Kad je riječ o našem kozmičkom podrijetlu, kroz tečaj povijesti napredovale su brojne teorije. Doslovno svaka kultura koja je ikada postojala imala je svoju mitološku tradiciju, što je naravno uključivalo i kreacijsku priču. Rođenjem znanstvene tradicije, znanstvenici su počeli razumjeti Svemir u smislu fizičkih zakona koji se mogu testirati i dokazati.
S zore svemirskog doba znanstvenici su počeli testirati kosmološke teorije u smislu uočenih pojava. Iz svega navedenog, u drugoj polovici 20. stoljeća izrasle su brojne teorije koje su pokušale objasniti kako nastaju sva materija i fizički zakoni koji vladaju njome. Od njih je teorija velikog praska još uvijek najšire prihvaćena, dok je hipoteza o stabilnom stanju povijesno bila njen najveći izazivač.
Model ustaljenog stanja kaže da gustoća materije u svemiru koja se širi ostaje vremenom nepromijenjena zbog kontinuiranog stvaranja materije. Drugim riječima, promatrani Univerzum u osnovi ostaje isti bez obzira na vrijeme ili mjesto. To je u oštroj suprotnosti s teorijom da je većina materije stvorena u jednom događaju (Veliki prasak) i od tada se širi.
Podrijetlo
Iako je pojam stabilnog i nepromjenjivog Svemira bio prihvaćen kroz povijest, znanstvenici su tek u ranom modernom razdoblju počeli to tumačiti u astrofizičkim terminima. Prvi jasan primjer toga argument u kontekstu astronomije i kosmologije bio je u Isaacu Newtonu Matematički principi prirodne filozofije (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) objavljeno 1687. godine.
U Newtonovom magnum opusu on je zamislio Svemir izvan Sunčevog sustava kao prazan prostor koji se ravnomjerno protezao u svim smjerovima do nemjerljivih udaljenosti. Dalje je matematičkim dokazima i opažanjima objasnio da su sva gibanja i dinamika u ovom sustavu objašnjena putem jedinstvenog principa univerzalne gravitacije.
Međutim, ono što će postati poznato kao hipoteza o stabilnom stanju pojavila se tek početkom 20. stoljeća. Ovaj kozmološki model potaknut je brojnim otkrićima, kao i probojima u području teorijske fizike. Tu spadaju i Teorija opće relativnosti Alberta Einsteina i opažanja Edwina Hubblea da je svemir u ekspanziji.
Einstein je ovu teoriju formalizirao do 1915. godine nakon što je odlučio proširiti svoju teoriju Specijalne relativnosti na ugrađivanje gravitacije. Konačno, ova teorija kaže da gravitacijska sila materije i energije izravno mijenja zakrivljenost prostornog vremena oko nje. Ili kao što je to sažeo poznati teorijski fizičar John Wheeler, „prostor-vrijeme govori ma kako se kretati; materija govori prostoru i vremenu kako se treba savijati. "
Do 1917. godine teorijska izračunavanja zasnovana na Einsteinovim jednadžbama polja pokazala su da svemir mora biti u stanju ekspanzije ili propadanja. Do 1929. opažanja Georgea Lemaitrea (koji je predložio teoriju Velikog praska) i Edwina Hubblea (pomoću 100-inčnog Hooker teleskopa u Opservatoriju Mount Wilson) pokazala su da je to posljednji slučaj.
Na temelju tih otkrića počela je debata 1930-ih o mogućem podrijetlu i istinskoj prirodi Svemira. S jedne strane bilo je onih koji su tvrdili da je Svemir vremenski ograničen i da se s vremenom razvijao hlađenjem, širenjem i stvaranjem struktura uslijed gravitacijskog kolapsa. Fred Hoyle ovu je teoriju satirično nazvao "Veliki prasak", a ime se zadržalo.
U međuvremenu, većina tadašnjih astronoma držala se teorije da se, dok se promatrajući Svemir širi, on ipak ne mijenja u pogledu gustoće materije. Ukratko, zagovornici ove teorije tvrdili su da Svemir nema početka, niti kraja, a ta se stvar kontinuirano stvara s vremenom - brzinom jednog atoma vodika po kubičnom metru na 100 milijardi godina.
