Kas yra pastovios būsenos teorija kosmologijoje?

Victor Habbick Visions / Getty Images

Pastovios būsenos teorija buvo teorija, pasiūlyta XX a kosmologija paaiškinti įrodymus, kad visata plėtėsi, bet vis tiek išlaikyti pagrindinę idėją, kad visata visada atrodo taip pat, todėl praktiškai nekinta ir neturi pradžios ir pabaigos. Ši idėja iš esmės buvo diskredituota dėl astronominių įrodymų, kurie rodo, kad visata laikui bėgant kinta.

Pastovios būsenos teorijos pagrindas ir raida

KadaEinšteinassukūrė savo bendrosios reliatyvumo teorija Ankstyvoji analizė parodė, kad ji sukūrė nestabilią (plečiasi arba traukiasi) visatą, o ne statinę visatą, kuri visada buvo manoma. Einšteinas taip pat laikėsi šios prielaidos apie statinę visatą, todėl į savo bendrojo reliatyvumo lauko lygtis įtraukė terminą, vadinamą kosmologinė konstanta . Tai tarnavo tikslui išlaikyti visatą statinėje būsenoje. Tačiau kai Edvinas Hablas atrado įrodymų, kad tolimos galaktikos iš tikrųjų plečiasi nuo Žemės visomis kryptimis, mokslininkai (įskaitant Einšteiną) suprato, kad visata neatrodo statiška, todėl terminas buvo pašalintas.

Pirmą kartą stacionarios būsenos teoriją 1920-aisiais pasiūlė seras Jamesas Jeansas, tačiau ji iš tikrųjų sulaukė postūmio 1948 m., kai ją iš naujo suformulavo Fredas Hoyle'as , Tomas Auksas ir Hermannas Bondi. Yra abejotina istorija, kad jie sugalvojo šią teoriją pažiūrėję filmą „Nakties mirtis“, kuris baigiasi lygiai taip, kaip ir prasidėjo.

Hoyle'as ypač tapo pagrindiniu teorijos šalininku, ypač priešindamasis Didžiojo sprogimo teorija . Tiesą sakant, britų radijo laidoje Hoyle'as šiek tiek pašaipiai įvedė terminą „didysis sprogimas“, norėdamas paaiškinti priešingą teoriją.

Savo knygoje „Paraleliniai pasauliai“ fizikas Michio Kaku pateikia vieną pagrįstą Hoyle'o atsidavimo pastovios būsenos modeliui ir prieštaravimo didžiojo sprogimo modeliui pagrindimą:

Vienas [didžiojo sprogimo] teorijos trūkumas buvo tas, kad Hablas dėl klaidų matuojant šviesą iš tolimų galaktikų klaidingai apskaičiavo Visatos amžių – 1,8 milijardo metų. Geologai teigė, kad Žemei ir Saulės sistemai tikriausiai buvo daug milijardų metų. Kaip visata gali būti jaunesnė už savo planetas?

Savo knygoje „Begalinė visata: už didžiojo sprogimo“ kosmologai Paul J. Steinhardt ir Neilas Turokas yra šiek tiek mažiau simpatiški Hoyle'o pozicijai ir motyvams:

Ypač Hoyle'ui atrodė, kad Didysis sprogimas buvo pasibjaurėtinas, nes jis buvo labai antireliginis ir manė, kad kosmologinis vaizdas buvo nerimą keliantis artimas Biblijos pasakojimui. Kad išvengtų sprogimo, jis ir jo bendradarbiai norėjo apmąstyti idėją, kad materija ir spinduliuotė buvo nuolat kuriami visoje visatoje taip, kad tankis ir temperatūra išliktų pastovūs, kai visata plečiasi. Šis nusistovėjusios būsenos vaizdas buvo paskutinis nekintančios visatos koncepcijos šalininkų stovis, pradėdamas tris dešimtmečius trukusią kovą su Didžiojo sprogimo modelio šalininkais.

