Методы определения возраста Земли и Вселенной.
Изучая через века прошлое нашей земли
и вселенной физическими методами, некоторые ученые оценивают ее возраст
миллиардами лет, хотя существует огромное количество фактов,
опровергающих это утверждение. Остановимся подробнее на этом вопросе.
После открытия в конце XIX века французским физиком Анри Беккерелем явления радиоактивности и установления законов радиоактивного распада появился еще один способ определения абсолютного возраста геологических объектов. Радиоизотопные методы вскоре, если не вытеснили, то существенно потеснили остальные методы датирования. Во-первых, они, казалось бы, дают возможность абсолютного определения возраста, а, во-вторых, они давали очень большой возраст пород порядка миллиардов лет, который устраивал эволюционистов.
Рассмотрим сущность метода радиоизотопного датирования. Радиоактивный распад подобен песочным часам: по отношению числа атомов элемента, возникшего в результате распада, к числу атомов распадающегося элемента возможно определение продолжительности процесса распада. При этом считается, что скорость распада является постоянной величиной и не зависит от температуры, давления, химических реакций и других внешних воздействий. Чаще всего применяются методы, основанные на реакциях превращения атомных ядер: уран свинец (UPb), калий аргон (KAr) , рубидий стронций (RbSr) и радиоуглеродный метод датирования.
Радиоизотопный метод уран свинец (U Pb) использует для определения возраста распад ядер изотопа урана U238 с периодом полураспада 4,51 миллиардов лет. Процесс распада происходит в несколько стадий, от урана до свинца их 14:
U238 Th234 + Pr234 + U234 + Th230 + Ra226 + Rn222 + Po218 + Pb 214 + Bi214 + Po214 + Pb210 + Bi210 + Po210 + Pb206 + . и приводит к образованию стабильного изотопа Pb206. Ясно, что чем больше отношение числа атомов Pb206 к числу атомов U238 , тем старше должна быть проба, но при этом надо считаться с возможностью загрязнения свинцом Pb206 первоначальной породы.
Для радиоизотопного датирования выбирают породы, подобные гранитам, которые возникли путем кристаллизации жидкости. Такая порода допускает определение возраста, и может оказаться полезной для определения возраста связанной с ней осадочной породы или находящихся в ней окаменелостей. Например, при кристаллизации циркона (ZrSiО4) атомы изотопа урана U238 могут в кристаллической решетке замещать атомы циркония. Далее атомы U238 распадаются, превращаясь в итоге в свинец Pb206. Понятно, что для правильного датирования необходимо знать первоначальное содержание в породе изотопа свинца Pb206. Его можно учесть, допуская, что соотношение концентраций изотопов Pb206 и Pb204 в цирконе и окружающих его породах, не содержащих уран, одинаково. Тогда по избытку изотопа свинца Pb206 в цирконе по отношению к окружающей породе (только этот изотоп свинца получается из урана) можно определить его долю, получившуюся из урана. Далее делается допущение, что не было загрязнения образцов свинцом, например, из грунтовых вод или выхлопа автомобилей, равно как не было и вымывания урана, и по отношению концентраций изотопов Pb206 и U238 определяется возраст кристаллов циркона. Приведенный пример показывает, насколько скрупулезный должен быть химический анализ пород, какие предположения делаются, а о реальности их выполнения предоставим судить читателю.
Радиоизотопный метод калий аргон (K Ar) важен потому, что содержащие уран минералы встречаются редко, а содержащие калий - часто. Метод базируется на том, что ядра изотопа калия K40 испытывают -распад K40Ar40, превращаясь в ядра аргона (период полураспада составляет 1,31 миллиарда лет). Главным недостатком этого метода является проникновение в породы аргона из атмосферы (а его в атмосфере около 1%), которое пытаются учитывать по соотношению концентраций атомов двух изотопов аргона Ar40 / Ar36, присутствующих в атмосфере. Однако далеко не всегда датирование по методу калий аргон дает правдоподобные результаты: при анализе лавы с Гавайских островов, возраст которой был известен и составлял 200 лет, по методу K Ar был получен возраст 22 млн. лет?! (по-видимому, из-за избыточного давления подводные лавы содержат больше аргона). Возраст каменных метеоритов, определенный по методу K Ar в десятки раз превышает возраст геологических пород, в которых они найдены. Подобные обескураживающие результаты показывают ненадежность этого метода датирования и повышают скептицизм и к результатам других радиоизотопных методов ввиду множества трудно учитываемых источников ошибок. Отметим, что в калий-аргоновом методе датирования предполагается постоянство отношения концентраций изотопов аргона Ar40/Ar36 в атмосфере на протяжении миллиардов лет, что маловероятно, т.к. изотоп Ar36 образуется в атмосфере под действием космического излучения.
