Kozmikus eredetünkről számos elméletet fejlesztettek ki a történelem folyamán. Szó szerint minden kultúra, amely valaha létezett, megvan a saját mitológiai hagyománya, amely természetesen magában foglalta a teremtés történetét. A tudományos hagyomány születésével a tudósok megértették az Univerzumot a fizikai törvények alapján, amelyeket meg lehet vizsgálni és bebizonyítani.
Az űrkorszak hajnalával a tudósok megfigyelhető jelenségek szempontjából megkezdték a kozmológiai elméletek tesztelését. Mindezekből a 20. század második felére számos elmélet alakult ki, amelyek megpróbálták megmagyarázni az anyag és az azt irányító fizikai törvények kialakulását. Ezek közül a Big Bang Theory továbbra is a legszélesebb körben elfogadott, míg a steady-state hipotézis a történelem során volt a legnagyobb kihívó.
A steady-state modell kijelenti, hogy az anyag sűrűsége a bővülő univerzumban az anyag folyamatos létrehozása miatt az idő múlásával változatlan marad. Más szavakkal, a megfigyelhető világegyetem lényegében ugyanaz marad, tekintet nélkül időre vagy helyre. Ez éles ellentétben áll azzal az elmélettel, miszerint az anyag nagy részét egyetlen eseményben (a Nagyrobbanásban) hozták létre, és azóta bővül.
Eredet
Míg a stabil és változatlan világegyetem fogalmát a történelem folyamán átvették, a tudósok csak a korai modern időszakban kezdték ezt asztrofizikai értelemben értelmezni. Az első egyértelmű példa erre a csillagászat és a kozmológia kontextusában Isaac Newton A természetes filozófia matematikai alapelvei (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) megjelent 1687-ben.
Newton magnum opus-ban úgy fogalmazta meg a Naprendszeren túli Univerzumot, mint egy üres teret, amely minden irányban egyenletesen kiterjedhet mérhetetlen távolságokra. Matematikai bizonyítékokkal és megfigyelésekkel elmagyarázta, hogy a rendszer minden mozgását és dinamikáját az univerzális gravitáció egységes elve magyarázza.
A steady state hipotézisnek azonban csak a 20. század elején merült fel. Ezt a kozmológiai modellt számos felfedezés, valamint áttörés ihlette az elméleti fizika területén. Ide tartoztak Albert Einstein általános relativitáselmélete és Edwin Hubble megfigyelései, miszerint az univerzum kibővült állapotban van.
Einstein ezt az elméletet 1915-re formalizálta, miután úgy döntött, hogy kiterjeszti a speciális relativitáselmélet elméletét a gravitáció beépítésére is. Végül ez az elmélet kijelenti, hogy az anyag és az energia gravitációs ereje közvetlenül megváltoztatja a körüli téridő görbületét. Vagy ahogyan a híres elméleti fizikus, John Wheeler összefoglalta: „a téridő megmondja, hogyan kell mozogni; az anyag megmondja, hogy a tér-idő hogyan kell görbülni. ”
1917-re az Einstein terepi egyenleteken alapuló elméleti számítások azt mutatták, hogy az Univerzumnak vagy expanziós, vagy összehúzódó állapotban kell lennie. 1929-re George Lemaitre (aki a Big Bang Theory-t javasolta) és Edwin Hubble (a 100 hüvelykes Hooker távcsövet használva a Mount Wilson Obszervatóriumban) megfigyelései azt mutatták, hogy ez utóbbi a helyzet.
Ezen kinyilatkoztatások alapján az 1930-as években megkezdődött a vita az Univerzum lehetséges eredetéről és valódi természetéről. Az egyik oldalon voltak, akik azt állították, hogy az Univerzum korban véges, és idővel fejlődött ki a hűtés, expanzió és a gravitációs összeomlás következtében kialakuló struktúrák révén. Ezt az elméletet szatirikusan Fred Hoyle „Big Bang” -nak nevezték, és a név beragadt.
Eközben a csillagászok többsége abban az időben állt abban az elméletben, hogy miközben a megfigyelhető világegyetem bővül, az anyag sűrűsége szempontjából mindazonáltal nem változik. Röviden: ennek az elméletnek a támogatói azt állították, hogy az Univerzumnak nincs kezdete, nincs vége és az anyag folyamatosan alakul ki az idő múlásával - egy hidrogénatom / köbméter / 100 milliárd év sebességgel.
