Jak v mladém vesmíru můžeme vidět světlo vzdálených hvězd?

Plyne čas v různých částech vesmíru různě rychle?

A může nám to pomoci pochopit, jak k nám v mladém vesmíru může dorazit světlo ze vzdálených hvězd?

Autor: Donna Mullenax
originální článek: https://creation.com/does-time-pass-at-different-rates-in-the-universe
přeloženo do češtiny s pomocí DeepL, bez modifikace (mimo slovosledu)

Kvasary jsou velmi vzdálené objekty ve vesmíru, které vyzařují obrovské množství energie v podobě světla a rádiových vln. V současnosti se předpokládá, že každý z nich je aktivním jádrem galaxie, které je poháněno supermasivní černou dírou, do níž je vtahována hmota galaxie.

Nedávná studie kvasarů, které patří k nejvzdálenějším objektům od Země, tvrdí, že prokázala, že čas těchto vzdálených objektů běží „tam venku“ jiným tempem než čas zde na Zemi.

Pokud se toto zjištění potvrdí, je to další potvrzení fascinujícího jevu známého jako „dilatace času“ – že čas sám může na dvou různých místech plynout různou rychlostí. Nebo jinak řečeno, hodiny mohou „tikat“ různou rychlostí (vůči sobě navzájem) pro dva pozorovatele na různých místech.

To se zdá přinejmenším překvapivé a neintuitivní. Einstein však ukázal, že se tento jev vlivem relativního pohybu i gravitace bude dít.

Jak vysoká rychlost zpomaluje čas

Jeden z Einsteinových nejznámějších „myšlenkových experimentů“, který souvisí s jeho speciální teorií relativity, zahrnuje jedno jednovaječné dvojče ponechané na Zemi, zatímco jeho stejně starý bratr se od Země vzdaluje v raketoplánu, který dosahuje velmi vysokých rychlostí, a nakonec se vrací zpět. Když cestovatel dorazí zpět na Zemi, je šokován zjištěním, že sourozenec, kterého tam zanechal, je nyní ve všech ohledech mnohem starší než on. Přesto by každé dvojče prožívalo běh času normálně. Pro cestovatele však uplynula mnohem kratší doba než pro toho druhého. Tomuto jevu se říká paradox dvojčat.

Tento vliv rychlosti na čas byl potvrzen mnoha způsoby, včetně přímého experimentu s vysoce citlivými hodinami. Kromě toho existují měření doby života nestabilních částic zvaných miony, něco jako těžké elektrony (asi 206,7krát hmotnějších). Obvykle je jejich střední doba života 2,2 μs (1 μs = miliontina sekundy). Miony však vznikají také při srážkách extrémně vysokoenergetických protonů kosmického záření s jádry atomů dusíku a kyslíku v horních vrstvách atmosféry. Vzniklé miony se pohybují rychlostí blízkou c, tedy rychlosti světla (300 000 km za sekundu). Ani při této rychlosti by však neměly být schopny dosáhnout povrchu Země před rozpadem – ale děje se tak.

Jak je tedy možné, že tak krátce žijící částice vydrží cestu dlouhou asi 10 km, ačkoli většina z nich by se měla rozpadnout ještě před uražením 1 km? Je to proto, že miony produkované kosmickým zářením se pohybují tak vysokou rychlostí. Takže stejně jako pro našeho pomyslného pasažéra raketoplánu plyne čas pro cestující mion pomaleji než pro ten mion, který začíná život ve stacionárním prostředí na Zemi.

Z pohledu cestujícího mionu se délka jeho existence nemění; to čas na Zemi se oproti němu zrychlil (vzpomeňme si na pozemské dvojče, které zestárlo rychleji). Z pozemské perspektivy se mionovy hodiny výrazně zpomalily. Takže stejně jako pozemské dvojče při pohledu na svého navrátivšího se bratra „zestárlo“ mnohem méně, než by se dalo očekávat.

Alternativním efektem relativity je kontrakce délky, a to stejným faktorem jako dilatace času. Pozorovatel, který by cestoval s mionem, by tedy naměřil jeho normální dobu života, ale vzdálenost cesty k Zemi by změřil jako mnohem kratší.

Gravitace způsobuje také dilataci času

Einsteinova obecná teorie relativity předpovídá, že hodiny na hladině moře poběží pomaleji než tytéž hodiny na vrcholu vysoké hory, protože zemská gravitace je ve větších výškách slabší. To potvrdily i atomové hodiny.

