Kas ir līdzsvara stāvokļa teorija kosmoloģijā?

Victor Habbick Visions/Getty Images

Līdzsvara stāvokļa teorija bija 20. gadsimtā ierosināta teorija kosmoloģija izskaidrot pierādījumus tam, ka Visums paplašinās, bet joprojām saglabā galveno ideju, ka Visums vienmēr izskatās vienāds un tāpēc praktiski nemainās, un tam nav ne sākuma, ne beigu. Šī ideja lielā mērā ir diskreditēta astronomisku pierādījumu dēļ, kas liecina, ka Visums laika gaitā faktiski mainās.

Līdzsvara stāvokļa teorijas pamatojums un attīstība

KadEinšteinsizveidoja savu vispārējās relativitātes teorija , agrīnā analīze parādīja, ka tas radīja Visumu, kas bija nestabils (paplašinās vai saraujas), nevis statisko Visumu, kas vienmēr tika pieņemts. Einšteins arī pieļāva šo pieņēmumu par statisku Visumu, tāpēc viņš savos vispārējās relativitātes lauka vienādojumos ieviesa terminu, ko sauc par kosmoloģiskā konstante . Tas kalpoja mērķim noturēt Visumu statiskā stāvoklī. Tomēr, kad Edvīns Habls atklāja pierādījumus tam, ka tālu galaktikas faktiski izplešas prom no Zemes visos virzienos, zinātnieki (tostarp Einšteins) saprata, ka Visums nešķita statisks, un šis termins tika noņemts.

Līdzsvara stāvokļa teoriju 20. gadsimta 20. gados pirmo reizi ierosināja sers Džeimss Džinss, taču tā patiešām guva stimulu 1948. gadā, kad to pārformulēja Freds Hoils , Tomass Zelts un Hermans Bondi. Ir apšaubāms stāsts, ka viņi nāca klajā ar teoriju pēc filmas 'Nakts miris' noskatīšanās, kas beidzas tieši tā, kā tā sākās.

Hoils īpaši kļuva par galveno teorijas atbalstītāju, īpaši pretstatā teorijai lielā sprādziena teorija . Patiesībā kādā britu radio raidījumā Hoils izdomāja terminu “lielais sprādziens” nedaudz izsmejoši, lai izskaidrotu pretējo teoriju.

Savā grāmatā “Paralēlās pasaules” fiziķis Mičio Kaku sniedz vienu saprātīgu pamatojumu Hoila uzticībai līdzsvara stāvokļa modelim un pretestībai lielā sprādziena modelim:

Viens no [lielā sprādziena] teorijas trūkumiem bija tāds, ka Habls tālu galaktiku gaismas mērījumu kļūdu dēļ bija nepareizi aprēķinājis Visuma vecumu, kas ir 1,8 miljardi gadu. Ģeologi apgalvoja, ka Zeme un Saules sistēma, iespējams, ir daudzus miljardus gadu veca. Kā Visums varētu būt jaunāks par tā planētām?

Savā grāmatā 'Bezgalīgs Visums: aiz lielā sprādziena' kosmologi Pols J. Šteinhards un Nīls Turoks ir nedaudz mazāk simpātisks pret Hoila nostāju un motivāciju:

Jo īpaši Hoils uzskatīja, ka lielais sprādziens bija pretīgs, jo viņš bija dedzīgi pretreliģiozs un uzskatīja, ka kosmoloģiskā aina bija satraucoši tuvu Bībeles aprakstam. Lai izvairītos no sprādziena, viņš un viņa līdzstrādnieki bija gatavi apsvērt domu, ka matērija un starojums tiek nepārtraukti radīti visā Visumā tieši tādā veidā, lai saglabātu blīvumu un temperatūru nemainīgu, Visumam izplešoties. Šis līdzsvara stāvokļa attēls bija pēdējais nemainīgā Visuma jēdziena aizstāvjiem, aizsākot trīs gadu desmitu cīņu ar lielā sprādziena modeļa piekritējiem.

