Când vine vorba de originile noastre cosmice, o serie de teorii au fost avansate pe parcursul istoriei. Literal, fiecare cultură care a existat vreodată a avut propria sa tradiție mitologică, care includea în mod natural o poveste de creație. Odată cu nașterea tradiției științifice, oamenii de știință au început să înțeleagă Universul în termeni de legi fizice care puteau fi testate și dovedite.
Odată cu zorii epocii spațiale, oamenii de știință au început testarea teoriilor cosmologice în ceea ce privește fenomenele observabile. Din toate acestea, o serie de teorii au apărut în a doua jumătate a secolului XX care au încercat să explice cum a ajuns să fie toate materia și legile fizice care o guvernează. Dintre acestea, teoria Big Bang rămâne cea mai larg acceptată, în timp ce ipoteza statului constant a fost istoric cel mai mare provocator al acesteia.
Modelul Steady-State afirmă că densitatea materiei din universul în expansiune rămâne neschimbată în timp, din cauza creării continue a materiei. Cu alte cuvinte, Universul observabil rămâne în esență același indiferent de timp sau loc. Acest lucru o pune în contrast puternic cu teoria conform căreia majoritatea materiei a fost creată într-un singur eveniment (Big Bang) și se extinde de atunci.
Originile
În timp ce noțiunea de Univers stabil și neschimbat a fost cuprinsă de-a lungul istoriei, abia în perioada modernă, oamenii de știință au început să interpreteze acest lucru în termeni astrofizici. Primul exemplu clar de argumentare în contextul astronomiei și cosmologiei a fost în Isaac Newton Principiile matematice ale filozofiei naturale (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) publicat în 1687.
În opusul magnum al lui Newton, el a conceput Universul dincolo de Sistemul Solar ca un spațiu gol, care se extindea uniform în toate direcțiile până la distanțe incomensurabile. El a explicat în continuare prin dovezi matematice și observații că toată mișcarea și dinamica acestui sistem au fost explicate prin principiul unic al gravitației universale.
Cu toate acestea, ceea ce avea să fie cunoscut sub denumirea de Ipoteza statului constant nu a apărut până la începutul secolului XX. Acest model cosmologic a fost inspirat de o serie de descoperiri, precum și de descoperiri în domeniul fizicii teoretice. Acestea includeau teoria lui Albert Einstein despre relativitatea generală și observațiile lui Edwin Hubble conform cărora Universul se află într-o stare de expansiune.
Einstein a oficializat această teorie până în 1915 după ce a decis să-și extindă teoria Relativității speciale pentru a încorpora gravitația. În cele din urmă, această teorie afirmă că forța gravitațională a materiei și energiei modifică direct curbura spațiului în jurul acesteia. Sau cum a rezumat-o renumitul fizician teoretic John Wheeler, „spațiul-timp spune materia cum să se miște; materia spune spațiu-timp cum să vă curbați. "
În 1917, calculele teoretice bazate pe ecuațiile de teren ale lui Einstein au arătat că Universul trebuia să fie fie într-o stare de expansiune, fie de contracție. Până în 1929, observațiile făcute de George Lemaitre (care a propus teoria Big Bang) și Edwin Hubble (folosind telescopul Hooker de 100 inci de la Observatorul Mount Wilson) au demonstrat că acesta din urmă a fost cazul.
Pe baza acestor dezvăluiri, a început o dezbatere începând cu anii 1930 despre posibilele origini și adevărata natură a Universului. Pe de o parte, au fost cei care au afirmat că Universul avea o vârstă finită și a evoluat în timp prin răcire, expansiune și formarea de structuri din cauza colapsului gravitațional. Această teorie a fost numită satiric „Big Bang” de Fred Hoyle, iar numele a rămas blocat.
Între timp, majoritatea astronomilor din acea vreme au susținut teoria că, în timp ce Universul observabil se extinde, totuși nu se schimbă în ceea ce privește densitatea materiei. Pe scurt, susținătorii acestei teorii au susținut că Universul nu are nici un început, nici un sfârșit și că materia este creată continuu în timp - cu o viteză de un atom de hidrogen pe metru cub la 100 de miliarde de ani.
