home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1993 #1 / NN_1993_1.iso / spool / sci / physics / 22524 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1993-01-11  |  17.1 KB

  1. Path: sparky!uunet!cs.utexas.edu!usc!zaphod.mps.ohio-state.edu!caen!destroyer!news.itd.umich.edu!pablo.physics.lsa.umich.edu!metzler
  2. From: metzler@pablo.physics.lsa.umich.edu (Chris Metzler)
  3. Newsgroups: sci.physics
  4. Subject: More of the Big Bang Argument
  5. Date: 11 Jan 1993 21:57:29 GMT
  6. Organization: University of Michigan Department of Physics
  7. Lines: 315
  8. Distribution: world
  9. Message-ID: <1isqg9INN5a2@terminator.rs.itd.umich.edu>
  10. NNTP-Posting-Host: pablo.physics.lsa.umich.edu
  11.  
  12.  
  13. OK, Tom, here's the point-by-point I promised.
  14.  
  15. Tom Van Flandern (metares@well.sf.ca.us) writes:
  16. (and all the quoted portions below are Tom's; the double-quoted passages
  17. are from my earlier message, which Tom is quoting):
  18.  
  19. >     Not at all, Andrew.  Finding marginal but significant fluctuations in
  20. > the microwave background radiation saved the big bang for the moment, but did
  21. > no damage to alternatives.  Especially, it does not bear on Lerner's "proof"
  22. > that the microwave radiation must be coming from relatively local sources,
  23. > and can have nothing to do with a big bang fireball.  The essence of his
  24. > argument is that galaxy luminosity differences between infrared and radio
  25. > wavelengths show intergalactic absorption at such a level that the microwave
  26. > radiation could not penetrate through more than about z = 1 or so, let alone
  27. > the z = 10,000 or so required by the big bang.  [E.J. Lerner, Astrophys. J.
  28. > 361, 63-68 (1990).]
  29.  
  30. First off, I'm sure that it's just a typo, but just in case, let me remind
  31. you that the scale factor is approximately a factor of ten larger at
  32. recombination than you wrote above -- that is, in the hot Big Bang model,
  33. the redshift of recombination is z ~ 1100, not 10,000.
  34.  
  35. Now, regarding intergalactic absorption of the microwave background.
  36. The presence of large amounts of free gas in rich clusters of galaxies
  37. -- larger than the total mass of the galaxies in clusters -- implies
  38. that the gas fell in from without, which in turn implies the existence
  39. of an intergalactic medium.  However, quasar spectra show no Lyman
  40. alpha absorption trough, which would exist if there were an absorbing
  41. intergalactic medium filling the space between us and quasars.  The
  42. standard interpretation of this is that the intergalactic medium
  43. is ionized.  An intergalactic medium that has been ionized since at
  44. least z=5, if not earlier, removes the absorption that Lerner would
  45. appeal to.
  46.  
  47. This does not, of course, resolve the problem that Lerner is trying
  48. to explain -- the difference in luminosities.  But I would argue that
  49. there really isn't such a problem.  I should give this more attention
  50. than I have, but . . .I skimmed the Lerner article you cite above.
  51. For a galaxy with a given radio flux and 60 micron IR flux, one would
  52. expect the flux of each to go down as you go out with distance, of
  53. course.  He essentially claims that as you go out with distance, the
  54. radio flux observed from his sample of galaxies drops faster than
  55. the IR flux does.  Now, that can certainly be interpreted as
  56. intergalactic absorption; it can also be interpreted as the result
  57. of galactic evolution.  The galaxy sample he used ranged from a
  58. distance of 700 kpc to 44.3 Mpc, or redshifts of 2.33 * 10^-4 to 0.0148.
  59. If he wants to show an inconsistency with the Big Bang model, he has to
  60. use the Big Bang model to analyze his data and thus arrive at an
  61. inconsistency.  In the Big Bang model, the time between those two
  62. redshifts corresponds to about two dynamical times (that is,
  63. 2 * 10^8 years).  That's a lot of time for the processes which result
  64. in the 21cm continuum radio emission and the IR 60 micron emission (which
  65. are, after all, different processes) to undergo very significant evolution.
  66. Such evolution would indeed produce a correlation with distance, because a
  67. correlation with distance is a correlation with age.
  68.  
  69. Lerner would like to dispose of this problem by claiming that Dickey
  70. and Salpeter showed a strong correlation between IRAS 60 micron flux
  71. and 21 cm flux of 80:1 (or was it 1:80?  I can't remember.).  But
  72. Dickey and Salpeter got this result by examining only spirals in the
  73. Hercules cluster (A2151, z=0.0371).  In other words, they established
  74. that a group of spirals that are essentially all at the same location
  75. (thus having about the same age, in the Big Bang universe) show a
  76. strong correlation between the amount of radio and IR emission.
