S obzirom na biblijski vremenski okvir, da je Bog stvorio svemir prije otprilike 6000 godina, kako možemo vidjeti zvijezde i galaksije koje su udaljene milijarde svjetlosnih godina? Ako je svjetlosti potrebna jedna godina da pređe udaljenost od jedne svjetlosne godine (oko 5,88 triliona milja), zar svjetlosti iz galaksije udaljene deset milijardi svjetlosnih godina ne bi trebalo deset milijardi godina da stigne do nas? I možemo vidjeti takve galaksije, što implicira da je svjetlost stigla. Da li to implicira da je svemir star najmanje 10 milijardi godina?
Ovaj problem se često naziva problemom udaljene svjetlosti zvijezda. Kritičari stvaranja često predstavljaju ovo pitanje kao dokaz protiv biblijskog stvaranja, ili barem protiv biblijskog vremenskog okvira. Zavodljiva priroda ovog argumenta je u njegovoj prividnoj jednostavnosti. Naime, znamo brzinu svjetlosti (ovo je mjereno u mnogo različitih eksperimenata), a znamo i (približnu) udaljenost do galaksija. Udaljenost koju čestica može preći je jednostavno njena (prosječna) brzina pomnožena vremenom njenog putovanja. Dakle, rješavanjem za vrijeme, nalazimo da je svjetlosti potrebna jedna godina da pređe razdaljinu od jedne svjetlosne godine; i prema tome, svjetlosti je potrebno deset milijardi godina da pređe razdaljinu od deset milijardi svjetlosnih godina. Da je svjetlost zaista prešla ovu udaljenost je očigledno jer ove galaksije možemo vidjeti u teleskopima; ne bismo ih mogli vidjeti da svjetlo još nije stiglo.
Ali, kao što je to često slučaj s fizikom, naša intuitivna očekivanja bivaju razbijena realnošću. Albert Ajnštajn je otkrio da je odnos između prostora, vremena i brzine svjetlosti daleko čudniji i zanimljiviji nego što je iko ikada mogao da zamisli. Zaista, Bog održava svoju tvorevinu na način koji je divan i suprotan našim očekivanjima. Kada shvatimo pravu prirodu prostora, vremena i brzine, otkrićemo da je svjetlost udaljenih zvijezda savršeno kompatibilna s biblijskom vremenskom skalom.
Prethodni pokušaji rješenja
Budući da se problem udaljene svjetlosti zvijezda može tako sažeto izraziti, ljudi često očekuju vrlo sažeto rješenje. Nenaučnike prirodno privlače takva „rješenja“ jer su tako lako shvatljiva. Ali, naravno, to ne znači da su takvi predlozi zapravo ispravni. Ispitivanjem ćemo otkriti da ovi jednostavniji predlozi ne izdržavaju racionalno ispitivanje. Ipak, potrebno je razgovarati o takvim predlozima i zašto ne uspijevaju jer su tako primamljivi zbog svoje prividne jednostavnosti.
Prvo, počinjemo uvođenjem neke važne terminologije. Već smo koristili termin „svjetlosna godina“ i ovdje moramo naglasiti da je svjetlosna godina mjera udaljenosti, a ne vremena. Ljudi čuju riječ „godina“ u „svjetlosnoj godini“ i često pogrešno misle na vrijeme, kao za 365 dana. Ali svjetlosna godina je udaljenost od otprilike 5,88 triliona milja.
Zašto onda izraz ima riječ „godina“ u sebi? Da biste odgovorili na ovo, razmislite o tome kako često opisujemo udaljenosti na zemlji. Na primjer, Denver je oko 70 milja sjeverno od Kolorado Springsa. Ali ponekad, ljudi će ovu udaljenost opisati izrazom koji zvuči kao jedinica vremena. Mogli će reći: „Denver je udaljen oko sat i 10 minuta od Kolorado Springsa.“ Pod ovim podrazumijevaju „sat i 10 minuta autom.“ Drugim riječima, udaljenost između Denvera i Kolorado Springsa je ono što bi automobil mogao preći za 1 sat i 10 minuta.
Udaljenost i vrijeme su povezani brzinom. Brzina se definiše kao udaljenost podijeljena vremenom. Stoga će se jedinice brzine uvijek dati kao jedinica udaljenosti podijeljena jedinicom vremena. Na primjer, u Sjedinjenim Državama često mjerimo brzinu u miljama na sat. Milje su jedinica udaljenosti, sati su jedinica vremena, a „per“ (na/po) znači „podijeljeno sa“. S obzirom na ograničenja brzine i tipičan promet, automobil koji putuje od Kolorado Springsa do Denvera imaće prosječnu brzinu od 60 milja na sat. A s obzirom na udaljenost od 70 milja između ova dva grada, takvom će automobilu trebati sat i 10 minuta da pređe tu udaljenost brzinom od 60 milja na sat.
Svjetlost u vakuumu uvijek putuje nevjerovatnom brzinom od 186.282,3974 milja u sekundi (300.000 km/sec). S obzirom na ogromne udaljenosti tipične za kosmos, astronomi smatraju da je zgodno definisati udaljenosti u smislu onoga što svjetlost može preći u datom vremenu. Svjetlosna godina je definisana kao udaljenost koju svjetlost može preći u vremenu od jedne godine. Baš kao što se udaljenost između Denvera i Kolorado Springsa može izraziti kao „sat i deset minuta vožnje automobilom“, razdaljina od jedne svjetlosne godine može se izraziti kao udaljenost od „jedne godine po svjetlosti“ – udaljenost koju će svjetlo preći za godinu dana. Ovo je vrlo zgodna jedinica za udaljenost jer svjetlost putuje brzinom od tačno jedne svjetlosne godine godišnje. Najbliži zvjezdani sistem Suncu je Alfa Kentauri koji se nalazi na udaljenosti od 4,3 svjetlosne godine, ili oko 25 triliona milja. Najudaljenije galaksije koje smo posmatrali udaljene su preko 10 milijardi svjetlosnih godina.
Jesu li kosmičke udaljenosti stvarne?
Počinjemo ispitivanjem predloga da udaljene galaksije nisu ni približno tako udaljene kao što tvrde astronomi. Prema ovom predlogu, svjetlost može doprijeti do nas jer je udaljenost između najudaljenije galaksije i Zemlje zapravo manja od 6000 svjetlosnih godina. Dakle, svjetlost može preći ovu relativno kratku udaljenost u roku od 6000 godina, omogućavajući nam da vidimo najudaljenije galaksije. Ovaj predlog nije najčešće prihvaćen stav, ali ovdje počinjemo našu analizu jer će nam koncepti koji se obrađuju u raspravi o problemima s ovim gledištem pomoći u raspravi o drugim predloženim rješenjima.
Možda dio motivacije za ovo rješenje dolazi iz uvjerenja da mjerenja udaljenosti pretpostavljaju iste sekularne, naturalističke i uniformističke pretpostavke kao i sekularne procjene starosti. Na kraju krajeva, procjene starosti stijena zasnovane na metodama radiometrijskog datiranja često su naduvane od prave starosti za faktor hiljada ili čak miliona. To je zato što su sekularisti pogrešno pretpostavili da je stopa radioaktivnog raspada konstantna tokom vremena, uprkos dobrim dokazima koji govore suprotno. Nadalje, pokazalo se da takve metode daju znatno povećanu starost na stijenama poznate starosti (poznate jer je uočeno formiranje stijene).
Jesu li procjene astronomske udaljenosti na sličan način pristrasne zbog sekularnih pretpostavki? Ne. Metode pomoću kojih procjenjujemo udaljenosti u prostoru nisu zasnovane na sekularnim pretpostavkama. Umjesto toga, zasnivaju se na principima geometrije, logike i fizike, a sve to može biti potvrđeno u sadašnjosti u laboratoriji. Na primjer, udaljenost do obližnjih zvijezda može se odrediti geometrijski pomoću paralakse.
Paralaksa je ista metoda koju vaš mozak koristi za određivanje udaljenosti do obližnjih objekata na osnovu malo različitih perspektiva vaših dva oka. Ako držite kažiprst na dužini ruke i zatvorite jedno oko, a zatim ga otvorite i zatvorite drugo oko, primijetićete da vam se čini da prst pomjera položaj u odnosu na pozadinu. Slično tome, čini se da obližnje zvijezde pomjeraju svoj položaj u odnosu na pozadinske zvijezde dok Zemlja kruži oko Sunca. Ovaj pomak ugaonog položaja je vrlo mali jer su čak i najbliže zvijezde prilično udaljene. Ali ovu promjenu položaja zaista možemo posmatrati pomoću moćnih teleskopa. Što je veća paralaksa, to je zvijezda bliža. Možemo koristiti trigonometriju za izračunavanje udaljenosti od ugaonog pomaka položaja. Između ostalog, ovo godišnje pomjeranje položaja zvijezda je potvrda da Zemlja zaista kruži oko Sunca; da ne kruži, ne bi bilo paralakse.
Metoda paralakse radi vrlo dobro za relativno obližnje zvijezde. Ali opseg ove metode je ograničen jer je prividni pomak u položaju udaljenih zvijezda premali da bi se mogao mjeriti zemaljskim teleskopima. Ipak, svemirska letilica Hipparcos bila je u stanju izmjeriti paralaksu u zvijezdama udaljenim čak 2000 svjetlosnih godina. Svemirska letjelica Gaia, koja je sada u funkciji, može mjeriti paralaksu manju od 0,1 miliarcsekunde, što znači da može mjeriti udaljenosti veće od 30.000 svjetlosnih godina. I to je učinila za zvijezde u našoj galaksiji.
Dakle, ovo opovrgava tvrdnju da su sve zvijezde i galaksije bliže od 6000 svjetlosnih godina. Možemo direktno izmjeriti paralakse zvijezda u našoj galaksiji u blizini jezgra na udaljenosti od 30.000 svjetlosnih godina. Tako čak ni samo naša galaksija neće stati unutar 6000 svjetlosnih godina, a da ne govorimo o ostalim stotinama milijardi udaljenijih galaksija.
Postoje mnogi drugi načini mjerenja kosmičkih udaljenosti. Većina ovih metoda radi u nekom ograničenom rasponu s minimalnom i maksimalnom udaljenosti. Ali rasponi različitih metoda se preklapaju. Tako da možemo provjeriti jednu metodu s drugom. Ova kombinacija različitih metoda za mjerenje različitih raspona udaljenosti i njihova provjera u odnosu jedne na drugu naziva se kosmička ljestvica udaljenosti. Sve ove metode su dobre i pouzdane, te međusobno usklađene, iako su neke preciznije od drugih. U svakom slučaju, čak su i direktna mjerenja paralakse sada dovoljna da se isključi tvrdnja da su sve galaksije bliže od 6000 svjetlosnih godina. Čak se i naša galaksija proteže daleko izvan ovog raspona.
Svjetlo stvoreno u tranzitu
Od „jednostavnih, ali gotovo sigurno pogrešnih“ predloženih rješenja za udaljenu svjetlost zvijezda, predlog da je Bog stvorio snopove svjetlosti koji povezuju svaku zvijezdu sa zemljom je vjerovatno najpopularniji. Zagovornici ovog stava tvrde da kada je (ili možda prije) Bog progovorio da zvijezde postanu, On je takođe stvorio svjetlost između tih zvijezda i Zemlje, tako da smo mogli odmah vidjeti zvijezde. Ljudi to ponekad brkaju sa stavom „zrele kreacije“, ali oni nisu isti, kao što ćemo istražiti u nastavku.
U nekim verzijama ovog predloga, kaže se da je Bog stvorio snopove svjetlosti prije nego što je stvorio zvijezde. Oni smatraju da je ovo svjetlo ono što je stvoreno prvog dana, kada je Bog rekao: „Neka bude svjetlost.“ Drugim riječima, da je osoba na Zemlji prvog dana podigla pogled, vidjela bi slike zvijezda noću, iako su stvarne zvijezde bile vidljive tek 4. dana.
Međutim, tekst Svetog pisma ne implicira da je svjetlost koju je Bog dao prva tri dana formirala bilo kakvu sliku nebeskih objekata. Umjesto toga, Bog je obezbijedio svjetlo za prva tri dana u svrhu odvajanja dana od noći.[1]
Alternativno, u drugim verzijama ovog predloga, kada je Bog rekao da zvijezde postoje 4. dana, On je takođe stvorio snopove svjetlosti povezujući svaku zvijezdu sa Zemljom u to vrijeme. Dakle, ako bi osoba stajala na noćnoj strani Zemlje 4. dana, odmah bi vidjela slike svih zvijezda kako trepere.
Ali, da li bi on zapravo vidio same zvijezde ili izmišljene predstave tih zvijezda? Na kraju krajeva, prema ovom gledištu, svjetlost koju bi naš hipotetički promatrač vidio zapravo nije proizvela nijedna zvijezda, već je stvorena u svemiru od Boga, tako da dolazi iz smjera zvijezde. U ovom predlogu još nismo vidjeli svjetlost koju je proizvela nijedna zvijezda udaljenija od 6000 svjetlosnih godina (što je ogromna većina njih). U takvom slučaju, većina zvijezda u svemiru još uvijek nije ispunila svoju od Boga određenu ulogu da „daju svjetlost zemlji“ (Postanje 1:15).
Jedna poteškoća u ovom predlogu odnosi se na činjenicu da posmatramo događaje u svemiru: promjene uslova, ponekad suptilne, a ponekad drastične. Mnogi od ovih događaja se dešavaju na udaljenosti većoj od 6000 svjetlosnih godina. Dakle, moramo postaviti pitanje: „Da li su se ti događaji zaista zbili?“ Prema predlogu svjetla u tranzitu, bilo koja slika koju vidimo bilo kojeg objekta izvan 6000 svjetlosnih godina zapravo nije proizvedena od strane samog objekta. Umjesto toga, ove slike je napravio Bog tokom sedmice stvaranja. I stoga, bilo koji događaj koji posmatramo na udaljenosti većoj od 6000 svjetlosnih godina zapravo se nikada nije dogodio. Umjesto toga, takav događaj bio je samo niz slika koje je Bog stavio u snop svjetlosti udaljen oko 6000 svjetlosnih godina koji je konačno stigao do Zemlje tek sada.
Dozvolite mi da navedem klasičan primjer ovog pitanja. Godine 1987. astronomi su uočili supernovu (zvijezdu koja eksplodira) u Velikom Magelanovom oblaku – obližnjoj galaksiji. Ova galaksija je udaljena 168.000 svjetlosnih godina, što može izgledati puno, ali je po galaktičkim standardima praktično „susjedna vrata“. Dakle, kada se zapravo dogodila ova eksplozija? U standardnom sekularnom pogledu, događaj se zaista dogodio prije oko 168.000 godina, a slikama te eksplozije koja putuje brzinom svjetlosti bilo je potrebno 168.000 godina da stignu na Zemlju 1987.
Ali, u svjetlu stvorenom u tranzitnom pogledu, kada se ta supernova zapravo dogodila? Jedini mogući odgovor je: nije! Imamo slike prelijepe plave supergigantske zvijezde prije nego što je eksplodirala. Ali pošto se ova zvijezda nalazi na udaljenosti od 168.000 svjetlosnih godina, kako smo je mogli vidjeti? Zagovornici svjetlosti stvorene u tranzitu rekli bi da je Bog stvorio snop svjetlosti između te zvijezde i Zemlje, snop koji je sadržavao slike zvijezde. Ovaj snop bi takođe sadržavao slike eksplozije. Bog je morao stvoriti slike eksplozije udaljene oko 6000 svjetlosnih godina od Zemlje da bi stigle 1987. Ali to znači (1) da se eksplozija nikada nije dogodila, i (2) da zvijezda zapravo nikada nije postojala. Zvijezda i njena eksplozija bile su samo slike koje je Bog stavio u snop svjetlosti.
Zapravo, gotovo sve eksplodirajuće zvijezde kojima je svjedočio čovjek bile su udaljenije od 6000 svjetlosnih godina. I tako, ako je način na koji smo u stanju da vidimo svjetlost ovih događaja zato što je Bog stvorio svjetlost i slike događaja, onda zapravo nikada nismo vidjeli pravu supernovu. Umjesto toga, vidimo slike izmišljenih zvijezda koje eksplodiraju koje zapravo nikada nisu postojale, slike koje je Bog stavio u snopove svjetlosti.
Nema sumnje da Bog ima moć da čini takve stvari. On ima moć da stvori svjetlost (Postanje 1:3). I mogao je, da je htio, stvoriti svjetlosne zrake u takvoj konfiguraciji da kada uđu u ljudsko oko, formiraju sliku nečega što nikada nije postojalo. Ali da li je Bog ovo uradio? Bog je stvorio naša čula (Izreke 20:12) da ispitamo stvarni univerzum koji je takođe stvorio. Stoga se čini nedoslednim da Bog stvara naše oči, a zatim stvara i izmišljene „filmove“ u snopovima svjetlosti kako bi nas doveo u zabludu o stvarnom svemiru. Ako je Bog stvorio snopove svjetlosti koji sadrže slike zvijezda (od kojih neke nikada nisu postojale), onda ne znamo ništa o stvarnom svemiru na udaljenostima većim od 6000 svjetlosnih godina; sve što vidimo izvan toga je fikcija. I ako je cijeli svemir koji vidimo na udaljenosti većoj od 6000 svjetlosnih godina (što je preko 99,99999% svemira) izmišljene slike koje je Bog stvorio, zašto vjerovati da je preostalih manje od djelića od 1% stvarno?
Da li je Bog stvorio naša čula da nas pouzdano informišu o spoljašnjem univerzumu, ili nije? Doduše, često možemo izvući pogrešne zaključke na osnovu onoga što vidimo. Ali da li je ono što vidimo takođe fikcija? Dakle, svjetlost stvorena u tranzitnom pogledu izgleda nedosledna s prirodom Boga kako je otkrivena u Svetom pismu. Zaista, da je takav stav istinit, ne bismo mogli vjerovati čak ni našim očima da će nas pouzdano informisati o onome što čitamo u Svetom pismu, budući da (u tom pogledu) Bog nije iznad stvaranja izmišljenih slika koje naše oči mogu posmatrati.