Ez az elmélet kiterjesztette Einstein kozmológiai elvét is. Kozmológiai állandó (CC), amelyet Einstein 1931-ben javasolt. Einstein szerint ez az erő felelős a gravitáció visszatartásáért és annak biztosításáért, hogy az Univerzum állandó, homogén és izotróp maradjon nagy léptékű szerkezete szempontjából.
Ezt az elvet módosítva és kibővítve a Steady State gondolkodási iskola tagjai azzal érveltek, hogy az anyag folyamatos teremtése biztosítja, hogy az Univerzum felépítése az idő múlásával változatlan maradjon. Ezt másként a tökéletes kozmológiai elvnek nevezik, amely alátámasztja az egyensúlyi állapot hipotézisét.
Az egyensúlyi állapot elmélete 1948-ban széles körben ismertté vált, két publikációval: Fred Hoyle angol csillagász „Az új modell egy kiterjedő univerzumra” és a brit-osztrák asztrofizikus „Az egyensúlyi állapot elmélete és az egyre kiterjedő univerzum” című kiadványával. és Hermann Bondi és Thomas Gold kozmológus csapata.
Fő érvek és előrejelzések
Az egyensúlyi hipotézis mellett felhozott érvek között szerepel a látszólagos időbeli probléma, amelyet a megfigyelt kozmikus tágulási ráta vet fel (más néven: Hubble-állandó vagy Hubble-Lemaitre-törvény). Hubble közeli galaxisok megfigyelései alapján kiszámította, hogy az Univerzum olyan sebességgel bővül, amely a távolsággal szisztematikusan növekszik.
Ez felvette az a gondolatot, hogy az Univerzum egy sokkal kisebb tértérből kezd kibővülni. Gyorsulás / lassulás hiányában - 500 km / s per Megaparsec (310 mps / Mpc) - a Hubble-állandó azt jelentette, hogy az összes anyag körülbelül 2 milliárd évvel bővült - ami szintén az univerzum felső korának lenne.
Ezt a megállapítást ellentmondták a radioaktív randevúk, ahol a tudósok meghatározták az urán-238 és a plutónium-205 lerakódásainak bomlási sebességét a kőzetmintákban. E módszer alkalmazásával a legrégebbi kőminták (amelyek Hold eredetűek) becslése szerint 4,6 milliárd éves volt. A csillagok evolúcióelméletének eredményeként újabb inkonrugenciák merültek fel.
Röviden: annak a sebessége, amellyel a hidrogén összeolvad a csillagok belsejében (hélium létrehozásához), a globális klaszterek - a galaxis legrégebbi csillagai - 10 milliárd éves korábbi becslését eredményezi. Ráadásul ebben a modellben nem haladhatott nagy távolságra evolúció - ami azt jelentené, hogy a rádióforrások - más néven. kvazárok vagy aktív galaktikus nukleusok (AGN-k) - egységesek lennének az egész világegyetemben.
Ez azt is jelenti, hogy a Hubble-állandó (a 20. század elején számítva) állandó marad. A steady-state modell azt is jósolta, hogy az antianyag és a neutronok állandó kialakulása rendszeres megsemmisülést és neutronpusztulást eredményez, ezáltal gamma-sugár háttér és forró, röntgen-sugárzó gáz létezéséhez vezet az egész univerzumban.
Big Bang a győzelemért
Az 1950-es és 1960-as években zajló folyamatos megfigyelések azonban folyamatosan bizonyítékok felhalmozódásához vezettek az egyensúlyi hipotézis ellen. Ezek között szerepelnek a fényes rádióforrások (más néven kvazárok és rádió-galaxisok) felfedezése, amelyeket távoli galaxisokban fedeztek fel, de nem a legközelebb álltak hozzánk - jelezve, hogy sok galaxis idővel „rádiócsendes” lett.
1961-re a rádióforrások felmérése lehetővé tette a statisztikai elemzéseket, amelyek kizárták a fényes rádió galaxisok egyenletes eloszlásának lehetőségét. Egy másik fontos érv az egyensúlyi hipotézis ellen a kozmikus mikrohullámú háttér (CMB) felfedezése volt 1964-ben, amelyet a Big Bang modell jósolt.