Această teorie a extins și Principiul Cosmologic al lui Einstein, de asemenea. Constanta cosmologică (CC), pe care Einstein a propus-o în 1931. Potrivit lui Einstein, această forță era responsabilă de „reținerea gravitației” și de asigurarea că Universul rămâne constant, omogen și izotrop în ceea ce privește structura sa pe scară largă.
Modificând acest principiu și extinzându-l, membrii școlii de gândire Steady State au susținut că crearea continuă a materiei a fost cea care a asigurat că structura Universului a rămas aceeași în timp. Acesta este altfel cunoscut sub numele de principiul cosmologic perfect, care anulează ipoteza constantă.
Teoria statului constant a devenit larg cunoscută până în 1948, cu publicarea a două lucrări: „Un nou model pentru un univers în expansiune” de către astronomul englez Fred Hoyle și „The Steady-State Theory and the Expanding Univers” de către astrofizicistul britanico-austriac. și echipa de cosmologi a lui Hermann Bondi și Thomas Gold.
Argumente și predicții cheie
Argumentele în favoarea ipotezei statului constant includ aparenta problemă de scară a timpului ridicată de rata observată a expansiunii cosmice (de asemenea, constanta Hubble sau legea Hubble-Lemaitre). Pe baza observațiilor lui Hubble despre galaxiile din apropiere, el a calculat că Universul se extinde la o viteză care crește sistematic cu distanța.
Aceasta a dat naștere ideii că Universul a început să se extindă dintr-un volum de spațiu mult mai mic. În absența accelerării / decelerării - 500 km / s pe Megaparsec (310 mps pe Mpc) - Constanta Hubble a însemnat că toată materia se extinde de aproximativ 2 miliarde de ani - ceea ce ar fi și vârsta superioară a Universului.
Această constatare a fost contrazisă de datarea radioactivă, unde oamenii de știință au măsurat rata de descompunere a depozitelor de Uraniu-238 și Plutoniu-205 în probe de rocă. Folosind această metodă, cele mai vechi eșantioane de rocă (care aveau origine lunară), au fost estimate la 4,6 miliarde de ani. O altă incongruență a apărut ca urmare a teoriei evoluției stelare.
Pe scurt, viteza cu care hidrogenul este fuzionat în interiorul stelelor (pentru a crea heliu) produce o estimare de vârstă superioară de 10 miliarde de ani pentru grupurile globulare - cele mai vechi stele din galaxie. Ba mai mult, nicio evoluție la distanțe mari nu s-ar fi putut produce în acest model - ceea ce ar însemna că sursele de radio - de asemenea. quasars sau nuclee galactici activi (AGNs) - ar fi uniforme în tot Universul.
De asemenea, ar însemna că Constanta Hubble (calculată la începutul secolului XX) va rămâne constantă. Modelul Steady-State a prezis, de asemenea, că crearea constantă de antimaterie și neutroni va avea ca rezultat anihilări regulate și descompunere de neutroni, ducând astfel la existența unui fundal cu raze gamma și a gazelor cu emisii de raze X fierbinți în întregul Univers.
Big Bang pentru câștig
Cu toate acestea, observațiile în curs din anii '50 și '60 au dus constant la acumularea de dovezi împotriva ipotezei statului constant. Acestea includeau descoperirea unor surse radio strălucitoare (de asemenea, quasari și galaxii radio) care au fost descoperite în galaxii îndepărtate, dar nu în cele mai apropiate de noi - ceea ce indică faptul că multe galaxii au devenit „radio-liniștite” în timp.
Până în 1961, sondajele surselor radio au permis efectuarea unor analize statistice, care au exclus posibilitatea ca galaxiile radio luminoase să fie distribuite uniform. Un alt argument major împotriva ipotezei Steady State a fost descoperirea Cosmic Microwave Background (CMB) în 1964, pe care modelul Big Bang a prezis-o.