Mapy našich chytrých telefonů jsou závislé na časových signálech globálního polohového systému (GPS) z takových hodin na satelitech. Ty je třeba kalibrovat, aby se kompenzoval vliv toho, že hodiny na satelitu běží o něco rychleji než zde na Zemi. V opačném případě by se hromadila chyba přibližně 400 metrů za hodinu, což by učinilo GPS navigaci nepoužitelnou.

Kosmologická dilatace času

Předpokládá se, že tyto skutečné a ověřitelné relativistické efekty by měly znamenat, že velmi vzdálené objekty v rozpínajícím se vesmíru, jako jsou kvasary, by měly mít své vlastní „hodiny“, které se zdají běžet pomaleji než naše. V teorii relativity ovlivňuje gravitace čas tím, že deformuje (zakřivuje) časoprostor. Tato kosmologická dilatace času, i když není způsobena gravitací jako takovou, je také způsobena změnou zakřivení časoprostoru. Uvažujme povrch nafukovacího balónu – jak se rozpíná, mění se jeho zakřivení. Podobně se s rozpínáním časoprostoru v rozpínajícím se vesmíru mění i jeho zakřivení.

Výzkum kvasarů, o kterém se zde zmiňujeme, vedli astrofyzici Geraint Lewis a Brendon Brewer z Astronomického ústavu v australském Sydney. Po dvacetiletém studiu dat Sloan Digital Sky Data 190 kvasarů skupina tvrdí, že se jí podařilo prokázat, že hodiny „tam venku“ skutečně tikají pomaleji, jak se předpokládalo.

Tato detekce kosmického rozpínání přímo otisknutého do proměnnosti kvasarů dále ukazuje, že jejich pozorované vlastnosti jsou v souladu s tím, že se jedná o svítivé a proměnné zdroje v kosmologických vzdálenostech. Vyvrací tak předchozí tvrzení, že proměnlivost kvasarů není jejich vlastní, ale je způsobena vnějšími vlivy nebo nestandardní fyzikou.¹

Dilatace času a problém světla hvězd

Jak k nám mohlo v nedávno vzniklém vesmíru dorazit světlo z velmi vzdálených hvězd? Kreacionističtí fyzikové vytvořili řadu modelů, které se to snaží vysvětlit. Některé z těchto modelů zahrnují relativistickou dilataci času, i když několika různými způsoby. Tento nejnovější výzkum kvasarů by mohl být pro tyto modely relevantní. Aniž bychom se snažili hodnotit tento výzkum kvasaru nebo nějaký konkrétní kreacionistický model, následuje několik stručných poznámek.

Nejprve bychom měli nastínit problém nedávného (biblického) stvoření. Některé hvězdy jsou od nás vzdáleny miliony světelných let. Světelný rok je měřítkem vzdálenosti, konkrétně toho, jak daleko by světlo pohybující se dnes měřenou rychlostí c urazilo za jeden rok.

Jak by tedy světlo vzdálených hvězd mohlo dorazit k Zemi ve vesmíru starém pouhé tisíce let? Myšlenka, že světlo vzniklo již „na cestě“, je sice povrchně přitažlivá, ale většina kreacionistických myslitelů ji dnes odmítá. To proto, že předpokládá, že události, které někdy pozorujeme ve vzdáleném vesmíru, jako jsou výbuchy nebo srážky hvězd, by se podle ní ve skutečnosti nikdy neodehrály. Taková klamavá světelná show je sotva slučitelná s biblickým Bohem.

Pro srovnání, lidé věřící ve Velký třesk mají také svůj vlastní problém s časem a rychlostí cestování světla.² Ten vyvolal hledání řešení, včetně vynálezu exotického pojmu „kosmická inflace“. Podle této představy se raný vesmír náhle rozpínal jako balón – neuvěřitelnou rychlostí, mnohem větší než rychlost světla. Ale není znám žádný mechanismus, který by takovou kosmickou inflaci spustil nebo zastavil.

Hledání kreacionistických řešení

Pravděpodobně prvním modelem stvoření, který výslovně zahrnoval dilataci času, byl model fyzika Dr. Russella Humphreyse. Ten zahrnoval velmi rychlý běh času v raném vesmíru, zatímco na Zemi uplynulo šest 24hodinových dnů. Postulovaný mechanismus dočasné dilatace času v takových modelech se liší od mechanismu způsobeného časoprostorovými efekty stále se rozšiřujícího vesmíru. Ten zahrnuje zpomalení hodin, i když v opačném směru. Je také mnohem menšího rozsahu. Na první pohled se tedy tyto dva jevy navzájem nevylučují.

