Donkermaterie: ’n Knoeifaktor
Sondag, 29 September 2013 11:00
In Om God te geniet ... op grond van die oorsprong van die heelal skryf prof Harm Moraal (Skool vir Fisies-Chemiese Wetenskappe, Noordwes-Universiteit) die volgende oor die oerknal:
“Die eenvoud van die oerknalmodel is so oortuigend dat daar geen wetenskaplike gelyke daarvoor is nie. Sy elegansie blyk eers duidelik as jy dit in terme van die wette van die fisika ontleed.”
Later in sy artikel erken hy self die volgende: “Maar die mooi samehangende wêreldbeeldmodel is nie volmaak of finaal nie. Galaksies (sterrestelsels) roteer vinniger as wat hulle behoort. Die verklaring daarvoor is dat daar, behalwe sigbare materie in sterre, ook donker (onwaarneembare) materie moet wees wat sterker aantrekking, en daarom vinniger rotasie veroorsaak. Die heelal sit vinniger uit as wat hy behoort te doen. Ons skryf dit toe aan donker (onwaarneembare) energie.”
Hierdie is groter probleme vir die oerknal as wat hy wil voorgee. Kom ons kyk na donkermaterie as probleem vir die oerknal:
Mercurius en donkermaterie
Mercurius, die planeet naaste aan die son, het ’n effens elliptiese baan om die son en is uitmiddelpuntig (kyk prentjie aan die linkerkant wat nie op skaal is nie): wanneer Mercurius die naaste aan die son is (die perihelion), dan is dit 46 miljoen km van die son. Wanneer dit die verste van die son is (die aphelion), dan is dit 69.82 miljoen km van die son (die gemiddelde afstand van die son is 57 910 000 km).
Mercurius se perihelion (punt naaste aan die son) is nie met elke omwenteling op dieselfde plek nie. In die 1850’s is bepaal dat Mercurius se perihelion elke dekade (10 jaar) aanskuif (’n mens noem dit presessie). Die grootste gedeelte van hierdie aanskuifing is in die 1850’s verklaar deur die invloed van die gravitasie van ander planete. Daar was egter 43 boogsekondes (9590 km ~ 0.75 aardediameters) wat nie verklaar kon word met Newton se wette nie. Dus het die wiskunde nie geklop met wat waargeneem is nie. Op daardie stadium was die beste manier om die wiskunde te laat klop gewees om te aanvaar dat daar meer massa is as wat waargeneem kan word. ’n Hipotese het ontstaan dat daar agter Mercurius, ’n ander planeet Vulcan (Spock van Star Trek kom van daar) geskuil het, wat hierdie materie verskaf het. Hierdie fiktiewe materie is donkermaterie genoem. Let daarop dat donkermaterie ’n knoeifaktor (in engels ’n “fudge factor”) is: dit is ‘n faktor wat bygevoeg word bo die normale wetenskap sodat die wiskunde kan klop met wat waargeneem word.
In 1915 het Einstein egter hierdie probleem opgelos met sy algemene relatiwiteitsteorie. Sy nuwe berekening, wat relatiwiteit gebruik het, het ooreengestem met wat waargeneem is. Dus het die fiktiewe planeet Vulcan oorbodig geraak om die wiskunde te laat klop.
Roterende sterrestelsels en donkermaterie
Die formule wat die baan van ’n planeet om sy ster beskryf volgens Newton se wette, is M = v2r/G, waar: M = massa van die ster (son), v = snelheid van planeet om ster, r = afstand tussen die planeet en ster se middelpunte, G = Universele gravitasiekonstante (6.67e-11 Nm2/kg2). Dus is r a 1/v2. Vera Ruben het egter iets anders waargeneem by roterende sterrestelsels: sy het gesien dat sterrestelsels te vinnig draai om in ewewig te wees. Dus, volgens hierdie formule moet liggame in roterende sterrestelsels wegbeweeg van die middel. Die grafiek aan die regter kant stel dit grafies voor: “A” is wat verwag is volgens die formule r a 1/v2, maar “B” is wat waargeneem word by roterende sterrestelsels.
Gestel M is die massa materie bereken volgens die formule M = v2r/G, en L is die geskatte massa van die hemelliggame verkry van die lighelderheid, dan moet die verhouding M/L (massa-helderheid, of in engels “mass-to-luminosity ratio”) gelyk aan een wees. Dit is egter nie die geval nie – hierdie verhouding wissel van 2 tot 600. Die volgende tabel demonstreer duidelik dat daar nie een tegniek is wat L op ’n ander manier bereken sodat die verhouding M/L naby aan 1 is nie.
