23 januari 2021

Is het Kosmologische Standaard Model een Rube Goldberg Machine?

Credit: R. Goldberg.

De vraag werd onlangs gesteld of het ‘Standaard Model’ [1] dat het ontstaan en de verdere ontwikkeling van het heelal omschrijft – het zogenaamde ΛCDM-model van het heelal – niet een soort van Rube Goldberg Machine is? We kennen die machines allemaal, het zijn de wereldberoemde cartoons van de Amerikaan Rube Goldberg, waarin met allerlei ingewikkelde en aan elkaar verbonden apparaten een bepaalde actie wordt ondernomen. Tim Reyes heeft onlangs in een blog op Universe Today (zie bron) de vergelijking tussen het heelalmodel en die Goldberg machines aan de orde gesteld. Dit naar aanleiding van de recente discussie die is gerezen over de interpretatie van de BICEP2 gegevens over de kosmische achtergrondstraling en vervolgens de discussie over de relatie tussen de inflatie tijdens de oerknal en het – onlangs nog bevestigde – bestaan van het Higgs boson, waarvan de stelling was dat beiden onmogelijk beiden kunnen hebben bestaan. Die kortstondige periode van inflatie is er eentje van extreme superlatieven:

Inflatie tijdens de oerknal 0,000000000000000000000000000000000001 seconde (10^-36 s) na het begin van de oerknal begon een exponentiële expansie [2] van het heelal, die 0,00000000000000000000000000000001 seconde (10^-32 s) duurde en die inflatie wordt genoemd, een zeer korte periode waarin de ruimtetijd van het heelal enorm uitdijde: een stukje ruimte van 1 nanometer groot, da’s 0,000 000 001 meter, groeide in die korte inflatieperiode tot meer dan een kwart miljard lichtjaar, da’s 2306880000000000000000000 meter!

Er wordt gezegd dat de oplossing van de inflatie-Higgs puzzel gelegen is in het afstellen van de verschillende parameters van de modellen, het zogenaamde ‘fine-tunen’. En dat is precies Reyes z’n stelling: door al dat afstellen van de radartjes van het heelal lijkt het een soort van Rube Goldberg machine te worden, waarin alles ook precies op elkaar is afgesteld, een kunstmatige afstelling welteverstaan en dan krijg je wat Brian Koberlein zegt: “tweak theories are weak theories“. De vraag is alleen: is het ΛCDM-model, dat zowel het bestaan van donkere energie (lambda Λ) als donkere materie (cold dark matter, CDM) verondersteld, ook zo’n ‘tweak theory’, zitten alle parameters ervan gekunsteld in elkaar? Met de sterrenkundige Brian Koberlein ben ik het volledig eens dat dat niet het geval is en dat het ‘Standaard Model’ van het heelal robuust is en op drie stevige pijlers rust:

  1. de roodverschuiving-afstand relatie, zoals het eerste is waargenomen door Edwin Hubble eind jaren twintig van de vorige eeuw.
  2. de kosmische microgolf-achtergrondstraling, zoals ontdekt door Arno Penzias en Robert Wilson in mei 1964,  de straling die is overgebleven van de hete oerknal waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond.

Credit: NASA, WMAP Science Team and Gary Steigman.

  1. de waargenomen hoeveelheid elementen in het heelal, die perfect in overeenstemming is met de voorspellingen volgens de nucleosynthese (zie afbeelding hierboven).

Met het gebruik van termen als afstellen, fine-tunen en tweaken krijg je al snel de indruk van gekunsteld handelen, van draaien aan de knoppen zodat er een gewenst resultaat uitkomt. Maar dat is geenszins het geval. Neem de zogenaamde scalar-to-tensor ratio r, een zeer belangrijke parameter in de kosmologie die de verhouding weergeeft tussen de sterkte van de gravitatiegolven en de dichtheidsgolven in het vroege heelal. BICEP2 kwam met een hoge waarde van r˜0,2, op basis waarvan het Higgs boson een collaps van het heelal zou moeten hebben veroorzaakt. Maar de voorlopige Planck gegevens laten een bovenlimiet van r<0,11 zien en dan hoeft die collaps weer niet te hebben plaatsgevonden. Dat is geen afstellen op basis van voorkeuren, waardes die goed van pas komen, maar van harde wetenschap, resultaten op basis van waarnemingen. Tezamen met de robuuste basis van ΛCDM-model volgens de drie genoemde pijlers laat dit mijns inziens zien dat er géén sprake is van een Rube Goldberg machine. Bron: Universe Today + Brian Koberlein.

  1. niet te verwarren met het Standaard Model van de deeltjesfysica, waarin de krachten en deeltjes die alle materie vormen, worden beschreven. []
  2. Hoe zo’n exponentiële groei van iets zeer snel kan gaan zie je wel aan dit voorbeeld over een krant, die je een aantal keren vouwt. []

Comments

  1. Wybren de Jong zegt

    Een vraagje
    hoe kan men uit de WMAP waarnemingen afleiden wat de samenstelling van het heelal is, de “Element Abundance”?
    In de grafiek staat namelijk bij de rode lijn “WMAP Observation”. Mijn vraag is dus hoe je uit die waarneming van de achtergrondstraling zou kunnen afleiden wat de elementaire samenstelling van het heelal is.

