Ποια είναι η Θεωρία Σταθερής Κατάστασης στην Κοσμολογία;

Θεωρία σταθερής κατάστασης ήταν μια θεωρία που προτάθηκε τον 20ο αιώνα κοσμολογία να εξηγήσει τα αποδεικτικά στοιχεία ότι το σύμπαν επεκτεινόταν, αλλά εξακολουθεί να διατηρεί την κεντρική ιδέα ότι το σύμπαν πάντα φαίνεται το ίδιο και επομένως είναι αμετάβλητο στην πράξη και δεν έχει αρχή ούτε τέλος. Αυτή η ιδέα έχει σε μεγάλο βαθμό αποθαρρυνθεί λόγω αστρονομικών στοιχείων που υποδηλώνουν ότι το σύμπαν, στην πραγματικότητα, αλλάζει με την πάροδο του χρόνου.

Πότε Αϊνστάιν δημιούργησε το θεωρία της γενικής σχετικότητας, η πρώιμη ανάλυση έδειξε ότι δημιούργησε ένα σύμπαν που ήταν ασταθές (επέκταση ή σύμπραξη) και όχι το στατικό σύμπαν που ανέκαθεν είχε υποτεθεί. Ο Αϊνστάιν είχε επίσης αυτή την υπόθεση για ένα στατικό σύμπαν, οπότε εισήγαγε έναν όρο στις γενικές εξισώσεις πεδίου της σχετικότητας που ονομάζεται κοσμολογική σταθερά. Αυτό εξυπηρετούσε το σκοπό να συγκρατήσει το σύμπαν σε στατική κατάσταση. Ωστόσο, πότε Ο Edwin Hubble ανακάλυψαν στοιχεία ότι οι μακρινοί γαλαξίες στην ουσία επεκτείνονταν από τη Γη προς όλες τις κατευθύνσεις, οι επιστήμονες (συμπεριλαμβανομένου του Αϊνστάιν) συνειδητοποίησαν ότι το σύμπαν δεν φαίνεται να είναι στατικό και ο όρος ήταν αφαιρεθεί.

Η θεωρία σταθερής κατάστασης προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Sir James Jeans τη δεκαετία του 1920, αλλά στην πραγματικότητα πήρε μια ώθηση το 1948, όταν αναδιατυπώθηκε από Fred Hoyle, Thomas Gold, και Hermann Bondi. Υπάρχει μια αμφίβολη ιστορία που έρχεται με τη θεωρία μετά από την παρακολούθηση της ταινίας "Dead of Night", η οποία τελειώνει ακριβώς όπως ξεκίνησε.

Ο Hoyle έγινε ιδιαίτερα σημαντικός υποστηρικτής της θεωρίας, ειδικά σε αντίθεση με την θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Στην πραγματικότητα, σε μια βρετανική ραδιοφωνική εκπομπή, ο Χόιλε δημιούργησε τον όρο "big bang" λίγο εξωφρενικά για να εξηγήσει την αντίθετη θεωρία.

Στο βιβλίο του "Parallel Worlds", φυσικός Μίχιο Κακού παρέχει μια λογική αιτιολόγηση για την αφοσίωση του Hoyle στο μοντέλο σταθερής κατάστασης και την αντίθεση με το μοντέλο του Big Bang:

Ένα ελάττωμα στη θεωρία [big bang] ήταν ότι το Hubble, λόγω σφαλμάτων στη μέτρηση του φωτός από μακρινούς γαλαξίες, είχε υποτιμήσει λανθασμένα την ηλικία του σύμπαντος σε 1,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι γεωλόγοι ισχυρίστηκαν ότι η Γη και το ηλιακό σύστημα ήταν πιθανώς πολλά δισεκατομμύρια χρόνια. Πώς θα μπορούσε το σύμπαν να είναι νεότερο από τους πλανήτες του;

Στο βιβλίο τους "Ατελείωτο Σύμπαν: Πέρα από τη Μεγάλη Έκρηξη", κοσμολόγοι Paul J. Steinhardt και Νιλ Τούροκ είναι λίγο λιγότερο συμπονετικοί για την στάση και τα κίνητρα του Hoyle:

Ο Hoyle, ειδικότερα, βρήκε την αποτρόπαιο αφανισμό, επειδή ήταν έντονα αντιρρηστικός και σκέφτηκε ότι η κοσμολογική εικόνα ήταν κατακερματισμένη κοντά στον βιβλίο. Για να αποφύγει το κτύπημα, αυτός και οι συνεργάτες του ήταν πρόθυμοι να συλλογιστούν την ιδέα ότι η ύλη και η ακτινοβολία ήταν που δημιουργείται συνεχώς σε ολόκληρο το σύμπαν με τέτοιο τρόπο ώστε να διατηρείται η πυκνότητα και η θερμοκρασία σταθερές ως το σύμπαν επεκτείνεται. Αυτή η εικόνα σταθερής κατάστασης ήταν η τελευταία στάση για τους υποστηρικτές της ιδέας του αμετάβλητου σύμπαντος, ξεκινώντας μια μάχη τριών δεκαετιών με υποστηρικτές του μοντέλου του Big Bang.

