Miten antimateriaa tehdään - ja miksi tämä ei tue Big Bang-teoriaa?

Alkuräjähdysteorian ajatus siitä, että materiaa ja antimateriaa syntyivät tyhjästä pelkän energian avulla, nousee havainnosta, että antimaterian ja materian kohdatessa toisensa vapautuu energiaa ja molemmat materiapartikkelit häviävät. Täten ajatellaan käänteisesti, että kun tyhjässä on sama energia, syntyy siitä molempia materioita. Häviäminen, informaationkin, on kuitenkin helpompaa kuin luominen. 

Antimateriaa sinänsä on ihan oikeasti olemassa. Sitä ei kuitenkaan pidä sotkea pimeään aineeseen (dark matter) tai pimeään energiaan (dark energy). Pimeästä aineesta tai energiasta ei ole suoria havaintoja (linkki). Sen sijaan antimateriaa voidaan sekä suoraan havaita että valmistaa 'keinotekoisesti'.

Esitän nyt väitteen, jota en voi mitenkään todistaa:

Antimateriaa ei voida luoda tyhjästä pelkän energian avulla.

Perustelut: Tähän tarvitaan aina informaatiota avuksi. Tähän asti antimaterian valmistuksessa materia on ollut aina läsnä ja mahdollisesti tästä materiasta uudet hiukkaset jotenkin 'perivät' ominaisuutensa. Ei siis ole kokeellista näyttöä siitä, että energiasta pelkästään voisi tulla materiaa. Ei vaikka kuuluisa kaava E = mc2 helposti esitetään sellaisessa yhteydessä, että energia voisi muuttua materiaksi sellaisenaan. 

Väitteeni mukaan maailma ei olisi voinut syntyä pelkän energian avulla alkuräjähdyksessä - ja mistä se energia sitten olisi tullut? Ja mistä olisi tullut informaatio alkeishiukkasten rakennusohjeiksi? Alkeishiukkaskokeissa syntyy aina samanlaisia, toistensa kanssa yhteensopivia alkeishiukkasia, jotka muodostavat toimivan kokonaisuuden - universumin -  ja ovat elämän perusta. Ei siis synny satunnaisia hiukkasia, joiden massa esimerkiksi vaihtelisi hiukkasyksilöstä toiseen, vaan massa on aina sama kullakin alkeishiukkastyypilla kuten muutkin ominaisuudet. (kts taulukko artikkelin lopussa erilaisista hiukkastyypeistä, joita on hyvin rajallinen määrä.)

Mitä antimateria on?

Mielestäni nimi antimateria on kovin harhaanjohtava, sillä antimateria on materiaa myöskin. Sitä voidaan käsitellä, säilöä ja vaikkapa laskea. Se ei siis ole 'reikä' maailmankaikkeudessa eikä se edusta anti-painovoimaa.

Kaikki tunnettu materia koostuu atomeista. Pienin atomi on vetyatomi. Siinä yksi elektroni kiertää yhtä protonia atomiytimessä. Ydin on normaalisti aina positiivisesti varautunut ja elektroni negatiivisesti varautunut. Antimateriassa asiat ovat päinvastoin. Ydin on negatiivisesti varautunut ja elektroni onkin positiivisesti varautunut eli positroni.

Tällainen vastakkaisesti varautunut vetyatomi voidaan oikeasti valmistaa, mutta sen käsittely on hankalaa.  Kun se kohtaa materian, se yleensä häviää ja samalla hävittää materiasta yhden protonin ja elektronin. Tuloksena on pieni energiapurkaus kuuluisan E = mc2 kaavan mukaan. Tämän takia antimateriaa pitää säilyttää magneettikentän avulla ja pitää tila puhtaana normaaleista atomeista.

Mitään muuta antimateria-atomia ei olla tehty kuin anti-vety  ja anti-helium atomit. Anti-heliumatomejakin vain 18 kappaletta (2011) (https://www.sciencedaily.com/releases/2011/04/110424152441.htm).

Jotta saadaan jokin reaktio aikaan, energian pitää kohdata jokin materia.

Nyt voisi luulla, että tällaisia antimateriavetyjä valmistetaan asettamalla riittävästi energiaa tyhjään tilaan. Siinä on kuitenkin ongelma: tyhjään ei voida kohdistaa energiaa. Kun energia ei kohtaa mitään, sille ei tapahdu mitään. Vapaa energiahan on lopulta sähkömagneettista säteily ja säteily on massatonta eikä itse spontaanisti tuota massallisia hiukkasia.