  2. Goede vraag Wybren. Op deze pagina wordt precies uitgelegd wat die essentiële rode lijn in de grafiek is en die gemeten is met de WMAP satelliet. Komt er op neer dat WMAP geen abundanties van afzonderlijke elementen heeft kunnen vaststellen, maar wel de dichtheid van gewone materie in het heelal, 4,6% (+/- 0,2%) en die dichtheid geeft een voorspelling van de abundanties van de lichte elementen, die in goede overeenstemming zijn met de waargenomen abundanties.

  3. Wybren de Jong zegt

    Oke, bedankt.

  4. Wybren de Jong zegt
  5. Henk Druiven zegt

    Dag Arie,

    Doordat ik een maand op vakantie ben geweest en deze publicatie nog niet eerder heb gezien, heb ik een wat verlate reactie.

    Je noemt drie stevige peilers waarop de Oerknaltheorie gebaseerd is. Bovendien geef je aan dat het model niet gebaseerd is op het fine-tunen en tweaken van variabelen is.

    Neem me niet kwalijk, maar het hele verhaal komt bij mij over als het omdraaien van de feiten.

    In de eerste plaats is de relatie roodverschuiving en afstand aan twijfels onderhevig, denk aan quasars. In de tweede plaats is de hypothese dat de roodverschuiving het gevolg is van het Doppler-effect en dus het gevolg van uitdijing een hypothese en geen bewijs. Als blijkt dat de roodverschuiving door een ander effect wordt veroorzaakt dan is gelijk de Oerknaltheorie aan diggelen.
    Ik ben niet iemand die veronderstelt dat de Oerknaltheorie onmogelijk is maar acht de kans daarop wel aanwezig. Ik schat die kans ontegenzeggelijk hoger in dan jij maar ook bij jou zal ze desondanks aanwezig zijn.

    Juist met onze kennis van de geschiedenis van de kosmologie moeten we leren van de in het verleden gemaakte fouten. Telkens werd in het verleden getracht het bestaan van het heelal te relateren aan de stand van wetenschap van die tijd. Maar telkens bleek dat dit door nieuwe theorieën en kennis onderuit werd gehaald.
    Zo is (en kon) het heliocentrische model van ons planetenstelsel pas aanvaard (worden) toen Newton de Gravitatiewetten ontdekte.
    Zoals Einstein al aangaf moet een wetenschapper zich elke dag afvragen of de waarheden van de dag ook echte waarheden zijn. Ik ben er dus voor dat er naar alternatieven voor de roodverschuiving wordt gezocht. De kans daarop acht ik groter dan de kans op de hoofdprijs in de staatsloterij.

    Als stevige pijler in punt twee noem je de kosmische microgolf-achtergrondstraling. Vreemd, want vanuit de hypothese van de Oerknaltheorie werd een temperatuur van tussen de 5 en 50 K voorspeld. In het beste geval bijna een factor twee fout. Een goede hypothese hoort nieuwe ontdekkingen min of meer te voorspellen.
    De uitdrukking “the temperature of space” is een titel in hoofdtuk 13 van Sir Arthur Eddington’s beroemde werk van 1926. (Sir Arthur Eddington (1926), “Internal constitution of the stars, Cambridge University Press, reprinted 1988, chapter 13.) Eddington berekende de minimum temperatuur waartoe ieder object in de ruimte afkoelt. Zonder variabele parameters kwam hij uit op 3 K (later verbeterd tot 2,8 K), in feite de temperatuur die wordt waargenomen.

    Wat betreft de hoeveelheid Lithium, wat je als stevige pijler nummer drie noemt, lijkt de Oerknaltheorie een klein succes te hebben. Maar ook daar zijn de nodige twijfels. Bovendien zijn er alternatieve theorieën die deze hoeveelheden kunnen verklaren.

    Dan zijn er nog vele mysteries die niet door de Oerknaltheorie kunnen worden verklaard. De belangrijkste vind ik het ontbreken van enig bewijs voor het bestaan van donkere materie en donkere energie. Bovendien wordt de Oerknaltheorie gekenmerkt door veel parameters, die in de loop van de tijd variëren, waarvoor niemand een echte verklaring heeft. Als dat geen tuning en tweaken is dan weet ik het niet meer.

    Laten we liever kijken wat we wel weten! Zo kunnen we met donkere materie de omloopsnelheid van sterren in sterrenstelsels verklaren. Dit wil echter niet zeggen dat dit de juiste verklaring is. Zeker gezien het feit dat het absoluut niet aanwezig is in ons zonnestelsel.
    De snelheid van Pioneer 10, die op 3 maart 1977 werd gelanceerd, wordt vertraagd door een geheimzinnige kracht ((8.74 ± 1.33) × 10-10 m/s2) in de richting van de zon. Dit kan worden afgeleid uit een klein maar meetbaar Doppler-effect van de radiofrequentie.
    Moeten we niet eens kijken of dit het zelfde effect is dat de roodverschuiving van ver gelegen sterrenstelsels kenmerkt?

    Groet, Henk.
    P.s. Trek uit mijn reacties niet de conclusie dat ik geen waardering heb voor het vele werk van jullie voor Astroblogs. Die waardering heb ik juist heel erg. Het is voor mij de meest gelezen site.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: