Care este teoria statului constant în cosmologie?

Teoria statului constant a fost o teorie propusă în cosmologia secolului XX pentru a explica dovezi că universul se extinde, dar păstrează ideea de bază că universul arată întotdeauna la fel și, prin urmare, este neschimbat în practică și nu are început și nici un sfârșit. Această idee a fost în mare măsură discreditată datorită dovezilor astronomice care sugerează că universul se schimbă de-a lungul timpului.

Teoria statului constant și dezvoltarea

Când Einstein și-a creat teoria relativității generale, analiza timpurie a arătat că a creat un univers care era instabil (se extinde sau se contractă) și nu universul static care fusese întotdeauna asumat. De asemenea, Einstein a susținut această presupunere despre un univers static, așa că a introdus un termen în ecuațiile sale generale ale relativității de câmp numite constantă cosmologică. Acest lucru a servit scopul de a menține universul într-o stare statică. Cu toate acestea, când Edwin Hubble a descoperit dovezi că galaxiile îndepărtate s-au extins, de fapt, departe de Pământ în toate direcțiile, oamenii de știință (inclusiv Einstein) și-au dat seama că universul nu părea să fie static și termenul a fost eliminat..

Teoria statului de echilibru a fost propusă pentru prima dată de Sir James Jeans în anii 1920, dar a primit cu adevărat un impuls în 1948, când a fost reformulată de Fred Hoyle, Thomas Gold și Hermann Bondi. Există o poveste dubioasă că au venit cu teoria după ce au vizionat filmul „Dead of Night”, care se încheie exact așa cum a început.

Hoyle a devenit în special un promotor major al teoriei, mai ales în opoziție cu teoria big bang-ului. De fapt, într-o emisiune radio britanică, Hoyle a inventat termenul „big bang” oarecum deriziv pentru a explica teoria opusă.

În cartea sa „Lumile paralele”, fizicianul Michio Kaku oferă o justificare rezonabilă pentru dedicarea lui Hoyle față de modelul în stare de echilibru și opoziția față de modelul big bang:

Un defect al teoriei [big bang] a fost că Hubble, din cauza erorilor de măsurare a luminii din galaxiile îndepărtate, a calculat greșit vârsta universului de 1,8 miliarde de ani. Geologii au susținut că Pământul și sistemul solar aveau probabil mulți miliarde de ani. Cum ar putea universul să fie mai tânăr decât planetele sale?

În cartea lor „Universul fără sfârșit: dincolo de Big Bang”, cosmologii Paul J. Steinhardt și Neil Turok sunt puțin mai simpatici cu poziția și motivațiile lui Hoyle:

Hoyle, în special, a găsit scârbă de big bang pentru că era vehement antireligioasă și credea că tabloul cosmologic se apropie tulburător de relatarea biblică. Pentru a evita bretonul, el și colaboratorii săi erau dispuși să contemple ideea că materia și radiațiile au fost create în mod continuu în întregul univers, astfel încât să mențină densitatea și temperatura constantă pe măsură ce universul se extinde. Această imagine în stare constantă a fost ultima poziție pentru susținătorii conceptului de univers neschimbător, care a pornit o luptă de trei decenii cu susținătorii modelului big bang.

După cum indică aceste citate, obiectivul principal al teoriei statului de echilibru a fost să explice extinderea universului fără a fi necesar să spun că universul în ansamblu arată diferit în diferite momente în timp. Dacă universul la un moment dat în timp arată practic același lucru, nu este necesar să presupunem un început sau un sfârșit. Acesta este în general cunoscut sub numele de principiul cosmologic perfect. Modul principal prin care Hoyle (și alții) a fost capabil să păstreze acest principiu a fost prin propunerea unei situații, în timp ce universul s-a extins, s-au creat noi particule. Din nou, așa cum a fost prezentat de Kaku:

În acest model, porțiuni ale universului se extindeau de fapt, dar materia nouă era creată constant din nimic, astfel încât densitatea universului a rămas aceeași ... Pentru Hoyle, părea ilogic ca un cataclism înfocat să poată apărea de nicăieri să trimiteți galaxii care se zbat în toate direcțiile; a preferat crearea lină a masei din nimic. Cu alte cuvinte, universul a fost atemporal. Nu a avut nici un sfârșit, nici un început. Doar a fost.

Discutând teoria statului constant

Dovezile împotriva teoriei statului constant au crescut pe măsură ce au fost detectate noi dovezi astronomice. De exemplu, anumite caracteristici ale galaxiilor îndepărtate (cum ar fi cvasarii și galaxiile radio) nu au fost văzute în galaxiile mai apropiate. Acest lucru are sens în teoria big bang-ului, unde galaxiile îndepărtate reprezintă de fapt galaxii „mai tinere” și galaxiile mai apropiate sunt mai vechi, dar teoria stării de echilibru nu are nicio modalitate reală de a ține cont de această diferență. De fapt, este exact genul de diferență pe care teoria a fost concepută să-l evite.

Totuși, „unghia în sicriul” cosmologiei în stare de echilibru a provenit de la descoperirea radiației de fundal a microundelor cosmologice, care fusese prezisă ca parte a teoriei big bang-ului, dar care nu avea absolut niciun motiv să existe în starea de echilibru. teorie.

În 1972, Steven Weinberg a spus despre dovezile care se opun cosmologiei în stare constantă:

Într-un anumit sens, dezacordul este un credit pentru model; singur printre toate cosmologiile, modelul de stare constantă face astfel de predicții clare încât poate fi respins chiar și cu dovezi observaționale limitate la dispoziția noastră.

Teoria statului cvasi-constant

În continuare există unii oameni de știință care explorează teoria stării de echilibru sub formă de teoria cvasi-stabilă a stării. Nu este larg acceptat în rândul oamenilor de știință și au fost aduse numeroase critici care nu au fost abordate în mod adecvat.