Štaviše, u Postanju 1:15 saznajemo da je Bog stvorio nebeska svjetla (Sunce, Mjesec i zvijezde) da „obasjavaju zemlju“. To je njihova svrha. Poslednja fraza u Postanku 1:15 („i bilo je tako“) sugeriše da su zvijezde zaista počele ispunjavati svoju od Boga određenu ulogu da daju svjetlost na zemlju. To jest, zvijezde su zapravo proizvele svjetlost koja je zapravo putovala kroz svemir i zapravo stigla do Zemlje, možda trenutno. Ali to ne bi bio slučaj da je Bog stvorio snopove svjetlosti koji povezuju svaku zvijezdu sa zemljom. U svjetlu stvorenom u tranzitnom pogledu, svjetlost za koju mislimo da vidimo od bilo koje zvijezde iznad 6000 svjetlosnih godina zapravo uopšte ne dolazi od te zvijezde, već je natprirodno stvorena u međuprostoru. Teško je to pomiriti s izjavom u Postanju 1:15 „i bilo je tako“ koja sugeriše da su same zvijezde proizvele svjetlost koja pada na Zemlju.
Pojašnjenje o značenju zrelog stvaranja
Ponekad ljudi brkaju svjetlo stvoreno u tranzitnom predlogu sa zrelom kreacijom. To su dva odvojena pitanja. Zrelo stvaranje je izraz koji koristimo da opišemo činjenicu da je svemir bio potpuno operativan kada je Bog završio sa stvaranjem svega. Univerzumu nije bilo potrebno dalje vrijeme ili razvoj da bi funkcionisao na način na koji je Bog odredio. To vidimo u činjenici da su i Adam i Eva stvoreni kao odrasli. Nije im trebalo vremena da razviju sposobnosti hodanja i govora. Ovo je u suprotnosti s načinom na koji novi ljudi dolaze na svijet danas; bebe su bespomoćne i ne mogu same da prežive. Potrebno im je vrijeme da se razviju do tačke u kojoj mogu ispuniti Božju odredbu, na primjer, da se brinu o zemlji (Postanje 1:28).
Isto tako, prve životinje stvorene su kao odrasle jedinke i nije im bilo potrebno vrijeme da se razviju do mjesta gdje bi mogle same preživjeti. Prva stabla su stvorena već dajući plodove, tako da su i ona stvorena kao „odrasla“ (Postanje 1:11-12). Ideja zrele kreacije proširuje ovo razmišljanje na svu Božju tvorevinu. Zemlja, Sunce, planete i zvijezde, svi su stvoreni kao „zreli“ u smislu da im nije bilo potrebno „vrijeme razvoja“ da počnu raditi ono što im je Bog odredio.
Zrelo stvaranje je istinski princip, koji je ilustrovan u Postanju tako što su prvobitni organizmi stvoreni kao odrasli, a sva tvorevina je bilo funkcionalna do kraja sedmice stvaranja. Koliko je poznato, svi biblijski kreacionisti prihvataju ovaj princip. Ali zrelo stvaranje nije specifičan model kako je Bog uredio da svjetlost sa zvijezda brzo stigne do Zemlje. Umjesto toga, to je jednostavno uvjerenje da je On to učinio. Oni koji prihvataju zrelu kreaciju vjeruju da je univerzum postao funkcionalan pri svom stvaranju do kraja 6. dana. Dakle, kreacionisti se svi mogu složiti da je univerzum postao zreo, dok se ne slažu oko tačnog mehanizma za kako je Bog to postigao, kao na primjer za udaljenu svjetlost zvijezda.
Dakle, u najboljem slučaju, svjetlost stvorena u tranzitnoj poziciji može biti kompatibilna sa zrelom kreacijom (kao i mnoge druge pozicije), ali to nije ista stvar. U najgorem slučaju, svjetlost stvorena u tranzitnoj poziciji može suptilno biti kontradiktorna principu zrelog stvaranja. Podsjetimo, zrelo stvaranje uči da je svemir radio ono za što ga je Bog stvorio do kraja 6. dana. Ovo uključuje dekret o nebeskim objektima „da daju svjetlost Zemlji“ (Postanje 1:15). Ali u pogledu „svjetlosti stvorene u tranzitu“, zvijezde izvan 6000 svjetlosnih godina to još ne rade; svjetlost koju emituju još nije stigla do Zemlje i mi samo mislimo da ih vidimo jer je Bog stvorio snopove svjetlosti sa slikama tih zvijezda. Dakle, ogromna većina zvijezda u svemiru još uvijek ne bi radila ono što im je Bog odredio, što se čini nedoslednim sa zrelom kreacijom.
Astronomi i fizičari kreacionisti trenutno nemaju konsenzus o rješenju problema svjetlosti sa udaljenih zvijezda. Nekim kreacionistima smeta ova činjenica, ali u prirodi nauke je da ne znamo sve i stoga postavljamo hipoteze koje treba provjeriti. Štaviše, nauka napreduje samo kada se predstavi više modela, a zatim se sistematski eliminišu na osnovu opservacija sve dok ne ostane samo najvjerovatniji model. U tom duhu, mi ćemo ovdje predstaviti neke od pozicija koje imaju naučnici kreacionisti, zajedno sa jakim i slabim stranama takvih predloga.
CDK
Jedno od najranijih predloženih rješenja problema zvjezdane svjetlosti uključivalo je sugestiju da je brzina svjetlosti možda bila mnogo veća u prošlosti. Na kraju krajeva, naša procjena količine vremena potrebnog svjetlosti da pređe kosmičke udaljenosti zasniva se na njenoj trenutnoj brzini (u vakuumu) od 186.282,3974 milja u sekundi (299.792,458 km/sec), ili jedne svjetlosne godine godišnje. Dakle, bilo bi potrebno deset milijardi godina da stigne do Zemlje iz galaksije udaljene deset milijardi svjetlosnih godina.[2] Ali ako je brzina svjetlosti bila mnogo veća u prošlosti, onda je možda mogla preći većinu te udaljenosti za samo nekoliko hiljada godina kada je svjetlost bila mnogo brža, tek nedavno usporavajući na svoju sadašnju vrijednost. Ovaj model je poznat kao cdk, što je skraćenica od „c-decay“ gdje c označava brzinu svjetlosti. Dakle, predlog je da se brzina svjetlosti smanjuje (usporava) od stvaranja, ili možda od prokletstva.
Glavne prednosti ovog modela su dvostruke. Prvo, vrlo ga je lako razumjeti. Proračun svjetlosti kojoj je potrebno deset milijardi godina da pređe kosmičke udaljenosti zasniva se na pretpostavci da je uvijek putovala istom brzinom koju danas opažamo. Jasno, da je ta brzina u prošlosti bila mnogo veća, tada bi se vrijeme potrebno za prelazak takve udaljenosti drastično smanjilo. Nije potrebno poznavanje fizike da bi se ovo razumjelo. I zato bi ovaj odgovor mogao biti vrlo koristan u apologetici – da je istinit.
Drugo, model s pravom dovodi u pitanje uniformističku pretpostavku. Uniformizam je uvjerenje da su stope i uslovi uopšteno isti tokom vremena. Sekularni geolozi pretpostavljaju da su za formiranje velikih kanjona potrebni milioni godina jer su pretpostavili da je godišnja erozija bila otprilike ista tokom vremena. Geolog kreacionista s pravom ističe da je takva pretpostavka pogrešna; iz zapisane istorije znamo da se globalna poplava dogodila prije otprilike četiri i po milenijuma. Oticanje iz takvih poplava bi proizvelo katastrofalnu eroziju po stopama koje su daleko veće od onih koje se danas primjećuju.
Isto tako, sekularne procjene starosti dobijene radiometrijskim datiranjem često su uveliko prenaduvane jer pretpostavljaju da se stope radioaktivnog raspadanja nisu mijenjale tokom vremena. Međutim, istraživačka inicijativa RATE pronašla je uvjerljive dokaze da su takve stope u prošlosti bile za redove veličine brže. Pogrešnom pretpostavkom da su stope propadanja oduvijek bile spore kao i danas, sekularne procjene starosti su naduvane u odnosu na pravu starost za milionski faktor.
Može li to isto važiti i za svjetlost udaljenih zvijezda? Vrlo je razumno postaviti pitanje: „Da li je brzina svjetlosti uvijek bila (relativno) spora kao danas? Da li je u prošlosti mogla biti mnogo brža?“ Zagovornici cdk-a čak su tvrdili da postoje dokazi iz ranih procjena brzine svjetlosti da je c opao za mjerljivu količinu u poslednjih nekoliko stoljeća.
Bila je to dobra ideja. Ali postoje izuzetno uvjerljivi dokazi da cdk nije pravi odgovor na udaljenu svjetlost zvijezda. Naime, postoje uvjerljivi opservacijski dokazi da se brzina svjetlosti u vakuumu nije mijenjala tokom vremena. Razmotrite sledeći primjer.
Postoje situacije u kojima zapravo možemo uočiti (tangencijalnu) brzinu svjetlosti u dubokom svemiru, koja je prema cdk predlogu emitovana u prošlosti, i možemo potvrditi da je tada putovala istom brzinom kao i sada. Uzmite u obzir SN1987A. Astronomi su 1987. godine u Velikom Magelanovom oblaku na udaljenosti od 168.000 svjetlosnih godina primijetili supernovu – zvijezdu koja eksplodira. Dakle, u standardnom sekularnom pogledu, ovaj događaj se zapravo dogodio 168.000 godina prije 1987. i toliko mu je trebalo da se pređe udaljenost. Prema cdk-u, događaj se zapravo dogodio prije manje od 6000 godina, ali svjetlost je uspjela preći udaljenost za 6000 godina jer je brzina svjetlosti bila najmanje 28 puta veća kada se supernova dogodila (168 000 / 6000).
Međutim, samo mali dio svjetlosti iz ove eksplozije bio je usmjeren prema Zemlji. Neka svjetlost je otišla u drugim smjerovima i reflektovala se od okolnog gasa koji je zatim preusmjerio svjetlost prema Zemlji – „svjetlosni eho“. Ovo svjetlo je stiglo poslije 1987. jer je trebalo vremena da se od supernove pređe na okolni gas. Mjerenjem udaljenosti između supernove i okolnog gasa i dijeljenjem s vremenom između dva događaja, možemo izračunati brzinu svjetlosti kada se supernova dogodila. I nalazimo da je u skladu sa trenutnom vrijednošću c i nije 28 puta brža. U stvari, kako su astronomi nastavili da prikupljaju slike eha tokom godina, i reprodukujući ove slike u nizu, zapravo možemo vidjeti svjetlost koja putuje od pozicije supernove trenutnom brzinom svjetlosti (c).
Drugo, budući da je svjetlost talas, svaka promjena njene brzine tokom vremena će rezultirati promjenom frekvencije. Frekvencija je broj talasnih vrhova koji prelaze prag u jedinici vremena. Povećanje brzine svjetlosti bi stoga proizvelo povećanje frekvencije; obrnuto, opadajuća brzina svjetlosti bi proizvela pad frekvencije što bi rezultiralo crvenim pomakom. Promjena frekvencije bila bi proporcionalna promjeni brzine svjetlosti. Prema cdk modelu, svjetlost je uspjela preći razdaljinu od 10 milijardi svjetlosnih godina za 6000 godina, što implicira promjenu brzine svjetlosti za faktor od preko 1,67 miliona. Stoga bi svjetlo iz najudaljenijih galaksija bilo crveno pomaknuto ovim faktorom. Ali to se ne primjećuje. Umjesto toga, najveći crveni pomaci uočeni u najudaljenijim galaksijama je faktor od oko 11. Takva zapažanja su u potpunom neskladu sa cdk modelom.[3]
Treće, brzina svjetlosti je vrlo posebna i nije nalik drugim brzinama. Ona u suštini postavlja odnos između prostora i vremena, relativne jačine magnetnih i električnih polja i odnos između materije i energije. Ali samo naše postojanje zavisi od toga da su te stvari u suštini konstantne. Čuvena jednačina E=mc2, na primjer, pokazuje da je količina energije sadržana u masi proporcionalna toj masi pomnoženoj s kvadratom brzine svjetlosti. Stoga, ako se brzina svjetlosti promijeni, onda se ili masa ili energija (ili oboje) svega u svemiru takođe moraju promijeniti.
A budući da cdk zahtijeva promjenu brzine svjetlosti za faktor od preko milion, to znači da bi se energija svega u svemiru morala smanjiti za trilion (kvadrat miliona zbog c2), ili bi se masa svega povećala za isti iznos. Bilo koji rezultat bi bio katastrofalan. Uzmite u obzir Zemljinu orbitu. Ako se njena orbitalna energija smanji za faktor od triliona, Zemlja bi pala u Sunce. Alternativno, ako se masa Zemlje i Sunca poveća za faktor od triliona, onda bi gravitaciona sila između njih ponovo izazvala pad Zemlje u Sunce. Isti efekat bi se desio sa svim planetama u svemiru.
Dakle, ova zapažanja isključuju cdk kao održivo rješenje percipiranog problema udaljene svjetlosti zvijezda. Ali primijetite da ova opovrgavanja zahtijevaju osnovno znanje astronomije i fizike, dok sam cdk predlog ne zahtijeva. Ovo može objasniti zašto je ideja nekima još uvijek privlačna.
Gravitaciona dilatacija vremena
Drugi model je predložio kreacionistički fizičar dr Ras Hamfris (Russ Humphreys). Model je objašnjen u njegovoj knjizi iz 1994. Starlight and Time. Predlog koristi relativističku fiziku – granu koju je otkrio Albert Ajnštajn. Jedna od čudnih posledica relativističke fizike koju je Ajnštajn predvidio i naknadno potvrdio eksperimentima i posmatranjem naziva se gravitaciona dilatacija vremena. To je činjenica da su svi fizički procesi podjednako usporeni u prisustvu gravitacionog polja. Na primjer, satovi otkucaju sporije na Zemlji nego u dubokom svemiru jer Zemlja ima gravitaciju. Što je bliže izvoru gravitacije, to sporije otkucavaju satovi. Dakle, satovi na planinskim vrhovima otkucavaju nešto brže od satova na nivou mora. Efekat je vrlo slab, ali je potvrđen korišćenjem atomskih satova.
Model koji zastupa Hamfris predlaže da je Sunčev sistem blizu centra univerzuma; da je broj galaksija u svemiru konačan, formirajući otprilike sfernu distribuciju s našim solarnim sistemom blizu centra ove distribucije. (Imajte na umu da ovo nije geocentrizam – vjerovanje da je Zemlja stacionarni centar Sunčevog sistema.) Ako je svemir zaista ovako strukturiran, onda bi Sunčev sistem bio u gravitacionom bunaru. To ne znači da bismo osjetili dodatnu gravitacijsku silu. Umjesto toga, to znači da bi bila potrebna energija da se objekti u blizini Sunčevog sistema povuku do perimetra kojeg čine najudaljenije galaksije, i obrnuto, objekti u udaljenom svemiru bi dobili energiju ako bi se kretali prema našem Sunčevom sistemu. Kao takvi, satovi na zemlji otkucavali bi sporije od satova u dalekom svemiru.
Hamfris je predložio da bi ovaj efekat bio toliko ozbiljan da bi udaljeni univerzum mogao stariti milione godina dok su na Zemlji prošle samo hiljade godina. Stoga bi svjetlosti zaista mogla biti potrebna ogromna doba da pređe kosmičke udaljenosti, ali bi Zemlja doživjela samo nekoliko hiljada godina za to vrijeme zbog gravitacijske dilatacije vremena. Ovaj model je zasnovan na dobro uspostavljenoj fizici, a prihvatili su ga mnogi kreacionisti 1990-ih.
Međutim, vremenom su poteškoće s modelom postale očigledne. Prvo, zasnovan je na neprovjerenoj pretpostavci: model funkcioniše samo ako su galaksije u svemiru zaista konačne po broju i raspoređene u približno sferičnom uzorku fokusiranom oko našeg Sunčevog sistema. Trenutno nema dokaza za ovo; međutim, nema ni dokaza za suprotno.
Što je još važnije, model radi kvalitativno, ali ne i kvantitativno. Odnosno, s obzirom na procijenjenu masu svih galaksija u svemiru (uključujući tamnu materiju), količina vremenske dilatacije na Zemlji u odnosu na udaljeni svemir je vrlo mala, ni približno dovoljna da objasni našu sposobnost da vidimo udaljenu zvijezdu unutar biblijskog vremenskog okvira. Tako, na primjer, pretpostavimo da su zemaljski satovi usporeni za 2% u odnosu na satove u najudaljenijim posmatranim galaksijama. Tada bi svjetlosti iz galaksije udaljene 10 milijardi svjetlosnih godina trebalo samo 9,98 milijardi godina da pređe tu udaljenost, mjerenu zemaljskim satovima.[4] Smanjuje vrijeme iz naše perspektive, ali ni približno dovoljno da riješi problem percipirane svjetlosti zvijezda.
Drugo, kada bi gravitaciona vremenska dilatacija bila dovoljno jaka da uspori protok vremena na Zemlji za dovoljnu količinu da se riješi problem zvjezdane svjetlosti, to bi proizvelo vidljive efekte. Ne najmanji od njih bi bio univerzalni plavi pomak. Budući da bi se procesi u galaksijama na ogromnoj udaljenosti od Zemlje odvijali mnogo brže od procesa na Zemlji, svjetlost iz ovih galaksija bi imala mnogo veću frekvenciju – milione puta veću. Stoga bismo uočili plavi pomak proporcionalan udaljenosti. Ovo se ne primjećuje. U stvari, opažamo suprotno – univerzalni crveni pomak.
Dakle, čini se da je model gravitacijske vremenske dilatacije eliminisan na osnovu i teorijskih proračuna i zapažanja. Čak je i Hamfris napustio ovaj model, zajedno sa kasnijim modelom. Zadnji put kada sam razgovarao s njim, dr Hamfris je radio na trećem kosmološkom modelu. Iako prvobitni model nije uspio, bio je to briljantan pokušaj i pomogao je da se unaprijedi studija o ovoj temi uključivanjem efekata Ajnštajnove fizike – izuzetno važno razmatranje.
Daša
Dr Deni Fokner (Danny Faulkner) objavio je rad u kojem je predložio potencijalno rješenje problema udaljenog svjetla zvijezda koje on naziva modelom Daša. Ovaj rad takođe ukratko sumira druga predložena rješenja za udaljenu svjetlost zvijezda i njihove relativne snage i slabosti.