Kā norāda šie citāti, līdzsvara stāvokļa teorijas galvenais mērķis bija izskaidrot Visuma izplešanos, nepasakot, ka Visums kopumā dažādos laika punktos izskatās savādāk. Ja Visums jebkurā noteiktā laika brīdī izskatās būtībā vienāds, nav nepieciešams pieņemt sākumu vai beigas. To parasti sauc par perfektu kosmoloģisko principu. Galvenais veids, kā Hoils (un citi) spēja saglabāt šo principu, bija situācijas ierosināšana, kamēr Visums paplašinās un radās jaunas daļiņas. Atkal, kā to prezentēja Kaku:

Šajā modelī Visuma daļas faktiski izplešas, bet no nekā nemitīgi tika radīta jauna matērija, tā ka Visuma blīvums palika nemainīgs... Hoilam šķita neloģiski, ka var parādīties ugunīga kataklizma. nekur sūtīt galaktikas, kas traucas visos virzienos; viņš deva priekšroku gludai masas radīšanai no nekā. Citiem vārdiem sakot, Visums bija mūžīgs. Tam nebija ne gala, ne sākuma. Tā vienkārši bija.

Līdzsvara stāvokļa teorijas atspēkošana

Pierādījumi pret līdzsvara stāvokļa teoriju pieauga, kad tika atklāti jauni astronomiski pierādījumi. Piemēram, noteiktas tālu galaktiku pazīmes (piemēram,kvazāriun radio galaktikas) nebija redzētas tuvākās galaktikās. Tam ir jēga lielā sprādziena teorijā, kur tālās galaktikas faktiski pārstāv 'jaunākas' galaktikas, bet tuvākās galaktikas ir vecākas, bet līdzsvara stāvokļa teorijai nav reāla veida, kā izskaidrot šo atšķirību. Faktiski tā ir tieši tāda atšķirība, no kuras teorija tika izstrādāta, lai izvairītos no tā.

Tomēr līdzsvara stāvokļa kosmoloģijas pēdējais 'nagla zārkā' radās, atklājot kosmoloģisko. mikroviļņu fona starojums , kas tika prognozēts kā daļa no lielā sprādziena teorijas, taču tai nebija nekāda iemesla pastāvēt līdzsvara stāvokļa teorijas ietvaros.

Stīvens Veinbergs 1972. gadā teica par pierādījumiem, kas iebilst pret līdzsvara stāvokļa kosmoloģiju:

Savā ziņā domstarpības ir modeļa nopelns; Vienīgais starp visām kosmoloģijām līdzsvara stāvokļa modelis sniedz tik noteiktas prognozes, ka to var atspēkot pat ar ierobežotiem novērojumiem, kas ir mūsu rīcībā.

Kvazi līdzsvara stāvokļa teorija

Joprojām ir daži zinātnieki, kas pēta līdzsvara stāvokļa teoriju formā kvazi-stacionāra stāvokļa teorija . Tas nav plaši pieņemts zinātnieku vidū, un par to ir izteikti daudzi pārmetumi, kas nav pienācīgi ņemti vērā.

Avoti

'Zelts, Tomas.' Pilnīga zinātniskās biogrāfijas vārdnīca, Charles Scribner's Sons, Encyclopedia.com, 2008.

Kaku, Mičio. 'Paralēlās pasaules: ceļojums caur radīšanu, augstākām dimensijām un kosmosa nākotni.' 1. izdevums, Doubleday, 2004. gada 28. decembris.

Keims, Brendons. 'Fiziķis Nīls Turoks: Lielais sprādziens nebija sākums.' Vadu, 2008. gada 19. februāris.

'Pols Dž. Steinhards.' Prinstonas Universitātes Fizikas katedra, 2019, Prinstona, Ņūdžersija.

'Staidva stāvokļa teorija.' New World Encyclopedia, 2015. gada 21. oktobris.

Steinhardt, Paul J. 'Nebeidzamais Visums: aiz Lielā sprādziena'. Nīls Turoks, Piektais vai vēlāks izdevums, Doubleday, 2007. gada 29. maijs.

Doc. 'Freds Hoils.' Slaveni zinātnieki, 2019.