Ova se teorija također proširila Einsteinovim kozmološkim načelom, aka. Kozmološka konstanta (CC), koju je Einstein predložio 1931. godine. Prema Einsteinu, ova sila je bila odgovorna za „suzdržavanje gravitacije“ i osiguravanje da svemir ostane stabilan, homogen i izotropan u pogledu svoje velike strukture.
Izmijenjujući ovaj princip i proširivši ga, pripadnici škole razmišljanja Steady State tvrdili su da je kontinuirano stvaranje materije koje je osiguralo da struktura Svemira s vremenom ostane ista. To je inače poznato kao savršeni kosmološki princip, koji otklanja hipotezu o stabilnom stanju.
Teorija stabilne države postala je široko poznata 1948. objavljivanjem dvaju radova: „Novi model za širenje svemira“ engleskog astronoma Freda Hoyla i „Teorija stalnog stanja i širenje svemira“ britansko-austrijskog astrofizičara i kozmologa tima Hermanna Bondija i Thomasa Golda.
Ključni argumenti i predviđanja
Argumenti u korist hipoteze o stabilnoj državi uključuju očigledan problem vremenske razmjere koji je porastao promatranom brzinom kozmičke ekspanzije (aka. Hubble Constant ili Hubble-Lemaitre zakon). Na temelju Hubbleovih opažanja obližnjih galaksija, izračunao je da se Svemir širi brzinom koja se sustavno povećavala s daljinom.
To je potaklo ideju da se Svemir počeo širiti iz mnogo manjeg volumena prostora. U nedostatku ubrzanja / usporavanja - 500 km / s po Megaparseku (310 mps po Mpc) - Hubble Constant značio je da se sva materija širi već oko 2 milijarde godina - što bi ujedno bilo i gornje doba svemira.
Tom su nalazu bili u suprotnosti s radioaktivnim datiranjem, gdje su znanstvenici izmjerili brzinu propadanja taloga urana-238 i plutonija-205 u uzorcima stijena. Korištenjem ove metode procjenjuje se da su najstariji uzorci stijene (koji su bili lunarnog podrijetla) stari 4,6 milijardi godina. Još jedna nedosljednost pojavila se kao rezultat teorije evolucije zvijezda.
Ukratko, brzina kojom se vodik spaja u unutrašnjosti zvijezda (stvarajući helij) daje gornju procjenu starosti od 10 milijardi godina za globularne nakupine - najstarije zvijezde u galaksiji. Nadalje, u ovom modelu se nije moglo dogoditi evolucija na velikim daljinama - što bi značilo da izvori radija - aka. kvazari ili aktivne galaktičke jezgre (AGN-ovi) - bili bi ujednačeni u cijelom Svemiru.
To bi također značilo da će Hubble Konstant (kako se izračunalo početkom 20. stoljeća) ostati konstantan. Model ustaljenog stanja također je predvidio da će postojano stvaranje antimaterije i neutrona rezultirati redovitim uništavanjem i raspadom neutrona, što će dovesti do postojanja pozadine gama zraka i vrućeg, x-zraka koji emitira plin u cijelom Svemiru.
Veliki prasak za pobjedu
Međutim, stalna zapažanja tijekom 1950-ih i 1960-ih godina kontinuirano su dovela do nakupljanja dokaza protiv hipoteze o stabilnoj državi. Oni uključuju otkrivanje svijetlih radio izvora (aka. Kvazara i radio galaksija) koji su otkriveni u dalekim galaksijama, ali ne onima koji su nam najbliži - što ukazuje da su mnoge galaksije vremenom postale „radio-tihe“.
Do 1961. godine, istraživanja radio izvora omogućila su statističke analize, koje su isključile mogućnost da su svijetle radio galaksije bile ravnomjerno raspoređene. Drugi veliki argument protiv hipoteze o stabilnoj državi bilo je otkriće kozmičke mikrovalne pozadine (CMB) 1964. godine, za koje je predviđao model Velikog praska.
