Čo je teória ustáleného stavu v kozmológii?

Teória ustáleného stavu bola teória navrhnutá v 20. storočí kozmológie vysvetliť dôkazy, že vesmír sa rozširoval, ale stále si zachováva základnú myšlienku, že vesmír vždy vyzerá rovnako, a preto sa v praxi nemení a nemá začiatok a koniec. Táto myšlienka bola zväčša zdiskreditovaná kvôli astronomickým dôkazom, ktoré naznačujú, že vesmír sa v priebehu času mení.

Kedy Einstein vytvoril jeho teória všeobecnej relativity, prvotná analýza ukázala, že vytvorila vesmír, ktorý bol skôr nestabilný (rozširujúci sa alebo sťahujúci sa), ako statický vesmír, ktorý sa vždy predpokladal. Einstein tiež zastával tento predpoklad o statickom vesmíre, a preto do svojich všeobecných rovníc relativity poľa zaviedol výraz nazývaný kozmologická konštanta. Toto slúžilo na udržanie vesmíru v statickom stave. Avšak, keď Edwin Hubble objavili dôkazy, že vzdialené galaxie sa vlastne rozširujú od Zeme vo všetkých smeroch, vedci (vrátane Einsteina) si uvedomili, že vesmír sa nezdal byť statický a tento výraz bol odstránený.

Teóriu ustáleného stavu prvýkrát navrhol Sir James Jeans v 20. rokoch 20. storočia, ale v roku 1948, keď ho preformuloval Fred Hoyle, Thomas Golda Hermann Bondi. Existuje pochybný príbeh, ktorý prišli s teóriou po pozeraní filmu „Dead of Night“, ktorý končí presne tak, ako to začalo.

Hoyle sa stal najmä hlavným navrhovateľom teórie, najmä v opozícii voči teória veľkého tresku. V skutočnosti v britskom rozhlasovom vysielaní Hoyle vymyslel termín „veľký tresk“ trochu výsmyselne, aby vysvetlil opačnú teóriu.

Vo svojej knihe „Paralelné svety“, fyzik Michio Kaku poskytuje jedno primerané odôvodnenie pre Hoyleovu oddanosť modelu ustáleného stavu a odpor voči modelu veľkého tresku:

Jeden nedostatok v teórii [veľkého tresku] bol v tom, že Hubble z dôvodu chýb pri meraní svetla zo vzdialených galaxií nesprávne vypočítal vek vesmíru na 1,8 miliardy rokov. Geológovia tvrdili, že Zem a slnečná sústava boli pravdepodobne staré mnoho miliárd rokov. Ako môže byť vesmír mladší ako jeho planéty?

Vo svojej knihe „Nekonečný vesmír: Za veľkým treskom“ kozmológovia Paul J. Steinhardt a Neil Turok sú trochu menej súcitní s postojom a motiváciou Hoyle:

Najmä Hoyle zistil, že veľký tresk je odporný, pretože bol vehementne antireligánsky a myslel si, že kozmologický obraz je neúprosne blízky biblickému účtu. Aby sa tomu zabránilo, on a jeho spolupracovníci boli ochotní uvažovať o myšlienke, že záležitosť a žiarenie boli neustále vytvárané v celom vesmíre takým spôsobom, aby sa hustota a teplota udržiavala konštantná ako vesmír sa rozširuje. Tento obraz v ustálenom stave bol posledným kandidátom na obhajcov nemenného konceptu vesmíru a odštartoval trojročnú bitku so zástancami modelu veľkého tresku.

Ako tieto citácie naznačujú, hlavným cieľom teórie ustáleného stavu bolo vysvetliť expanziu vesmíru bez toho, aby sa muselo povedať, že vesmír ako celok vyzerá inak v rôznych časových bodoch. Ak vesmír v ktoromkoľvek danom časovom okamihu vyzerá v podstate rovnako, nie je potrebné predpokladať začiatok alebo koniec. Toto je všeobecne známe ako dokonalý kozmologický princíp. Hlavným spôsobom, ako si Hoyle (a iní) dokázali udržať tento princíp, bolo navrhnutie situácie, keď sa vesmír rozšíril, vytvorili sa nové častice. Ako opäť uviedol Kaku:

V tomto modeli sa časti vesmíru v skutočnosti rozširovali, ale z ničoho nič sa neustále vytvárala nová hmota, takže hustota vesmíru zostala rovnaká... Pre Hoyla sa zdalo nelogické, že sa z ničoho nič mohla objaviť ohnivá kataklyzma, ktorá poslala galaxie vrhajúce sa všetkými smermi; uprednostňoval plynulé vytváranie hmoty z ničoho. Inými slovami, vesmír bol nadčasový. Nemalo to koniec, ani začiatok. To jednoducho bolo.

Dôkazy proti teórii ustáleného stavu vzrástli, keď sa zistili nové astronomické dôkazy. Napríklad niektoré vlastnosti vzdialených galaxií (napr kvazary a rádiové galaxie) neboli vidieť v bližších galaxiách. To má zmysel v teórii veľkého tresku, kde vzdialené galaxie v skutočnosti predstavujú „mladšie“ galaxie a bližšie galaxie sú staršie, ale teória ustáleného stavu nemá žiadny skutočný spôsob, ako tento rozdiel vysvetliť. V skutočnosti je to presne ten rozdiel, ktorému sa teória mala vyhnúť.

Posledný „klinec v rakve“ kozmológie v ustálenom stave však prišiel z objavu kozmologického nálezu. mikrovlnné žiarenie pozadia, ktorý bol predpovedaný ako súčasť teórie veľkého tresku, ale nemal absolútne žiadny dôvod existovať v teórii ustáleného stavu.

V roku 1972 Steven Weinberg povedal o dôkazoch, ktoré nesúhlasia s kozmológiou ustáleného štátu:

V určitom zmysle je nesúlad kreditom modelu; Len zo všetkých kozmológií model ustáleného stavu robí také jasné predpovede, že ho možno vyvrátiť aj s obmedzenými pozorovacími dôkazmi, ktoré máme k dispozícii.

Stále existujú vedci, ktorí skúmajú teóriu ustáleného stavu vo forme teória kvázi ustáleného stavu. Medzi vedcami to nie je všeobecne akceptované a boli vznesené mnohé kritiky, ktoré neboli primerane riešené.

„Zlato, Thomas.“ Kompletný slovník vedeckej biografie, Charles Scribner's Sons, Encyclopedia.com, 2008.

Kaku, Michio. „Paralelné svety: Cesta stvorením, vyššie dimenzie a budúcnosť kozmu.“ 1. vydanie, Doubleday, 28. decembra 2004.

Keim, Brandon. "Fyzik Neil Turok: Veľký tresk nebol začiatkom." Káblové 19. februára 2008.

„Paul J. Steinhardt. “Katedra fyziky, Princetonská univerzita, 2019, Princeton, New Jersey.

„Teória ustáleného stavu.“ Nová svetová encyklopédia, 21. októbra 2015.

Steinhardt, Paul J. "Nekonečný vesmír: Za veľkým treskom." Neil Turok, piate alebo neskoršie vydanie, Doubleday, 29. mája 2007.

Doc. „Fred Hoyle.“ Slávni vedci, 2019.