livelogic

Штрихи к научной картине мира

Человеку свойственно ошибаться


Previous Entry Share Next Entry
Доказан ли Большой взрыв?
livelogic



Большой взрыв, или Bing Bang, является краеугольным камнем современной научной картины мира, этот феномен полыхает яркими красками в многочисленных научно-популярных фильмах. Но насколько это все реально?


О методе

Иногда говорят, что мол, все эти теории - ерунда, все равно не проверить, как было дело. Но дело в том, что такой прямой проверке не подлежат очень многие утверждения, например то, что Земля вращается вокруг Солнца. Откуда же проистекает уверенность в этом? Из предсказаний модели. Рассуждаем так - допустим, Земля вращается вокруг Солнца (PS: И, как верно заметил admiral_hood в комментариях, еще и вокруг оси, иначе получается забавно), тогда, исходя из прошлых наблюдений и применяя гелиоцентрическую модель можно вычислить время следующего восхода. Или захода. Или следующего затмения. Или посчитать "вперед" траекторию только что открытой кометы. Если все совпадает с удовлетворительной точностью - модель работает. Если точность предсказаний выше, чем у геоцентрической модели - отбрасываем геоцентрическую модель.

Таким образом, необходимо убедиться, что теория Большого взрыва предсказывала некие факты, причем предсказание должно быть выполнено в виде каких-то теоретических построений и быть точнее и проще, чем альтернативные варианты.


Предсказание температуры реликтового излучения

7 сентября 2015 года русскоязычная википедия содержала такой текст:

В 1948 году реликтовое излучение было предсказано Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом на основе созданной ими первой теории горячего Большого взрыва. Более того, Альфер и Герман смогли установить, что температура реликтового излучения должна составлять 5 К, а Гамов дал предсказание в 3 К.


Реликтовое излучение


Видимо, неплохо, с учетом того, что современное значение: 2,72548 ± 0,00057... Однако, на самом деле:


  • Как Гамов получил 3 К - неизвестно

  • Зато известно, как Гамов получил 7 К и 50 К

  • Значения 7 К и 50 К являются не теоретическими предсказаниями, а оценками

  • Таким образом, теория Большого взрыва не может быть обоснована открытием Реликтового излучения



Обратимся к первоисточникам. Вот что написано про 3K в Physics Today, 1950, No. 8, стр. 76:



и все... Cтраница целиком немногим лучше. Т.е. как-то получено значение 3 К, но деталей нет. Как же так, где посмотреть ход мысли, который привел к заветному результату? Нет указаний. К счастью, Гамов предсказывал еще и в других источниках.

Расчет Гамова от 1953 года рассматривается в подробностях в отличной работе Как Гамов вычислил температуру реликтового излучения, или немного об искусстве теоретической физики. Из нее понятно, как строится рассуждение, но и результат уже 7 К.

В 1961 году вышло переработанное издание Creation of the Universe (первое издание - 1952 год), и там, на стр. 40, можно найти еще одну оценку, 50 degress absolute:



Какой из оценок сам Гамов отдавал предпочтение? Ответ найдем в History of the 2.7 K Temperature Prior to Penzias and Wilson, вот что Гамов ответил на сообщение об открытии реликтового излучения:


Thank you for sending me your paper on 3 K radiation.
It is very nicely written except that “early history”is
not “quite complete”. The theory of, what is
now known, as, “primeval fireball”, was first developed
by me in 1946 (Phys. Rev. 70 , 572, 1946; 74,
505, 1948; Nature 162, 680, 1948). The prediction
of the numerical value of the present (residual) temperature
could be found in Alpher & Hermann’s
paper (Phys. Rev. 75, 1093, 1949) who estimate it
as 5 K, and in my paper (KongDansk. Ved. Sels 27
nº 10, 1953) with the estimate of 7 K. Even in my
Page 84 APEIRON Vol. 2 Nr. 3 July 1995
popular book Creation of the Universe (Viking
1952) you can find (on p. 42) the formula

T= 1.5E10/sqrt(T)

, and the upper limit of 50 K. Thus, you see the world 
did not start with almighty Dicke.

Sincerely,
G. Gamow


Т.е. сам Гамов упоминает 5 К Ральфа Альфера и Роберта Германа, свои 7 К и 50 К и ничего не говорит про 3К.

Анализ расчета Гамовым значения 7 К в приведенной выше работе "Как Гамов вычислил температуру реликтового излучения..." вскрывает интересный нюанс. Оказывается, Гамов для расчета температуры применил остроумный способ, в котором используется "неявное дополнительное условие, сделавшее задачу разрешимой", и оно "не вытекает непосредственно из каких-либо независимых физических или астрономических соображений. Оно полностью произвольно". Понятно, что расчет с такими допущениями правильнее назвать не "предсказание" а "оценка".