Dakle, šta je Daša predlog? Fokner kaže: „Kao dio Božjeg formativnog rada, svjetlost iz astronomskih tijela je čudesno napravljena da ‘puca’ svoj put do Zemlje nenormalno ubrzanom brzinom kako bi ispunila svoju funkciju služenja za označavanje znakova, godišnjih doba, dana, i godina.“ (Faulkner 2013). Tako Fokner sugeriše da svjetlost udaljenih zvijezda zaista dolazi od tih zvijezda i da je mogla brzo doći do Zemlje jer je Bog učinio da se svjetlost kreće „nenormalno ubrzanom brzinom“. Drugim riječima, svjetlost se tada kretala mnogo brže nego sada.
Ovo zvuči zapanjujuće slično modelu cdk, u kojem se pretpostavlja da je brzina svjetlosti bila mnogo veća u dalekoj prošlosti. Međutim, Fokner pazi da razlikuje svoj prijedlog od cdk-a. On navodi: „Naglašavam da se moj predlog razlikuje od cdk-a po tome što se ne priziva nikakav fizički mehanizam, vjerovatno je sam prostor taj koji se brzo kretao i da je brzina svjetlosti od Sedmice stvaranja bila ono što je danas.“ (Faulkner 2013). Dakle, umjesto da se svjetlost kreće kroz svemir mnogo većom brzinom nego danas, čini se da Fokner sugeriše da se sam prostor nekako pomiče nevjerovatnom brzinom, a svjetlost se jednostavno prenosi bez promjene svoje brzine kroz prostor (c).
Fokner upoređuje ovo brzo „pucanje“ svjetlosti sa zvijezda na zemlju sa čudesnim brzim rastom prvih biljaka koje je Bog stvorio trećeg dana. Bog je naredio zemlji da „nikne“ biljke koje donose plodove, što su one do kraja trećeg dana i učinile (Postanje 1:11-13). Hebrejski korijen riječi preveden kao „nicanje“ je „dâšâ“ od čega Fokner izvodi naziv svog predloga.
Fokner je vrlo jasan da njegov predlog zahtijeva čudesan Božji čin, nešto što se u sadašnjosti ne može primijetiti. Budući da se ovaj čin navodno dogodio u sedmici stvaranja kada je Bog činio svakakva čudesna djela koja danas ne čini (npr. stvaranje novih vrsta životinja i biljaka), moramo priznati da je takav čin moguć.
Međutim, pozivanje na prošlu čudesnu akciju koja nije posebno zabilježena u Svetom pismu, ima neodređeni mehanizam koji ne daje posebna predviđanja o sadašnjim zapažanjima, vjerovatno neće unaprijediti naše razmišljanje o ovoj temi. Poređenje Boga koji „ispaljuje“ svjetlost sa zvijezda na Zemlju može zaista biti validno sa Bogom koji „nikne“ biljke trećeg dana. Ali poređenje jednog čuda sa drugim ne objašnjava ni to. Pretpostavimo da sam rekao: „Imam model da objasnim kako je Isus ustao iz mrtvih.“ Dok željno iščekujete moje objašnjenje sa dužnom skepticizmom, ja onda kažem: „On je to učinio na isti način na koji je podigao Lazara iz mrtvih.“ Moj odgovor je možda tačan, ali da li sam zaista objasnio bilo koje čudo?
Činjenica da je Bog i stvorio i održava svoj univerzum ne ometa našu sposobnost da kvantificiramo neke od načina na koje Bog djeluje; zapravo, omogućava takvu sposobnost. Na primjer, Isak Njutn je sigurno vjerovao da je Bog odgovoran za kretanje planeta. Ali to nije spriječilo Njutna da otkrije sistematski način na koji je Bog izazvao takvo kretanje: naime, zakone kretanja i gravitacije. Njutn nije bio zadovoljan da jednostavno kaže: „Bog čini da se planete nekako kreću. Naprotiv, Njutnovo uvjerenje u Božje uređenje motivisalo je njegovo otkriće zakona kretanja i gravitacije koji nam omogućavaju da izračunamo položaje planeta daleko u neopaženu budućnost.
Isto tako, Foknerov predlog Daše, bez davanja konkretnog mehanizma (čak i čudesnog), izgleda kao da je ekvivalentan izreci „Bog je to nekako brzo uradio“. Iako se nijedan biblijski kreacionista ne bi složio, predlog „Bog je to nekako brzo učinio“ nije model ili rješenje, već samo ponavljanje uočenog problema. Najbliže što Fokner dolazi do stvarnog mehanizma je pretpostavka da je sam prostor bio brzo pomjeren ili rastegnut od strane Boga, noseći na taj način svjetlost. Ovo je zanimljiva i legitimna ideja. Ali Fokner tada ne nastavlja da istražuje kakve bi bile posledice takvog mehanizma, niti koji bi vidljivi efekti ostali danas kao dokaz iznenadne tranzicije iz kretanja svemira tokom 4. dana sedmice stvaranja u njegovo trenutno stanje. Ali dok se takvi proračuni ne urade, Daša se ne može smatrati modelom jer ne pruža nikakav mehanizam i ne daje provjerljiva predviđanja.[5] Međutim, premisa je zanimljiva i možda će se s vremenom razviti model.
Očekivanja
Tokom sedmice stvaranja, Bog je radio stvari koje danas ne čini – govorio je novim stvarima da dođu u postojanje. Zatim je Bog prekinuo svoje djelo stvaranja do sedmog dana (Postanje 2:2). Međutim, Bog nastavlja da radi i danas u održavanju onoga što je stvorio (Jevrejima 1:3, Kološanima 1:17). Nauka je proučavanje sistematskog načina na koji Bog trenutno podržava svoju kreaciju. Kao takvi, alati nauke nam omogućavaju da otkrijemo način na koji Bog trenutno održava svoju kreaciju, ali su vrlo ograničeni u svojoj sposobnosti da otkriju način na koji je Bog stvarao budući da nemamo opservacijski pristup prošlosti.
Međutim, čak i tokom sedmice stvaranja, Bog je održavao ono što je stvarao. Stoga su neki aspekti sedmice stvaranja bili prirodni (na isti način na koji Bog radi danas), a drugi su bili natprirodni (jedinstveni i različiti od načina na koji Bog radi danas). Prirodni aspekti mogu biti ispitani i otkriveni od strane nauke jer su i danas na snazi. Međutim, danas nauka ne može lako otkriti one aspekte sedmice stvaranja koji su bili natprirodni.
Pod koju kategoriju svrstavamo efekat svjetlosti daleke zvijezde koja dopire do Zemlje? Predlažem da to zapravo spada u kategoriju prirodnog zakona. To jest, čak i u sadašnjosti moguće je da svjetlost zvijezda od najudaljenije galaksije stigne do Zemlje za manje od 24 sata, ili čak trenutno. Za razumijevanje ovog pitanja biće potrebna određena rasprava o prirodi prostora i vremena i konceptu istovremenog.
Koncepti simultanosti
Kada se dva događaja dogode u isto vrijeme, za njih se kaže da su simultani . Dakle, koncept simultanosti se odnosi na to kako procjenjujemo relativno vrijeme dva događaja. Ovaj naizgled jednostavan pojam se ispostavlja prilično komplikovanim u svjetlu onoga što sada razumijemo o fizici. Ipak, to je ključno za razotkrivanje pitanja udaljene svjetlosti zvijezda i može uticati na naše razumijevanje Postanja.
Bilo da vjerujemo da je Bog stvorio Sunce, Mjesec i zvijezde 1. ili 4. dana sedmice stvaranja, sve zvijezde su načinjene istog dana; sve su načinjene istovremeno (ili skoro – u roku od 24 sata). Isto tako, stvaranje (ili prvo viđenje) zvijezda je istovremeno sa četvrtom rotacijom Zemlje. Stoga će naše razumijevanje koncepta simultanosti uticati na naše razumijevanje ovih stihova, bilo na bolje ili na gore.
Da biste ilustrovali neke od mogućih komplikacija koje uključuju simultanost, razmotrite sledeći scenario. Danijelov budilnik se uključuje svakog radnog dana u 8:00 ujutro. Isto tako, Aronov budilnik se uključuje u 8:00 ujutro svakog radnog dana. Da li su ova dva događaja istovremena? Dogodili su se u isto vrijeme, zar ne? Ali pretpostavimo da dodam neke dodatne informacije: Danijel živi u Njujorku, dok Aron živi u Kaliforniji. S obzirom na ove nove informacije, zaključujemo da se Danijelov alarm zapravo aktivirao tri sata ranije od Aronovog jer je 8:00 ujutro po istočnom vremenu ekvivalentno 5:00 ujutro po pacifičkom vremenu.
Ako ste ikada telefonirali nekome ko živi u drugoj vremenskoj zoni, vjerovatno ste napravili brzu mentalnu kalkulaciju kako biste bili sigurni da ne zovete prerano ili prekasno. Mogli biste reći: „Ovdje je 9:00 ujutro. Dakle, koliko je sati tamo?“ Čudno je to pitanje jer u jednom smislu dvoje ljudi moraju razgovarati telefonom u isto vrijeme da bi razgovarali. Ipak, u drugom smislu, oni mogu razgovarati u dva različita vremena. Sferna priroda Zemlje čini pogodnim da postoje dvije različite konvencije pomoću kojih određujemo vrijeme. Koristimo lokalno vrijeme (u kojem sunce prelazi meridijan oko podneva) za većinu naših dnevnih aktivnosti. Koristimo univerzalno vrijeme (definisano kao lokalno vrijeme u Griniču u Engleskoj) prilikom koordinacije telefonskih poziva ili drugih zajedničkih napora koji se protežu na više vremenskih zona.
Dakle, razmotrimo drugi scenario. Samanta takođe živi u Njujorku, samo tri bloka od Danijela. Njen alarm se uključuje u 8:00 ujutro svakog radnog dana, baš kao i Danijelov. Dakle, možemo li zaključiti da su ta dva događaja simultana? Na kraju krajeva, oni su u istoj vremenskoj zoni. Ipak, malo je vjerovatno da se alarmi aktiviraju u isto vrijeme. Osim ako ne koriste atomske satove, njihovi satovi ne drže savršeno vrijeme. Tokom godine jedan sat može dobiti minut ili dva, dok drugi sat gubi minut ili dva. Dakle, ova dva sata nisu baš sinhronizovana – ne čitaju tačno u isto vrijeme u istom trenutku. To bismo mogli provjeriti tako što će Danijel nazvati Samantu i svako će očitati vrijeme na svom satu. Ova skoro trenutna komunikacija bi potvrdila da li su satovi sinhronizovani ili ne. Međutim, otkrićemo da ova metoda postaje problematična na kosmičkim udaljenostima u kojima nije moguća povratna trenutna komunikacija.
Konvencija vizuelne sinhrone
Metoda odlučivanja ili definisanja da li su dva događaja simultana naziva se konvencija sinhronizacije. Najočitiji i najprirodniji izbor za konvenciju o sinhronizaciji naziva se konvencija vizuelne sinhrone. Prema ovom sistemu, vrijeme bilo kog događaja je definisano kao vrijeme u kojem je uočen; stvari se dešavaju u trenutku kada vidite da se dešavaju. Ovo je intuitivno. Ako vidite jelena kako pretrčava cestu, ne bi vam palo ni na pamet da pomislite: „Pitam se prije koliko miliona godina se to zapravo dogodilo?“ Naravno da ne. Ako vidite da se nešto dešava upravo sada, onda je prirodno pretpostaviti da se to dešava upravo sada. Danas koristimo konvenciju vizuelne sinhronizacije za skoro sve, osim nebeskih događaja.
Kada vidimo supernovu (zvijezdu koja eksplodira), rečeno nam je da se, iako je vidimo upravo sada, događaj zapravo desio davno. To je zato što razumijemo da je svjetlosti trebalo vremena da pređe ogromnu udaljenost između tamo i ovdje. Kada se događaj zaista dogodio zavisiće od njegove udaljenosti od Zemlje i brzine svjetlosti. Ali ovo je veoma moderan način razmišljanja. Niko nije znao kolika je bila brzina svjetlosti prije 1676. godine, i niko nije znao udaljenost do bilo koje od fiksnih zvijezda prije 1838. godine. Dakle, prije vrlo modernih vremena, nije bilo moguće oduzeti vrijeme putovanja svjetlosti da bi se utvrdilo kada događaj se zaista dogodio.
Stoga su drevni astronomi definisali vrijeme nebeskog događaja kao vrijeme kada je to čak i zabilježeno na Zemlji. Ovo je konvencija vizuelne sinhronizacije – ista konvencija koju koristimo kada se gledamo u ogledalo dok se brijemo ili češljamo. Većina drevnih naučnika vjerovala je da je brzina svjetlosti beskonačna, i stoga se stvari zaista događaju kada ih vidimo.[6] Ali čak i ako je iko sumnjao da svjetlost ima konačnu brzinu, niko nije znao šta je to prije 1676.[7] Stoga su svi ljudi koristili konvenciju vizuelne sinhronije pošto nijedna druga opcija nije bila dostupna.
Moderne metode, mjerenja i zablude
Ovo se promijenilo 1676. godine kada je danski astronom Ole Rømer koristio mjesece Jupitera za mjerenje brzine svjetlosti.[8] Kasnije, preciznija mjerenja su pokazala da svjetlost putuje nevjerovatnom brzinom od 186.282.397 milja u sekundi.[9] Pri takvoj brzini, bilo bi potrebno više od četiri godine da svjetlost stigne do našeg Sunčevog sistema od najbliže zvijezde. Svjetlosti udaljenijih zvijezda bi trebalo još duže. Stoga su astronomi počeli razmišljati o svojim zapažanjima zvijezda kao o prozoru u prošlost. Mogli bi reći: „Ne vidimo ove zvijezde kakve su sada, već kakve su bile u prošlosti. Kada gledate kroz teleskop, gledate u prošlost.“
Ovaj način razmišljanja predstavlja novu i drugačiju konvenciju sinhronije. Prema konvenciji vizuelne sinhronizacije, događaji se dešavaju kada ih vidite. Prema ovoj novoj modernoj konvenciji, događaji su se desili prije nego što ih vidite. Da biste saznali kada se događaj zaista dogodio, uzmete vrijeme kada je uočen i oduzmete njegovu udaljenost podijeljenu sa brzinom svjetlosti. Drevni astronomi ne bi mogli koristiti ovu modernu konvenciju jer nisu znali ni brzinu svjetlosti ni udaljenost do zvijezda.
Za one koji nisu upoznati sa Ajnštajnovom fizikom, biće primamljivo da pomisle da je starija konvencija vizuelne sinhronije jednostavno pogrešna. Skloni smo da mislimo da je „pravo“ vrijeme nebeskih događaja (kada su se zapravo dogodili ) mnogo prije nego što smo ih promatrali zbog vremena koje je svjetlosti trebalo da pređe tu udaljenost. Nadalje, pretpostavljajući da je konvencija vizualne sinhronije pogrešna, hrišćani onda izvode prirodan zaključak da je Biblija ne bi koristila. Umjesto toga, stvaranje zvijezda 1. ili 4. dana mora biti u skladu sa modernom (navodno „ispravnom“) sinhronom konvencijom, u kom slučaju bi bilo potrebno mnogo godina da njihova svjetlost stigne do Zemlje. Ovo dovodi do problema sa udaljenim zvijezdama.
Međutim, otkrića Alberta Ajnštajna opovrgavaju ove pretpostavke. Ajnštajn je pokazao da su i konvencija vizuelne sinhronizacije i moderna konvencija sinhronije podjednako ispravne. Dakle, vidimo li najbliže zvijezde kakve su bile prije mnogo godina ili kakve su sada? Odgovor je, prema Ajnštajnu, oboje![10] Ali kako je to moguće? Ajnštajn je shvatio da priroda prostora i vremena nisu ono što bismo intuitivno očekivali. A brzina svjetlosti je vrlo posebna i nije kao kod drugih brzina.
Ulazak Ajnštajna
Godine 1887. dva naučnika su izvela eksperiment koji je sada nazvan u njihovu čast koji je uključivao brzinu svjetlosti. Mikelson-Morlijev eksperiment je dizajniran da izmjeri promjenu relativne brzine svjetlosti dok se Zemlja rotira oko svoje ose i kruži oko Sunca. U to vrijeme, većina naučnika je pretpostavila da su svi talasi zahtijevali supstancu – medij – u kojem bi mogli putovati. Smatralo se da je medij svjetlosti eter koji se ne može otkriti i koji je ispunio cijeli univerzum i kroz koji su putovale planete. Pretpostavljalo se da je brzina svjetlosti konstantna u odnosu na taj medij, pa stoga nije konstantna u odnosu na Zemlju dok je putovala kroz taj medij. Međutim, eksperiment je pokazao da je brzina svjetlosti u odnosu na Zemlju konstantna bez obzira na to kako se Zemlja kretala. Slični eksperimenti su pokazali da je brzina svjetlosti u vakuumu konstantna u odnosu na bilo kojeg posmatrača.[11]
Brzina svjetlosti u vakuumu označava se malim slovom c. Svi posmatrači uvijek mjere brzinu svjetlosti tako da bude tačno c u odnosu na njih same, bez obzira na njihovu brzinu. Ovo je čudan rezultat, ali je tačan. Bez obzira koliko se brzo krećete, svjetlost će se uvijek kretati tačno c brže od vas. Ono što je još čudnije je da će dvije osobe posmatrati isti snop svjetlosti kako se kreće brzinom c brže od njih samih, čak i ako se kreću različitim brzinama!
Ajnštajn je shvatio razlog za ovaj kontraintuitivni efekat; napravili smo pogrešnu pretpostavku. Naše svakodnevno iskustvo sugeriše da kretanje ne utiče na protok vremena i mjerenje dužine. Kada vozite auto, sat vam otkucava istom brzinom kao i kada mirujete. Ali Ajnštajn je prepoznao da je ova pretpostavka zapravo pogrešna. Kretanje utiče na brzinu kojom vrijeme prolazi, a time i na brzinu otkucavanja časovnika. To takođe utiče na dužine – automobil u pokretu je nešto kraći u smjeru kretanja od inače identičnog automobila koji miruje. Ajnštajn je otkrio tačnu matematičku formulu koja opisuje ove efekte dilatacije vremena i kontrakcije dužine.[12]
Zašto ne primjećujemo ove efekte? Razlog je taj što su ovi efekti premali da bi se primijetili pri brzinama koje su male u odnosu na brzinu svjetlosti. Na primjer, da bi se pokretni sat usporio za samo 1% u odnosu na njegov stacionarni parnjak, morao bi se kretati brzinom od 14% brzine svjetlosti – oko 94 miliona milja na sat. Formula za ove efekte je data i objašnjena u mojoj knjizi Ajnštajnova fizika. Ali ovdje o njima nećemo dalje raspravljati.
