Ko govorimo o našem kozmičnem izvoru, smo skozi zgodovino izpopolnili številne teorije. Dobesedno je vsaka kultura, ki je že obstajala, imela svojo mitološko tradicijo, ki je seveda vključevala zgodbo o ustvarjanju. Z rojstvom znanstvene tradicije so znanstveniki vesolje začeli razumeti v smislu fizikalnih zakonov, ki jih je mogoče preizkusiti in dokazati.
Znanstveniki so že zori vesoljske dobe preizkušali kozmološke teorije v smislu opaznih pojavov. Iz vsega tega so v zadnji polovici 20. stoletja izhajale številne teorije, ki so poskušale razložiti, kako nastane vsa materija in fizični zakoni, ki vladajo v njej. Od tega je teorija velikega praska še vedno najbolj sprejeta, medtem ko je bila hipoteza o stanju dinamike v zgodovini njen največji izzivalec.
Model stalnega stanja navaja, da gostota snovi v razširjajočem se vesolju sčasoma ostane nespremenjena zaradi nenehnega ustvarjanja snovi. Z drugimi besedami, opazovano Vesolje v bistvu ostane enako, ne glede na čas ali kraj. To je v ostrem nasprotju s teorijo, da je večina snovi nastala v enem samem dogodku (Veliki prašek) in se odtlej širi.
Poreklo
Medtem ko je bil pojem stabilnega in nespremenljivega Vesolja zajet skozi zgodovino, so znanstveniki šele v zgodnjem modernem obdobju to začeli razlagati v astrofizičnem smislu. Prvi jasen primer tega, ki se je zagovarjal v okviru astronomije in kozmologije, je bil v Isaacu Newtonu Matematična načela naravne filozofije (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica), objavljeno leta 1687.
V Newtonovem magnum opusu je koncept vesolja onkraj osončja zamislil kot prazen prostor, ki se je enakomerno razprostiral v vseh smereh do neizmernih razdalj. Nadalje je z matematičnimi dokazi in opažanji razložil, da so bila vsa gibanja in dinamika v tem sistemu pojasnjena po enotnem principu univerzalne gravitacije.
Kar pa bi postalo znano kot hipoteza o stalnem stanju, se je pojavilo šele v začetku 20. stoletja. Ta kozmološki model je bil navdih za številna odkritja, pa tudi preboje na področju teoretične fizike. Sem spadajo Teorija splošne relativnosti Alberta Einsteina in opažanja Edwina Hubbleja, da je vesolje v ekspanziji.
Einstein je to teorijo formaliziral do leta 1915, potem ko se je odločil razširiti svojo teorijo posebne relativnosti na vključitev gravitacije. Konec koncev ta teorija navaja, da gravitacijska sila materije in energije neposredno spremeni ukrivljenost vesoljskega časa okoli nje. Ali kot je povzel slavni teoretični fizik John Wheeler, "prostor-čas pove, kako se premikati; zadeva kaže na prostor in čas, kako se kriviti. "
Do leta 1917 so teoretični izračuni, ki temeljijo na Einsteinovih poljskih enačbah, pokazali, da mora biti vesolje v stanju širitve ali krčenja. Do leta 1929 sta opažanja Georgea Lemaitreja (ki je predlagal teorijo velikega poka) in Edwina Hubbleja (s 100-palčnim teleskopom Hooker v observatoriju Mount Wilson) pokazala, da je temu tako.
Na podlagi teh razodetja se je v tridesetih letih prejšnjega stoletja začela razprava o možnem izvoru in resničnosti vesolja. Na eni strani so bili tisti, ki so trdili, da je vesolje dokončno staro in se je sčasoma razvijalo s hlajenjem, širjenjem in tvorjenjem struktur zaradi gravitacijskega kolapsa. Fred Hoyle je to teorijo satirično poimenoval "Big Bang" in ime se je zataknilo.
Medtem je večina takratnih astronomov držala teorijo, da se vesolje, ki se opazuje, kljub vsemu ne spreminja glede na gostoto materije. Skratka, zagovorniki te teorije so trdili, da vesolje nima ne začetka, ne konca in da se zadeva ves čas ustvarja s hitrostjo enega vodikovega atoma na kubični meter na 100 milijard let.
