Τι είναι η Θεωρία Σταθερής Κατάστασης στην Κοσμολογία;

Θεωρία σταθερής κατάστασης ήταν μια θεωρία που προτάθηκε στην κοσμολογία του 20ου αιώνα για να εξηγήσει την απόδειξη ότι το σύμπαν διαστέλλεται, αλλά εξακολουθεί να διατηρεί την βασική ιδέα ότι το σύμπαν φαίνεται πάντα το ίδιο, και επομένως είναι αμετάβλητο στην πράξη και δεν έχει αρχή και τέλος. Αυτή η ιδέα έχει σε μεγάλο βαθμό απαξιωθεί λόγω αστρονομικών στοιχείων που υποδηλώνουν ότι το σύμπαν, στην πραγματικότητα, αλλάζει με την πάροδο του χρόνου.

Υπόβαθρο και Ανάπτυξη Θεωρίας Σταθερής Κατάστασης

Όταν ο Αϊνστάιν δημιούργησε τη θεωρία του για τη γενική σχετικότητα, η πρώιμη ανάλυση έδειξε ότι δημιούργησε ένα σύμπαν που ήταν ασταθές (διαστελλόμενο ή συρρικνούμενο) και όχι το στατικό σύμπαν που ανέκαθεν θεωρούνταν. Ο Αϊνστάιν είχε επίσης αυτή την υπόθεση για ένα στατικό σύμπαν, έτσι εισήγαγε έναν όρο στις εξισώσεις πεδίου της γενικής σχετικότητας που ονομάζεται κοσμολογική σταθερά . Αυτό εξυπηρετούσε το σκοπό να κρατηθεί το σύμπαν σε στατική κατάσταση. Ωστόσο, όταν ο Έντουιν Χαμπλ ανακάλυψε στοιχεία ότι στην πραγματικότητα οι μακρινοί γαλαξίες επεκτείνονταν μακριά από τη Γη προς όλες τις κατευθύνσεις, οι επιστήμονες (συμπεριλαμβανομένου του Αϊνστάιν) συνειδητοποίησαν ότι το σύμπαν δεν φαινόταν να είναι στατικό και ο όρος αφαιρέθηκε.​

Η θεωρία της σταθερής κατάστασης προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Sir James Jeans τη δεκαετία του 1920, αλλά πραγματικά ενισχύθηκε το 1948 όταν αναδιατυπώθηκε από τους Fred Hoyle, Thomas Gold και Hermann Bondi. Υπάρχει μια αμφίβολη ιστορία ότι κατέληξαν στη θεωρία αφού είδαν την ταινία "Dead of Night", η οποία τελειώνει ακριβώς όπως ξεκίνησε.

Ο Hoyle έγινε ιδιαίτερα ένας σημαντικός υποστηρικτής της θεωρίας, ειδικά σε αντίθεση με τη θεωρία του big bang. Στην πραγματικότητα, σε μια βρετανική ραδιοφωνική μετάδοση, ο Hoyle επινόησε τον όρο "big bang" κάπως χλευαστικά για να εξηγήσει την αντίθετη θεωρία.

Στο βιβλίο του "Parallel Worlds", ο φυσικός Michio Kaku παρέχει μια λογική αιτιολόγηση για την αφοσίωση του Hoyle στο μοντέλο της σταθερής κατάστασης και την αντίθεση στο μοντέλο της μεγάλης έκρηξης:

Ένα ελάττωμα στη θεωρία του [big Bang] ήταν ότι το Hubble, λόγω σφαλμάτων σε μετρώντας το φως από μακρινούς γαλαξίες, είχε υπολογίσει λάθος την ηλικία του σύμπαντος στα 1,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι γεωλόγοι ισχυρίστηκαν ότι η Γη και το ηλιακό σύστημα ήταν πιθανώς πολλών δισεκατομμυρίων ετών. Πώς θα μπορούσε το σύμπαν να είναι νεότερο από τους πλανήτες του;

Στο βιβλίο τους "Endless Universe:Beyond the Big Bang", οι κοσμολόγοι Paul J. Steinhardt και Neil Turok είναι λίγο λιγότερο συμπαθείς με τη στάση και τα κίνητρα του Hoyle:

Ο Χόιλ, συγκεκριμένα, θεώρησε απεχθή τη μεγάλη έκρηξη επειδή ήταν έντονα αντιθρησκευτικός και πίστευε ότι η κοσμολογική εικόνα ήταν ανατριχιαστικά κοντά στη βιβλική περιγραφή. Για να αποφευχθεί η έκρηξη, αυτός και οι συνεργάτες του ήταν πρόθυμοι να σκεφτούν την ιδέα ότι η ύλη και η ακτινοβολία δημιουργούνταν συνεχώς σε όλο το σύμπαν με τέτοιο τρόπο ακριβώς ώστε να διατηρούν την πυκνότητα και τη θερμοκρασία σταθερές καθώς το σύμπαν διαστέλλεται. Αυτή η εικόνα σταθερής κατάστασης ήταν η τελευταία στάση για τους υποστηρικτές της αμετάβλητης ιδέας του σύμπαντος, ξεκινώντας μια μάχη τριών δεκαετιών με τους υποστηρικτές του μοντέλου της Μεγάλης Έκρηξης.