Antimaterian valmistaminen tapahtuu materian avulla.

Hiukkasiin voidaan sitouttaa liike-energiaa. Pientä hiukkasta kiihdytetään suurella magneettikentällä ja törmäytetään johonkin toiseen hiukkaseen eli materiaan. Mitä tapahtuu tälle liike-energialle törmäyksessä? Siinä tapahtuu monimutkaisia vuorovaikutuksia hiukkasten välillä ja fotonien lisäksi saattaa syntyä uusia materiahiukkasia. Hiukkasia siis syntyi energiasta mc2  kaavan mukaan, mutta ei pelkästä energiasta. Mukana oli jo materiaa.

Hiukkasilla on informaatioksi luokiteltavia ominaisuuksia.

Syntyvät hiukkaset eivät ole mitä tahansa hiukkasia. Ne eivät ole satunnaisia 'uusia' ei-tunnettuja hiukkasia, vaan aina syntyy jotain jo tunnettua ja tiedettyä 'materiaa' koejärjestelystä riippuen. Hiukkasilla on tietyt tarkat ominaisuudet, joista ne tunnetaan. Niillä on ikään kuin rakennepiirustukset, miten ne ovat rakennettu.

Niissä itsessään on siis informaatiota, joista ne voidaan tunnistaa ja joka säätelee, miten ne toimivat toisten hiukkasten kanssa. Kun näin törmäyttämällä luodaan anti-protoni, on sen massa aina täsmälleen sama kuin protonin massa. Sen ominaisuudet, attribuutit, ovat siis tarkoin määritellyt ja aina samat.

Ennen alkuräjähdystä olisi täytynyt olla alkeishiukkasten määritelmät, informaatio, olemassa. Muuten ei olisi voinut tapahtua niin, että kaikki protonit ovat aina täysin samanlaisia. Täysi satunnaisuus pitäisi synnyttää täysin satunnaisia alkeishiukkasia, aina vain uusia ja erilaisia. Samanlaisuus tarvitsee informaatiota ominaisuuksien määräämiseksi.

Avaruuden tyhjiö ei ole tyhjä

Nolla-piste energia on kvanttimekaniikan käsite, jonka mukaan tyhjiössä, joka on nollassa Kelvin asteessa, on edelleen energiaa. Energia voidaan ihan oikeasti käytännössä mitata ja teorian mukaan siinä syntyy ja häviää hiukkasia niin nopeasti, että ne eivät ehdi reagoimaan materian kanssa. On teorioita ja tehtyjä kokeitakin, että riittävän tehokas laser voisi tyhjiöstä synnyttää antimateria- ja materiapartikkeliparin.(https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.79.1626),

Tässäkin on huomattava, että kyseessä ei ole pelkästä energiasta syntyviä partikkeleita, vaan siitä 'kvanttiavaruudesta', joka jo on olemassa kaikkialla. 

Kyseessä ei siis olisi alkuräjähdystä edeltävä tila, jossa ei ole mitään. Tämä nollapiste-energia on täytynyt syntyä maailmankaikkeuden synnyn yhteydessä eikä ole voinut olla olemassa ennen sitä, koska se on merkittävä osa sitä fysiikkaa, miten maailmankaikkeus toimii.

Antimaterian valmistaminen todistaa alkuräjähdystä vastaan

Oletetussa alkuräjähdyksessä tilanne on siis erilainen kuin miten nykyään tehdään antimateriaa. Siten nykyinen antimateria ei todista mitään alkuräjähdyksen puolesta vaan ennemminkin sitä vastaan, koska materiaa ei saada aikaiseksi pelkällä energialla. Energialla ei ole spontaania ominaisuutta jossakin tilanteessa muodostua materiaksi yksikseen.

Informaatio on maailmankaikkeuden perusta. Koko alkuräjähdysteoria on epätoivoinen yritys keksiä maailmankaikkeudelle selitys, jossa ei ole Suurta Suunnittelijaa.

Lisää aiheesta: 

https://fi.wikipedia.org/wiki/Antimateria

http://angelsanddemons.web.cern.ch/antimatter/making-antimatter  

Alkeishiukkasia on nykytiedon mukaan 24. Jokaisella hiukkasella on sen vastahiukkanen, antihiukkanen.