Postoji i treći kontraintuitivni efekat konstantnosti brzine svjetlosti u vakuumu. Ovo se odnosi na definiciju istovremenog i biće od suštinskog značaja za razumijevanje pitanja udaljene svjetlosti zvijezda. Sada prelazimo na ovo pitanje.
Povratne brzine i jednosmjerne brzine
Mikelson-Morlijev eksperiment pokušao je izmjeriti potencijalne razlike u brzini svjetlosti duž dvije različite kružne putanje. Drugim riječima, svjetlost koja putuje od A do B i nazad do A upoređena je sa svjetlošću koja putuje od A do C i natrag do A. Linijski segment AB bio je identične dužine segmentu AC, ali je bio u okomitom smjeru. Slično, drugi eksperimenti za mjerenje brzine svjetlosti uglavnom to čine slanjem svjetlosti od A do B i reflektovanjem natrag u A. Mjeri se ukupno vrijeme. I ukupna udaljenost (dvostruka udaljenost od A do B) se mjeri. Podjelom udaljenosti sa vremenom dobije se prosječna brzina svjetlosti. Urađeno je mnogo takvih eksperimenata, a oni uvijek daju isti odgovor: c.
Ali ovo je vremenski prosječna brzina. Drugim riječima, brzina svjetlosti možda neće biti konstantna tokom ovog povratnog putovanja. Ponekad može biti brža od c, a ponekad sporija od c, tako da je prosjek uvijek c. Konkretno, brzina svjetlosti od A do B možda nije ista kao brzina svjetlosti od B do A. Naravno, mogli biste se zapitati: „Zašto bi se razlikovalo od A do B kao od B do A? Nije li najjednostavnije pretpostaviti da je ista brzina u oba smjera?“ Iz eksperimenata znamo da je prosječna povratna brzina svjetlosti (A do B i nazad do A) uvijek tačno c u vakuumu u odnosu na bilo kojeg posmatrača. Mnogi ljudi pretpostavljaju da to važi i za jednosmjernu brzinu: da će svi posmatrači mjeriti svjetlost da se kreće brzinom c od A do B. Ali kao što ćemo vidjeti, ova pretpostavka dovodi do nekih potencijalnih poteškoća.
Razmotrite sledeći misaoni eksperiment. Leonard pokušava izmjeriti povratnu brzinu svjetlosti u svojoj laboratoriji tako što šalje svjetlost od A do B, nakon čega se ona reflektuje od ogledala u B, šaljući je nazad u A. Da bismo matematiku olakšali, pretpostavimo da su A i B razdvojeni 186,282,397 milja. Leonard bi otkrio da je svjetlosti potrebno ukupno dvije sekunde da putuje od A do B i nazad do A. Dijeljenjem ukupne udaljenosti (186,282,397 x 2) s ukupnim vremenom (2 sekunde) dajemo vremenski prosjek povratne brzine svjetlosti: c (186,282,397 milja u sekundi).
Pretpostavimo da Leonard pretpostavlja da svjetlost od A do B putuje istom brzinom kao svjetlost od B do A koju je izmjerio Leonard u svojoj laboratoriji. Stoga on postavlja sat u tačku B i sinhronizuje ga sa satom u A na sledeći način. Svjetlosni puls se šalje iz A tačno u podne. Kada sat u B primi svjetlo, postavlja se na jednu sekundu poslije podne. Leonard vjeruje da su ova dva sata sada tačno sinhronizovana, jer vjeruje da je svjetlosti potrebna jedna sekunda da pređe od A do B i jedna sekunda da pređe od B do A.
Sve ovo izgleda savršeno razumno dok ne razmotrimo drugog posmatrača. U trenutku kada Leonard izvodi svoj eksperiment, pretpostavimo da Hana putuje u svom automobilu brzinom od 10% brzine svjetlosti.[13] Ona takođe putuje od A do B i prolazi tačku A tačno u podne. U to vrijeme, i njen sat na brodu i Leonardov sat na A pokazivali su tačno podne. Iz eksperimenata znamo da će Hana izmjeriti povratnu brzinu svjetlosti kao tačno c u odnosu na nju. A radi argumenta, pretpostavimo da i ona vjeruje da je jednosmjerna brzina svjetlosti tačno c u bilo kojem smjeru u odnosu na nju.
Hana je naravno nepomična u odnosu na sebe. Dakle, sa njene tačke gledišta, Leonard i njegovi satovi na A i B kreću se unazad 10% brzine svjetlosti. Stoga, sa Hanine tačke gledišta, svjetlosnom impulsu poslanom iz A u podne trebaće samo 0,9 sekundi da putuje od A do B. To je zato što se B za to vrijeme pomaknuo 10% bliže Hani, smanjujući udaljenost koju svjetlost mora da pređe. S druge strane, svjetlosti će trebati otprilike 1,1 sekundu da putuje od B natrag do A, jer se A kreće unazad, povećavajući udaljenost koju svjetlost mora preći.[14]
Iz Leonardove perspektive, svjetlosti je potrebna tačno jedna sekunda da stigne u B, i stoga stiže u vrijeme 12:00:01, što odgovara očitavanju na satu B. Ali iz Hanine perspektive, svjetlosti treba samo 0,9 sekundi da stigne do B, i stoga to čini u vremenu 12:00:00.9 koje se ne poklapa sa očitavanjem na satu B. Dakle, iz njene perspektive, satovi na A i B nisu sinhronizovani. Ona vjeruje da je Leonard trebao programirati sat na B tako da se postavi na 12:00:00.9 kada svjetlo stigne, pošto je svjetlu trebalo samo 0,9 sekundi iz njene perspektive da stigne tamo.
Vidite li problem? Ako pretpostavimo da je jednosmjerna brzina svjetlosti ista u svim smjerovima za sve posmatrače, onda imamo očiglednu kontradikciju: satovi na A i B su sinhronizovani i takođe nisu sinhronizovani. Kako da riješimo ovu dilemu?
Ajnštajnova odluka je bila da napusti ideju objektivne, univerzalne sinhronizacije i da je umjesto toga učini zavisnom od posmatrača. Drugim riječima, dva sata su sinhronizovana u odnosu na Leonarda, a dva sata nisu sinhronizirana u odnosu na Hanu. (Ovo eliminiše kontradikciju jer je smisao drugačiji.) Ovo se zove relativnost simultanosti.
Relativnost simultanosti
Relativnost simultanosti neumoljivo slijedi iz odredbe da je jednosmjerna brzina svjetlosti ista u svim smjerovima za sve posmatrače.[15] Jedina alternativa je odustati od te odredbe i dozvoliti da jednosmjerna brzina svjetlosti bude različita u različitim smjerovima za barem neke posmatrače. Na primjer, svi bismo se mogli složiti da će jednosmjerna brzina svjetlosti biti ista u svim smjerovima u odnosu na Leonarda i samo na njega. Tako je Hana mogla prihvatiti da svjetlost koja se kreće u njenom smjeru naprijed putuje brzinom od 0,9c, dok svjetlost koja putuje u smjeru unazad putuje 1,1c u odnosu na nju. Zatim bi se složila sa Leonardom da su satovi na A i B sinhronizovani njegovom metodom.
Ali problem sa ovom alternativom je: zašto bismo pristali na Leonardovu odredbu da je jednosmjerna brzina svjetlosti ista u svim smjerovima u odnosu na njega ? Hana bi mogla insistirati na tome da jednosmjerna brzina svjetlosti bude ista u svim smjerovima u odnosu na nju, i da bi Leonard trebao postaviti sat na B na 12:00:00.9 kada svjetlost stigne. Ako Leonard pristane na ovo, onda bi morao priznati da svjetlost koja putuje od A do B putuje različitom brzinom u odnosu na njega nego svjetlost od B do A (jer je potrebno 0,9 sekundi da pređe od A do B, ali 1,1 sekundu da idite od B do A). Ali ne postoji objektivna, fizička osnova za preferiranje Haninog referentnog okvira u odnosu na Leonardov, ili Leonardov u odnosu na Hanin. I tako, Ajnštajnovo rješenje ostavljanja sinhronizacije zavisno od posmatrača čini se najboljim.
Relativnost simultanosti znači da ne postoji objektivan, univerzalan odgovor na pitanje „Da li su satovi na dvije različite lokacije (A i B) sinhronizovani?“ Možemo samo reći da su sinhronizovani u odnosu na neki referentni okvir. Za osobu koja se nalazi na drugoj lokaciji koja se kreće različitom brzinom, ta dva sata neće biti sinhronizovana.
Jedna od posledica relativnosti simultanosti je da eliminiše svaku mogućnost objektivnog mjerenja (bez proizvoljnog kružnog rezonovanja) jednosmjerne brzine svjetlosti. Leonard je jednostavno odredio da svjetlost mora putovati istom brzinom od A do B kao i od B do A. On ovo nije testirao. Niti to može testirati a da to prethodno ne pretpostavi. Da biste izmjerili brzinu svjetlosti na jednosmjernom putovanju (recimo od A do B), trebali biste imati sat u A da vam kaže kada svjetlost počinje put, a sat na B da vam kaže kada je stigla. Oduzimanje vremena početka zabilježenog u A od zabilježenog vremena dolaska u B daje vrijeme putovanja; dijeljenje udaljenosti sa ovim vremenom daje jednosmjernu brzinu svjetlosti. Ali ovo bi funkcionisalo samo ako su satovi na A i B tačno sinhronizovani.
Ali Leonard je sinhronizovao sat u B sa satom u A pod pretpostavkom da je brzina svjetlosti ista u suprotnim smjerovima u odnosu na njega, a ne na Hanu. Iz njenog referentnog okvira, ta dva sata nisu sinhronizovana. Ne postoji objektivan način da se sat B sinhronizuje sa satom A na način da se svi posmatrači slažu.
Primamljivo je pomisliti da postoji neki drugi način da se sinhronizuju dva sata bez pretpostavke jednosmjerne brzine svjetlosti. Ali to nije tako. Mogli biste reći, „samo spojite oba sata tako da budu na istom mjestu, sinhronizujte ih, a zatim ih premjestite na njihove lokacije.“ Ali pretpostavka da su i dalje sinhronizovani nakon pomjeranja je upitna jer je Ajnštajn otkrio da kretanje utiče na protok vremena. I to čini na način koji zavisi od brzine svjetlosti – upravo stvar koju pokušavamo da izmjerimo.
Štaviše, da li su satovi sinhronizovani ili ne zavisi od posmatrača. A samo sinhronizovani satovi mogu mjeriti jednosmjernu brzinu. Stoga ne može postojati objektivno izmjerena univerzalna jednosmjerna brzina svjetlosti jer ne postoji objektivni univerzalni dogovor o sinhronizaciji dva sata na različitim lokacijama. Jedina objektivna, mjerljiva realnost je da je povratna brzina svjetlosti u vakuumu uvijek tačno c za sve inercijalne posmatrače. Povratna prosječna brzina može se izmjeriti koristeći samo jedan sat, tako da nema nepotrebnih pretpostavki o sinhronizaciji.[16] Jednosmjerna brzina je stvar izbora što rezultira metodom sinhronizacije satova koji će inherentno zavisiti od posmatrača.
Leonardov izbor da pretpostavi da je jednosmjerna brzina svjetlosti ista od A do B kao i za B do A nije hipoteza koja se može krivotvoriti; to nije nešto što se može empirijski testirati bez kružnog zaključivanja. To je zato što prvo moramo pretpostaviti nešto o jednosmjernoj brzini svjetlosti da bismo znali da li je sat u B sinhronizovan sa onim u A. Dakle, jednosmjerna brzina svjetlosti je odredba koja Leonardu omogućava da definiše ono što on smatra sinhronizovanim satovima. Drugi posmatrači se neće složiti s njegovim izborom – što je i njihovo pravo jer ne postoji objektivan način da se sinhronizuju dva sata razdvojena razdaljinom na kojoj bi se svi posmatrači složili.
Ajnštajn je raspravljao o ovoj situaciji u svojoj knjizi o relativnosti. On razmatra misaoni eksperiment u kojem dvije munje udaraju na dvije različite, ali obližnje lokacije: A i B. Postoji li način da se utvrdi da li su ove dvije munje udarile u isto vrijeme? Pretpostavimo da smo unaprijed znali otprilike kada i gdje se tačno očekuje da će udariti. Mogli bismo postaviti posmatrača tačno između ove dvije lokacije na M, i opremiti ga sa dva ogledala tako da može istovremeno promatrati i A i B. Pod pretpostavkom da svjetlost putuje istom jednosmjernom brzinom od A do M kao i od B do M, tada će posmatrač u M odlučiti da su dva udara munje zaista simultana ako vidi da njihova svjetlost stiže u isto vrijeme. Ovako on predlaže da se definiše koncept simultanog.
Evo Ajnštajnove rasprave o ovom pitanju. „Veoma sam zadovoljan ovim predlogom, ali bez obzira na to ne mogu smatrati da je stvar sasvim riješena, jer se osjećam prinuđenom da iznesem sledeći prigovor: ‘Vaša definicija bi svakako bila ispravna, samo kad bih znao da svjetlo pomoću kojeg posmatrač u M opaža da bljeskovi munje putuju duž dužine A do M istom brzinom kao i duž putanje B do M. Ali ispitivanje ove pretpostavke bilo bi moguće samo ako bismo već imali na raspolaganju sredstva za mjerenje vremena. Tako bi izgledalo kao da se ovdje krećemo u logičnom krugu.’“[17]
Drugim riječima, jednosmjernu brzinu svjetlosti možemo objektivno izmjeriti samo ako imamo dva sata na različitim lokacijama za koje smo znali da su sinhronizovani. Ali ne možemo odlučiti da li su satovi zaista sinhronizovani bez poznavanja jednosmjerne brzine svjetlosti. Svako pitanje zahtijeva da prvo odgovorimo na drugo. Dakle, oba su neodgovorna. Ajnštajnovo rješenje je bilo prepoznati da možemo izabrati jednosmjernu brzinu svjetlosti u bilo kom smjeru, a onda nam to daje definiciju simultanosti i konceptualnu metodu za sinhronizaciju dva sata razdvojena rastojanjem.
Ajnštajn kaže: „To svjetlo zahtijeva isto vrijeme da pređe put A do M kao i put B do M u stvarnosti nije ni pretpostavka ni hipoteza o fizičkoj prirodi svjetlosti, već odredba koju mogu da napravim svojom slobodnom voljom kako bi se došlo do definicije istovremenosti.“[18]
Dakle, jednosmjerna brzina svjetlosti uopšte nije svojstvo prirode. Umjesto toga, to je ljudska konvencija koja nam omogućava da definišemo šta čini sinhronizovane satove za datog posmatrača. Ovaj princip se naziva teza konvencionalnosti (ili konvencionalnost udaljene istovremenosti ), a logički i neizbježno slijedi iz relativnosti istovremenosti. Teza o konvencionalnosti znači da smo slobodni izabrati jednosmjernu brzinu svjetlosti u određenom smjeru za određenog posmatrača, a to predstavlja definiciju simultanosti za tog posmatrača. (Imajte na umu da će brzina u suprotnom smjeru tada biti određena zahtjevom da vremenski prosječna brzina svjetlosti u vakuumu mora uvijek biti c.)[19] Kao definicija, ne može se opovrgnuti nikakvim eksperimentom ili posmatranjem.
Kao jedan primjer, možete odrediti da je jednosmjerna brzina svjetlosti kada putujete na sjever tačno 3c (tri puta veća brzina svjetlosti). Brzina svjetlosti koja putuje na jug tada bi bila 0,6c što održava povratnu brzinu svjetlosti kao c.[20] Takođe možete koristiti polarni ili sferni koordinatni sistem u kojem razmatramo smjerove prema ili od promatrača. Beskonačne brzine su takođe dozvoljene,[21] u kojoj je brzina u suprotnom smjeru 0,5c. Ovo je posebno interesantan i relevantan slučaj jer sistem vizuelne sinhronizacije definiše dolaznu svjetlost kao trenutnu jer su nebeski događaji istovremeni sa njihovim posmatranjem. Prema tome, svjetlost koja se kreće prema van mora se kretati na 0,5c u konvenciji vizuelne sinhronizacije. Ovo je konvencija o anizotropnoj sinhroni (ASC) jer je jednosmjerna brzina svjetlosti različita u različitim smjerovima.[22] ASC i konvencija vizuelne sinhronizacije su ista stvar.
Zapanjujuća implikacija
Dakle, šta sve ovo znači? Kakav je njegov značaj za pitanje daleke svjetlosti zvijezda? Kao prvo, teza o konvencionalnosti implicira da je drevna konvencija vizuelne sinhronije jednako legitimna kao i moderna Ajnštajnova sinhronijska konvencija. Dakle, kada pogledamo Alfa Kentauri u teleskop, da li ga vidimo kakav je sada ili kakav je bio prije 4,3 godine? Ako ste pratili gornju diskusiju, onda znate da je odgovor: oboje. Po Ajnštajnskoj sinhronijskoj konvenciji, vidimo ga onakvog kakav je bio prije 4,3 godine, a po konvenciji vizuelne sinhronije vidimo ga kakav je sada. Ljudi su u iskušenju da pitaju: „Da, ali koji je ispravan? Kada je stvarno svjetlost napustila zvijezdu?“ Ali takva pitanja su besmislena jer pretpostavljaju lažne koncepte apsolutnog vremena i univerzalnog standarda istovremenosti.