Όπως υποδεικνύουν αυτά τα αποσπάσματα, ο κύριος στόχος της θεωρίας της σταθερής κατάστασης ήταν να εξηγήσει τη διαστολή του σύμπαντος χωρίς να χρειάζεται να πούμε ότι το σύμπαν ως σύνολο φαίνεται διαφορετικό σε διαφορετικά χρονικά σημεία. Εάν το σύμπαν σε οποιαδήποτε δεδομένη χρονική στιγμή μοιάζει βασικά το ίδιο, δεν υπάρχει λόγος να υποθέσουμε μια αρχή ή ένα τέλος. Αυτό είναι γενικά γνωστό ως η τέλεια κοσμολογική αρχή. Ο κύριος τρόπος με τον οποίο ο Hoyle (και άλλοι) μπόρεσαν να διατηρήσουν αυτήν την αρχή ήταν προτείνοντας μια κατάσταση όπου το σύμπαν επεκτεινόταν, δημιουργήθηκαν νέα σωματίδια. Και πάλι, όπως παρουσιάζεται από τον Kaku:

Σε αυτό το μοντέλο, τμήματα του σύμπαντος στην πραγματικότητα διαστέλλονταν, αλλά η νέα ύλη ήταν δημιουργείται συνεχώς από το τίποτα, έτσι ώστε η πυκνότητα του σύμπαντος παρέμεινε η ίδια...Στον Hoyle, φαινόταν παράλογο ότι ένας πύρινος κατακλυσμός μπορούσε να εμφανιστεί από το πουθενά για να στείλει γαλαξίες να εκτοξευθούν προς όλες τις κατευθύνσεις. προτίμησε την ομαλή δημιουργία μάζας από το τίποτα. Με άλλα λόγια, το σύμπαν ήταν διαχρονικό. Δεν είχε τέλος, ούτε αρχή. Απλώς ήταν.

Διαψεύδοντας τη Θεωρία Σταθερής Κατάστασης

Τα στοιχεία ενάντια στη θεωρία της σταθερής κατάστασης αυξήθηκαν καθώς εντοπίστηκαν νέα αστρονομικά στοιχεία. Για παράδειγμα, ορισμένα χαρακτηριστικά μακρινών γαλαξιών (όπως κβάζαρ και ραδιογαλαξίες) δεν παρατηρήθηκαν σε κοντινότερους γαλαξίες. Αυτό έχει νόημα στη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, όπου οι μακρινοί γαλαξίες αντιπροσωπεύουν στην πραγματικότητα «νεότερους» γαλαξίες και οι πιο κοντινοί γαλαξίες είναι παλαιότεροι, αλλά η θεωρία της σταθερής κατάστασης δεν έχει πραγματικό τρόπο να εξηγήσει αυτή τη διαφορά. Στην πραγματικότητα, είναι ακριβώς το είδος της διαφοράς που σχεδιάστηκε να αποφύγει η θεωρία.

Το τελικό «καρφί στο φέρετρο» της κοσμολογίας σταθερής κατάστασης, ωστόσο, προήλθε από την ανακάλυψη της κοσμολογικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, η οποία είχε προβλεφθεί ως μέρος της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης αλλά δεν είχε κανέναν απολύτως λόγο να υπάρχει στη σταθερή κατάσταση θεωρία.

Το 1972, ο Steven Weinberg είπε για τα στοιχεία που αντιτίθενται στην κοσμολογία σταθερής κατάστασης:

Κατά μία έννοια, η διαφωνία αποτελεί πίστωση του μοντέλου. μόνο μεταξύ όλων των κοσμολογιών, το μοντέλο σταθερής κατάστασης κάνει τόσο σαφείς προβλέψεις που μπορεί να διαψευσθεί ακόμη και με τα περιορισμένα στοιχεία παρατήρησης που έχουμε στη διάθεσή μας.

Θεωρία οιονεί σταθερής κατάστασης

Εξακολουθούν να υπάρχουν ορισμένοι επιστήμονες που διερευνούν τη θεωρία της σταθερής κατάστασης με τη μορφή θεωρίας σχεδόν σταθερής κατάστασης . Δεν είναι ευρέως αποδεκτό μεταξύ των επιστημόνων και έχουν διατυπωθεί πολλές επικρίσεις που δεν έχουν αντιμετωπιστεί επαρκώς.

Πηγές

"Χρυσό, Θωμά." Complete Dictionary of Scientific Biography, Charles Scribner's Sons, Encyclopedia.com, 2008.

Kaku, Michio. "Παράλληλοι κόσμοι:Ταξίδι μέσα από τη δημιουργία, ανώτερες διαστάσεις και το μέλλον του κόσμου." 1η Έκδοση, Doubleday, 28 Δεκεμβρίου 2004.

Keim, Brandon. "Φυσικός Neil Turok:Big Bang δεν ήταν η αρχή." Wired, 19 Φεβρουαρίου 2008.

"Paul J. Steinhardt." Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Πρίνστον, 2019, Πρίνστον, Νιου Τζέρσεϋ.

"Θεωρία σταθερής κατάστασης." New World Encyclopedia, 21 Οκτωβρίου 2015.

Steinhardt, Paul J. "Endless Universe:Beyond the Big Bang." Neil Turok, Fifth or Later Edition edition, Doubleday, 29 Μαΐου 2007.

Το Έγγρ. «Φρεντ Χόιλ». Διάσημοι Επιστήμονες, 2019.