Ačkoli oba modely musí stát a padat samy za sebe, zdá se, že tento výzkum kvasarů znovu potvrzuje, že dilatace času jako taková je skutečným jevem, v tomto případě pozorovaným v kosmickém měřítku.

Všimněte si, že dilatace času není jediným koněm ve stáji kreacionistů uvažujících o hvězdném světle a čase. Například model kreacionistického astrofyzika Dr. Jasona Lisleho využívá další Einsteinův poznatek, a sice že není možné měřit jednosměrnou rychlost světla – měření může být vždy pouze obousměrné. (Geraint Lewis, již zmíněný výzkumník kvasarů, je rovněž spoluautorem článku, který potvrzuje, že měření rychlosti světla jedním směrem je nemožné³).

Z toho Lisle vytvořil model, podle kterého se světlo pohybuje různými jednosměrnými rychlostmi směrem k pozorovateli a od něj, ale vždy obousměrnou rychlostí c. Adam se mohl podívat nahoru a vidět hvězdy už 6. den.⁴

Humphreys své modely dále upravoval a rozvíjel, poslední z nich publikoval teprve v roce 2022.⁵ Postuluje, že rychlost světla na nebi byla miliardkrát vyšší než nyní, ale pouze během prvních čtyř dnů Týdne stvoření. Nepřímo tak zahrnuje dilataci času, neboť „podle teorie relativity rychlost světla řídí ‚rychlost času‘ “.⁶

To nám připomíná zajímavý návrh Normana a Setterfielda z roku 1987, podle kterého bylo c v době stvoření také mnohem vyšší, ale od té doby exponenciálně klesalo a teprve v nedávné době dosáhlo svého vrcholu. Humphreys se vyhýbá problémům, které by nakonec tuto myšlenku provázely, protože podle jeho modelu k poklesu c došlo náhle, během nadpřirozené aktivity v týdnu stvoření.

Zajímavé je, že jedno z řešení, které někteří sekulární fyzikové navrhli k překonání problému s časem cestování světla při Velkém třesku, také zahrnuje mnohem vyšší rychlost světla v raném vesmíru. Tvrdí, že to řeší několik pozorovacích hádanek a odstraňuje potřebu záhadné „inflace“.⁷

Závěrem

To, co všechny seriózní kreacionistické modely předložené k problému hvězdného času ukazují, je, že problém s časem a rychlostí cestování světla není pro biblické stvoření vnitřně nemožné dilema, zejména s ohledem na neobvyklé podmínky, které by fungovaly během týdne stvoření. Nedávný výzkum kvasarů, pokud obstojí, je dalším důkazem reálnosti dilatace času, což je něco, co by mělo kritiky nedávného stvoření přimět k zastavení a zamyšlení. Bez ohledu na to, který model stvoření přežije, může být intuitivní předpoklad, že miliony světelných let (vzdálenost) = miliony let (čas plynoucí na Zemi), stejně protikladný jako podobně intuitivní předpoklad o mionech – totiž že jejich životnost ve zlomku sekundy znamená, že nemohou trvat tak dlouho, aby dorazily po svém vzniku ve vysokých vrstvách atmosféry až na zemský povrch. Problém s rychlostí cestování světla hvězd tak není dobrý důvod k tomu, abychom opouštěli autoritu Božího slova týkající se stvoření světa v šesti dnech.

Odkazy a poznámky

1. Lewis, G.F. and Brewer, B.J. Detection of the cosmological time dilation of high-redshift quasars, Nature Astronomy, 3 Jul 2023.
2. Lisle, J., Light-travel time: a problem for the big bang, Creation 25(4):48–49, 2003.
3. Lewis, G.F. and Barnes, L.A., The one-way speed of light and the Milne universe, Pub. Astronomical Soc. Australia 38, 8 Feb 2021.
4. Newton, R., Distant starlight and Genesis: conventions of time measurement, J. Creation 15(1):80–85, 2001; creation.com/starlight-conventions (published under a pseudonym while Dr Lisle was completing his Ph.D.).
5. Humphreys, D.R., A more biblical cosmology, J. Creation 36(3):114–122, 2022.
6. Humphreys, D.R., ref. 5, p. 1 (abstract).
7. Albrecht, A. and Magueijo, J., A time varying speed of light as a solution to cosmological puzzles, Phys. Rev. D 59(4):043516, 1999.
8. Dr Mark Harwood – How can distant starlight reach us in just 6,000 years?, článek online na www.creation.com 17 Jan 2009.