Ta teorija je razširila tudi Einsteinov kozmološki princip, aka. Kozmološka konstanta (CC), ki jo je Einstein predlagal leta 1931. Po mnenju Einsteina je bila ta sila odgovorna za "zadrževanje gravitacije" in zagotavljanje, da je vesolje stabilno, homogeno in izotropno glede na njegovo obsežno strukturo.
Če so spremenili to načelo in ga razširili, so člani šole razmišljanja v državi Steady State trdili, da je nenehno ustvarjanje materije zagotovilo, da bo struktura vesolja sčasoma ostala enaka. To je sicer znano kot popolno kozmološko načelo, ki odklepa hipotezo o stabilnem stanju.
Teorija stabilne države je postala široko znana leta 1948 z objavo dveh člankov: "Nov model za razširjajoče se vesolje" angleškega astronoma Freda Hoyla in "Teorija stalnega stanja in razširjajoče se vesolje" britansko-avstrijskega astrofizika in kozmologa ekipe Hermanna Bondija in Thomasa Goldda.
Ključni argumenti in napovedi
Argumenti v prid hipotezi o stacionarnem stanju vključujejo očitno težavo v časovnem merilu, ki jo je vzpostavila opažena hitrost kozmičnega širjenja (aka Hubble Constant ali Hubble-Lemaitre zakon). Na podlagi opazovanj Hubbleja bližnjih galaksij je izračunal, da se Vesolje širi s hitrostjo, ki se je sistematično povečevala z razdaljo.
To je porodilo idejo, da se je Vesolje začelo širiti iz veliko manjšega obsega prostora. Ker ni bilo pospeška / upočasnjevanja - 500 km / s na Megaparsec (310 mps na Mpc) - je Hubble Constant pomenil, da se vsa snov širi že približno 2 milijardi let - kar bi bila tudi zgornja doba vesolja.
Tej ugotovitvi nasprotuje radioaktivno datiranje, kjer so znanstveniki izmerili hitrost razpadanja nahajališč urana-238 in Plutonanija-205 v vzorcih kamnin. Po tej metodi naj bi bili najstarejši vzorci kamnine (ki so bili luninega izvora) stari 4,6 milijarde let. Druga tegoba se je pojavila kot rezultat teorije evolucije zvezd.
Skratka, hitrost zlivanja vodika v notranjosti zvezd (za ustvarjanje helija) omogoča zgornjo oceno starosti 10 milijard let za kroglične grozde - najstarejše zvezde v galaksiji. Še več, v tem modelu se ni moglo zgoditi evolucija na velikih razdaljah - kar bi pomenilo, da bodo radijski viri - aka. kvazarji ali aktivna galaktična jedra (AGN) - bi bili po celotnem vesolju enotni.
Pomenilo bi tudi, da bi Hubble Constant (kot so izračunali v začetku 20. stoletja) ostal nespremenjen. Model stalnega stanja je tudi napovedoval, da bo enakomerno ustvarjanje antimaterije in nevtronov povzročilo redna uničevanja in razpadanje nevtronov, kar bo privedlo do obstoja gama-ozadja in vročega plina, ki oddaja rentgen, v celotnem vesolju.
Big Bang for Win
Vendar so nenehna opazovanja v petdesetih in šestdesetih letih vztrajno privedla do zbiranja dokazov proti hipotezi o stabilni državi. Ti so vključevali odkrivanje svetlih radijskih virov (aka. Kvazarjev in radijskih galaksij), ki so bili odkriti v oddaljenih galaksijah, vendar ne tistih, ki so nam najbližje - kar kaže na to, da so številne galaksije sčasoma postale »tiho«.
Do leta 1961 so raziskave radijskih virov dopuščale statistične analize, ki so izključile možnost, da so svetle radijske galaksije enakomerno razporejene. Drugi pomemben argument proti hipotezi o stabilnem stanju je bilo odkritje kozmičnega mikrovalovnega ozadja leta 1964, ki ga je napovedoval model Big Bang.
