Όσον αφορά την κοσμική προέλευσή μας, μια σειρά από θεωρίες έχουν προωθηθεί καθ 'όλη τη διάρκεια της ιστορίας. Κυριολεκτικά κάθε πολιτισμός που υπήρχε ποτέ είχε τη δική του μυθολογική παράδοση, η οποία φυσικά περιλάμβανε μια ιστορία δημιουργίας. Με τη γέννηση της επιστημονικής παράδοσης, οι επιστήμονες άρχισαν να καταλαβαίνουν το Σύμπαν σε όρους φυσικών νόμων που θα μπορούσαν να δοκιμαστούν και να αποδειχθούν.
Με την αυγή της Διαστημικής Εποχής, οι επιστήμονες άρχισαν να δοκιμάζουν κοσμολογικές θεωρίες ως προς τα παρατηρήσιμα φαινόμενα. Από όλα αυτά, μια σειρά από θεωρίες προέκυψαν από το δεύτερο μισό του 20ού αιώνα που προσπάθησε να εξηγήσει πώς υπήρχε όλη η ύλη και οι φυσικοί νόμοι που την διέπουν. Από αυτά, η θεωρία του Big Bang παραμένει η πιο ευρέως αποδεκτή, ενώ η υπόθεση Steady-State υπήρξε ιστορικά ο μεγαλύτερος αμφισβητίας της.
Το μοντέλο Steady-State δηλώνει ότι η πυκνότητα της ύλης στο διαστελλόμενο σύμπαν παραμένει αμετάβλητη με την πάροδο του χρόνου λόγω της συνεχούς δημιουργίας της ύλης. Με άλλα λόγια, το παρατηρήσιμο Σύμπαν ουσιαστικά παραμένει το ίδιο ανεξάρτητα από το χρόνο ή τον τόπο. Αυτό το κάνει σε απόλυτη αντίθεση με τη θεωρία ότι η πλειονότητα της ύλης δημιουργήθηκε σε ένα μόνο γεγονός (το Big Bang) και έκτοτε επεκτείνεται.
Προέλευση
Ενώ η έννοια ενός σταθερού και αμετάβλητου Σύμπαντος έχει αγκαλιαστεί καθ 'όλη τη διάρκεια της ιστορίας, δεν ήταν μέχρι την πρώιμη σύγχρονη περίοδο που οι επιστήμονες άρχισαν να το ερμηνεύουν με αστροφυσικούς όρους. Το πρώτο σαφές παράδειγμα αυτού που υποστηρίζεται στο πλαίσιο της αστρονομίας και της κοσμολογίας ήταν στο Isaac Newton Μαθηματικές Αρχές Φυσικής Φιλοσοφίας (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) δημοσιεύθηκε το 1687.
Στο μεγαλοπρεπές έργο του Νεύτωνα, αντιλήφθηκε το Σύμπαν πέρα από το Ηλιακό Σύστημα ως έναν κενό χώρο που επεκτάθηκε ομοιόμορφα σε όλες τις κατευθύνσεις σε αμέτρητες αποστάσεις. Εξήγησε περαιτέρω μέσω μαθηματικών αποδείξεων και παρατηρήσεων ότι όλη η κίνηση και η δυναμική σε αυτό το σύστημα εξηγήθηκαν μέσω της ενιαίας αρχής της καθολικής βαρύτητας.
Ωστόσο, αυτό που θα γινόταν γνωστό ως υπόθεση της σταθερής κατάστασης δεν εμφανίστηκε μέχρι τις αρχές του 20ου αιώνα. Αυτό το κοσμολογικό μοντέλο εμπνεύστηκε από μια σειρά ανακαλύψεων, καθώς και από ανακαλύψεις στον τομέα της θεωρητικής φυσικής. Αυτές περιελάμβαναν τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Albert Einstein και τις παρατηρήσεις του Edwin Hubble ότι το σύμπαν βρίσκεται σε κατάσταση επέκτασης.