Sada kada razumijemo da (1) simultanost nije univerzalna, već zavisi o posmatraču, i (2) da postoji više konvencija o sinhroniji pomoću kojih definišemo šta čini simultane događaje (propisivanjem jednosmjerne brzine svjetlosti u datom smjeru), moramo preispitati naše pretpostavke o oba pitanja u vezi s biblijskim učenjem. Ako je Bog stvorio zvijezde i druga svjetla četvrtog dana u sedmici stvaranja, stvaranje zvijezda i galaksija je istovremeno sa četvrtom rotacijom Zemlje. Ali sada moramo postaviti dva pitanja. Prvo, „istovremeno u odnosu na koji referentni okvir?“ I drugo, „istovremeno po kojoj konvenciji sinhrone (vizuelne, Ajnštajnove ili neke druge)?“
Podsjetimo da ako se dva događaja (odvojena određenom razdaljinom) ocijene kao simultana u odnosu na jednog posmatrača (kao Leonard), oni uopšteno neće biti simultani u odnosu na drugog promatrača (kao Hanu). Na sreću, Biblija nam daje referentni okvir iz kojeg su opisani svi događaji u Postanju: površinu Zemlje. Znamo to jer su dani stvaranja rotacije Zemlje opisane u Bibliji kao da se sastoje od jedne večeri i jednog jutra. Ovo takođe implicira da se stvaranje opisuje sa jednog određenog mjesta na površini zemlje (pošto ono doživljava ciklus dana i noći dok se Zemlja rotira), možda s lokacije koja bi postala Rajski vrt. Tačna lokacija nije bitna jer svjetlost može oploviti Zemlju za jednu sedminu sekunde.
Onda nam ostaje jedno preostalo pitanje. „Zvijezde su načinjene istovremeno četvrtog dana po kojoj konvenciji o sinhronizaciji?“ Očigledno je da Biblija mora primijeniti neku vrstu sinhronijske konvencije jer opisuje vrijeme nebeskih događaja. Opisuje se da se ovi događaji dešavaju u isto vrijeme (ili skoro tako) čitavog četvrtog dana. Pretpostavka da Biblija mora koristiti modernu Ajnštajnovu sinhronijsku konvenciju motivisana je lažnom pretpostavkom da je ova konvencija jedina ispravna. Ali vidjeli smo da je konvencija vizuelne sinhronije jednako legitimna i kompatibilna sa modernom fizikom. Dvije konvencije su podjednako „tačne“, samo daju dvije različite definicije onoga što čini sinhronizovane satove određujući različite, ali jednako legitimne vrijednosti za jednosmjernu brzinu svjetlosti.
S obzirom na to, čini se očitim da bi Biblija koristila stariju konvenciju vizuelne sinhronije. Ova konvencija je bila jedina moguća za antičke posmatrače i razumljiva je i danas. Nasuprot tome, Ajnštajnova sinhronijska konvencija je modernog porekla. A njegova implementacija zahtijeva poznavanje udaljenosti do zvijezda i povratne brzine svjetlosti, a oba su bila nepoznata drevnom svijetu. Ako je Bog koristio Ajnštajnovu sinhronijsku konvenciju da opiše nebeske događaje u Postanju, onda se Njegova Riječ nije mogla pravilno razumjeti sve do dvadesetog vijeka. Pronicljivost Svetog pisma stoga implicira konvenciju sinhronije koja je razumljiva kroz istoriju – a to je konvencija vizuelne sinhronije.
Prema toj konvenciji, ne postoji problem udaljene svjetlosti zvijezda jer je stvaranje zvijezda istovremeno sa dolaskom njihove prve svjetlosti na Zemlju. Nije potrebno vrijeme da se pređe udaljenost, a mi vidimo svemir kakav je sada. Percepcija problema zvjezdane svjetlosti proizašla je iz pretpostavke da je konvencija vizuelne sinhronizacije pogrešna, a Ajnštajnova sinhronijska konvencija ispravna. Ali takva pretpostavka nije kompatibilna sa modernom fizikom.
Ipak, ideja da se jednosmjerna brzina svjetlosti može odrediti i da se ne može objektivno mjeriti bez kružnih pretpostavki duboko je kontraintuitivna, posebno za one koji su bili malo izloženi Ajnštajnovoj fizici. Stoga ljudi ponekad postavljaju prigovore na tezu o konvencionalnosti. Postoje neka zapažanja i eksperimenti za koje se na prvi pogled čini da mjere jednosmjernu brzinu svjetlosti bez prethodne pretpostavke. Iako postoji bogata istorija rasprave o ovom pitanju u tehničkoj literaturi, većina ljudi nije upoznata s ovom literaturom, a možda joj čak i nema pristup. Dakle, ova pitanja zaslužuju diskusiju.
Prigovori na tezu konvencionalnosti
Budući da je teza o konvencionalnosti toliko suprotna našim intuitivnim očekivanjima apsolutnog vremena, mnogi ljudi su predložili hipotetičke eksperimente za koje misle da će objektivno mjeriti jednosmjernu brzinu svjetlosti. Međutim, u svim slučajevima, ovi eksperimenti će dati isti rezultat bez obzira na jednosmjernu brzinu svjetlosti, te stoga zapravo ne mogu razlikovati različite vrijednosti jednosmjernih brzina. Uvijek postoji nešto što se previdi.
U stvari, neki fizičari s početka dvadesetog vijeka izmislili su misaone eksperimente za koje su vjerovali da mogu objektivno izmjeriti jednosmjernu brzinu svjetlosti i objavili ih u tehničkoj literaturi. Neki od njih su bili pokušaji da se opovrgne Ajnštajnova novootkrivena fizika relativnosti. Međutim, neizbježno su ovi misaoni eksperimenti opovrgnuti od strane drugih fizičara u narednim publikacijama. Pobijanja su uvijek otkrivala ili skrivenu pretpostavku, ili činjenicu da alternativne sinhronijske konvencije daju identičan ishod. Zaista, postoji bogata tehnička literatura o tezi o konvencionalnosti. Ali mnogi laici nemaju lak pristup takvoj literaturi. Dakle, mi ćemo ovdje ispitati dva primarna pokušaja mjerenja jednosmjerne brzine svjetlosti i pokazati zašto ne uspijevaju.[23] Svi misaoni eksperimenti ikada predloženi su neke varijacije ove dvije metode; dakle, ako su one opovrgnute onda su i sve ostale. Naglašavam da su metode koje su ovdje opisane već opovrgnute (u mnogim slučajevima prije više od jednog stoljeća) u tehničkoj literaturi. Dakle, ako neko danas ponovi takvu tvrdnju, otkriva da nije čitao literaturu. Ali prvo, neka terminologija je na redu.
Pretpostavimo da imamo dva sata na lokacijama A i B, redom, smještena duž x ose sa B desno od A. Sat na A emituje svjetlosni impuls u trenutku t1. Svjetlost stiže na sat u B u trenutku t2, i reflektuje se nazad u A. Sat na A bilježi konačno vrijeme dolaska u t3. Da bismo olakšali matematiku, pretpostavimo da su dva sata razdvojena razdaljinom od 186.282.397 milja, i da je t1 = podne. U tom slučaju, t3 će biti tačno dvije sekunde iza podneva, jer će vrijeme potrebno svjetlosti da pređe od A do B i nazad do A biti tačno dvije sekunde: (t3 – t1= 2 sekunde). Ovaj eksperiment će potvrditi da je zaista povratna brzina svjetlosti (u vakuumu) tačno c, što je 186.282.397 milja u sekundi. Pitanje je, dakle, „koje je vrijeme (t2) kada je svjetlo stiglo na sat u B?“ To će zavisiti o odabranoj konvenciji sinhronizacije i izražava se ovom formulom: t2 = t1 + ε(t3 – t1), (0 ≤ ε ≤ 1)
Ovdje se varijabla predstavljena grčkim slovom epsilon (ε) naziva Rajhenbahov epsilon.[24] Predstavlja odabranu sinhronijsku konvenciju i može imati vrijednost bilo gdje između nule i jedan. Ajnštajn je preferirao da postavi vrijednost na ½, a većina fizičara takođe preferira ovu vrijednost jer obično olakšava matematiku. Postavljanje Rajhenbahovog epsilona na ½ je ekvivalentno postavljanju jednosmjerne brzine svjetlosti da bude ista u pozitivnom x smjeru kao i u negativnom x smjeru. Ovo se zove Ajnštajnova sinhronijska konvencija (ESC). Pod ESC, možete potvrditi koristeći gornju formulu da svjetlo stiže na sat B u vrijeme t2 = 12:00:01, tačno jednu sekundu iza podneva.
Ranije smo raspravljali o konvenciji vizuelne sinhronije u kojoj je svjetlost koja putuje direktno prema posmatraču trenutna, a svjetlost koja putuje direktno dalje putuje na ½c. Budući da je jednosmjerna brzina svjetlosti različita u različitim smjerovima, ovo je konvencija o anizotropnoj sinhroniji (ASC). Pod ASC, Rajhenbahov epsilon može biti ili nula ili jedan u zavisnosti od toga gdje se posmatrač nalazi. Pretpostavimo da je posmatrač daleko lijevo od sata A. U ovom slučaju Rajhenbahov epsilon je jednak 1. Ubacivanjem ove vrijednosti u gornju formulu (ε = 1), možete vidjeti da je t2 = t3 prema ASC konvenciji. To jest, svjetlost stiže do sata B tačno u 12:00:02, i reflektuje se nazad do sata A koja stiže odmah u 12:00:02. Prema tome, svjetlost se kreće od A do B na ½c (jer odlazi) i trenutno se kreće od B natrag u A (jer dolazi u odnosu na posmatrača).
Dakle, pod ESC, sat B je sinhronizovan sa satom A ako čita 12:00:01 kada svjetlo stigne. Ali pod ASC, sat B je sinhronizovan sa satom A ako čita 12:00:02 kada svjetlo stigne. Naš izbor konvencije o sinhronizaciji, a samim tim i naš izbor ε će odrediti kako ćemo sinhronizovati ova dva sata. Zatim, kada koristimo naše sinhronizovane satove za mjerenje jednosmjerne brzine svjetlosti, odgovor će biti ono što smo odabrali na početku. Odabir sinhrone konvencije je isto što i odabir jednosmjerne brzine svjetlosti. A odabir jednosmjerne brzine svjetlosti je isto što i odabir sinhrone konvencije.
Sa ovim pozadinskim informacijama, možemo započeti ispitivanje misaonih eksperimenata koji pokušavaju objektivno izmjeriti jednosmjernu brzinu svjetlosti bez prethodnog utvrđivanja (ili ekvivalentno utvrđivanja konvencije o sinhroniji). Otkrićemo da u svim slučajevima takve metode suptilno pretpostavljaju jednosmjernu brzinu svjetlosti kao dio svoje postavke, čime se poništavaju rezultati. Praktično svi misaoni eksperimenti koji pokušavaju objektivno sinhronizovati dva sata razmaknuta razdaljinom će spadati u jednu od dvije kategorije: sinhronizacija signala i prenos sata. Počinjemo s prvim.
Sinhronizacija signala
Jedna od najjednostavnijih metoda je korišćenje signala, kao što je radio puls, za sinhronizaciju dva sata. Pretpostavimo da tačno u podne, radio predajnik na satu A emituje impuls koji putuje do B. Po prijemu tog signala, sat B je postavljen na podne. Tada bi dva sata trebala biti sinhronizovana. Ali jesu li?
To bi svakako bio slučaj da su radio-prenosi bili trenutni. Ali u stvari, znamo iz mnogih eksperimenata da je povratna brzina radija u vakuumu upravo brzina svjetlosti.[25] Ali ne znamo jednosmjernu brzinu radija jer ne znamo jednosmjernu brzinu svjetlosti. Mogli bismo pretpostaviti da je jednosmjerna brzina radija (a samim tim i jednosmjerna brzina svjetlosti) ista (c) u bilo kojem smjeru. Tada bi radio pulsu trebala jedna sekunda da stigne na sat B, a mi bismo trebali postaviti sat B na jednu sekundu nakon podne kada primi ovo svjetlo. Ako bismo zatim koristili ova dva sata za mjerenje svjetlosnog pulsa od A do B, otkrili bismo da je potrebna jedna sekunda da se pređe udaljenost, što implicira da je jednosmjerna brzina svjetlosti od A do B tačno c. Ali opet, to je upravo ono što smo pretpostavili kada smo sinhronizovali sat B sa satom A pod pretpostavkom da radio (a samim tim i svjetlost) putuje jednosmjernom brzinom c. Ovo iziskuje pitanje. Dakle, ovaj eksperiment ne može objektivno izmjeriti jednosmjernu brzinu svjetlosti bez prethodnog pretpostavke.
Neki ljudi sugerišu da bi postavljanje radio predajnika tačno između A i B riješilo problem. Radio predajnik emituje puls (u oba smjera) u podne. Puls putuje do A i do B, a oni se postavljaju na podne kada prime puls. Naravno, njihovo vrijeme može biti malo iza sata na radio predajniku, ali će barem izgleda biti sinhronizovano jedno s drugim; a to je sve što je potrebno za mjerenje jednosmjerne brzine.
Ali pod pretpostavkom da svjetlost iz radio predajnika stiže u A u isto vrijeme dolazi u B, pretpostavlja se da je jednosmjerna brzina radija (a time i jednosmjerna brzina svjetlosti) ista u suprotnim smjerovima. Dakle, ova metoda pretpostavlja Ajnštajnovu sinhronijsku konvenciju na početku. Ali pretpostavimo da umjesto toga koristimo ASC sistem. Tada će svjetlost iz radio predajnika trenutno stići do tačke A (pošto dolazi u odnosu na posmatrača daleko lijevo), i doći će do B sekundu kasnije (pošto putuje pri ½ c na udaljenosti od ½ od 186.282.397 milja). Ako je sat u B postavljen na podne kada dođe svjetlo, tada će biti jednu sekundu iza A i stoga nije sinhronizovan. Dakle, pod ASC, trebali bismo postaviti sat na B na jednu sekundu poslije podne kada primi svjetlo kako bi bio sinhronizovan sa satom A. Ako tada koristimo ove sinhronizovane satove za mjerenje jednosmjerne brzine svjetlosti, otkrićemo da svjetlost treba dvije sekunde da pređe od A do B, a da nema vremena da pređe od B do A. Ali to je, naravno, ono što smo pretpostavili kada smo pristali da koristimo ASC konvenciju.
Jasno je da ne možemo koristiti svjetlo, radio ili bilo koje elektromagnetno zračenje za sinhronizaciju ova dva sata jer bismo prvo morali znati jednosmjernu brzinu svjetlosti da bismo znali kada je signal stigao na svaki sat. I to je upravo ono što pokušavamo objektivno izmjeriti. Šta je sa strujom? Mogli bismo imati dugu žicu koja ide od A do B i poslati električni impuls kada sat A stigne do podneva. Po prijemu električnog signala, sat B se takođe postavlja na podne. Da li su dva sata sada sinhronizovana?
Do sada ste možda shvatili da uvijek postoji kvaka. I zaista, postoji. Struja se zapravo kreće brzinom svjetlosti. I tako, ovo pati od istog problema kao i korišćenje radio impulsa. Kada električni signal stigne na B, trebamo li postaviti sat B na podne, na 12:00:01 ili na 12:00:02? Koju god vrijednost da odaberemo svodi se na odabir vrijednosti za ε, što znači da smo već pretpostavili jednosmjernu brzinu svjetlosti u sinhronizaciji ovih satova. Jasno je da nam je potreban signal koji ne zavisi od brzine svjetlosti.
Pretpostavimo da proizvodimo dugu, krutu, bakrenu šipku koja je dugačka tačno 186.282.397 milja. Jedan kraj štapa je u A, a drugi kraj u B. Kada sat A otkuca podne, guramo štap. Kada sat na B osjeti da se štap pomjera, postavlja se na podne. Da li su dva sata sada sinhronizovana? Na kraju krajeva, iskustvo nam govori da kada pritisnete jedan kraj štapa, drugi kraj se trenutno pomiče. Da li?
U stvari, kada pritisnete jedan kraj štapa, gurate atome na kraju, koji onda guraju atome pored sebe koji rade isto i tako dalje; to je u suštini domino efekat. Ovo stvara kompresijski talas koji putuje niz štap dok ne dođe do drugog kraja. Možda se čini da se drugi kraj trenutno pomiče, ali nije. Talas kompresije zapravo putuje brzinom zvuka u materijalu, što je uopšteno mnogo sporije od brzine svjetlosti. Na sobnoj temperaturi brzina zvuka u bakru je 4760 metara u sekundi (oko 2,958 milja u sekundi). To je puževa brzina u poređenju sa svjetlom. Dakle, sat na B bi osjetio puls oko 17 sati, 30 minuta poslije podneva.
Ipak, kada bismo znali tačnu brzinu zvuka u bakru (ili bilo kom materijalu koji odaberemo), mogli bismo kompenzovati postavljanjem sata na B unaprijed za odgovarajuću količinu, npr. 17,5 sati poslije podneva. Ali taj broj je približan. Da bismo izmjerili jednosmjernu brzinu svjetlosti, potrebno nam je da satovi na A i B budu tačno sinhronizovani jer je čak i pomak od jedne sekunde razlika između jednosmjerne brzine svjetlosti koja je c i beskonačnosti. Dakle, morali bismo znati tačnu brzinu zvuka u materijalu.
U principu, mogli bismo izmjeriti brzinu zvuka u bakru s izuzetno velikom preciznošću pomoću naše dugačke bakrene šipke. Kada sat B osjeti puls oko 17,5 sati poslije podneva, on se momentalno gura natrag na štap šaljući kompresijski talas prema satu u A. Sat na A će primiti ovaj puls nakon još 17,5 sati. Dijeljenje ukupne udaljenosti s ukupnim vremenom daje brzinu zvuka u bakru. Radi jednostavnosti, pretpostavimo da su vremena takva da se ispostavi da je ta brzina tačno 4760 m/s. Znajući ovu brzinu, izračunavamo koliko dugo je pulsu potrebno da putuje od A do B: tačno 17 sati, 29 minuta, 41,6 sekundi. Prema tome, sat B bi se trebao postaviti na 5:29:41.6 ujutro po prijemu pulsa. I pretpostavljamo da su dva sata sada tačno sinhronizovana.
Ali jesmo li napravili neprovjerenu pretpostavku? Naša metoda mjerenja brzine zvuka u bakru zapravo je mjerila njegovu prosječnu brzinu na povratnom putu. Drugim riječima, pretpostavili smo da je brzina zvuka u bakru ista kada ide od A do B kao i od B do A. Postoje dobri dokazi da je brzina zvuka u bakru približno ista u suprotnim smjerovima.[26] Ali da bi ova metoda funkcionisala, ta brzina bi morala biti potpuno ista, ili bismo barem morali znati njenu razliku.