Общий чертой перечисленных выше радиоизотопных методов датирования являются близкие значения периодов полураспада используемых изотопов в несколько миллиардов лет, и соответствующий этим периодам возраст геологических пород. Во многом сами методы определяют получаемый с их помощью возраст, так как другой возраст, например порядка тысяч лет, эти методы дать не могут, точно так же, как на весах для взвешивания вагонов и автомобилей, невозможно определить вес обручального кольца или использовать их для нужд фармакологии.
Не стоит особенно доверять согласованности результатов, полученными различными радиоизотопными методами: все они основаны на одних и тех же допущениях, несостоятельность многих из которых давно доказана. Основными предположениями являются:
1. Происхождение Земли в соответствии с небулярной гипотезой
Лапласа. Гипотеза Лапласа не выдержала проверку временем. Однако для
геологии модель Лапласа не отменена и сегодня.
2. Пирогенное (застывание жидкости) или метаморфное (кристаллизация осадочной породы) образование кристаллов.
3. Замкнутость кристалла после его формирования.
4. Допущения о неизменности периодов полураспада и постоянстве процентного соотношения между изотопами во все времена.
Последнее допущение - экстраполяция в гигантском масштабе времени, так как распад ядер наблюдают всего около ста лет, а обобщают выводы о постоянстве характеристик на миллиарды лет, т.е. на период времени в 107 раз больший. Почему-то большинство людей индифферентно относятся к таким процедурам, по-видимому, у них существует иллюзия, что нам хорошо известно наше прошлое, но с этим нельзя согласиться, когда речь идет о геологических временах. Многие просто не осознают, что такое миллиард (ведь миллиардеров среди читателей, по-видимому, нет), и чем он отличается от миллиона. Чтобы легче понять о каких временах идет речь, сопоставим возрасту Земли в 5,6 млд лет одну неделю. Тогда Троянская война, - одно из первых событий, зафиксированных письменно в поэмах Гомера - имела место менее секунды назад.
Кроме того, независимость периода полураспада от внешних условий охватывает не все возможные случаи - ведь при облучении, например нейтронами, скорость распада ядер может стать сколь угодно большой, что реализуется в атомной бомбе и атомных реакторах. Поэтому во многом допущение постоянства скорости распада является "актом веры", в чем не желает признаваться большая часть научного сообщества, убеждая мало посвященных, в том числе и такими терминами как «постоянная распада», чтобы не оставалось уже никаких сомнений в методе. Таким образом, из четырех предположений два являются сомнительными, как и сама униформистская концепция, имеющая и другие слабые места.
Существенно меньшими отрезками времени, соответствующими рукописной истории человечества (около 4000 лет) оперирует радиоуглеродный метод датирования. Углеродный метод был разработан и применен Уиллардом Либби, получившим в последствии за это Нобелевскую премию. Существуют два изотопа углерода стабильный и нестабильный с периодом полураспада 5700 лет. Баланс концентрации изотопов углерода обеспечивается потоком космических нейтронов в результате происходящей в атмосфере ядерной реакции n + + p. Идея метода состоит в сопоставлении концентраций этих двух изотопов (на один атом С14 приходится 765 000 000 000 атомов С12). Метод опирается на допущение, что это соотношение не менялось в течение последних 50000 лет и концентрация изотопов одинакова во всей атмосфере. После образования, изотоп С14 практически сразу окисляется до СО2 и включается в углеродный цикл жизни: листья растений сахар и т.д. Соотношение изотопов С14/С12 не меняется при жизни растения или животного, а после гибели концентрация падает в соответствии с законом радиоактивного распада. Период полураспада - это время, за которое количество атомов радиоактивного изотопа уменьшается в два раза. Тогда за два периода оно уменьшится в четыре раза, за три - в восемь и т.д. Подобные рассуждения приводят к общей формуле: за n периодов полураспада число атомов уменьшается в 2n раз. Эта формула и устанавливает верхнюю границу применимости радиоуглеродного метода в 50000 лет. После разработки радиоуглеродного метода множество окаменелостей подверглись датированию, и среди них не оказалось объектов, не содержащих изотопа С14. Т.е. возраст всех окаменелостей был в пределах 50 000 лет, а не составлял миллионы и миллиарды лет, как считалось ранее. Однако впоследствии результаты углеродного датирования подвергались цензуре и неугодные эволюционистам факты стали попросту замалчиваться.