U kombinaciji s nedostatkom gama zračenja i prodornim oblacima x-zraka koji emitira plin, model Big Bang postao je široko prihvaćen u 1960-ima. Do 1990-ih, opažanja s Hubble svemirski teleskop i druge opservatorije također su otkrile da kozmička ekspanzija nije bila dosljedna tijekom vremena. U posljednje tri milijarde godina, u stvari se ubrzava.
To je dovelo do nekoliko usavršavanja Hubble Constant. Na temelju podataka prikupljenih Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), brzina kozmičkog širenja trenutačno se procjenjuje na 70 do 73,8 km / s po Mpc (43,5 do 46 mps po Mpc) s 3% -tnom granicom pogreške. Te su vrijednosti daleko usklađenije s opažanjima koja starost svemira postavljaju na oko 13,8 milijardi godina.
Moderne varijante
Početkom 1993. Fred Hoyle i astrofizičari Geoffrey Burbidge i Jayant V. Narlikar počeli su objavljivati niz studija u kojima su predložili novu verziju hipoteze o stabilnom stanju. Poznata kao hipoteza kvazi stabilne države (QSS), ova je varijanta pokušala objasniti kozmološke pojave na koje stara teorija nije obrađivala.
Ovaj model sugerira da je Svemir rezultat stvaranja džepova (aka. Mini-bangs) koji se događaju tokom mnogih milijardi godina. Ovaj je model modificiran kao odgovor na podatke koji su pokazali kako se brzina širenja Svemira ubrzava. Unatoč ovim modifikacijama, astronomska zajednica i dalje smatra Veliki prasak najboljim modelom za objašnjenje svih opaženih pojava.
Danas je ovaj model poznat kao model Lambda-Cold Dark Matter (LCDM), koji uključuje teorije o Mračnoj materiji i Tamnoj energiji s teorijom Velikog praska. Unatoč tome, neke astrofizike i kozmolozi i dalje zagovaraju hipotezu o ustaljenom stanju (i njezine inačice). I nije jedina alternativa kozmologiji Big Bang ...
Ovdje smo pisali mnoge članke o kozmologiji u časopisu Space Magazine. Evo što je svemir, teorija velikog praska: evolucija našeg svemira, što je oscilirajuća teorija svemira ?, što je velika rika ?, što je teorija multiverzuma ?, što je teorija superstringa ?, što je pozadina kozmičke mikrovalne? , Velika kriza: Kraj našeg svemira ?, Što je veliko smrzavanje ?, i Kozmologija 101: Kraj.
Astronomy Cast također nekoliko zanimljivih epizoda na tu temu. Evo epizoda 5: Pozadina velikog praska i kozmičke mikrovalne pećnice, Epizoda 6: Više dokaza za Veliki prasak, Epizoda 79: Koliko je velik svemir ?, Epizoda 187: Povijest astronomije, 5. dio: 20. stoljeće i epizoda 499: Što je predloženi Hubble-Lemaitre zakon ?.
izvori:
- Wikipedija - kozmološki princip
- Wikipedija - hipoteza stabilnog stanja
- Ideje kozmologije - veliki prasak ili stabilno stanje?
- Enciklopedija Britannica - teorija stabilnog stanja
- UBC astronomija i astrofizika - temeljna pitanja u kozmologiji
- "Novi model za širenje svemira", Hoyle, F. MNRAS, vol. 108, br. 372 (1948.)
- "Kvazi-ustaljeni i povezani kozmološki modeli: povijesni pregled", Kragh. H. (2012)
- „Teorija stalnog stanja širenja svemira“, MNRAS, god. 108, str. 252 (1948.)
- „Einsteinova teorija stabilnog stanja: napušteni model kosmosa“, Europski fizički časopis H, vol. 39, str. 353-367 (2014)
- „Kvazi-postojani kozmološki model s stvaranjem materije“, Hoyle, F .; Burbidge, G .; Narlikar, J. V., Astrofizički časopis v. 410, str. 437 (1993)
