Kaj je teorija stabilnega stanja v kozmologiji?

Victor Habbick Visions/Getty Images

Teorija stabilnega stanja je bila teorija, predlagana v 20. stoletju kozmologija pojasniti dokaze, da se je vesolje širilo, vendar še vedno ohraniti temeljno idejo, da je vesolje vedno videti enako in je zato v praksi nespremenljivo ter nima začetka in konca. Ta ideja je bila večinoma diskreditirana zaradi astronomskih dokazov, ki kažejo, da se vesolje s časom dejansko spreminja.

Ozadje in razvoj teorije stabilnega stanja

KdajEinsteinustvaril svojo teorija splošne relativnosti , je zgodnja analiza pokazala, da je ustvarilo vesolje, ki je bilo nestabilno (širi se ali krči) in ne statičnega vesolja, ki se je vedno domnevalo. Tudi Einstein je zagovarjal to predpostavko o statičnem vesolju, zato je v svoje enačbe polja splošne relativnosti uvedel izraz, imenovan kozmološka konstanta . To je služilo namenu ohranjanja vesolja v statičnem stanju. Vendar, ko Edwin Hubble odkrili dokaze, da se oddaljene galaksije v resnici širijo od Zemlje v vse smeri, so znanstveniki (vključno z Einsteinom) spoznali, da vesolje ni videti statično, in izraz je bil odstranjen.​

Teorijo stacionarnega stanja je prvi predlagal Sir James Jeans v dvajsetih letih 20. stoletja, vendar je dobila pravi zagon leta 1948, ko jo je preoblikoval Fred Hoyle , Thomas Gold , in Hermann Bondi. Obstaja dvomljiva zgodba, da so na teorijo prišli po ogledu filma 'Dead of Night', ki se konča točno tako, kot se je začel.

Hoyle je postal zlasti velik zagovornik teorije, zlasti v nasprotju z teorija velikega poka . Pravzaprav je Hoyle v britanski radijski oddaji nekoliko porogljivo skoval izraz 'veliki pok', da bi razložil nasprotno teorijo.

V svoji knjigi 'Vzporedni svetovi' je fizik Michio Kaku nudi eno razumno utemeljitev za Hoylovo predanost modelu stabilnega stanja in nasprotovanje modelu velikega poka:

Ena napaka v teoriji [velikega poka] je bila, da je Hubble zaradi napak pri merjenju svetlobe iz oddaljenih galaksij napačno izračunal starost vesolja na 1,8 milijarde let. Geologi so trdili, da sta Zemlja in sončni sistem verjetno stara več milijard let. Kako je lahko vesolje mlajše od svojih planetov?

V svoji knjigi 'Endless Universe: Beyond the Big Bang,' kozmologi Paul J. Steinhardt in Neil Turok so nekoliko manj naklonjeni Hoylovemu stališču in motivacijam:

Zlasti Hoylu se je veliki pok zdel odvraten, ker je bil močno antireligiozen in je mislil, da je kozmološka slika zaskrbljujoče blizu svetopisemskemu poročilu. Da bi se izognili poku, so bili on in njegovi sodelavci pripravljeni razmišljati o ideji, da se snov in sevanje nenehno ustvarjata po vsem vesolju na takšen način, da ohranjata konstantno gostoto in temperaturo, ko se vesolje širi. Ta slika stabilnega stanja je bila zadnja opora za zagovornike koncepta nespremenljivega vesolja, ki je sprožila tri desetletja trajajočo bitko z zagovorniki modela velikega poka.

Kot kažejo ti citati, je bil glavni cilj teorije stabilnega stanja pojasniti širjenje vesolja, ne da bi bilo treba reči, da vesolje kot celota v različnih časovnih obdobjih izgleda drugače. Če je vesolje v danem trenutku videti v bistvu enako, ni treba domnevati začetka ali konca. To je splošno znano kot popolno kozmološko načelo. Glavni način, kako je Hoyle (in drugi) lahko obdržal to načelo, je bil s predlaganjem situacije, medtem ko se vesolje širi in nastajajo novi delci. Ponovno, kot je predstavil Kaku:

V tem modelu so se deli vesolja v resnici širili, vendar je iz nič nenehno nastajala nova materija, tako da je gostota vesolja ostala enaka ... Hoylu se je zdelo nelogično, da se lahko pojavi ognjena kataklizma nikjer poslati galaksij, ki drvijo v vse smeri; raje je imel gladko ustvarjanje mase iz nič. Z drugimi besedami, vesolje je bilo brezčasno. Ni imela ne konca ne začetka. Samo bilo je.

Zanikanje teorije o stabilnem stanju

Dokazi proti teoriji o stabilnem stanju so rasli, ko so bili odkriti novi astronomski dokazi. Na primer, nekatere značilnosti oddaljenih galaksij (kot nprkvazarjiin radijskih galaksij) niso opazili v bližnjih galaksijah. To je smiselno v teoriji velikega poka, kjer oddaljene galaksije dejansko predstavljajo 'mlajše' galaksije, bližje galaksije pa so starejše, vendar teorija stabilnega stanja ne more prav pojasniti te razlike. Pravzaprav je to razlika, ki se ji je bila teorija namenjena izogibanju.

Končni 'žebelj v krsto' kozmologije v stabilnem stanju pa je prišlo z odkritjem kozmološkega mikrovalovno sevanje ozadja , ki je bil napovedan kot del teorije velikega poka, vendar ni imel nobenega razloga za obstoj znotraj teorije stabilnega stanja.

Leta 1972 je Steven Weinberg rekel o dokazih, ki nasprotujejo kozmologiji stabilnega stanja:

V nekem smislu je nestrinjanje zasluga modela; edini med vsemi kozmologijami daje model stabilnega stanja tako dokončne napovedi, da jih je mogoče ovreči celo z omejenimi opazovalnimi dokazi, ki so nam na voljo.

Teorija kvazistacionarnega stanja

Še vedno obstaja nekaj znanstvenikov, ki raziskujejo teorijo stabilnega stanja v obliki teorija kvazistacionarnega stanja . Med znanstveniki ni široko sprejeta in o njej je bilo veliko kritik, ki pa niso bile ustrezno obravnavane.

Viri

'Zlato, Thomas.' Complete Dictionary of Scientific Biography, Charles Scribner's Sons, Encyclopedia.com, 2008.

Kaku, Michio. 'Vzporedni svetovi: Potovanje skozi stvarjenje, višje dimenzije in prihodnost vesolja.' 1. izdaja, Doubleday, 28. december 2004.

Keim, Brandon. 'Fizik Neil Turok: Veliki pok ni bil začetek.' Wired, 19. februar 2008.

'Paul J. Steinhardt.' Oddelek za fiziko, Univerza Princeton, 2019, Princeton, New Jersey.

'Teorija stabilnega stanja.' New World Encyclopedia, 21. oktober 2015.

Steinhardt, Paul J. 'Neskončno vesolje: Onkraj velikega poka.' Neil Turok, peta ali novejša izdaja, Doubleday, 29. maj 2007.

Doc. 'Fred Hoyle.' Znani znanstveniki, 2019.