrofizyków - profesora Johna Archibalda Wheelera, laureata Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki, Szweda - Hannesa Alfvéna, czy najwybitniejszego chyba znawcę kwazarów i odległych galaktyk Haltona Arpa.
Dodajmy może jeszcze, że uczeni uznawani przez obiegową opinię za współtwórców teorii Wielkiego Wybuchu, tak naprawdę od samego początku byli jej przeciwnikami – mam tu na myśli Alberta Einsteina i Edwina Hubbla. Dziś do grona najsłynniejszych krytyków Big-Bangu, aktywnie zabierających głos w debacie, należą - poza wymienionymi wyżej Narlikarem i Arpem – Amerykanie Eric Lerner i Thomas van Flandern, Brazylijczyk André K.T. Assis, Rosjanin Yuri Baryshev, pracujący w USA Islandczyk Ari Brynjolfsson, a do niedawna, zmarły przed dwoma laty profesor fizyki z Uniwersytetu w Ottawie - Paul Marmet. Wymienieni, oraz kilkudziesięciu innych uczonych podpisało list otwarty do społeczności naukowej, zwracający uwagę na kontrast między słabością argumentów przemawiających za Teorią Wielkiego Wybuchu, a wpływami (oraz dostępem do funduszy i środków popularyzacji nauki), jakie ta teoria uzyskała.
W dzisiejszych czasach, gdy nauka zaczęła odgrywać rolę niegdyś zarezerwowaną dla religii, dbanie o autorytet nieomylności uzyskało wymiar polityczny. Oczywiście dla samej nauki, rozumianej jako zdolność nieustannego dziwienia się i podważania tego co oczywiste, by tym głębiej przeniknąć naturę przyrody, podejście takie może być zabójcze. Podważenie paradygmatu Big-Bangu pozwala nam powrócić do pytań od tysiącleci stawianych przez filozofię przyrody:
Czy czas mógł mieć swój początek? Czy przestrzeń jest matematycznym abstraktem, który powstał w naszych umysłach, by pomóc nam opisać własności obiektów i zdarzeń? Czy też przeciwnie, jest ona fizycznym bytem, który może być skracany, rozciągany, wyginany? Jaki powinien być wzajemny stosunek nauki i wiary i w jaki sposób rozumieć należy kosmogoniczne mity, obecne w każdej chyba religii?
Oto niektóre tylko pytania, jakie rewizja koncepcji Wielkiego Wybuchu stawia przed nami na nowo.
Chciałbym w kolejnych publikacjach na tym blogu zaprezentować alternatywne koncepcje kosmologiczne opracowane przez wymienionych wyżej uczonych, pokazać uwarunkowania filozoficzne tych teorii, możliwe konsekwencje dla innych dyscyplin nauki niż sama kosmologia, wreszcie pokazać pasjonujące dyskusje naukowe pomiędzy krytykami i obrońcami Big-Bangu, od których to dyskusji nieprofesjonaliści żyjący w Polsce byli przez dziesięciolecia odcięci.
PS - ostatnio na youtube pojawiły się filmy zrealizowane przez krytyków Big-Bangu.