На основании сравнения скоростей продуцирования и распада изотопа С14 в рамках все той же униформистской модели возраст атмосферы, оцененный по сегодняшней концентрации изотопа С14, ограничивается примерно 20 000 лет.
Актуальность альтернативных трактовок истории Земли определяется и наличием еще многих других неоспоримых научных фактов, которые говорят о «молодом» (не достаточном для эволюционной теории) возрасте Земли:
1. Термоядерные реакции, ответственные за генерацию энергии Солнца, должны сопровождаться выбросом нейтрино, но в эксперименте интенсивность нейтринного фона не согласуется с теоретически предсказанным. Из-за этих трудностей возобновился интерес к теории сжатия Солнца, выдвинутой Германом Гельмгольцем, согласно которой возраст Земли не может быть более 10 млн. лет (сжатие экспериментально обнаружено и составляет около 0,1% за сто лет). Идеи циклических изменений размеров Солнца (как и циклических изменений магнитного поля Земли) ничего не объясняют и лишь приводят к прошлому с открытым концом.
Развивая идею Гельмгольца, мы придем к выводу о том, что Солнце моложе Земли. Это заключение согласуется со Священным писанием, но не устраивает эволюционистов, которые настаивают на идее образования солнечной системы, как единого комплекса тел, в результате последовательных превращений протозвезд в звезды и «обособившиеся» в силу случайных причин сгустки материи в планеты. Причем почему одни вращаются в одну сторону, а другие в противоположную (Венера, Уран) , а так же еще целый ряд «почему» с тем же ответом – в силу случайных причин. (Либо в нарушение физических законов.)
2. Считается, что замедление вращения Земли составляет 0,005 секунд в год. Но, вопреки этому, начиная с 1980 г., добавляется 1 секунда в год – величина в 200 раз большая. Но при такой скорости замедления вращения Земли пропорционально должен уменьшаться и ее возможный возраст.
3. В осадочных породах крайне редко встречаются железные метеориты, что удивительно при предполагаемом медленном их формировании в течение миллионов лет, и понятно, если они сформировались в короткое время локального или глобального потопа.
4. От 5 до 14 млн. тонн метеоритной пыли оседает на Землю в год, что за геологический возраст Земли в 4,6 млд. лет дает слой Fe-Co-Ni порошка в 15 м. Спрашивается, где он? Его нет и на Луне (в чем убедились американские космонавты), где ветер и дожди не могли бы смыть его в море.
5. Расстояние между Землей и Луной увеличивается на 4 см в год, что дает ее максимальный возраст 1 млд. лет. При этом вопрос о происхождении Луны повисает в воздухе, т.к. возраст Земли в 4,6 млд. лет не подлежит коррекции в вере эволюционистов.
Воистину, если бы не требования эволюционистской биологии и геологии, астрономия, освободившись от пут, могла бы развиваться без оглядки на возраст Земли и объектов Вселенной.
6. Ослабление магнитного поля Земли (природа которого до конца неизвестна) составляет 5 % в год, что соответствует времени полузатухания - 1400 лет. Поскольку магнитное поле Земли должно генерироваться токами, то с их циркуляцией связано Джоулево тепло, которое еще 8 000 - 10 000 лет назад делало жизнь невозможной. На основании существования пород с реверсированной намагниченностью предполагается, что могло асциллировать во времени и магнитное поле Земли. Но подчеркнем еще раз, любые предположения о периодичности подобных процессов приводят к прошлому с открытым концом и это - прежде всего попытка уйти от ответа по существу.
7. Модель Лапласа (охлаждение Земли из состояния расплава) позволила лорду Кельвину по тепловым потокам оценить верхний возраст Земли не более чем в 400 млн. лет. Новые расчеты по методу Кельвина дают верхний возраст в 20 млн. лет, а с учетом возможных ядерных реакций - 45 млн. лет - в 100 раз меньший возраста Земли, принятого у эволюционистов.
8. Геологический возраст Земли не согласуется с количеством гелия в атмосфере не менее, чем в 10 раз!
9. По отложениям Нильского ила можно сделать вывод, что их возраст составляет не более 30 000 лет.
10. Оценки возраста Мирового океана по концентрации солей и ионов дают результаты с большим разбросом от нескольких тысяч до сотен млн. лет. Например, по количеству соли NaCl в Мировом океане (в предположении, что он был первоначально пресным) его возраст ограничен 100 млн. лет.