  77. To then assume that that correlation should not only exist but have
  78. the same form from then on, and apply that correlation to a sample
  79. of galaxies at various distances/redshifts/ages, is cheating.  And
  80. since his sample doesn't extend out as far as the Hercules cluster
  81. -- in fact, three dynamical times or so have passed between z=0.0371
  82. and 0.0148 -- he cannot claim that the 80:1 correlation should still hold.
  83.  
  84. In short, on first pass, I don't think this paper shows anything.
  85.  
  86. > and metzler@pablo.physics.lsa.umich.edu (Chris Metzler) writes:
  87. >
  88. > > The book, to put it bluntly, is a crock.  Having failed to convince the
  89. > > scientific establishment of the validity of his version of Alfven's
  90. > > model, Lerner has gone to the public to plead his case -- as if scientific
  91. > > fact was something that you vote on, rather than, well, fact.
  92. >
  93. >     Lerner used carefully reasoned arguments against the big bang, in
  94. > contrast to this ad hominem criticism.  Lerner's arguments in favor of Plasma
  95. > Cosmology are, by his own admission, somewhat more speculative.  He could be
  96. > persuaded of another alternative.
  97.  
  98. What Lerner (and, I guess, you) feel are carefully reasoned arguments,
  99. most of the scientific community familiar with the book does not.  And,
  100. from having read the book, it is clear to me that most of Lerner's
  101. arguments against the Big Bang are not scientific but instead sociological
  102. in nature.  That is, Lerner seems to consider his most persuasive
  103. arguments those in which he assails the scientific community and the
  104. manner in which he thinks scientific investigation is done.  This is not
  105. science.  In fact, I would claim it to be "ad hominem criticism."  A
  106. scientific theory is killed by evidence against it, and not by claims
  107. about the psychology that generate or perpetuate the theory, regardless
  108. of whether those claims are true or not.
  109.  
  110. > > Whether or not the hot Big Bang model is right or wrong, it has
  111. > > successfully explained a very wide variety of observations and experiments;
  112. > > no other competing cosmological model has been able to do this.
  113. >
  114. >     All theories "explain" a wide variety of things.  The same is equally
  115. > true of all alternative cosmologies.  This tells us nothing to distinguish
  116. > them.
  117.  
  118. This is not true.
  119.  
  120. As an extreme example of why this is not true, how would you react if I
  121. advanced a theory in which I claimed that the origin of the microwave
  122. background is a cloud of little gremlins orbiting the Earth which create
  123. the CMBR with synchronized waving of magic wands?  You would pay my
  124. theory little attention, and rightfully so.  It is not enough that a
  125. theory offer an explanation for some phenomenon; the explanation should
  126. have its basis in what we believe to be correct scientifically.  We may
  127. be wrong in our beliefs, but rational and well-supported arguments are
  128. rightfully necessary to change those beliefs.
  129.  
  130. The Big Bang model does not carry any new science as baggage; its
  131. fundamental basis is Einstein's Theory of General Relativity.  If you
  132. wish to argue that GR is invalid, that's fine.  Have at it.  I'll
  133. probably try and pass the argument onto someone else at that point,
  134. because I have but a VERY rudimentary understanding of GR.  But the
  135. point is that the hot Big Bang model is well grounded in pre-existing
  136. physics; it does not require assumptions that have no physical
  137. explanation at present (e.g. plasma cosmology's "filaments"), and it
  138. does not require the abandonment of much successful modern physics
  139. (e.g., if I remember correctly, your own Meta model).
  140.  
  141. > > Whether or not the hot Big Bang model is right or wrong, it has
  142. > > successfully PREDICTED (God, I'm capitalizing!  Help me!) a wide variety
  143. > > of observations and experiments (yes, even experiments); no other competing
  144. > > cosmological model has been able to do this.
  145. >
  146. >     The use of capitals was chosen as a crank indicator because it indicates
  147. > emotional involvement.  You are not crankish in any sense, and neither is
  148. > Lerner.  But your use of capitals does suggest to us, your audience, a bit of
  149. > emotional involvement in this issue.  Please recall that all scientists are
  150. > supposed to continually strive to criticize and find fault with all
  151. > scientific theories.  That is how we make progress.  I think Lerner did this
  152. > well in his book.
  153.  