V kombinaciji z odsotnostjo gama-ozadja in prodornimi oblaki rentgenskega sevanja plina je model Big Bang postal široko sprejet v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Do devetdesetih let prejšnjega stoletja pripombe s Hubble vesoljski teleskop in druge opazovalnice so prav tako odkrile, da kozmična širitev ni bila dosledna. V zadnjih treh milijardah let se pravzaprav pospešuje.
To je privedlo do več izpopolnjevanj stalnice Hubble. Na podlagi podatkov, ki jih je zbrala mikrovalovna anizotropna sonda Wilkinson (WMAP), se trenutno ocenjuje, da je hitrost kozmičnega širjenja med 70 in 73,8 km / s na Mpc (43,5 do 46 mps na Mpc) s 3-odstotno mero napake. Te vrednosti so veliko bolj skladne z opazovanji, ki starost vesolja postavljajo na približno 13,8 milijarde let.
Sodobne variante
Od leta 1993 so Fred Hoyle in astrofiziki Geoffrey Burbidge in Jayant V. Narlikar začeli objavljati vrsto raziskav, v katerih so predlagali novo različico hipoteze o stabilnem stanju. Poznana kot hipoteza kvazistavidnega stanja (QSS), je ta različica poskušala razložiti kozmološke pojave, ki jih stara teorija ni upoštevala.
Ta model nakazuje, da je Vesolje žep ustvarjanja (aka. Mini šiška), ki se je dogajalo skozi več milijard let. Ta model je bil spremenjen kot odgovor na podatke, ki so pokazali, kako se stopnja širjenja vesolja pospešuje. Kljub tem spremembam astronomska skupnost še vedno meni, da je Big Bang najboljši model za razlago vseh opaznih pojavov.
Danes je ta model znan kot model Lambda-Cold Dark Matter (LCDM), ki vključuje teorije o temnem materialu in temni energiji s teorijo Big Bang. Kljub temu hipotezo o stalnem stanju (in njene različice) še vedno zagovarjajo nekateri astrofiziki in kozmologi. In to ni edina alternativa kozmologiji Big Bang ...
Tu smo napisali veliko člankov o kozmologiji pri reviji Space. Tukaj je tisto, kar je vesolje, teorija velikega praska: evolucija našega vesolja, kaj je oscilirajoča teorija vesolja? Kaj je velik razmik ?, kaj je teorija multiverzuma ?, kaj je teorija superstringov ?, kaj je kozmično ozadje mikrovalov? , Veliki krč: Konec našega vesolja ?, Kaj je velika zamrznitev ?, in Kozmologija 101: Konec.
Astronomy Cast tudi nekaj zanimivih epizod na to temo. Tu je epizoda 5: Ozadje velikega praska in kozmična mikrovalovna pečica, Epizoda 6: Več dokazov za veliki prasak, Epizoda 79: Kako velik je vesolje ?, Epizoda 187: Zgodovina astronomije, 5. del: 20. stoletje in Epizoda 499: Kaj je predlagani Hubble-Lemaitre zakon ?.
Viri:
- Wikipedija - kozmološko načelo
- Wikipedia - stacionarna hipoteza
- Ideje kozmologije - velik udarec ali stabilno stanje?
- Enciklopedija Britannica - teorija stalnega stanja
- UBC astronomija in astrofizika - temeljna vprašanja v kozmologiji
- "Nov model za razširjajoče se vesolje", Hoyle, F. MNRAS, vol. 108, št. 372 (1948)
- "Kvazi-stacionarni in z njimi povezani kozmološki modeli: Zgodovinski pregled," Kragh. H. (2012)
- "Teorija stalnega stanja razširjajočega se vesolja", MNRAS, vol. 108, str. 252 (1948)
- "Einsteinova stabilna teorija: opuščen model kozmosa", European Physical Journal H, vol. 39, str. 353-367 (2014)
- "Kvazi-stacionarni kozmološki model z ustvarjanjem materije", Hoyle, F .; Burbidge, G .; Narlikar, J. V., Astrophysical Journal v. 410, str. 437 (1993)
