TEORIA STANU USTALONEGO: HISTORIA, WYJAŚNIENIE, TERAŹNIEJSZOŚĆ - ARTE - 2025

Teoria stanu stacjonarnego to model kosmologiczny, w którym wszechświat zawsze wygląda tak samo, bez względu na to, gdzie obserwuje się ani kiedy. Oznacza to, że nawet w najbardziej odległych miejscach wszechświata znajdują się planety, gwiazdy, galaktyki i mgławice zbudowane z tych samych pierwiastków, które znamy iw takich samych proporcjach, chociaż faktem jest, że wszechświat się rozszerza.

Z tego powodu szacuje się, że gęstość Wszechświata spada o zaledwie jedną masę protonu na kilometr sześcienny rocznie. Aby to zrekompensować, teoria stanu ustalonego postuluje istnienie ciągłej produkcji materii.

Rysunek 1: Zdjęcie ekstremalnie głębokiego pola wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a w odległości 13,2 miliarda lat świetlnych. (Źródło: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee i P. Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Leiden University; and the HUDF09 Team)

Potwierdza również, że wszechświat istniał zawsze i będzie istniał wiecznie, chociaż, jak powiedziano wcześniej, nie zaprzecza jego ekspansji ani wynikającej z niej separacji galaktyk, faktom w pełni potwierdzonym przez naukę.

Historia

Teoria stanu ustalonego została zaproponowana w 1946 roku przez astronoma Freda Hoyle'a, matematyka i kosmologa Hermanna Bondiego oraz astrofizyka Thomasa Golda, na podstawie pomysłu zainspirowanego horrorem Martwa noc z 1945 roku.

Wcześniej Albert Einstein sformułował kosmologiczną zasadę, która głosi, że wszechświat musi być „niezmienny w przypadku translacji czasoprzestrzennych i rotacji”. Innymi słowy: musi być jednorodny i pozbawiony preferencyjnego kierunku.

W 1948 roku Bondi i Gold dodali tę zasadę jako część swojej teorii stanu ustalonego Wszechświata, stwierdzając, że gęstość Wszechświata pozostaje jednolita pomimo jego ciągłej i wiecznej ekspansji.

Wyjaśnienie

Model stacjonarny zapewnia, że ​​wszechświat będzie się rozszerzał w nieskończoność, ponieważ zawsze będą istniały źródła materii i energii, które utrzymują go w takim stanie, w jakim znamy go dzisiaj.

W ten sposób nieustannie tworzone są nowe atomy wodoru, które tworzą mgławice, z których ostatecznie powstają nowe gwiazdy i galaktyki. Wszystko w tym samym tempie, z jakim stare galaktyki oddalają się, aż staną się nieobserwowalne, a nowe galaktyki są całkowicie nie do odróżnienia od najstarszych.

Skąd wiesz, że wszechświat się rozszerza? Badanie światła gwiazd, które składają się głównie z wodoru, który emituje charakterystyczne linie emisji elektromagnetycznej przypominające odciski palców. Ten wzór nazywany jest widmem i można go zobaczyć na poniższym rysunku:

Rysunek 2. Widmo emisji wodoru. Czerwona linia odpowiada długości fali 656 nm.

Galaktyki składają się z gwiazd, których widma są takie same, jak te emitowane przez atomy w naszych laboratoriach, z wyjątkiem niewielkiej różnicy: są one przesunięte w kierunku wyższych długości fal, to znaczy w kierunku czerwieni z powodu efektu Dopplera, który jest jednoznacznym znakiem odosobnienie.

Większość galaktyk ma to przesunięcie ku czerwieni w swoich widmach. Tylko kilka w pobliskiej „lokalnej grupie galaktyk” wykazuje przesunięcie ku niebieskiemu.

Jedną z nich jest galaktyka Andromedy, która się zbliża iz którą prawdopodobnie w ciągu wielu eonów połączy się Droga Mleczna, nasza własna galaktyka.

Oddalające się galaktyki i prawo Hubble'a

Charakterystyczną linią widma wodoru jest ta o długości 656 nanometrów (nm). W świetle galaktyki ta sama linia przesunęła się do 660 nm. Dlatego ma przesunięcie ku czerwieni 660 - 656 nm = 4 nm.