Tegnieke Radius van sterrestelsel (ligjare) M/L
Sigbare rotasiekurwes van spiraal sterrestelsels 30 duisend 2-5
Radio rotasiekurwes van spiraal sterrestelsels 30 duisend 5-10
Halos benodig om spiraal modelle te stabiliseer 30 duisend 4-12
Elliptiese sterrestelsels vanaf interne snelheidverstrooiing 30 duisend 5-12
Melkweg vanaf satelliet dwergsterrestelsels 30 duisend 40-70
Lokale sterrestelsel groep 30 duisend 40-80
Binêre spiraal sterrestelsels 1.5 miljoen 40-80
Klein sterrestelsel groepe van snelheidverstrooiing 1.5 miljoen 40-90
Groot groep van sterrestelsels 2-6 miljoen 400-600
Dus, net soos vroeër met Mercurius, klop die somme nie met wat waargeneem word nie. Die verskil is dat Einstein se relatiwiteitsteorie nie hierdie keer die probleem oplos nie. Om hierdie probleem vandag op te los, word presies dieselfde truuk uitgevoer as in die 1850’s met Mercurius – wetenskaplikes aanvaar dat daar massa is wat nie waargeneem (kan) word nie. Dus word donkermaterie weer ingespan. Hoe groter die M/L-verhouding is, hoe meer donkermaterie is daar. Dit is baie belangrik om te verstaan dat donkermaterie ‘n fiktiewe idee is. Dit is nog nooit waargeneem nie en niemand weet of dit enigsins bestaan nie, maar dit is die enigste manier om die wiskunde te laat klop met wat waargeneem word. Donkermaterie is dus ’n knoeifaktor. Die omvang van die gebruikmaking van donkermaterie word duidelik geïllustreer deur die feit dat die sigbare materie volgens kosmoloë ’n skamele 4% van die heelal uitmaak, 21% is donkermaterie en die res (75%) is donkerenergie (kyk Dark Energy).
Uit wat geleer is uit Mercurius in die 1850’s is dit duidelik dat donkermaterie nie ’n goeie manier is om te probeer verklaar wat waargeneem word nie. Die antwoord lê heel waarskynlik eerder in ’n ander wiskundige model.
Skeppingsleermodelle het nie donkermaterie nodig nie
Die skeppingsleermodel van Russell Humphreys en John Hartnett het nie donkermaterie nodig nie (vir meer oor hierdie teorie, kyk Ver-sterlig-jong-aarde-probleem). Die sekulêre wetenskapswêreld wil egter nie hierdie skeppingsmodel aanvaar nie. Die probleem is nie omdat die skeppingsmodel swak wiskunde bevat nie (kyk Russell Humphrey verdedig sy kosmologiese model). Die skeppingsmodel gebruik dieselfde wiskunde as die oerknalteorie, maar gebruik slegs ’n ander aanname: Waar die oerknal aanneem dat die heelal oneindig is met geen middelpunt nie, aanvaar die skeppingsmodel dat die materiële werklikheid ’n middelpunt en einde het. Nie een van hierdie aannames kan bewys word nie, maar beide is geldige aannames (kyk wat sê George Francis Rayner Ellis in Ons is in die middel!). Soos in Ons is in die middel! gewys word, is sekulêre wetenskaplikes gekant teen die idee dat die heelal ’n middelpunt het, omdat dit heel waarskynlik impliseer dat die aarde in die middel van die heelal is en dit is onuithoudbaar. Hubble het bv gesê: “So 'n toestand [dat sterrestelsels in konsentriese sirkels om die aarde voorkom] sou impliseer dat ons 'n unieke posisie in die heelal beklee, in ooreenstemming, in 'n sekere sin, met die ou opvatting van 'n sentrale Aarde... [voor Kopernikus met die teorie gekom het dat die aarde om die son draai en nie anders om nie] Die hipotese kan nie weerlê word nie, maar dit is onwelkom en sal slegs aanvaar word as 'n laaste uitkoms ten einde die verskynsels te red. Daarom, ons ignoreer hierdie moontlikheid en oorweeg die alternatief ... Maar die onwelkome veronderstelling van 'n gunsteling plek moet ten alle koste vermy word... So 'n gunsteling posisie, natuurlik, is ondraaglik ...”
In die 1850’s kon die wiskundige modelle van daardie tyd nie ten volle verklaar hoekom Mercurius se perihelion aanskuif nie. Wetenskaplikes het donkermaterie as knoeifaktor gebruik en aanvaar dat daar materie is wat ons nie kan sien nie wat dit veroorsaak. Hulle het geglo dat daar ’n planeet, Vulcan, agter Mercurius skuil. In 1915 het Einstein egter die probleem opgelos met sy relatiwiteitsteorie en het dit oorbodig geraak om te glo dat planeet Vulcan bestaan.
Vandag word waargeneem dat spiraalsterrestelsels vinniger draai as wat die teorie voorspel. Weer word van donkermaterie gebruik gemaak om dit te verklaar. Hiervolgens bestaan die heelal uit ongeveer 4% waarneembare materie, 21% donkermaterie en 75% donkerenergie.
Skeppingsleermodelle, wat aanvaar dat die heelal ’n middelpunt het (anders as die oerknalteorie), het nie donkermaterie nodig nie. Sekulêre wetenskaplikes hou egter nie van die aanname dat die heelal ’n middelpunt het nie, en wend hulle daarom eerder tot donkermaterie.