Авторы процитированной выше "History of the 2.7 K Temperature ...", приведя большое количество более ранних предсказаний, начиная аж с XIX века, негодуют:

In most textbooks nowadays we see the statement that
Gamow and collaborators predicted the 2.7 K temperature
prior to Penzias and Wilson
...
As we have seen in this paper, Gamow and collaborators
obtained from T » 5 K to T = 50 K in monotonic
order (5 K, 5 K, 7 K and 50 K)... These are quite poor
predictions compared with Guillaume, Eddington, Regener
and Nernst, McKellar and Herzberg, FinlayFreundlich
and Max Born, who arrived at, respectively: 5
K < T < 6 K, T = 3.1 K, T = 2.8 K, T = 2.3 K, 1.9 K <
T < 6.0 K! All of these authors obtained these values
from measurement and or theoretical calculations, but
none of them utilized the Big Bang.  This means that the
discovery of Penzias and Wilson cannot be considered
decisive evidence in favour of the Big Bang.


Смысел понятен. Гамов и его команда предсказывали ряд 5 - 7 - 50, что гораздо хуже, по мнению авторов, чем работы других физиков, которые не использовали концепцию Big Bang, и открытие реликтового излучения не является подтверждением концепции Big Bang.

PS: По поводу 5К Ральфа Альфера и Роберта Германа, англоязычная вики добавляет драматизма (объясняя это ошибкой оценки постоянной Хаббла):

1948 – Ralph Alpher and Robert Herman estimate "the temperature in the universe" at 5 K. Although they do not specifically mention microwave background radiation, it may be inferred.[53]
1949 – Ralph Alpher and Robert Herman re-estimate the temperature at 28 K.


Т.е., предсказав 5 К авторы через год переделали на 28 К.

PS2: Нужно еще заметить, что утверждается способность теории БВ прогнозировать планковский спектр реликтового излучения и его анизотропию, однако явного указания на характер спектра у Гамова вроде нет. Принималось по умолчанию в силу очевидности?

Прикольную мысль вы толкнули. По-вашему получается, что восходы и заходы обусловлены вращением Земли вокруг Солнца? В действительности тут главную роль играет вращение Земли вокруг оси :~).

Если выражение «вращается вокруг» понимать как вращение вокруг фиксированного центра, то Земля не вращается вокруг Солнца. Потому что любые два тела вращаются вокруг общего центра тяжести. А центр тяжести всегда находится где-то между этими телами. Но с Солнцем и Землёй тут такая фишка. Их общий центр тяжести находится внутри Солнца, на расстоянии 500 км от центра Солнца.

>> теория Большого взрыва не может быть обоснована открытием Реликтового излучения

Это неправильно. Качественно ребята оказались правы. Количественно ошиблись из-за недостатка данных. Но ошиблись немного — всего на порядок, для космологии это небольшая ошибка.








>Прикольную мысль вы толкнули. По-вашему получается, что восходы и заходы обусловлены вращением Земли вокруг Солнца? В действительности тут главную роль играет вращение Земли вокруг оси :~).

Ого, вот это "косяк" :) Тяжелый случай, подправил, спасибо :)

>Качественно ребята оказались правы.

Возможно, но это уже доказательство по какой-то иной методологии.


Edited at 2017-10-27 03:49 pm (UTC)

>В действительности тут главную роль играет вращение Земли вокруг оси :~).

Однако ж, если нас интересует точность - а она нас интересует - то учет эллиптичности орбиты, неравномерности движения и даже положения центра масс внесут необходимую "эпициклическую" поправочную лепту в расчет.

Да, орбитальная скорость Земли в перигелии и афелии различается на 1 км/с, а виртуальная скорость Солнца (это если считать, что земля не вертится, а солнце за сутки оборачивается вокруг неё) — 10 900 км/с. Итого, эллиптичность орбиты земли даёт неравномерность 1/10900 = 0,009%.

>а виртуальная скорость Солнца (это если считать, что земля не вертится, а солнце за сутки оборачивается вокруг неё) — 10 900 км/с.

Десять тысяч с гаком километров в секунду? Не уловил, как получено это число.

Представьте себе, что не Земля обращается вокруг своей оси за сутки, а Солнце обращается вокруг Земли за то же время (как это, собственно, и выглядит для наблюдателя с Земли). Тогда Солнце должно лететь по своему эллипсу со скоростью 10 900 км/с. Понятно, что это не реальная скорость, а результат приведения к системе отсчёта неподвижной земли.

PS: А, все, понял ход мысли.


Все-таки неясно, откуда такой результат.

Расстояние до Солнца примерно 140 млн. км.

Если длину окружности с таким радиусом поделить на период обращения - 140E6 * 2 * pi / 365 / 24 / 3600 - получится 28 км/сек.

тынц


Edited at 2017-04-13 04:21 pm (UTC)

>> Возможно, но это уже доказательство по какой-то иной методологии.

Безошибочных измерений не бывает в принципе. Можете назвать цифру — сколько процентов ошибки считается научной методологией, а сколько «иной»?

?

Log in

No account? Create an account