Ο Αϊνστάιν τυποποίησε αυτήν τη θεωρία έως το 1915 αφού αποφάσισε να επεκτείνει τη θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας για να ενσωματώσει τη βαρύτητα. Τελικά, αυτή η θεωρία δηλώνει ότι η βαρυτική δύναμη της ύλης και της ενέργειας μεταβάλλει άμεσα την καμπυλότητα του χωροχρόνου γύρω από αυτήν. Ή όπως το συνόψισε ο διάσημος θεωρητικός φυσικός Τζον Γουέλερ, «ο χωροχρόνος λέει στην ύλη πώς να κινηθεί. η ύλη λέει στο χωροχρόνο πώς να καμπυλωθεί. "
Μέχρι το 1917, οι θεωρητικοί υπολογισμοί βάσει των εξισώσεων πεδίου του Αϊνστάιν έδειξαν ότι το Σύμπαν έπρεπε να βρίσκεται είτε σε κατάσταση επέκτασης είτε σε συστολή. Μέχρι το 1929, οι παρατηρήσεις που έγιναν από τον George Lemaitre (ο οποίος πρότεινε τη θεωρία του Big Bang) και τον Edwin Hubble (χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο Hooker 100 ιντσών στο παρατηρητήριο Mount Wilson) έδειξαν ότι το τελευταίο ήταν το ίδιο.
Με βάση αυτές τις αποκαλύψεις, ξεκίνησε μια συζήτηση από τη δεκαετία του 1930 για την πιθανή προέλευση και την πραγματική φύση του Σύμπαντος. Από τη μία πλευρά, υπήρχαν εκείνοι που ισχυρίστηκαν ότι το Σύμπαν ήταν πεπερασμένο στην ηλικία και εξελίχθηκε με την πάροδο του χρόνου μέσω της ψύξης, της επέκτασης και του σχηματισμού δομών λόγω βαρυτικής κατάρρευσης. Αυτή η θεωρία ονομάστηκε σατιρικά το "Big Bang" από τον Fred Hoyle, και το όνομα κολλήθηκε.
Εν τω μεταξύ, η πλειοψηφία των αστρονόμων τηρούσε τότε τη θεωρία ότι ενώ το παρατηρήσιμο Σύμπαν επεκτείνεται, ωστόσο δεν αλλάζει από την άποψη της πυκνότητας της ύλης. Εν ολίγοις, οι υποστηρικτές αυτής της θεωρίας υποστήριξαν ότι το Σύμπαν δεν έχει αρχή, τέλος, και ότι η ύλη δημιουργείται συνεχώς με την πάροδο του χρόνου - με ρυθμό ενός ατόμου υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο ανά 100 δισεκατομμύρια χρόνια.
Αυτή η θεωρία επέκτεινε επίσης την Κοσμική Αρχή του Αϊνστάιν, επίσης. Κοσμολογική σταθερά (CC), την οποία πρότεινε ο Αϊνστάιν το 1931. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, αυτή η δύναμη ήταν υπεύθυνη για «συγκράτηση της βαρύτητας» και εξασφάλιση ότι το Σύμπαν παρέμεινε σταθερό, ομοιογενές και ισοτροπικό από την άποψη της μεγάλης κλίμακας δομής του.
Τροποποιώντας αυτήν την αρχή και επεκτείνοντάς την, μέλη της σχολής σκέψης του Steady State υποστήριξαν ότι ήταν η συνεχής δημιουργία της ύλης που εξασφάλισε ότι η δομή του Σύμπαντος παρέμεινε η ίδια με την πάροδο του χρόνου. Αυτό είναι αλλιώς γνωστό ως η τέλεια κοσμολογική αρχή, η οποία ξεκινά την υπόθεση της σταθερής κατάστασης.
Η θεωρία του Steady State έγινε ευρέως γνωστή το 1948 με τη δημοσίευση δύο εφημερίδων: «Ένα νέο μοντέλο για ένα επεκτεινόμενο σύμπαν» από τον Άγγλο αστρονόμο Fred Hoyle και «The Steady-State Theory and the Expanding Universe» από τον βρετανό-αυστριακό αστροφυσικό και κοσμολόγο ομάδα των Hermann Bondi και Thomas Gold.
Βασικά επιχειρήματα και προβλέψεις
Τα επιχειρήματα υπέρ της υπόθεσης Steady State περιλαμβάνουν το φαινόμενο χρονικής κλίμακας πρόβλημα που ανακύπτει από τον παρατηρούμενο ρυθμό κοσμικής διαστολής (γνωστός και ως ο Hubble Constant ή ο νόμος Hubble-Lemaitre). Με βάση τις παρατηρήσεις του Χαμπλ για τους κοντινούς γαλαξίες, υπολόγισε ότι το Σύμπαν επεκτείνεται με ταχύτητα που αυξάνεται συστηματικά με την απόσταση.
Αυτό προκάλεσε την ιδέα ότι το Σύμπαν άρχισε να επεκτείνεται από έναν πολύ μικρότερο όγκο χώρου. Ελλείψει επιτάχυνσης / επιβράδυνσης - 500 km / s ανά Megaparsec (310 mps ανά Mpc) - η σταθερά Hubble σήμαινε ότι όλη η ύλη επεκτείνεται για περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια - κάτι που θα ήταν επίσης η ανώτερη ηλικία του Σύμπαντος.