Kaip rodo šios citatos, pagrindinis pastovios būsenos teorijos tikslas buvo paaiškinti visatos plėtimąsi, nereikia pasakyti, kad visata kaip visuma skirtingais laiko momentais atrodo skirtingai. Jei visata bet kuriuo laiko momentu atrodo iš esmės taip pat, nereikia manyti, kad ji yra pradžia ar pabaiga. Tai paprastai žinoma kaip tobulas kosmologinis principas. Pagrindinis būdas, kuriuo Hoyle'as (ir kiti) sugebėjo išlaikyti šį principą, buvo pasiūlyti situaciją, kai visata plečiasi ir buvo sukurtos naujos dalelės. Vėlgi, kaip pristatė Kaku:

Šiame modelyje visatos dalys iš tikrųjų plėtėsi, tačiau iš nieko nuolat buvo kuriama nauja materija, todėl visatos tankis išliko toks pats... Hoyle'ui atrodė nelogiška, kad gali pasirodyti ugningas kataklizmas. niekur nesiųsti galaktikos, besiveržiančios į visas puses; jam labiau patiko sklandus masės kūrimas iš nieko. Kitaip tariant, visata buvo nesenstanti. Tai neturėjo nei pabaigos, nei pradžios. Tiesiog taip buvo.

Paneigti pastovios būsenos teoriją

Įrodymai prieš pastovios būsenos teoriją išaugo, kai buvo aptikta naujų astronominių įrodymų. Pavyzdžiui, tam tikros tolimų galaktikų savybės (pvzkvazaraiir radijo galaktikos) nebuvo matyti artimesnėse galaktikose. Tai prasminga Didžiojo sprogimo teorijoje, kur tolimos galaktikos iš tikrųjų yra „jaunesnės“ galaktikos, o artimesnės galaktikos yra senesnės, tačiau pastovios būsenos teorija neturi realaus būdo paaiškinti šį skirtumą. Tiesą sakant, tai yra būtent toks skirtumas, kurio teorija buvo sukurta siekiant išvengti.

Tačiau paskutinė pastovios būsenos kosmologijos „vinis į karstą“ atsirado atradus kosmologinę mikrobangų foninė spinduliuotė , kuris buvo prognozuojamas kaip Didžiojo sprogimo teorijos dalis, bet neturėjo jokios priežasties egzistuoti pagal pastovios būsenos teoriją.

1972 m. Stevenas Weinbergas pasakė apie įrodymus, prieštaraujančius pastovios būsenos kosmologijai:

Tam tikra prasme nesutarimas yra modelio nuopelnas; Vienintelis tarp visų kosmologijų, pastovios būsenos modelis pateikia tokias aiškias prognozes, kad ją galima paneigti net ir turint ribotus stebėjimo įrodymus.

Kvazi pastovios būsenos teorija

Kai kurie mokslininkai ir toliau tyrinėja pastovios būsenos teoriją beveik pastovios būsenos teorija . Jis nėra plačiai priimtas tarp mokslininkų ir buvo pateikta daug kritikos, kuri nebuvo tinkamai išnagrinėta.

Šaltiniai

– Auksas, Tomai. Visas mokslinės biografijos žodynas, Charles Scribner's Sons, Encyclopedia.com, 2008 m.

Kaku, Michio. Lygiagretūs pasauliai: kelionė per kūrybą, aukštesnius matmenis ir kosmoso ateitį. 1-asis leidimas, Doubleday, 2004 m. gruodžio 28 d.

Keimas, Brandonas. „Fizikas Neilas Turokas: Didysis sprogimas nebuvo pradžia“. Laidinis, 2008 m. vasario 19 d.

„Paul J. Steinhardt“. Prinstono universiteto Fizikos katedra, 2019 m., Prinstonas, Naujasis Džersis.

„Pastovios būsenos teorija“. Naujojo pasaulio enciklopedija, 2015 m. spalio 21 d.

Steinhardt, Paul J. „Begalinė visata: už Didžiojo sprogimo“. Neilas Turokas, penktasis arba vėlesnis leidimas, Doubleday, 2007 m. gegužės 29 d.

Doc. – Fredas Hoilis. Įžymūs mokslininkai, 2019 m.