Combinat cu absența unui fundal cu raze gamma și nori omniprezente de gaze emițătoare de raze X, modelul Big Bang a devenit acceptat pe scară largă în anii '60. Până în anii 90, observații cu Telescopul spațial Hubble și alte observatorii au descoperit, de asemenea, că expansiunea cosmică nu a fost consecventă în timp. De-a lungul ultimelor trei miliarde de ani, aceasta a fost accelerată.
Aceasta a dus la mai multe rafinări ale constantei Hubble. Pe baza datelor culese de sonda Wilkinson Microwave Anisotropy (WMAP), rata de expansiune cosmică este estimată în prezent între 70 și 73,8 km / s pe Mpc (43,5 până la 46 mps pe Mpc) cu o marjă de eroare de 3%. Aceste valori sunt mult mai consistente cu observațiile care plasează vârsta Universului în jur de 13,8 miliarde de ani.
Variante moderne
Începând cu 1993, Fred Hoyle și astrofizicienii Geoffrey Burbidge și Jayant V. Narlikar au început să publice o serie de studii în care au propus o nouă versiune a Ipotezei statului constant. Cunoscută sub numele de ipoteza Quasi-Steady-State (QSS), această variație a încercat să explice fenomene cosmologice de care vechea teorie nu ținea cont.
Acest model sugerează că Universul este rezultatul creșterii creării (de exemplu mini-breton) care se întâmplă de-a lungul multor miliarde de ani. Acest model a fost modificat ca răspuns la date care arătau modul în care rata de expansiune a Universului este accelerată. În ciuda acestor modificări, comunitatea astronomică consideră în continuare Big Bang-ul drept cel mai bun model pentru explicarea tuturor fenomenelor observabile.
Astăzi, acest model este cunoscut sub numele de modelul Lambda-Cold Dark Matter (LCDM), care încorporează teoriile actuale despre materia întunecată și energia întunecată cu teoria Big Bang. În ciuda acestui fapt, unele ipoteze și cosmologi sunt încă susținute de ipoteza statului constant (și variantele acesteia). Și nu este singura alternativă la Cosmologia Big Bang ...
Am scris multe articole despre cosmologie aici la Space Magazine. Iată Care este Universul, Teoria Big Bang-ului: Evoluția Universului nostru, Ce este Teoria Universului Oscilant ?, Ce este The Big Rip?, Care este teoria multiversului ?, Ce este teoria superstrației ?, care este fundalul microundelor cosmice? , The Big Crunch: Sfârșitul Universului nostru ?, Ce este Marea Înghețare ?, și Cosmologia 101: Sfârșitul.
Astronomie Citește și câteva episoade interesante pe această temă. Iată Episodul 5: The Big Bang and Cosmic Microwave Background, Episode 6: More Evidence for the Big Bang, Episodul 79: Cât de mare este Universul ?, Episodul 187: Istoria astronomiei, partea 5: secolul XX și episodul 499: Care este propunerea de lege Hubble-Lemaitre ?.
surse:
- Wikipedia - Principiul cosmologic
- Wikipedia - Ipoteză în stare constantă
- Idei de Cosmologie - Big Bang sau Steady State?
- Enciclopedia Britannica - Teoria statului constant
- UBC Astronomie și Astrofizică - Probleme fundamentale în cosmologie
- „Un nou model pentru universul în expansiune”, Hoyle, F. MNRAS, vol. 108, nr. 372 (1948)
- „Modele cosmologice de stat aproape echilibrat și conexe: o revizuire istorică”, Kragh. H. (2012)
- „Teoria statului constant a universului în expansiune”, MNRAS, vol. 108, pag. 252 (1948)
- „Teoria stării de echilibru a lui Einstein: un model abandonat al cosmosului”, European Physical Journal H, vol. 39, pag. 353-367 (2014)
- „Un model cosmologic de stare de echilibru cu starea de echilibru cu crearea materiei”, Hoyle, F.; Burbidge, G.; Narlikar, J. V., Jurnalul astrofizic v. 410, p. 437 (1993)