Dit is dus baie duidelik dat die eenvoud van die oerknalmodel nie so oortuigend is dat daar geen wetenskaplike gelyke daarvoor is nie, soos prof Harm Moraal beweer.
Dark matter (conservapedia.com)
Starlight, Time and the New Physics, John Hartnett, bl 34-54
Perihelion precession of Mercury (Wikipedia)
Perihelion advance of Mercury (Donald G Burkhard)
Einstein’s Theory of Gravitation: An Introduction to the General Theory of Relativity
The Dark Matter Mystery: Stars Are Moving Too Fast (youtube)
Rotation Curve of Galaxy (http://abyss.uoregon.edu/)
Galaxy rotation problem (Wikipedia)
 In die algemeen is presessie ’n stadige en onafgebroke verandering in die oriëntasie van ’n hemelliggaam se rotasie-as wat deur swaartekrag veroorsaak word. Dit verwys veral na die geleidelike verskuiwing in die oriëntasie van die Aarde se rotasie-as, wat soos dié van ’n slingerende tol verskuif en ’n kringloop in sowat 26 000 jaar voltooi (kyk Aksiale presessie (Wiki)).
 In Engels is ’n boogsekonde ’n “arc second”.
1 boogsekonde = 1/60 van ’n boogminuut = 1/3600 booggraad = 1/1296000 omtrek (360 grade)
of Een omtrek = 360 grade = 21600 boogminute = 1296000 boogsekondes.
Dus is dit ’n baie, baie klein hoek. Die afstand is egter baie groter: as die perihelion van Mercurius na die son 46 000 000 km is, dan is 43 boogsekondes gelyk aan 2 x pi x 46 000 000 x (43/1296000) = 9 590 km wat gelykstaande aan 9590/12756 = 0.75 keer die aarde se diameter is. Dus is dit ’n groterige afstand.
 M = v2R/G is soos volg afgelei: F = maa, FG = GmaMs/r2 en a = v2/r. Daaruit volg dat GmaMs/r2 = mav2/r --> Ms = v2r/G, waar: Ms = massa van die ster (son), v = snelheid van die planeet om ster, r = afstand tussen die planeet en ster se middelpunte, G = Universele gravitasiekonstante (6.67e-11 Nm2/kg2).
Dus, om die massa van die son (M) uit te werk, kan soos volg te werk gegaan word:
Afstand van son na aarde = 1.496e+11 m
Omtrek van aarde se wentelbaan om die son = 2 x pi x 1.496e+11 = 9.4e+11 m
Spoed van die aarde om die son = afstand/tyd = (2 x pi x 1.496e+11)/(365.25x24*60*60) = 29786 m/s
Dus, M = (29786)2 x 1.496e+11/6.67e-11 = 1.99e+30 kg
 Kyk Mass-to-light ratio en Luminosity.
 Hoe wetenskaplikes dit regkry sodat geen planeet 'n spesiale plek in die heelal het nie, is om die heelal voor te stel soos 'n ballon wat opgeblaas word (onderste prentjie "4D Universe"): Die rubber van die ballon is die driedimensionele heelal wat ons vandag sien. Die lug binne en buite die ballon is 'n vierde dimensie. Dit is amper onmoontlik om 'n 4-dimensionele heelal in te dink. In so 'n model het die heelal nie 'n middelpunt nie, net soos 'n sirkel nie 'n beginpunt of eindpunt het nie. Hierdie aanname het egter donkermaterie nodig. Die meerderheid mense (selfs baie kosmoloë) is onder die indruk dat die oerknal soos die boonste prentjie voorgestel word.
Carl Werner, outeur van Evolution: The Grand Experiment, skryf in Volume 2 dat hy altyd geglo het in die Bybelse weergawe van die skepping. In een van sy eerste klasse tydens sy mediese studies het hy egter geleer van Haeckel (1834-1919) se embrios (hy het dit as feit geleer, alhoewel dit ’n misleiding is wat al in Haeckel se tyd ontbloot is) en dit het hom dadelik oortuig van evolusie. Later tydens sy studies het ’n klasmaat wat nie in evolusie geglo het nie, hom egter uitgedaag om evolusie te bewys. Op bl 9 van volume 2 sê hy: “Vir my was daar baie op die spel. As ek evolusie kon bevestig, kon ek eens en vir altyd, die laaste oorblyfsels van my godsdienstige geloof sonder skuld of voorbehoud laat vaar. Aan die ander kant, as die getuienis nie evolusie kon ondersteun nie, dan sou ek baie selfondersoek moes doen ten opsigte van my geloofsoortuigings. Vir my wat 'n linkerbrein persoon is, was dit óf swart óf wit. Ek het nodig gehad om die antwoord te weet - meganistiese evolusie of metafisiese skepping.” (“For me the stakes were high. If evolution was verified, I could, once and for all, abandon the last vestiges of my religious faith without guilt or reservation. On the other hand, if evolution was not supported by the evidence, then I had a lot of soul-searching to do regarding my beliefs. For me, a left-brained person, it was either black or white. I needed to know the answer - mechanistic evolution or metaphysical creation.”) Kyk ook Lewende fossiele.