  154. I agree with your statement about criticism; otherwise, I wouldn't be
  155. having this conversation at all.  I simply disagree that Lerner did
  156. this well.  See my comments about arguing sociology vs. arguing
  157. science above.
  158.  
  159. >     In fact, critics such as Lerner have argued that the big bang has yet to
  160. > make a single successful prediction.  For example, Lerner discusses the
  161. > history of the supposed prediction of a microwave background radiation.  The
  162. > various predictions were well off the mark in temperature.  By contrast,
  163. > Eddington in 1926 (in Internal Constitution of the Stars) predicted that all
  164. > interstellar material with time to cool to equilibrium would reach a
  165. > temperature of 3 degrees Kelvin, since that is the radiation temperature of
  166. > starlight.
  167.  
  168. Within the hot Big Bang model, to predict the current temperature of the
  169. microwave background requires knowledge of the redshift of recombination,
  170. or another equivalent parameter.  At the time of the prediction of the
  171. microwave background, no data existed to nail down the temperature.  That's
  172. unimportant.  The fact that the blackbody radiation was predicted
  173. AT ALL is the fairly amazing thing.
  174.  
  175. As for the Eddington quote above, could you be more specific about where
  176. in the book you mean?  I'm not familiar with the book.  At any rate,
  177. surely you know that a sum of black body sources all at the same
  178. temperature, in an expanding world model, would not look like a perfect
  179. thermal black body to us.
  180.  
  181. Finally, to give another example of a successful prediction of the Big
  182. Bang, I offer the existence of three light neutrino species.  Let me
  183. make this clear -- in advance of the experiments of LEP and SLAC, Big
  184. Bang nucleosynthesis theory predicted that three and only three light
  185. neutrino species exist.  If L3 at LEP had published results indicating
  186. that the Z0-invisible width included four neutrino channels, Big Bang
  187. nucleosynthesis would have been in serious trouble, if not dead; and by
  188. extension the Big Bang as well.  That sounds like a prediction that could
  189. be falsified by a simple experiment to me!  But instead, experiment
  190. confirmed this prediction.  In the meantime, I don't know of a single
  191. prediction put forth by alternative cosmologies which can be tested by
  192. a repeatable experiment (I don't mean "astronomical observation" here; I
  193. mean "experiment").
  194.  
  195. >     At present, every one of the big bang's element abundance predictions is
  196. > off the mark by several sigma, and has had to be "restored" with ad hoc
  197. > helper hypotheses.  For example, the beryllium abundance was found to be 1000
  198. > times too high, so cosmic ray spallation was invoked.  None of the original
  199. > predictions stand without such help.
  200.  
  201. Well, I know very little about the theory of Big Bang nucleosynthesis,
  202. and I'm not going to read up to try and discuss this right now because
  203. I promised I'd put this up on Monday.  But Schramm was here two months
  204. ago, and from that talk (and conversations with others around here), it's
  205. my understanding that the predictions of the Big Three -- the hydrogen,
  206. helium, and lithium isotope predictions -- haven't really changed since
  207. the theory's inception.  More on this when I learn more.
  208.  
  209. I might also add that to the best of my knowledge, NO other cosmological
  210. model even takes on the issue of light element abundances.  The plasma
  211. cosmology, for example, makes no effort to explain light element
  212. abundances.  Even a theory which does but a "passible" job of explaining
  213. the data is better than one which offers no explanation at all.
  214.  
  215. > > There is not one single observation -- not one -- that falsifies the hot
  216. > > Big Bang model.
  217. >
  218. >      "Proof" is in the eye of the beholder.
  219.  
  220. Absolutely true -- which is why I didn't use the word "proof."  Scientific
  221. theories are not "proven"; they are supported by evidence.  But even if
  222. scientific theories are not proven, they can be falsified.
  223.  
  224. >  But Tifft's observations of the
  225. > quantization of redshift (recently confirmed by Guthrie and Napier), and the
  226. > time variability of redshifts, are potentially just such a falsification.
  227.  
  228. Actually, I'm not sure we're in that great of a disagreement here.  Let me
  229. say that I think (and, I think, most people think) that the question of
  230. whether this effect is real is very far from settled.  However, if the
  231. effect turns out to be real, it would indicate that the simplest model of
  232. the expanding universe is wrong.  Thus, in turn, either the Big Bang model
  233. is wrong, or there's physics going on (in addition to the Big Bang model)
  234. that we're missing.  But modifying the fundamental model in such a way
  235. would certainly take away a lot of the theoretical appeal for the Big
  236. Bang.  Either way (whether the Big Bang is right or wrong), true
  237. confirmation of this result means new physics; so it's certainly a very
  238. important line of research.