Razlog zbog kojeg se zvuk kreće kroz supstancu je taj što se atomi sudaraju sa susjednim atomima. Ali način na koji se atomi „osjećaju“ jedni druge je posledica elektromagnetnih sila. Atomi su napravljeni od nabijenih čestica, uključujući oblak okolnih elektrona. Ovi elektroni svojom električnom silom odbijaju elektrone drugih atoma. Ali ta sila se ne prenosi trenutno. Električne sile putuju… (čekajte) … brzinom svjetlosti. Stoga, ako je brzina svjetlosti drugačija od A do B nego od B do A, tada će i brzina zvuka u tvari poput bakra biti (veoma malo) različita u različitim smjerovima. Pod ASC, ova brzina će biti vrlo malo veća u dolaznom nego u odlaznom smjeru. Na primjer, pod ASC-om, zvučnom pulsu u štapu će biti potrebno 17 sati, 29 minuta i 42,6 sekundi da pređe od A do B, ali samo 17 sati, 29 minuta i 40,6 sekundi da se vrati do A.
Dakle, prema ASC konvenciji, sat na B treba da bude postavljen na 5:29:42,6 ujutro po prijemu pulsa da bi se sinhronizovao sa A. Ako ovo uradimo i zatim izmjerimo jednosmjernu brzinu svjetlosti, mi ćemo otkriti da je zaista ½c od A do B, i trenutno od B do A. Dakle, opet, način na koji sinhronizujemo satove zavisi od našeg prethodnog izbora ε, što je isto kao i odabir jednosmjerne brzine svjetlosti.
Čini se da se dva sata razdvojena rastojanjem ne mogu tačno sinhronizovati prenosom signala bez pretpostavke jednosmjerne brzine svjetlosti. To je zato što svi signali barem malo zavise o jednosmjernoj brzini svjetlosti. Približna sinhronizacija je dovoljno dobra za mjerenje (približnih) jednosmjernih brzina pojava koje su spore u poređenju sa svjetlošću. Ali za svjetlo, satovi na A i B moraju biti tačno sinhronizovani, jer će čak i jedna sekunda razlike drastično uticati na rezultat. A ne postoji način da se to učini signalima jer svi signali na neki način zavise od jednosmjerne brzine svjetlosti.
Da postoji neka metoda signalizacije koja ni na koji način ne zavisi od brzine svjetlosti, onda bi možda bila moguća sinhronizacija putem prenosa signala. Predložene su dvije takve metode. Prvi je upotreba tahiona. Tahioni su hipotetičke čestice koje putuju brže od svjetlosti. U stvari, u granici kada energija tahiona ide na nulu, njegova brzina ide u beskonačnost. Dakle, ako tahioni mogu prenositi informacije, onda bi u principu tahioni omogućili trenutnu komunikaciju u suprotnim smjerovima. Čini se da bismo mogli tačno sinhronizovati dva sata koristeći trenutne tahione.
Ali uvijek postoji kvaka. Prvo, tahioni očigledno ne postoje. U stvari, postoje dobri razlozi da se misli da tahioni koji nose informacije ne mogu postojati – oni bi narušili kauzalnost. Drugim riječima, tahioni koji se kreću naprijed u vremenu u jednom referentnom okviru, kretali bi se unazad u vremenu u drugom referentnom okviru. U principu, možete koristiti tahione da utičete na prošlost. To dovodi do vremenskih paradoksa. Za više detalja pogledajte Ajnštajnovu fiziku.
Drugi problem je u tome što tahioni za koje jedan posmatrač tvrdi da su trenutni ne bi izgledali kao trenutni drugom posmatraču u različitom okviru brzina. To je zbog relativnosti simultanosti kao što je razmotreno ranije. Naše mjerenje jednosmjerne brzine tahiona zavisiće o odabranoj konvenciji sinhronije, a time i o našem izboru jednosmjerne brzine svjetlosti.
Drugi metod koji se ponekad predlaže je da se sinhronizuju dva sata koristeći kvantno zapletanje. Kvantni zaplet je vrlo čudan aspekt kvantne fizike koji uključuje dvije čestice koje su međusobno djelovale u prošlosti. Takva interakcija uzrokuje da se čestice zapetljaju, tako da čak i kada su čestice razdvojene na ogromnoj udaljenosti, mogu suptilno uticati jedna na drugu – i to trenutno. Konkretno, postoje dokazi da se neopažene čestice ponašaju kao talasi, koji se protežu preko volumena prostora. Promatranje čestice „kolapsira talasnu funkciju“ čime prestaje ponašanje talasa. Ali isto tako urušava talasnu funkciju svog kvantno zapletenog partnera. I to čini trenutno, bez obzira na udaljenost između dvije čestice.
Problem je u tome što se kvantna isprepletenost ne može koristiti za trenutno slanje informacija od A do B. Ne možemo zapravo posmatrati talasnu funkciju čestice, pa stoga ne možemo znati tačno vrijeme kada je talasna funkcija kolabirala. Možemo potvrditi nakon činjenice da je promatranje čestice u A zaista urušilo talasnu funkciju čestice u B. Ali relativna vremena se ne mogu znati. Stoga, ne postoji način da se ove informacije koriste za sinhronizaciju dva sata na različitim lokacijama.
Spori transport sata
Ako ne možemo sinhronizovati satove dok su razdvojeni prenosom signala, možda ih možemo sinhronizovati kada su zajedno, a zatim ih premjestiti na odvojene lokacije. Dakle, dovodimo sat na B na lokaciju A i sinhronizujemo ih. Možemo zaključiti da su istinski sinhronizovani ako čitaju identična vremena. To je zato što koliko god je dugo trebalo svjetlosti da dođe do naših očiju s jednog sata, trebalo je isto vrijeme i od drugog sata jer su oni na istoj poziciji. Stoga, ako dva sata na istoj lokaciji izgledaju sinhronizovano, onda su zaista sinhronizovani.
Dakle, onda pomjerimo jedan od satova na lokaciju B, uvjereni da su sada sinhronizovani. Ali jesu li? Ajnštajn je otkrio da kretanje utiče na protok vremena, a time i na brzinu otkucavanja časovnika. Sam čin pomjeranja sata na B uzrokuje da otkucava nešto drugačijom brzinom na svom putu nego sat na A otkucava. Dakle, kada sat dostigne B, više nije sinhronizovan sa satom u A.
Postoje dva načina na koja možemo pokušati da ublažimo ovu poteškoću. Prvo, Ajnštajn je otkrio matematičku formulu koja tačno opisuje kako na vrijeme utiče kretanje. Dakle, znajući tačnu brzinu sata dok se pomiče u B, možemo koristiti formulu da izračunamo koliko je vremena uticalo, a zatim možemo prilagoditi sat u B u skladu s tim. Međutim, puna verzija ove formule uključuje jednosmjernu brzinu svjetlosti – to je upravo stvar koju pokušavamo izmjeriti. Morali bismo odabrati jednosmjernu brzinu svjetlosti da bismo koristili formulu, što očito otvara pitanje.
Drugo, brzina kojom kretanje utiče na vrijeme snažno zavisi o brzini. Vrlo brzo pomicanje sata uzrokuje da se on brzo desinhronizuje sa svojim stacionarnim parnjakom. Ali pomjeranje sata veoma sporo dovodi do toga da se samo polako desinhronizuje. Šta ako pomjerimo sat na B što je sporije moguće? Da li bi onda i dalje bio sinhronizovan sa satom na A?
Pretpostavimo da sinhronizujemo dva sata na lokaciji A, zatim brzo pomjerimo jedan od njih na B, a zatim nazad na A. Ajnštajnova formula pokazuje da će sat koji se pomjerio biti iza sata na A za izvjesnu količinu.[27] Što brže pomičete sat na povratnom putu, to će više zaostajati za stacionarnim satom. Ovaj efekat ne primjećujemo u svakodnevnom životu jer je tako mali pri malim brzinama koje inače doživljavamo. Ali to je izmjereno na letilicama velike brzine pomoću atomskih satova. Efekat je stvaran.
Ovaj efekat postaje potpuno mali kako se brzina (kojom pomjeramo sat od A do B i nazad u A) približava nuli. Drugim riječima, ako pomjerimo sat iz A u B, a zatim nazad u A što je sporije moguće, on će i dalje biti sinhronizovan sa satom u A po povratku.[28]
Dakle, čini se da su male brzine ključ za zadržavanje sinhronizovanih taktova. Stoga su ljudi predložili sledeću metodu za sinhronizaciju dva sata odvojena razdaljinom. Najprije sinhronizujete dva sata na istoj lokaciji A. Zatim pomaknite jedan sat na B što je sporije moguće. Pretpostavka je da su dva sata još uvijek sinhronizovana. Na kraju krajeva, ako sat u B vratimo na A što je sporije moguće, on će i dalje biti sinhronizovan sa A.
Ova metoda se zove spori transport sata. I na prvu se čini razumnim. Ali do sada znamo da uvijek postoji skrivena pretpostavka. Da, pod sporim transportom sata, možete polako pomjeriti sat na B i nazad na A i oni će i dalje biti sinhronizovani nakon njihovog ponovnog okupljanja. Ali kako znate da su dva sata ostala sinhronizovana tokom cijelog putovanja? Drugim riječima, šta ako sat u pokretu izgubi jednu sekundu kada se pomjeri u B, a zatim dobije jednu sekundu kada se vrati u A? U stvari, pod ASC-om se upravo to dešava.
Opet, ljudi bi se mogli zapitati, „zašto bi učinak kretanja na protok vremena bio različit u različitim smjerovima?“ Ali efekat kretanja na protok vremena povezan je sa brzinom svjetlosti. Stoga, ako je jednosmjerna brzina svjetlosti različita u suprotnim smjerovima, onda će biti i efekti kretanja na protok vremena. Ova dva efekta su blisko povezana. Dakle, proizvoljno pretpostaviti da dilatacija vremena nema zavisnost o smjeru isto je kao pretpostaviti da jednosmjerna brzina svjetlosti nema zavisnost o smjeru.
Opet, neki ljudi misle da je rješenje staviti oba sata tačno između A i B i sinhronizovati ih na toj lokaciji. Zatim se jedan sat pomjera (vrlo sporo) na A dok se drugi pomjera (vrlo sporo) u B jednakom brzinom. Pretpostavlja se da bi bilo koje vremensko širenje koje iskuse bilo isto jer su se kretali istom brzinom. Ali to je samo slučaj pod ESC. Pod ASC, dilatacija vremena ima zavisnost o smjeru. Prema tome, pretpostaviti da su dva sata sinhronizovana korišćenjem sporog transporta sata znači pretpostaviti ESC na početku – to je upravo stvar koju bi trebalo da testiramo. Nadamo se da sada možete shvatiti zašto spori transport sata ne može objektivno izmjeriti jednosmjernu brzinu svjetlosti bez prethodne pretpostavke.
Pogledajmo na brzinu matematiku ovoga. Neka t predstavlja vrijeme između dva događaja na istoj lokaciji mjereno stacionarnim satom, a t′ (izgovara se „ti prajm“) predstavlja vrijeme između ta ista dva događaja mjereno satom koji se kreće u pozitivnom x smjeru pri brzini v. Kao i uvijek, c predstavlja povratnu prosječnu brzinu svjetlosti u vakuumu. Tada je formula za dilataciju vremena kako je navedena u većini udžbenika o relativnosti:
Dakle, ako se sat kreće brzinom od 50% brzine svjetlosti, tada je v/c = 0,5 i t′/t = 0,866. Pri takvoj brzini, pokretni sat otkucava sporije od sata koji miruje. Doživljava samo 0,866 sekundi za svaku sekundu koju doživi stacionarni sat. Ali ova formula je pojednostavljena; zasniva se na Ajnštajnskoj sinhronijskoj konvenciji. Budući da većina fizičara radi gotovo isključivo u ESC sistemu, ovo je formula koju bi koristili. Međutim, ako pokušavamo testirati između različitih sinhronijskih konvencija, onda ne možemo koristiti ovaj pojednostavljeni oblik jer pretpostavlja ESC. Na sreću, punu formulu za dilataciju vremena bez pretpostavke bilo kakve sinhronijske konvencije izveo je Džon Vini 1970.[29] [30] To je ova formula:
Možete vidjeti da je puna formula u osnovi pojednostavljena formula pomnožena sa pojmom koji sadrži Rajhenbahov epsilon u imeniocu. Primijetite da kada je Rajhenbahov epsilon postavljen na ½ (kao što bi bilo u ESC), tada se „dodatni“ pojam s desne strane smanjuje na 1 i stoga nestaje, što rezultira pojednostavljenom formulom koja se nalazi u većini udžbenika. Prema ASC konvenciji, ε = 1. Dakle, pod ASC, sat koji se kreće u pozitivnom x smjeru pri 50% brzine svjetlosti doživio bi dilataciju vremena od: t′/t = 0,5774. Očigledno, pokretni sat otkucava znatno sporije pri datoj brzini prema ASC konvenciji nego pod ESC konvencijom. U većini situacija, efekti dilatacije vremena su ozbiljniji pod ASC nego pod ESC. Takođe, pod ASC, satovi koji se kreću prema posmatraču mogu zapravo iskusiti vrijeme kontrakcija; mogu otkucati brže nego sat koji miruje. Ovaj efekat se ne javlja prema Ajnštajnskoj sinhronijskoj konvenciji.
Pri sporom transportu sata, brzina sata je mnogo manja od brzine svjetlosti. To jest v/c je vrlo mali. A kada uzmete kvadrat broja mnogo manjeg od 1, dobićete još manji broj. Dakle, v2 / c2 je vrlo, vrlo sićušan, i stoga zanemarljiv.[31] Prema tome, lijevi član u formuli se smanjuje na 1 u sporom transportu sata. Ali desni član ostaje.[32] Naravno, u pojednostavljenoj formuli zasnovanoj na ESC-u, nema desnog člana, pa se cijela formula svodi na 1. Stoga su efekti dilatacije vremena zanemarljivi u transportu sporog sata koristeći ESC. Ali oni nisu zanemarljivi pod ASC zbog linearnog v člana u imeniocu.
Dakle, ako sinhronizujemo oba sata u A, i pomjerimo jedan od njih u B veoma sporo, koliko će vremena biti dobijeno ili izgubljeno? Pod ESC, odgovor je nula. Ali pod ASC, koristimo formulu (pune) vremenske dilatacije (zanemarujući prvi član jer je v2/c2 skoro nula), postavljajući ε = 1. Pokretni sat će otkucavati sporo za faktor c/(c+ v) i to će činiti za vrijeme trajanja putovanja (t). Dakle, ukupno vrijeme koje otkucava sat u pokretu će biti tc/(c+v). Ali trajanje putovanja (t) je jednostavno udaljenost podijeljena sa brzinom (t = D/v). Udaljenost je 186.282.397 milja, što je razdaljina povratnog puta koju svjetlost pređe u jednoj sekundi. Dakle, udaljenost je c sekundi.[33] Dakle, t = c/v sekundi.
Zamjenjujući ovo u naš prethodni izraz, nalazimo da će pokretni sat otkucavati ukupno vrijeme od c2/v(c+v) sekundi tokom svog putovanja, koje traje c/v sekundi. Prema tome, ukupno vrijeme koje je sat izgubio tokom svog putovanja biće c/v – c2/v(c+v) sekundi. Nakon neke algebre, ovo se smanjuje na c/(c+v) sekundi. A pošto je v mnogo manji od c, ovo se dalje smanjuje na c/c sekundi, što je 1 sekunda. Dakle, pod ASC, pomicanje sata što je sporije moguće od A do B će uzrokovati gubitak jedne sekunde.[34]
Pod ESC, dva sata su još uvijek sinhronizovana. Svjetlo poslato sa sata A u podne stići će na sat B u 12:00:01, potvrđujući da izlazna svjetlost putuje tačno u c i treba mu jedna sekunda da pređe udaljenost. Međutim, pod ASC, sat B sada zaostaje jednu sekundu od sata A. I tako sat B zaista čita 12:00:01 kada svjetlo iz A stigne, ali stvarno vrijeme u B je 12:00:02 pošto je taj sat jedan sekundu sporiji. Dakle, pod ASC, svjetlosti je zapravo trebalo dvije sekunde da pređe od A do B, potvrđujući da je izlazna jednosmjerna brzina svjetlosti tačno ½c. Obje konvencije predviđaju isti ishod. Stoga se spori prenos sata ne može koristiti za razlikovanje ASC od ESC.
Gotovo svi predloženi eksperimenti koji tvrde da objektivno mjere jednosmjernu brzinu svjetlosti su neke varijacije bilo prenosa signala ili prenosa sata. I vidjeli smo da nijedna metoda ne može izmjeriti jednosmjernu brzinu svjetlosti bez prethodne pretpostavke. Zaista, čak i prvo uspješno Rømerovo mjerenje brzine svjetlosti 1676. godine bilo je zapravo verzija sporog transporta sata. Ne može mjeriti jednosmjernu brzinu svjetlosti, ali utvrđuje povratnu brzinu.