Z drugiej strony, iloraz przesunięcia długości fali i długości fali w stanie spoczynku jest równy ilorazowi prędkości galaktyki v i prędkości światła (c = 300 000 km / s):

Z tymi danymi:

v = 0,006c

Oznacza to, że ta galaktyka oddala się z prędkością 0,006 razy większą od prędkości światła: około 1800 km / s. Prawo Hubble'a mówi, że odległość galaktyki d jest proporcjonalna do prędkości v, z jaką się oddala:

Stała proporcjonalności jest odwrotnością stałej Hubble'a, oznaczonej jako Ho, której wartość to:

Oznacza to, że galaktyka w przykładzie znajduje się w odległości:

Teraźniejszość

Jak dotąd najpowszechniej akceptowanym modelem kosmologicznym pozostaje teoria Wielkiego Wybuchu. Jednak niektórzy autorzy nadal formułują teorie poza nią i wspierają teorię stanu ustalonego.

Badacze opowiadają się za teorią stanu ustalonego

Indyjski astrofizyk Jayant Narlikar, który pracował we współpracy z jednym z twórców teorii stanu ustalonego, opublikował stosunkowo niedawne publikacje wspierające model stanu ustalonego.

Przykłady z nich: „Tworzenie materii i anomalne przesunięcie ku czerwieni” i „Teorie absorpcji promieniowania w rozszerzających się wszechświatach”, oba opublikowane w 2002 roku. Prace te poszukują alternatywnych wyjaśnień Wielkiego Wybuchu, aby wyjaśnić ekspansję wszechświata i tło mikrofalowe.

Szwedzki astrofizyk i wynalazca Johan Masreliez jest kolejnym ze współczesnych obrońców teorii stanu ustalonego, proponując kosmiczną ekspansję na skalę, niekonwencjonalną alternatywną teorię Wielkiego Wybuchu.

Rosyjska Akademia Nauk w uznaniu jego pracy opublikowała w 2015 roku monografię jego wkładu w astrofizykę.

Kosmiczne promieniowanie tła

W 1965 roku dwóch inżynierów z Bell Telephone Laboratories: A. Penzias i R. Wilson odkryli promieniowanie tła, którego nie byli w stanie wyeliminować ze swoich kierunkowych anten mikrofalowych.

Najciekawsze jest to, że nie potrafili zidentyfikować ich źródła. Promieniowanie pozostało takie samo w każdym kierunku, w którym skierowana była antena. Na podstawie widma promieniowania inżynierowie ustalili, że jego temperatura wynosi 3,5 K.

W ich pobliżu i na podstawie modelu Wielkiego Wybuchu inna grupa naukowców, tym razem astrofizycy, przewidziała promieniowanie kosmiczne o tej samej temperaturze: 3,5 K.

Obie drużyny doszły do ​​tego samego wniosku zupełnie inaczej i niezależnie, nie wiedząc o pracy drugiej. Przypadkowo obie prace zostały opublikowane tego samego dnia i w tym samym czasopiśmie.

Istnienie tego promieniowania, zwanego kosmicznym promieniowaniem tła, jest najsilniejszym argumentem przeciwko teorii stacjonarnej, ponieważ nie ma sposobu, aby go wyjaśnić, chyba że jest to pozostałości promieniowania po Wielkim Wybuchu.

Jednak zwolennicy szybko zaproponowali istnienie źródeł promieniowania rozproszonych po całym wszechświecie, które rozpraszały swoje promieniowanie wraz z kosmicznym pyłem, chociaż jak dotąd nie ma dowodów na to, że źródła te faktycznie istnieją.

Argumenty za

W czasie, gdy została zaproponowana i mając dostępne obserwacje, teoria stanu ustalonego była jedną z najbardziej akceptowanych przez fizyków i kosmologów. Do tego czasu - do połowy XX wieku - nie było różnicy między najbliższym wszechświatem a odległym.

Pierwsze szacunki oparte na teorii Wielkiego Wybuchu datowały wszechświat na około 2 miliardy lat, ale wtedy było wiadomo, że Układ Słoneczny miał już 5 miliardów lat, a Droga Mleczna od 10 do 12 miliardów lat. lat.

Ten błąd w obliczeniach stał się argumentem przemawiającym za teorią stanu ustalonego, ponieważ najwyraźniej wszechświat nie mógł powstać po Drodze Mlecznej lub Układzie Słonecznym.