11. Численность населения Земли при оценке в 2,2 ребенка на семью за миллион лет составила бы 102070 человек (для справки: число электронов во Вселенной примерно 1090 ) они бы не уместились во всей Вселенной, не то что на Земле. Современная численность населения Земли почти точно соответствует численности потомства от 4-х пар (семья Ноя), оставшихся в живых после Всемирного Потопа, произошедшего 5000 лет назад. По формуле, описывающей демографический взрыв, численность населения должна составить:(в "материалах к публикации)
где n - число поколений, х - число одновременно живущих
поколений, с – число детей в семье. Расчет показывает, что при с =2,46, х
= 3, числе поколений со времен потопа n = 100, численность населения на
начало XXI века составила бы 4,8 млд. человек – что прекрасно
согласуется с реальной численностью населения Земли. Кроме того, за
миллион лет существования человека должно было накопиться гигантское
количество его окаменелых останков, а их - нет. Таким образом, история
человечества в миллионы и сотни тысяч лет не правдоподобна и с точки
зрения численности жителей Земли.
Приведенные выше многочисленные
факты, свидетельствующие в пользу молодого возраста земли, таким
образом, не противоречат Священному Писанию, а находятся в согласии с
ним.
Точный возраст Вселенной.
Наша Вселенная враз помолодела на 600 миллионов лет. Космический
телескоп имени Хаббла позволил уточнить значение одноимённой постоянной,
которая и определяет канонический возраст нашего мира. Фундаментального
пересмотра космологии, впрочем, не потребуется: новые данные лежат в
пределах погрешностей прежних измерений.
Когда говорят, что нашей Вселенной 13,7 миллиардов лет, обычно забывают
указать неточность, с которой определена эта величина. А
неопределённость эта складывается из множества составляющих и в итоге
достигает примерно 6-7%, если принимать стандартную на сегодняшний день
космологическую модель, а то и всех 15%, если «отпустить» параметры. Так
что астрономам на деле следовало бы писать, что нашему миру примерно от
12 до 15 миллиардов лет, и не смешить метрологов выписыванием трёх
значащих цифр для этого плохо измеренного параметра.
Тем не менее, установить некоторый «канонический» возраст удобно. Дело в
том, что эволюцию Вселенной в относительных величинах мы представляем
себе очень неплохо. Например, можно без зазрения совести утверждать, что
гамма-всплеск GRB 090423, являющийся на данный момент самым далёким
видимым объектом во Вселенной, произошёл, когда возраст нашего мира
составлял 4,6% от нынешнего. А вот говорить, что он случился 13,1
миллиарда лет назад - некоторое лукавство. По-хорошему, в таких случаях
всегда надо добавлять «принимая возраст Вселенной равным 13,7 миллиарда
лет», а для полных педантов потребуется дополнение «и стандартную
космологическую модель».
Задача определения абсолютного возраста мира упирается в измерение
современного значения так называемой постоянной Хаббла, H0, определяющей
истинную, метрически выраженную, скорость расширения нашего мира.
Эта величина показывает насколько галактики, которые расположены дальше от нас, быстрее от нас убегают.
Например, если постоянная Хаббла равна 70 км/c на мегапарсек (H0=70
км/c/Мпк), то галактики, которые мы видим на расстоянии в 10 Мпк,
убегают от нас со средней скоростью 700 км/c, а галактики, которые мы
видим на расстоянии в 11 Мпк - со скоростью 770 км/c. Там, где скорость
расширения достигает скорости света, находится «граница» нашего мира, за
которой мы уже ничего не видим, и чем больше значение H0, тем ближе
этот горизонт, и тем моложе наша Вселенная.
Чтобы определить постоянную Хаббла надо, очевидно, измерить скорость
галактик и расстояние до них. С первым проблем нет: смещение линий в
спектрах объектов из-за эффекта Доплера позволяет легко и непринуждённо
вычислить скорость убегания.
А вот определение расстояний в астрономии - большая проблема. Дотянуть
линейку невозможно ни до одного небесного объекта, возможности радарного
и лазерного зондирования ограничиваются пределами Солнечной системы, а
дальше приходится выстраивать целую «лестницу» космических расстояний, в
которой каждая новая ступенька опирается на предыдущую. И если вы
ошибочно измерили расстояние от Земли до Солнца, то эта ошибка будет
присутствовать и в расстояниях до звёзд, и в расстояниях до далёких
галактик, и в возрасте нашего мира.
Учёные из США и Великобритании под руководством Адама Рисса из
американского Университета имени Джона Хопкинса провели самую точную на
сегодняшний день такую оценку. Для этого они воспользовались космическим
телескопом имени Хаббла (того же американского астронома, в честь
которого названа постоянная). Работа учёных (PDF-файл) вскоре будет
опубликована в Astrophysical Journal.
Как оказалось, «канонический» возраст Вселенной надо чуть сократить.