Kratki sažetak pređašnje diskusije
Najčešća sinhronijska konvencija koju danas koriste fizičari je Ajnštajnova sinhronijska konvencija (ESC). Ova konvencija propisuje da je jednosmjerna brzina svjetlosti tačno c u svim smjerovima – isto kao i povratna brzina. Ovo nameće pogodnu simetriju i generalno čini matematiku relativističke fizike lakšom za postupanje. Međutim, to dovodi do nekih čudnih rezultata. To implicira da se ono što vidimo da se dešava sada zapravo dogodilo u prošlosti. A koliko dugo u prošlosti zavisiće od stanja kretanja posmatrača. Drugim riječima, supernova koju vidimo danas se mogla dogoditi prije 4999 godina u odnosu na Milenu, ali se dogodila prije 5012 godina u odnosu na Toma, ako su Tomo i Milena na istoj lokaciji, ali imaju različite brzine.[35]
Najčešća konvencija sinhronizacije koja se koristila kroz istoriju bila je konvencija vizuelne sinhronizacije, koja se takođe naziva konvencija anizotropne sinhronizacije (ASC). Ona stipulira da je jednosmjerna brzina svjetlosti beskonačna (ili praktično toliko) kada svjetlost dolazi, a ½c kada svjetlost odlazi za bilo kojeg posmatrača. Svjetlost koja putuje okomito na posmatrača putuje brzinom c, istom kao i prosječna povratna brzina.[36] Prednost ovog sistema je što se svi događaji posmatraju u realnom vremenu; vidimo svemir kakav je sada. Nadalje, ovo je jedina konvencija koja ne zahtijeva poznavanje povratne brzine svjetlosti da bi se znalo vrijeme bilo kojeg nebeskog događaja. Stoga je to bio jedini mogući sinhronijski sistem u antičkom svijetu.[37]
To što možemo jednostavno odrediti jednosmjernu brzinu svjetlosti u datom smjeru je duboko kontraintuitivno, vjerovatno zato što smo skloni pretpostaviti da je vrijeme univerzalno i da nije pod uticajem kretanja. Ali Ajnštajn je otkrio da to nije slučaj. Budući da većina ljudi nije imala priliku da proučava Ajnštajnova otkrića, uobičajeno je da laici predlažu misaone eksperimente koji odgovaraju mjerenju jednosmjerne brzine svjetlosti bez pretpostavke bilo kakve sinhrone konvencije. Ali neizbježno, uvijek postoji kvaka. Ili je eksperiment prećutno pretpostavio sinhronijsku konvenciju, ili će dati iste rezultate bez obzira na sinhronijsku konvenciju.
Vidjeli smo da je formula za dilataciju vremena data u većini udžbenika relativnosti pojednostavljena verzija zasnovana na konvenciji Ajnštajnove sinhronije. Formula pune vremenske dilatacije uključuje Rajhenbahov epsilon, što odražava izbor sinhrone konvencije. Prema tome, stepen dilatacije vremena za objekat u pokretu zavisiće od izbora sinhrone konvencije. Ranije smo otkrili da su efekti vremenske dilatacije uopšteno (1) ozbiljniji pod ASC nego pod ESC, i (2) imaju zavisnost o smjeru pod ASC, ali ne i pod ESC.
Ovo je važno jer objašnjava zašto se transport sporog sata ne može koristiti za sinhronizaciju satova. Budući da postoji zavisnost o smjeru u vremenskoj dilataciji pod ASC, sat može izgubiti jednu sekundu kada se polako pomjera od A do B, a zatim dobiti jednu sekundu kada se polako pomjeri iz B natrag u A. Satovi su sinhronizovani nakon njihovog ponovnog spajanja, ali nisu sinhronizovani tokom cijelog putovanja.
Nadalje, pod ESC, ne postoji linearni termin u formuli za dilataciju vremena, pa se stoga može zanemariti pri malim brzinama. Čak i pri 14% brzine svjetlosti postoji samo 1% dilatacije vremena pod ESC. Ali pod ASC-om, postoji skoro linearna zavisnost o brzini pri malim brzinama, pa se stoga ne može zanemariti čak ni pri malim brzinama. Naime, pri 1% brzine svjetlosti, objekt koji se kreće prema van doživljava oko 1% vremenske dilatacije pod ASC.
Romer i Jupiterovi mjeseci
Prvo uspješno mjerenje brzine svjetlosti izveo je 1676. godine danski astronom Ole Rømer. U početku se može činiti da ovaj eksperiment mjeri jednosmjernu brzinu svjetlosti. Ali u stvari, vidjećemo da je to samo varijacija transporta sporog sata. Dakle, prećutno pretpostavlja ESC. Ipak, precizno je izmjerio povratnu brzinu svjetlosti, uprkos činjenici da je korišteno svjetlo samo putovalo u jednom smjeru! Kako je to moguće?
Do sredine 1600-ih, astronomi su mogli koristiti geometriju zajedno sa svojim zapažanjima položaja planeta kako bi izračunali približnu udaljenost svake planete od Sunca. Zemlja kruži na prosječnoj udaljenosti od 93 miliona milja od Sunca, dok Jupiter kruži na oko 475 miliona milja od Sunca. Zemlji je potrebna samo jedna godina da obiđe Sunce, dok je Jupiteru potrebno 12 godina.
Kada su Zemlja i Jupiter na istoj strani Sunca i poravnati, dvije planete su udaljene samo oko 382 miliona milja (475 miliona milja minus 93 miliona milja). Ovaj događaj se naziva opozicija jer se iz naše perspektive na Zemlji Jupiter nalazi u suprotnom smjeru na nebu od Sunca.
Ali kada su Jupiter i Zemlja na suprotnim stranama Sunca, oni su najudaljeniji jedno od drugog – oko 568 miliona milja. Kada se to dogodi, kaže se da je Jupiter u konjunkciji. Naravno, Jupiter nije lako vidjeti sa Zemlje u konjunkciji zbog odsjaja sunca. Ali Jupiter se može vidjeti neposredno prije ili nakon konjunkcije, gdje je udaljenost samo nešto manja od 568 miliona milja.
Nadalje, Jupiter ima četiri velika mjeseca koja se mogu posmatrati u malim zemaljskim teleskopima. Galileo ih je otkrio 1610. A do Romerovog vremena, periodi ovih mjeseci bili su dobro poznati. Najdubljem mjesecu, Io, treba 1 dan, 18 sati i 27 minuta da obiđe Jupiter. Precizan tajming je mjeren bilježenjem kada je Io prešao direktno ispred ili iza Jupitera. Dakle, Io se ponaša kao sat.
Ali astronomi su primijetili da kada je Jupiter bio blizu opozicije (a samim tim i najbliži Zemlji), Io je izgledao nekoliko minuta ranije. Štaviše, kada je Jupiter bio blizu konjunkcije (i stoga najdalje od Zemlje), činilo se da je Io kasnio nekoliko minuta. Romer je to znao i spekulisao je da bi uzrok mogla biti konačna brzina svjetlosti.[38] Naime, kada je Jupiter bio dalje od Zemlje, možda se Io samo činio da kasni nekoliko minuta jer svjetlosti treba duže da pređe ovu veću udaljenost.
Mjereći precizno vrijeme Ioa, Romer je otkrio da je „Io sat“ kasnio oko 16,64 minuta kada su Zemlja i Jupiter najdalje jedno od drugog nego kada su najbliži jedno drugom.[39] Pretpostavio je da je ukupna razlika od 16,64 minuta koliko je vremena potrebno svjetlosti da pređe prečnik Zemljine orbite. I znajući tu udaljenost (186 miliona milja) i podijelivši to sa 16,64 minuta, ispravno je izračunao brzinu svjetlosti.
U suštini, Romer je izmjerio vrijeme potrebno svjetlosti da pređe Zemljinu orbitu, od tačke A (gdje je Zemlja najbliža Jupiteru) do tačke B (gdje je Zemlja najudaljenija od Jupitera). Čini se da je ovo jednosmjerno mjerenje brzine svjetlosti. Međutim, nesvjesno pretpostavlja ESC jer zanemaruje efekte dilatacije vremena. Naime, Romer je pretpostavio da na satove na Zemlji ne utiče kretanje Zemlje od tačke A do tačke B.
Sada, pod ESC sistemom, to je dobra aproksimacija. Na kraju krajeva, Zemlja se kreće veoma sporo od tačke A do tačke B (sporo u poređenju sa brzinom svjetlosti) prosječnom brzinom od 18,5 milja u sekundi. A pod ESC, efekti dilatacije vremena pri takvoj brzini su samo oko 0,0000005%, pa su stoga zanemarljivi. Pod ESC, satovi ostaju u suštini sinhronizovani tokom transporta sporog sata.
Ali šta se dešava kada analiziramo situaciju pod ASC? Satovi ne ostaju sinhronizovani tokom transporta sporog sata pod ASC. Ali da li matematika daje isti odgovor? Zamislimo stacionarnog posmatrača u tački B koji posmatra kako Zemlja putuje od tačke A do tačke B. Jupiter je praktično stacionaran u odnosu na ovog posmatrača, i stoga će satovi na Jupiteru otkucavati istom brzinom kao i sat posmatrača. Ali kako će na Zemljine satove uticati njegovo kretanje prema ovom posmatraču?
Koristimo jednačinu pune vremenske dilatacije predstavljenu ranije da izračunamo ovu vrijednost. Međutim, možemo zanemariti prvi član jer se on smanjuje na približno 1 jer je v tako mali u odnosu na c. Vremenska dilatacija će stoga biti c/(c+v) gdje je v recesijska brzina. Primjećujemo da je Zemlja promijenila svoju udaljenost u odnosu na našeg posmatrača u tački B za 186 miliona milja i to u periodu od šest mjeseci sa prosječnom brzinom recesije od -11,788 milja u sekundi.[40] Stavljajući ovu vrijednost u formulu, vidimo da zemaljski satovi otkucavaju 1,00006328 sekundi za svaku sekundu sata našeg posmatrača (ili sat na Jupiteru). Dakle, zemaljski satovi brzo otkucavaju i tokom šest mjeseci zemaljski satovi dobiju ukupno 998,4 sekunde. Ovo je 16,64 minuta. To je tačno vrijeme za koje se čini da Io kasni prema zemaljskim satovima.
Dakle, pod ASC, svjetlosti uopšte nije potrebno vrijeme da pređe od tačke A do tačke B. Razlog zašto Zemlja smatra da Io kasni 16,64 minuta je zato što su zemaljski satovi 16,64 minuta brži u odnosu na satove na Jupiteru. Stoga, bez obzira da li je jednosmjerna brzina svjetlosti c ili beskonačnost, Io će izgledati odloženo za 16,64 minuta kada su Zemlja i Jupiter najdalje jedno od drugog. Budući da obje konvencije daju isti rezultat, Romerova zapažanja su kompatibilna s obje konvencije. Stoga se ne mogu koristiti za utvrđivanje jednosmjerne brzine svjetlosti.
Začudo, ova zapažanja utvrđuju povratnu brzinu svjetlosti. Kako je to moguće? Razlog je taj što dilatacija vremena zavisi o jednosmjernoj brzini svjetlosti na potpuno isti način kao i vrijeme putovanja svjetlosti. I stoga je nemoguće opservacijski razlikovati to dvoje. Vidimo li da Io kasni 16,64 minuta zbog ograničenog vremena putovanja svjetlosti, jer nam satovi brzo otkucavaju, ili zbog neke kombinacije oboje? Ne postoji način da se zna. To možemo vidjeti u matematici:
U slučaju sporog transporta sata, možemo zanemariti prvi član formule za dilataciju punog vremena, i tako pokretni satovi otkucavaju brzinom c/(c+v(2ε – 1)) gdje je c povratna brzina svjetlosti i ε označava konvenciju sinhronije, a time i jednosmjernu brzinu svjetlosti. Za negativne brzine (v), sat otkucava nešto brže od svog stacionarnog kolege, i to radi ukupno vrijeme od r/v.
Dakle, sat koji se polako kreće (brzinom v) od A do B će doživjeti ukupni dobitak vremena u odnosu na stacionarne satove od r(2ε – 1) / c, gdje je r rastojanje između A i B.[41] I vrijeme za koje je potrebno da svjetlost pređe od A do B je 2r(1- ε) /c. Kada dodamo ova dva člana, dobijamo r/c, što je ukupno vrijeme za koje se čini da sat u A (ili na Jupiteru) zaostaje za satom u B. Primijetite da naš odgovor (r/c) zavisi samo od r (udaljenost između A i B) i c (povratna brzina svjetlosti). Nema ε u odgovoru, i stoga količina vremena za koje se čini da Io zaostaje ne zavisi od jednosmjerne brzine svjetlosti; zavisi samo od povratne brzine svjetlosti.
Mnogi fizičari dvadesetog vijeka izvršili su sličnu analizu i ispravno zaključili da Romerova zapažanja ne utvrđuju jednosmjernu brzinu svjetlosti, već samo povratnu brzinu svjetlosti. Čak je i Skot-Iveren, koji se nije u potpunosti slagao sa Ajnštajnovom relativnošću, ipak primijetio 1944. da „Romerova mjerenja i njegova metoda proračuna ne daju jednosmjernu brzinu svjetlosti; daju samo brzinu tamo-nazad.“[42] Australijski fizičar Leo Karlov je 1970. godine objavio detaljnu matematičku analizu Romerove procedure i pokazao da ona ne pobija tezu o konvencionalnosti. On navodi: „Romerov metod (kao i sve opservacijske metode za pronalaženje brzine svjetlosti) može dati samo objektivnu prosječnu brzinu na zatvorenoj putanji.“[43] Sada smo vidjeli zašto je to tako: efekti dilatacije vremena kombinuju se s jednosmjernom brzinom svjetlosti tako da je vidljiva samo njihova kombinacija.
Maksvelove jednačine
Još jedan prigovor tezi o konvencionalnosti je da Maksvelove jednačine navodno zahtijevaju da jednosmjerna brzina svjetlosti bude ista u svim smjerovima. Maksvelove jednačine su četiri jednostavne formule na kojima se mogu opisati svi električni i magnetski fenomeni. Ove jednačine pokazuju da će promjenjivo električno polje proizvesti magnetsko polje, a promjenjivo magnetsko polje će proizvesti električno polje. Ako se električno polje promijeni na sinusoidan način, ono će proizvesti magnetsko polje koje je takođe sinusoidno, koje proizvodi drugo električno polje koje je sinusoidno… i tako dalje. Rezultat je elektromagnetski talas koji se širi kroz vakuum svemira brzinom tačno od c (brzina svjetlosti). Ovo nije slučajnost; svjetlo je elektromagnetni talas. Ali to smo shvatili tek nakon Maksvelovih jednačina.
Svjestan sam da gubim značajan dio čitalaca za svaku jednačinu uključenu u ove članke. Ali ne morate mnogo da znate o matematici da biste razumjeli zašto Maksvelove jednačine zahtijevaju samo da brzina svjetlosti u vakuumu bude c, ali ne postavljaju nikakva ograničenja na jednosmjernu brzinu. Postoje dva različita načina izražavanja Maksvelovih jednačina: diferencijalni oblik i integralni oblik koji izgledaju ovako:
| Integralni oblik | Diferencijalni oblik |
 |
 |
Dakle, jednačine na lijevoj strani izražavaju istu fizičku istinu kao i jednačine na desnoj strani, ali u drugačijem obliku. Zavisno o pitanju fizike, možda će biti lakše koristiti integralni oblik ili diferencijalni oblik. Ali oba oblika izražavaju istu osnovnu fiziku.
Obratite pažnju na simbol kojim počinje svaka od jednačina u lijevoj koloni. Ovo je zatvoreni integral. To ukazuje da sabiramo beskonačno male vrijednosti duž zatvorene putanje ili zatvorene površine. Zatvoreni put je onaj koji se završava na istoj tački na kojoj i počinje. Drugim riječima, označava povratno putovanje, a ne jednosmjerno putovanje. Sve četiri Maksvelove jednačine u integralnom obliku imaju ovaj zatvoreni integral. Stoga se ne mogu koristiti za pronalaženje brzine svjetlosti na jednosmjernom putovanju – jer se integriraju na kružnom putu.
Kod diferencijalnih oblika to nije tako očigledno, ali to je zato što su oni zapravo poseban slučaj koji pretpostavlja ESC. Godine 1978. dr Karlo Đanoni objavio je rad u kojem je izveo opšti diferencijalni oblik Maksvelovih jednačina bez sinhronih pretpostavki.[44] Rezultati pokazuju da elektromagnetski talasi mogu imati različite jednosmjerne brzine u različitim smjerovima zavisno o odabranom Rajhenbahovom ipsilonu. Stoga, potpuni diferencijalni oblik Maksvelovih jednačina nezavisan od sinhronije ne zahtijeva da jednosmjerna brzina svjetlosti bude c, već samo povratna brzina.
Osim matematike, istorija nauke treba da pokaže da Maksvelove jednačine ne zahtijevaju da jednosmjerna brzina svjetlosti u bilo kom određenom pravcu bude c. Albert Ajnštajn je bio dobro svjestan Maksvelovih jednačina, i one su zaista bile opravdanje za njegovo uvjerenje da je povratna brzina svjetlosti u vakuumu konstantna i tačno c u bilo kojem referentnom okviru. Ipak, Ajnštajn je vjerovao da je jednosmjerna brzina svjetlosti stvar konvencije. On se nije pozivao na Maksvelove jednačine da bi opravdao svoj preferirani izbor ε=1/2 jer je shvatio da one ograničavaju samo povratnu brzinu svjetlosti. Zaista, mnogi fizičari dvadesetog vijeka branili su tezu o konvencionalnosti, a ipak su bili dobro upoznati sa Maksvelovim jednačinama.
Okamova britva
Ponekad ljudi misle da Okamova britva utvrđuje da je jednosmjerna brzina svjetlosti vjerovatno ista u svim smjerovima. Okamova britva je filozofija da kada više naučnih modela ispravno predviđaju vidljive pojave, preferira se najjednostavniji model (onaj koji daje najmanje pretpostavki). Ovo je dobra filozofija i dobro funkcioniše. Pošto svaka pretpostavka koju napravimo može biti pogrešna, što manje pretpostavki napravimo, manja je vjerovatnoća da ćemo pogriješiti. Stoga će jednostavniji modeli vjerovatno biti tačniji od složenih ako su oba modela podjednako kompatibilna sa zapažanjima. Neki kritičari teze o konvencionalnosti su tvrdili da je jednosmjerna brzina svjetlosti jednaka u svim smjerovima jednostavnija (i stoga vjerojatnija da će biti tačna) nego da je jednosmjerna brzina svjetlosti različita u različitim smjerovima.
Problem je u tome što se Okamova bitva odnosi na izbor između konkurentskih naučnih modela – a ne konvencija mjerenja. Drugim riječima, tvrdnja „jednosmjerna brzina svjetlosti je ista u svim smjerovima“ nije hipoteza o prirodi svjetlosti, već odredba koju postavljam kako bih definisao šta čine „istovremeni“ događaji razdvojeni nekim razdaljinama. Odabirom jednosmjerne brzine svjetlosti definišem koordinatni sistem. Ne iznosim nikakvu objektivnu tvrdnju o prirodi univerzuma.