Όπως υποδεικνύουν αυτά τα αποσπάσματα, ο κύριος στόχος της θεωρίας σταθερής κατάστασης ήταν να εξηγηθεί η επέκταση του σύμπαντος χωρίς να χρειάζεται να πούμε ότι το σύμπαν ως σύνολο, φαίνεται διαφορετικό σε διαφορετικά χρονικά σημεία. Εάν το σύμπαν σε οποιοδήποτε δεδομένο χρονικό σημείο φαίνεται βασικά το ίδιο, δεν υπάρχει ανάγκη 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) ήταν σε θέση να διατηρήσει αυτήν την αρχή ήταν να προτείνει μια κατάσταση ενώ το σύμπαν επεκτάθηκε, δημιουργήθηκαν νέα σωματίδια. Και πάλι, όπως παρουσιάστηκε από τον Kaku:

Σε αυτό το μοντέλο, τμήματα του σύμπαντος επεκτάνονταν στην πραγματικότητα, αλλά νέα ύλη δημιουργούταν συνεχώς από το τίποτα, έτσι ώστε η πυκνότητα του σύμπαντος να παρέμεινε η ίδια... Για τον Hoyle, φαινόταν παράλογο ότι ένας καταστροφικός κατακλυσμός θα μπορούσε να εμφανιστεί από το πουθενά για να στείλει γαλαξίες σε όλες τις κατευθύνσεις. Προτίμησε την ομαλή δημιουργία μάζας από το τίποτα. Με άλλα λόγια, ο κόσμος ήταν διαχρονικός. Δεν είχε τέλος, ούτε αρχή. Ήταν απλά.

Τα στοιχεία κατά της θεωρίας σταθερής κατάστασης αυξήθηκαν καθώς εντοπίστηκαν νέα αστρονομικά στοιχεία. Για παράδειγμα, ορισμένα χαρακτηριστικά των μακρινών γαλαξιών (όπως π.χ. quasars και ραδιογενείς γαλαξίες) δεν παρατηρήθηκαν στους κοντινούς γαλαξίες. Αυτό έχει νόημα στη θεωρία του Big Bang, όπου οι μακρινοί γαλαξίες αντιπροσωπεύουν πραγματικά "νεότερους" γαλαξίες και οι γειτονικοί γαλαξίες είναι παλαιότεροι, αλλά η θεωρία της σταθερής κατάστασης δεν έχει κανέναν πραγματικό τρόπο να αντιληφθεί αυτή τη διαφορά. Στην πραγματικότητα, είναι ακριβώς το είδος της διαφοράς ότι η θεωρία σχεδιάστηκε για να αποφευχθεί.

Το τελικό "καρφί στο φέρετρο" της κοσμολογίας σταθερής κατάστασης, ωστόσο, προήλθε από την ανακάλυψη των κοσμολογικών ακτινοβολία υπόβαθρο μικροκυμάτων, η οποία είχε προβλεφθεί ως μέρος της θεωρίας του Big Bang αλλά δεν είχε απολύτως λόγο ύπαρξης εντός της θεωρίας σταθερής κατάστασης.

Το 1972, ο Steven Weinberg είπε τα στοιχεία που αντικρούουν τη σταθερή κοσμολογία:

Κατά μία έννοια, η διαφωνία είναι μια πίστωση στο μοντέλο. μόνο από όλες τις κοσμολογίες, το μοντέλο σταθερής κατάστασης κάνει τέτοιες προβλέψεις ότι μπορεί να διαψευσθεί ακόμη και με τα περιορισμένα στοιχεία παρατήρησης που έχουμε στη διάθεσή μας.

Συνεχίζουν να υπάρχουν μερικοί επιστήμονες που διερευνούν τη θεωρία σταθερής κατάστασης με τη μορφή θεωρία οιονεί σταθερής κατάστασης. Δεν είναι ευρέως αποδεκτό μεταξύ των επιστημόνων και πολλές επικρίσεις που έχουν διατυπωθεί δεν έχουν αντιμετωπιστεί επαρκώς.

"Χρυσό, Θωμάς." Πλήρες Λεξικό Επιστημονικής Βιογραφίας, Sons του Charles Scribner, Encyclopedia.com, 2008.

Κάκου, Μίχιο. "Παράλληλοι κόσμοι: ένα ταξίδι μέσα από τη δημιουργία, τις υψηλότερες διαστάσεις και το μέλλον του Κόσμου". 1η έκδοση, Doubleday, 28 Δεκεμβρίου 2004.

Κέιμ, Μπράντον. "Φυσικός Neil Turok: Big Bang δεν ήταν η αρχή." Ενσύρματο, 19 Φεβρουαρίου 2008.

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

"Θεωρία σταθερής κατάστασης." Νέα παγκόσμια εγκυκλοπαίδεια, 21 Οκτωβρίου 2015.

Steinhardt, Paul J. "Ατελείωτο Σύμπαν: Πέρα από τη Μεγάλη Έκρηξη". Neil Turok, έκδοση πέμπτης ή τελευταίας έκδοσης, Doubleday, 29 Μαΐου 2007.

Ο Έγγρ. "Fred Hoyle." Διάσημοι επιστήμονες, 2019.