Αυτό το εύρημα έρχεται σε αντίθεση με τη ραδιενέργεια χρονολόγηση, όπου οι επιστήμονες μέτρησαν τον ρυθμό αποσύνθεσης για εναποθέσεις ουρανίου-238 και πλουτωνίου-205 σε δείγματα βράχων. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο, τα παλαιότερα δείγματα βράχου (που ήταν σεληνιακή προέλευση), εκτιμήθηκαν ότι ήταν 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια. Μια άλλη ασυμφωνία προέκυψε ως αποτέλεσμα της αστρικής εξέλιξης της θεωρίας.
Εν ολίγοις, ο ρυθμός με τον οποίο το υδρογόνο συντήκεται στο εσωτερικό των αστεριών (για τη δημιουργία ηλίου) αποδίδει μια ανώτερη εκτίμηση ηλικίας 10 δισεκατομμυρίων ετών για σφαιρικές συστάδες - τα παλαιότερα αστέρια στον γαλαξία. Επιπλέον, καμία εξέλιξη σε μεγάλες αποστάσεις δεν θα μπορούσε να έχει συμβεί σε αυτό το μοντέλο - που θα σήμαινε ότι οι πηγές ραδιοφώνου - επίσης. κβάζαρ ή Active Galactic Nuclei (AGNs) - θα ήταν ομοιόμορφα σε όλο το Σύμπαν.
Θα σήμαινε επίσης ότι η σταθερή του Χαμπλ (όπως υπολογίστηκε στις αρχές του 20ού αιώνα) θα παρέμενε σταθερή. Το μοντέλο Steady-State προέβλεψε επίσης ότι η σταθερή δημιουργία αντιύλης και νετρονίων θα είχε ως αποτέλεσμα τακτικούς εκμηδενισμούς και διάσπαση νετρονίων, οδηγώντας έτσι στην ύπαρξη ενός φόντου ακτίνων-γ και καυτού αερίου ακτινογραφίας σε όλο το Σύμπαν.
Big Bang για τη νίκη
Ωστόσο, οι τρέχουσες παρατηρήσεις κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1950 και του 1960 οδήγησαν σταθερά σε συσσώρευση αποδεικτικών στοιχείων κατά της υπόθεσης του Steady State. Αυτά περιελάμβαναν την ανακάλυψη φωτεινών πηγών ραδιοφώνου (γνωστές και ως κβάζαρ και ραδιο γαλαξίες) που ανακαλύφθηκαν σε μακρινούς γαλαξίες, αλλά όχι σε αυτούς που βρίσκονται πιο κοντά σε εμάς - υποδηλώνοντας ότι πολλοί γαλαξίες έγιναν «ραδιο-ήσυχοι» με την πάροδο του χρόνου.
Μέχρι το 1961, έρευνες ραδιοφωνικών πηγών επέτρεψαν να γίνουν στατιστικές αναλύσεις, οι οποίες αποκλείουν την πιθανότητα ομοιόμορφης διανομής φωτεινών ραδιο γαλαξιών. Ένα άλλο σημαντικό επιχείρημα κατά της υπόθεσης Steady State ήταν η ανακάλυψη του Cosmic Microwave Background (CMB) το 1964, το οποίο προέβλεπε το μοντέλο Big Bang.
Σε συνδυασμό με την απουσία υποβάθρου ακτίνων γάμμα και διεισδυτικών νεφών αερίων που εκπέμπουν ακτίνες Χ, το μοντέλο Big Bang έγινε ευρέως αποδεκτό από τη δεκαετία του 1960. Μέχρι τη δεκαετία του 1990, παρατηρήσεις με το Διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και άλλα παρατηρητήρια ανακάλυψαν επίσης ότι η κοσμική διαστολή δεν ήταν συνεπής με την πάροδο του χρόνου. Τα τελευταία τρία δισεκατομμύρια χρόνια, στην πραγματικότητα, επιταχύνθηκε.
Αυτό οδήγησε σε αρκετές βελτιώσεις της σταθεράς Hubble. Με βάση τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από τον Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), ο ρυθμός της κοσμικής διαστολής εκτιμάται ότι κυμαίνεται μεταξύ 70 και 73,8 km / s ανά Mpc (43,5 έως 46 mps ανά Mpc) με περιθώριο σφάλματος 3%. Αυτές οι τιμές είναι πολύ πιο συνεπείς με τις παρατηρήσεις που τοποθετούν την ηλικία του Σύμπαντος περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.