U tom smislu, sinhronijske konvencije su kao i svaki drugi sistem mjerenja. Možemo mjeriti dužine pomoću inča, stopa, jardi, metara ili centimetara. Svaki od njih je podjednako prikladan i nema smisla reći da je jedna jedinica ispravnija od bilo koje druge. Metrički sistem je svakako jednostavniji od imperijalnog sistema, ali ne bismo apelovali na Okamovu britvu da tvrdimo da je veća vjerovatnoća da je metrički sistem tačniji od imperijalnog. Nema smisla čak ni govoriti o tome da je sistem mjerenja „tačan“ ili „netačan“ jer su takvi sistemi definisani, a ne otkriveni.
Metrički sistem je često pogodniji od imperijalnog sistema. Ali ne može se smatrati da je njegova jednostavnost vjerovatnije istinita nego Imperijalni sistem po Okamovoj britvi jer ovo nisu konkurentski modeli. Priroda ne preferira jedan sistem nad drugim. Oni su definisani, konvencionalni, sistemi mjerenja pomoću kojih fizičkim svojstvima dodjeljujemo brojeve. Brojevi koje dodjeljujemo zavisiće o konvenciji, ali konvencije nisu istinite ili netačne. To su definicije koje nam omogućavaju da kvantifikujemo aspekte univerzuma. I uvijek možemo konvertovati iz jednog sistema u drugi, npr. 2,54 cm = 1 inč.
Isto tako, jednosmjerna brzina svjetlosti je jednostavno ljudski uslovljen izbor kojim označavamo šta znači „simultano“ za dva objekta razdvojena nekom udaljenosti. Takav izbor definiše koordinatni sistem pomoću kojeg dodjeljujemo brojeve (x,y,z,t) bilo kojem događaju u prostoru-vremenu. I možemo konvertovati iz jednog sistema kao što je ESC u drugi sistem kao što je ASC, baš kao što možemo konvertovati iz metričkog u imperijalni. Brojevi koji će rezultirati će se razlikovati, ali osnovna stvarnost je ista.
Shodno tome, svako ko tvrdi da je veća vjerovatnoća da će jedna konvencija o sinhronizaciji biti tačnija od druge na osnovu Okamove britve, ne razumije šta je konvencija o sinhroniji. Sinhronijska konvencija je koordinatni sistem. Omogućava nam da dodijelimo tri prostorne i jednu vremensku veličinu bilo kojem događaju u prostoru-vremenu.
Zaključak
Potraga za objektivnom, sinhrono nezavisnom metodom mjerenja jednosmjerne brzine svjetlosti je uzaludna. To je zato što je za mjerenje bilo koje jednosmjerne brzine potrebna sinhronijska konvencija, a time i stipulacija jednosmjerne brzine svjetlosti. Najčešći načini pokušaja da se zaobiđe ova poteškoća neizbježno propadaju. Oni se generalno oslanjaju na transport sa sporim satom i prećutno pretpostavljaju ESC. Ili se oslanjaju na prenos signala, ali takvi prenosi suptilno zavise od jednosmjerne brzine svjetlosti. Ni Maksvelove jednačine ne rješavaju problem jer određuju samo povratnu brzinu svjetlosti u vakuumu. Niti se Okamova britva može primijeniti jer razlikuje modele, a ne konvencije. Konvencija vizuelne sinhronizacije (ASC) je stoga jednako legitimna kao i noviji ESC sistem. A pošto je sistem vizuelne sinhronizacije bio jedini dostupan u drevnom svijetu, imamo sve razloge da vjerujemo da Biblija koristi ovaj sistem. Po ovom sistemu, mi vidimo zvijezde u realnom vremenu. I nema problema sa udaljenim zvijezdama. Nikada nije bilo.
Džejson Lajl, doktor astrofizike
___________________________
[1] Vidi članak „Da li su Sunce, Mjesec i zvijezde stvoreni četvrtog dana Stvaranja?“
[2] Radi jasnoće, ovdje ćemo zanemariti relativističke efekte. Ovo uključuje višestruke definicije udaljenosti (zajedničko kretanje, luminoznost, itd.) koje su pogodne za korištenje u kontekstu svemira koji se širi.
[3] Crveni pomaci koje opažamo najčešće se tumače kao posljedica širenja svemira jer bi to takođe proizvelo crveni pomak proporcionalan udaljenosti. Da je umjesto toga došlo do crvenog pomaka zbog pada brzine svjetlosti, tada bi brzina svjetlosti bila samo 11 puta veća kada bi svjetlost bila emitovana. Drugim riječima, ovo bi nam omogućilo da vidimo zvijezde udaljene i do 66.000 svjetlosnih godina, ali ne dalje. Ipak, čak su i najbliže galaksije udaljenije od ove.
[4] Ovo je udaljenost svjetlosti i vremena putovanja.
[5] Samo da bi se lopta otkotrljala na ovom frontu, jedan efekat koji bih očekivao kada bi svjetlost brzo stigla do Zemlje rastezanjem ili pomicanjem međuprostora, je ogroman crveni pomak. Svjetlost je talas i stoga ima talasnu dužinu. Ova talasna dužina je određena izvorom svjetlosti, a u slučaju zvijezda određena je temperaturom njihove površine. Ali ako je prostor u kojem postoji snop svjetlosti rastegnut, tada se nužno rasteže i talasna dužina svjetlosti, što rezultira crvenim pomakom. Stepen crvenog pomaka bi bio proporcionalan rastezanju svemira, koji bi (da bi svjetlost sa udaljenih zvijezda dospjela na Zemlju u roku od dva dana) morao biti faktor veći od triliona. Ali takav ekstremni crveni pomak nije uočen.
[6] Ova pretpostavka funkcioniše prilično dobro kao aproksimacija za gotovo sve naše svakodnevne aktivnosti na Zemlji. Svjetlost bi mogla da obiđe Zemlju sedam puta u jednoj sekundi. Dakle, to je gotovo trenutno za većinu zemaljskih praktičnih svrha.
[7] Početkom 1600-ih, Galileo je sumnjao da bi brzina svjetlosti mogla biti konačna. Neuspješno ju je pokušao izmjeriti pomoću signala lampiona razdvojenih razdaljinom. S pravom je zaključio da je brzina svjetlosti prebrza da bi se mogla precizno izmjeriti takvom metodom.
[8] Na prvi pogled, Romerova zapažanja bi izgledala kao mjerenje jednosmjerne brzine svjetlosti (prosječne brzine svjetlosti od A do B). Ipak, u stvarnosti, Romerova zapažanja su zapravo mjerila povratnu brzinu svjetlosti (prosječna brzina svjetlosti od A do B i nazad do A). To je zato što je napravio dvije pogrešne pretpostavke koje u suštini poništavaju jedna drugu, što je rezultiralo ispravnom vrijednošću za povratnu brzinu svjetlosti. Ovo je pokriveno u knjizi “The Physics of Einstein”.
[9] Fizičar bi prirodno pitao: „186.282.397 milja u sekundi u odnosu na šta?“ Isak Njutn je pokazao da je svako kretanje relativno i da zakoni fizike ne preferiraju nijedan određeni okvir brzine nego bilo koji drugi. Ipak, nevjerovatan odgovor na ovo pitanje je „u odnosu na svakog posmatrača“. Ovaj iznenađujući rezultat pokazao je da prostor i vrijeme nisu bili objektivni i nepromjenjivi temelj koji su gotovo svi pretpostavljali, i otvorio je put Ajnštajnovoj fizici.
[10] Imajte na umu da ovo ne krši zakon nekontradikcije jer je smisao drugačiji. Dva događaja mogu biti simultana prema konvenciji vizuelne sinhronizacije, a takođe i neistovremena prema modernoj konvenciji o sinhronizaciji. Ajnštajn je pokazao da priroda ne preferira jednu konvenciju nad drugom; jednako su legitimne.
[11] Konkretno, ovo se odnosi na inercijalne posmatrače – one koji se kreću ujednačenim (neubrzavajućim, nerotirajućim) kretanjem. Takođe radi kao aproksimacija za posmatrače čije je odstupanje od ravnomjernog kretanja malo (kao što je Zemlja).
[12] Da vidite kako je Ajnštajn uspio da zaključi ove efekte, pogledajte knjigu „Ajnštajnova fizika“.
[13] Ovaj izbor brzine nam omogućava da zanemarimo efekte dilatacije vremena i kontrakcije dužine jer će oni biti manji od 1% za brzine manje od 14% brzine svjetlosti.
[14] Pronicljivi studenti matematike će shvatiti da je vrijednost nešto veća od 1,1 sekunde, ali mi smo zaokružili na najbližih 10% jer bi vremensko širenje i kontrakcija dužine morali biti uključeni za efekte blizu 1% preciznosti.
[15] Ovo važi i za druge izbore u kojima je jednosmjerna brzina svjetlosti relativna u odnosu na posmatrača, čak i ako ta brzina varira sa smjerom.
[16] Jedan sat je nužno sinhronizovan sa samim sobom. Mora čitati u isto vrijeme kada čita.
[17] Ajnštajn, A. Relativnost: specijalna i opšta teorija, str. 22-23.
[18] Ibid, str. 23.
[19] Ako je odabrana jednosmjerna brzina svjetlosti u jednom smjeru s, tada će brzina svjetlosti u suprotnom smjeru biti c/(2 – c/s) gdje je c povratna brzina svjetlosti u vakuumu.
[20] Ovo je izračunato iz formule u prethodnoj fusnoti.
[21] Za one koje su neugodne sa beskonačnim vrijednostima, možemo odabrati vrijednost koja je proizvoljno visoka, kao što je 10100 metara u sekundi. Pri takvoj brzini, svako putovanje će biti gotovo trenutno.
[22] Zapravo, bilo koja sinhronijska konvencija osim Ajnštajnove sinhrone konvencije ima anizotropnu jednosmjernu brzinu svjetlosti. Ali zadržavam termin ASC da se odnosi na onu u kojoj je ulazna svjetlost definisana da ima beskonačnu (ili proizvoljno veliku) brzinu.
[23] Situacija je analogna „perpetum mobilu“ – hipotetičkoj mašini koja može da radi beskonačno bez potrebe za unosom energije. Iz zakona termodinamike znamo da je takva mašina nemoguća. Ipak, svake godine neki inženjer pokušava da patentira nacrte za vječni motor za koji misli da će zaista raditi. Ali, naravno, uvijek postoji mana. Uvijek postoji nešto što je inženjer previdio što bi dovelo do toga da se mašina s vremenom pokvari. Ali čak i ako ne možemo uočiti nedostatak, znamo da mora postojati zbog zakona termodinamike. Isto tako, svaki hipotetički eksperiment za objektivno mjerenje jednosmjerne brzine svjetlosti mora propasti. To je zato što ne postoji objektivna/univerzalna jednosmjerna brzina svjetlosti, niti može postojati u svemiru u kojem je istovremenost relativna. Međutim, poučno je ispitati neke od predloga i vidjeti zašto ne uspijevaju. Ispitivanje takvih neuspjeha može dovesti do boljeg razumijevanja teze o konvencionalnosti i relativističke prirode vremena.
[24] Nazvan u čast Hansa Rajhenbaha koji je prvi koristio ovu notaciju.
[25] Radio i svjetlo su ista supstanca. Naime, oba su elektromagnetni talasi koji dolaze u diskretnim energetskim nivoima zvanim fotoni. Jedina razlika između njih je talasna dužina/frekvencija. Radio ima mnogo veću talasnu dužinu i mnogo nižu frekvenciju od vidljive svjetlosti.
[26] Znamo, na primjer, da se satovi na A i B mogu približno sinhronizovati korišćenjem ASC ili ESC sistema. Postoji samo jedna sekunda razlike između njih na toj udaljenosti. Stoga će i ESC i ASC potvrditi da je povratna brzina zvuka u supstanci približno ista u oba smjera. Tačna brzina će se naravno razlikovati, ali razlika će biti manji dio za sporije pojave poput zvuka nego za brze pojave poput svjetlosti.
[27] Ovo važi i za ESC i za ASC sistem. U stvari, količina za koju je pomični sat iza stacionarnog je nezavisna od sinhrone konvencije.
[28] Precizniji način da se to kaže je: „U ograničenju kako brzina ide na nulu, dva sata se približavaju savršenoj sinhronizaciji kada se ponovo spoje.“
[29] Winnie, J.A., Specijalna relativnost bez pretpostavki jednosmjerne brzine: I dio, Filozofija nauke, Vol. 37, br. 1 (mart 1970.) str. 81-99.
[30] Postoji razlika u predznaku u formuli koja je ovdje navedena u odnosu na Vinijevu formulu 4-9. To je zato što Vini definše brzinu v da bude u negativnom x-smjeru, dok mi ovdje definišemo da je u pozitivnom x smjeru. Dakle, naše v je Vinijevo -v i obrnuto.
[31] U granici kako v ide na nulu, v2/c2 će ići na nulu mnogo „brže“.
[32] Ovaj desni član ne nestaje u granici kako v ide na nulu jer vrijeme (t) potrebno da se od A do B ide u beskonačnost u granici dok v ide na nulu. Smanjenje v tačno se kompenzuje porastom t, pa se stoga nijedan član ne može zanemariti do završnog koraka.
[33] Može izgledati čudno upućivanje na udaljenost u sekundama. Ali kada se 1 sekunda pomnoži sa brzinom svjetlosti (186.282.397 milja/sekundi), „sekunde“ u brojiocu poništavaju „sekunde“ u imeniocu, ostavljajući udaljenost u miljama. Dakle, 186.282.397 milja je zaista jednako c sekundi.
[34] Ako zatim pomjerimo sat u B vrlo polako nazad u A, tada će njegova brzina biti negativna v. Ubacivanjem te vrijednosti u formulu i ponavljanjem gornjih koraka otkrićemo da sat dobija jednu sekundu na povratku. Ponovo će postati sinhronizovan sa stacionarnim satom nakon njihovog ponovnog okupljanja.
[35] Međutim, ESC ima prednost u tome što će se svi posmatrači sa potpuno istom brzinom (i brzinom i smjerom) složiti oko toga da li su dva sata sinhronizovana bez obzira na poziciju tih posmatrača. Drugim riječima, ESC je konvencija zasnovana na brzini.
[36] Za matematički radoznalog čitaoca, jednosmjerna brzina svjetlosti kada ne dolazi direktno je data formulom: c/(1-cos(θ)), gdje je c prosječna brzina svjetlosti povratnog puta, i θ je ugao odlaska direktno prema unutra. Dakle, θ=0 za direktno ulazno svjetlo i θ=180° za direktno odlazeće svjetlo.
[37] ASC ima prednost što će se svi posmatrači sa zajedničkom pozicijom složiti oko toga da li su dva sata sinhronizovana, bez obzira na njihovu brzinu. ASC je stoga konvencija zasnovana na poziciji.
[38] Drugo moguće objašnjenje je dilatacija vremena. Naime, Zemljini satovi ne otkucavaju konstantnom brzinom u odnosu na Jupiterove, zbog njihovog relativnog kretanja. Ali niko nije znao za dilataciju vremena u 1600-ima.
[39] Ovdje ćemo koristiti moderne poznate vrijednosti koje su tačnije od onoga što je bilo moguće u Romerovo vrijeme.
[40] Imajte na umu da je „v“ u drugom članu formule vremenske dilatacije definisano kao brzina udaljena od posmatrača. Pošto se Zemlja kreće prema posmatraču, ova brzina je negativna. A pošto je ovo v recesijska brzina, razmatramo samo brzinu koja je radijalna u odnosu na našeg posmatrača, a ne tangencijalna na njegovu liniju vida. Efektivno, tretiramo Zemlju kao da se kretala direktno od A do B u pravoj liniji, a ne duž zakrivljene putanje. Korišćenje zakrivljene putanje će dati isti odgovor, ali uključuje računanje.
[41] Budući da se radi o sporom transportu sata, uzeli smo granicu kako se v približava nuli.
[42] P.A. Scott-Iversen, Uvodne napomene o preformulaciji specijalne teorije relativnosti, Philosophical Magazine 35, 105–120 (1944).
[43] Karlov, Leo, Da li Romerova metoda daje jednosmjernu brzinu svjetlosti?, Australian Journal of Physics 23, 243–258 (1970).
[44] Giannoni, Carlo, Relativistička mehanika i elektrodinamika bez pretpostavki jednosmjerne brzine, Filozofija nauke, tom 45., br. 1, mart 1978., str. 17-46.
Po Pismu su Sunce I mesec stvoreni četvrti dan, a vi i Džejson verujete da je Biblija Božja reč, oko čega je kružila zemlja prva tri dana?!
…i još samo jedno pitanje:
“I video sam kad je Jagnje otvorilo šesti pečat. Bio je jak zemljotres i Sunce je postalo crno kao kostret, ceo Mesec je postao kao krv, a nebeske zvezde su popadale na zemlju, kao što nezrele smokve padaju sa stabla kad ga snažan vetar potrese. I nebo je iščezlo kao svitak kad se smota. Svaka gora i svako ostrvo pomakli su se sa svog mesta”. (Otkrivenje 6; 12-14)
Zvezde popadale na Zemlju?! Kako objasniti da će “ceo svemir zvezda” pasti na zemlju kad su mnoge zvezde mnogostruko veće od zemlje, i da li će one “padati” – (dolaziti), većom brzinom od brzine svetlosti obzirom da su neke zvezde udaljene i više od deset milijardi svetlosnih godina?!
Po Pismu, cio naš univerzuum je stvoren prvog dana, a Bog je dovršio sve i učinio operativnim u roku od 6 dana. To važi i za Sunce, Mjesec, zvijezde… četvrtog dana. Gotovo svi kreacionisti, uključujući i Lajla, usvojili su ideju da je su ostala nebeska tijela stvorena 4. dana, najviše zbog pogrešne predstave o Postanju 1:1 (lažne jednine za “nebo” u Biblijama). I sad je teško odreći se “svete krave” i napraviti korekciju. Pisao sam o tome Lajlu.
Otkrivenje je pisano simboličkim jezikom, a prorok je posmatrao prizore u vizijama koje su uprošćeni prikaz nekih realnosti ili ponekad sasvim simbolički. Pozivati se na jezik Otkrivenja da se “utvrde” pojmovi iz fizike i astronomije može samo potpuna neznalica za Bibliju ili sektaš zatrovan neodrživim idejama. Ta dionica opisuje Hristov drugi dolazak koji će pratiti kataklizmički događaji kosmičkih razmjera. No i kad se to završi, planeta Zemlja će ostati opustošena ali i dalje funkcionalna do vremena konačne obnove.