Примерно до 13,1 миллиарда лет: постоянная Хаббла H0=74,2 км/c/Мпк -
чуть больше, чем ранее считалось. И точность определения этой величины
теперь составляет около 5%, даже если не ограничивать себя рамками
стандартной космологической модели.
Ступени к постоянной Хаббла: 1. Определение зависимости блеска от
периода для цефеид в галактике NGC 4258 (24 миллиона световых лет). 2.
Сверхновые типа Ia и цефеиды в шести других галактиках (до 100 миллионов
световых лет). 3. Сверхновые Ia в далёких (до миллиарда световых лет)
галактиках, свет от которых приходит к нам покрасневшим за счёт
космологического эффекта Доплера. // A.Field/STScI/NASA/ESA
«Лестница космических расстояний» Рисса и его коллег состоит из трёх
основных ступенек. На первой ступени находится галактика NGC 4258 (или M
106), расположенная в созвездии Гончих Псов. Вокруг чёрной дыры,
расположенной в её центре, крутится диск вещества, в состав которого
входят молекулы воды. Эти молекулы излучают очень тонкие, так называемые
мазерные линии, по которым можно точно измерить скорость вращения
диска. Несложная геометрия этого движения и точные наблюдения с помощью
радиотелескопов позволили астрономам вычислить расстояние до галактики,
которое составляет 7,2 Мпк (примерно 23 миллиона световых лет).
Это измерение, в свою очередь, позволило очень точно определить истинную
светимость переменных звёзд из класса цефеид. Для этих периодически
пульсирующих звёзд известна чёткая зависимость: чем больше период
колебаний, тем больше истинный блеск. Период колебаний померить
несложно: острое зрение телескопа имени Хаббла позволяет построить
кривые блеска для отдельных звёзд в этой не такой уж близкой галактике. А
по среднему наблюдаемому блеску и точно измеренному расстоянию учёные
восстановили и истинный блеск цефеид, который понадобился для калибровки
следующей ступеньки «лестницы».
На ней оказались 6 галактик на промежуточных расстояниях, в которых ещё
видны отдельные цефеиды и в которых за последние три десятилетия
вспыхивали сверхновые типа Ia. Расстояния до этих галактик определили по
видимому среднему блеску переменных звёзд и их светимости, используя
закон, откалиброванный на предыдущей ступеньке.
При этом ключевым является то обстоятельство, что цефеиды во всех 7 галактиках наблюдались одним и тем же инструментом.
А значит, взаимные расстояния до 6 галактик - и сверхновых в них -
прочно опираются на расстояние до NGC 4258, определённое точным
геометрическим методом.
Из этих измерений и наблюдаемого блеска сверхновых типа Ia Рисс и его
коллеги вывели истинную светимость последних. Эта величина практически
постоянна, так как соответствует взрыву белого карлика, который
«перебрал» вещества со звезды-соседки и взорвался. Предел, за которым
следует взрыв, одинаков для всех звёзд, потому одинакова и светимость.
После этого оставалось лишь сравнить скорости удаления далёких галактик,
в которых сверхновые ещё видны, а цефеиды - уже нет, с наблюдаемым
блеском сверхновых, что, благодаря чётко определённой предыдущей
ступеньке, тут же даёт расстояние. Поделив разницу в скорости на разницу
в расстоянии, учёные получили новое значение постоянной Хаббла H0.
Примечательно, что эта оценка прямая и не зависит от космологической
модели. И следовательно, сравнивая её с теми оценками, которые от модели
зависят, можно протестировать сами модели.
Именно это и сделали учёные на последнем этапе своей работы. Результаты
показывают, что стандартная космологическая модель - так называемая
ΛCDM-модель - пока держит удар. Она предполагает, что наша Вселенная
плоская, наполнена холодной тёмной материей, и содержит загадочную
«космологическую постоянную» Λ, которая последние несколько миллиардов
лет заставляет наш мир расширяться с ускорением.
По данным Рисса и его коллег, Λ - величина действительно постоянная на
протяжении большей части жизни Вселенной. Если быть более точным, то
новые данные показывают, что так называемое уравнение состояния w+1,
показывающее степень переменности Λ, равно нулю с точностью +/-12%. До
сих пор этот параметр был известен почти втрое хуже.
В настоящее время та же команда планирует улучшить точность определения
космологических параметров минимум в 5 раз. И в этом проекте они
рассчитывают на помощь космического телескопа имени Хаббла. В
понедельник с последней ремонтной миссией к 18-летнему космическому
аппарату отправится шаттл Atlantis. Астрономы скрещивают пальцы, чтобы
всё прошло благополучно.