  239.  
  240. >  I
  241. > would add the following list:
  242. >   -  Lerner's observations indicating intergalactic absorption at a level far
  243. >      too high for the big bang;
  244.  
  245. I don't agree.  See my statements above.
  246.  
  247. >   -  The "pencil-beam" surveys that show "great Wall"-like structures at
  248. >      regular intervals out to seven billion lightyears on either side of us
  249. >      [e.g., Science News 137, 287 (1990)];
  250.  
  251. No.
  252.  
  253. I presume you are referring to the paper by Tom Broadhurst,
  254. Richard Ellis, David Koo, and Alex Szalay, "Large-scale distribution
  255. of galaxies at the Galactic poles," Nature v343, 22 Feb 1990.
  256. Of the four authors of the paper in question, the only one that I
  257. haven't discussed this result with is David Koo; and this is my field,
  258. so I do feel like I know a little about it.
  259.  
  260. Anyway, this result says absolutely nothing for OR against the Big
  261. Bang.  You have fallen into the trap I referred to in my previous
  262. message; you confuse the Big Bang model with something else. The
  263. result could have much to say about various competing theories for
  264. the formation of large-scale structure, such as the biased cold dark
  265. matter model.  But it would only make problems for the Big Bang
  266. if the theories of structure formation that it does make problems
  267. for were the only ones permissible in the Big Bang model.  This
  268. is patently false.
  269.  
  270. There is more that I can say about this result in the context of
  271. CDM, but it's not relevant to this conversation.  More if anybody
  272. cares (probably not).
  273.  
  274. >   -  Bulk streaming of local galaxies in one direction out to at least 500
  275. >      million lightyears, and on the opposite side of the sky too [D. Lindley,
  276. >      Nature 356, 657 (1992)].  This would disappear if the microwave
  277. >      radiation were not used as a standard of rest.
  278.  
  279. Please explain why you feel that this observation is a problem for the
  280. Big Bang.  I can't think of a reason.  I have a suspicion that you are
  281. again confusing the Big Bang model in general with specific models of
  282. large-scale structure.
  283.  
  284. > > If you are seriously interested in studying this in more depth, I would
  285. > > suggest reading P.J.E. Peebles, D.N. Schramm, E.L. Turner, and R.G. Kron,
  286. > > "The case for the relativistic hot Big Bang cosmology," Nature v352,
  287. > > pp 769-776.
  288. >
  289. >     See also the point-by-point rebuttal to that paper in:  H.C. Arp and T.
  290. > Van Flandern, "The case against the big bang," Phys.Lett. A 164, 263-273
  291. > (1992).  This was also discussed extensively here on the net last fall -- a
  292. > discussion in which Turner participated.  -|Tom|-
  293.  
  294. I have read both of these articles, as well as the reply (from Arp \etal)
  295. and the reply-reply (from Peebles \etal) (these are both in Nature v357
  296. 28 May 1992 pp 287-288).  I would note that it will be difficult to
  297. impossible to convince scientists that the Big Bang is wrong when
  298. the proponents of alternative cosmologies, such as Halton Arp, seem
  299. to argue in favor of abandoning much of the Standard Model of Particle
  300. Physics.  Physicists have a difficult time abandoning theories that
  301. allow them to correctly predict the results of experiments to many
  302. decimal places.
  303.  
  304.         -- Chris
  305.  
  306. P.S.  If you wish to continue this discussion, I'm sort-of willing
  307. (boy, am I stupid when I have this much work to do).  I agree with your
  308. comments about criticism of scientific theories, and regardless of the
  309. outcome, I think it'd be educational for me.  But I won't be able to
  310. respond on more than about a weekly basis or so, or my advisor is going to
  311. think twice about continuing to pay me.
  312.  
  313. P.P.S.  On that note, how should I refer to you?  I prefer to write
  314. messages like this in a conversational tone.  Some people get grumpy
  315. when I use their first names (too familiar), while others feel
  316. "Mr. or Ms. (last name here)" is too stuffy and annoying.  I go by
  317. Chris.
  318.  
  319. -- 
  320. SNAILMAIL:                                       AT&TMAIL:
  321. Chris Metzler                                    313-764-4607 (office)
  322. Department of Physics, University of Michigan    313-996-9249 (home)
  323. Randall Lab, 500 E. University
  324. Ann Arbor, MI  48109-1120 USA
  325.  
  326. E-MAIL:  metzler@pablo.physics.lsa.umich.edu
  327.