A gamma-sugárzás és a röntgenkibocsátó gáz átható felhőinek hiányában a Big Bang modellt az 1960-as években széles körben elfogadták. Az 1990 - es évekre a Hubble űrtávcső és más obszervatóriumok azt is felfedezték, hogy a kozmikus terjeszkedés nem volt következetes az idő múlásával. Az elmúlt három milliárd év alatt valójában felgyorsult.
Ez a Hubble-állandó több pontosításához vezetett. A Wilkinson mikrohullámú anizotrópiás szonda (WMAP) által gyűjtött adatok alapján a kozmikus expanzió sebessége jelenleg 70 és 73,8 km / s / Mpc (43,5-46 mps / Mpc) között van, 3% -os hibahatárral. Ezek az értékek sokkal összhangban állnak azokkal a megfigyelésekkel, amelyek szerint az Univerzum kora körülbelül 13,8 milliárd év.
Modern változatok
1993 elejétől Fred Hoyle, valamint az asztrofizikusok, Geoffrey Burbidge és Jayant V. Narlikar tanulmányi sorozatot publikáltak, amelyben az Állandó Állapot Hipotézis új változatát javasolták. Ez a variáció, amelyet Quasi-Steady-State hipotézisnek (QSS) hívnak, megpróbálta megmagyarázni azokat a kozmológiai jelenségeket, amelyeket a régi elmélet nem vett figyelembe.
Ez a modell azt sugallja, hogy az Univerzum a teremtés zsebének (más néven mini-frufru) eredménye több milliárd év alatt. Ezt a modellt azokra a válaszokra módosítottuk, amelyek megmutatták, hogyan gyorsul az univerzum terjeszkedési üteme. Ezen módosítások ellenére a csillagászati közösség továbbra is a Nagyrobbanást tartja a legjobb modellnek az összes megfigyelhető jelenség magyarázatához.
Manapság ez a modell Lambda-hideg sötét anyag (LCDM) modellként ismert, amely a sötét anyagról és a sötét energiáról szóló aktuális elméleteket foglalja magában a Big Bang elmélettel. Ennek ellenére az egyensúlyi hipotézist (és annak változatát) továbbra is egyes asztrofizikusok és kozmológusok támogatják. És nem ez az egyetlen alternatívája a Big Bang kozmológiának ...
Sok cikket írtunk a kozmológiáról itt a Space Magazine-ban. Itt van: Mi az univerzum, a nagyrobbanás elmélete: Univerzumunk evolúciója, mi az oszcilláló univerzum-elmélet? Mi az a nagy szakadás? Mi a Multiverse elmélet ?, Mi a felsőrészelmélet ?, Mi a kozmikus mikrohullámú háttér? , The Big Crunch: Univerzumunk vége ?, Mi a Big Freeze? És a Kozmológia 101: The End.
A csillagászat néhány érdekes epizódot vet fel a témáról. Íme: 5. epizód: A nagy robbanás és a kozmikus mikrohullámú háttér, 6. epizód: További bizonyítékok a nagy robbanáshoz, 79. epizód: Mennyire nagy az univerzum ?, 187. epizód: A csillagászat története, 5. rész: 20. század és 499. rész: Mi a javasolt Hubble-Lemaitre törvény ?.
Forrás:
- Wikipedia - kozmológiai elv
- Wikipedia - Állandó állapot hipotézis
- Kozmológiai ötletek - nagy roham vagy egyensúlyi állapot?
- Encyclopedia Britannica - Steady-State Theory
- UBC csillagászat és asztrofizika - alapvető kérdések a kozmológiában
- „Új modell a táguló univerzumhoz”, Hoyle, F. MNRAS, vol. 108. szám, nem 372 (1948)
- „Kvázi állandósult állapot és a kapcsolódó kozmológiai modellek: történelmi áttekintés”, Kragh. H. (2012)
- „A táguló univerzum egyensúlyi állapotának elmélete”, MNRAS, vol. 108. o. 252 (1948)
- „Einstein egyensúlyi elmélete: a kozmosz elhagyott modellje”, The European Physical Journal H, vol. 39. oldal 353-367 (2014)
- „Kvázi-állandósult állapotú kozmológiai modell az anyag létrehozásával”, Hoyle, F .; Burbidge, G .; Narlikar, J. V., Astrophysical Journal v. 410, p. 437 (1993)