Σύγχρονες παραλλαγές
Ξεκινώντας το 1993, οι Fred Hoyle και αστροφυσικοί Geoffrey Burbidge και Jayant V. Narlikar άρχισαν να δημοσιεύουν μια σειρά μελετών στις οποίες πρότειναν μια νέα έκδοση της υπόθεσης Steady State. Γνωστή ως η υπόθεση Quasi-Steady-State (QSS), αυτή η παραλλαγή προσπάθησε να εξηγήσει κοσμολογικά φαινόμενα για τα οποία η παλιά θεωρία δεν εξηγεί.
Αυτό το μοντέλο υποδηλώνει ότι το Σύμπαν είναι το αποτέλεσμα τσεπών δημιουργίας (γνωστού και ως μίνι-κτυπήματα) που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια πολλών δισεκατομμυρίων ετών. Αυτό το μοντέλο τροποποιήθηκε σε απάντηση σε δεδομένα που έδειξαν πώς επιταχύνεται ο ρυθμός επέκτασης του Σύμπαντος. Παρά τις τροποποιήσεις αυτές, η αστρονομική κοινότητα εξακολουθεί να θεωρεί το Big Bang ως το καλύτερο μοντέλο για την εξήγηση όλων των παρατηρήσιμων φαινομένων.
Σήμερα, αυτό το μοντέλο είναι γνωστό ως το μοντέλο Lambda-Cold Dark Matter (LCDM), το οποίο ενσωματώνει τις τρέχουσες θεωρίες σχετικά με το Dark Matter και τη Dark Energy με τη θεωρία του Big Bang. Παρ 'όλα αυτά, η υπόθεση της σταθερής κατάστασης (και οι παραλλαγές της) εξακολουθούν να υποστηρίζονται από ορισμένους αστροφυσικούς και κοσμολόγους. Και δεν είναι η μόνη εναλλακτική λύση για την Κοσμολογία Big Bang…
Έχουμε γράψει πολλά άρθρα για την κοσμολογία εδώ στο Space Magazine. Εδώ είναι τι είναι το σύμπαν, η θεωρία του Big Bang: Εξέλιξη του σύμπαντός μας, ποια είναι η θεωρία του ταλαντωμένου σύμπαντος ;, Τι είναι το Big Rip ;, Τι είναι η θεωρία του Multiverse ;, Τι είναι η θεωρία του Superstring ;, Τι είναι το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων; , The Big Crunch: The End of Our Universe ;, Τι είναι το Big Freeze ;, και Cosmology 101: The End.
Το Astronomy Cast επίσης μερικά ενδιαφέροντα επεισόδια στο θέμα. Εδώ είναι το επεισόδιο 5: Το φόντο της Μεγάλης Έκρηξης και του Κοσμικού Μικροκυμάτων, Επεισόδιο 6: Περισσότερα στοιχεία για τη Μεγάλη Έκρηξη, Επεισόδιο 79: Πόσο μεγάλο είναι το Σύμπαν ;, Επεισόδιο 187: Ιστορία της Αστρονομίας, Μέρος 5: ο 20ος αιώνας και Επεισόδιο 499: Ποιος είναι ο προτεινόμενος νόμος Hubble-Lemaitre ;.
Πηγές:
- Wikipedia - Κοσμολογική αρχή
- Wikipedia - Υπόθεση σταθερής κατάστασης
- Ιδέες Κοσμολογίας - Big Bang ή Steady State;
- Εγκυκλοπαίδεια Britannica - Θεωρία Steady-State
- UBC Astronomy and Astrophysics - Θεμελιώδη ζητήματα στην κοσμολογία
- «Ένα νέο μοντέλο για το επεκτεινόμενο σύμπαν», Hoyle, F. MNRAS, τόμος. 108, αρ. 372 (1948)
- «Οιονεί σταθερή κατάσταση και συναφή κοσμολογικά μοντέλα: Μια ιστορική ανασκόπηση», Kragh. Η. (2012)
- «Η θεωρία της σταθερής κατάστασης του διευρυνόμενου σύμπαντος», MNRAS, τόμος. 108, σελ. 252 (1948)
- «Η θεωρία της σταθερής κατάστασης του Αϊνστάιν: ένα εγκαταλελειμμένο μοντέλο του κόσμου», The European Physical Journal H, vol. 39, σελ. 353-367 (2014)
- «Ένα σχεδόν κοσμολογικό μοντέλο σχεδόν σταθερής κατάστασης με δημιουργία υλικού», Hoyle, F. Burbidge, G .; Narlikar, J. V., Astrophysical Journal κατά 410, σελ. 437 (1993)