Aktualne obliczenia oparte na Wielkim Wybuchu szacują wiek Wszechświata na 13,7 miliarda lat i do tej pory nie znaleziono żadnych obiektów we Wszechświecie przed tym wiekiem.

Kontrargumenty

W latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX wieku odkryto jasne źródła częstotliwości radiowych: kwazary i galaktyki radiowe. Te kosmiczne obiekty znajdowano jedynie w bardzo dużych odległościach, czyli w odległej przeszłości.

Zgodnie z założeniami modelu stanu ustalonego te intensywne źródła częstotliwości radiowych powinny być rozmieszczone mniej więcej równomiernie w całym obecnym i przeszłym wszechświecie, jednak dowody wskazują inaczej.

Z drugiej strony model Wielkiego Wybuchu jest bardziej konkretny w tej obserwacji, ponieważ kwazary i galaktyki radiowe mogły powstawać w gęstszych i gorętszych stadiach Wszechświata, stając się później galaktykami.

Widoki wszechświata

Odległa panorama

Zdjęcie na rycinie 1 to ekstremalnie głębokie zdjęcie wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a w latach 2003-2004.

Odpowiada to bardzo niewielkiemu ułamkowi mniej niż 0,1º południowego nieba w gwiazdozbiorze Piec, z dala od blasku Drogi Mlecznej, na obszarze, w którym zwykłe teleskopy niczego nie wychwytują.

Na zdjęciu widać galaktyki spiralne podobne do naszej i naszych bliskich sąsiadów. Fotografia pokazuje również rozproszone czerwone galaktyki, w których ustały powstawanie gwiazd, a także punkty, które są jeszcze bardziej odległymi galaktykami w przestrzeni i czasie.

Wszechświat ma 13,7 miliarda lat, a fotografia głębokiego pola przedstawia galaktyki oddalone o 13,2 miliarda lat świetlnych. Przed Hubble'em najdalsze obserwowane galaktyki znajdowały się 7 miliardów lat świetlnych od nas, a obraz był podobny do tego, który pokazano na fotografii głębokiego pola.

Obraz kosmosu nie tylko pokazuje odległy wszechświat, ale także przeszły wszechświat, ponieważ fotony użyte do zbudowania obrazu mają 13,2 miliarda lat. Jest to zatem obraz części wczesnego wszechświata.

Panorama bliska i pośrednia

Lokalna grupa galaktyk obejmuje Drogę Mleczną i sąsiednią Andromedę, galaktykę Trójkąt i około trzydzieści innych, mniej niż 5,2 miliona lat świetlnych od nas.

Oznacza to 2500 razy mniejszą odległość i czas niż galaktyki głębokiego pola. Jednak wygląd Wszechświata i kształt jego galaktyk wygląda podobnie do odległego i starszego wszechświata.

Rysunek 3: Grupa galaktyk Hickson-44 w konstelacji Lwa oddalona o 60 milionów lat świetlnych. (Kredyty: zespół obrazowania MASIL)

Rysunek 2 jest próbką pośredniego zakresu badanego wszechświata. Jest to grupa galaktyk Hickson-44 oddalona o 60 milionów lat świetlnych w konstelacji Lwa.

Jak widać, wygląd Wszechświata z odległości i czasów pośrednich jest podobny do tego z głębokiego wszechświata 220 razy dalej i grupy lokalnej, pięć razy bliżej.

To prowadzi nas do wniosku, że teoria stanu ustalonego Wszechświata ma przynajmniej podstawy obserwacyjne, ponieważ panorama wszechświata w różnych skalach czasoprzestrzeni jest bardzo podobna.

W przyszłości możliwe jest, że nowa teoria kosmologiczna zostanie stworzona z najbardziej udanymi aspektami zarówno teorii stanu ustalonego, jak i teorii Wielkiego Wybuchu.

Bibliografia

1. Bang - Crunch - Bang. Odzyskany z: FQXi.org
2. Encyklopedia internetowa Britannica. Teoria stanu stacjonarnego. Odzyskane z: Britannica.com
3. Neofronters. Model stanu ustalonego. Odzyskany z: neofronteras.com
4. Wikipedia. Teoria stanu stacjonarnego. Odzyskane z: wikipedia.com
5. Wikipedia. Zasada kosmologiczna. Odzyskane z: wikipedia.com