Care este teoria statului constant în cosmologie?

Teoria statului constant a fost o teorie propusă în secolul XX cosmologie să explice dovezi că universul s-a extins, dar păstrează în continuare ideea de bază că universul arată întotdeauna la fel și, prin urmare, este neschimbat în practică și nu are început și niciun sfârșit. Această idee a fost în mare măsură discreditată datorită dovezilor astronomice care sugerează că universul se schimbă de-a lungul timpului.

Cand Einstein a creat a lui teoria relativității generale, analiza timpurie a arătat că a creat un univers care era instabil (în expansiune sau contractare) și nu universul static care fusese întotdeauna asumat. De asemenea, Einstein a susținut această presupunere despre un univers static, așa că a introdus un termen în ecuațiile sale generale ale relativității de câmp numite constantă cosmologică. Acest lucru a servit scopul de a menține universul într-o stare statică. Cu toate acestea, când Edwin Hubble au descoperit dovezi că galaxiile îndepărtate se extindeau, de fapt, de Pământ în toate direcțiile, oamenii de știință (inclusiv Einstein) și-au dat seama că universul nu părea să fie static și termenul a fost îndepărtat.

Teoria statului de echilibru a fost propusă pentru prima dată de Sir James Jeans în anii 1920, dar a primit cu adevărat un impuls în 1948, când a fost reformulată de Fred Hoyle, Thomas Gold, și Hermann Bondi. Există o poveste dubioasă că au venit cu teoria după ce au vizionat filmul „Dead of Night”, care se încheie exact așa cum a început.

Hoyle a devenit în special un promotor major al teoriei, mai ales în opoziție cu Teoria Big Bang. De fapt, într-o emisiune radio britanică, Hoyle a inventat termenul „big bang” oarecum deriziv pentru a explica teoria opusă.

În cartea sa „Lumile paralele”, fizician Michio Kaku oferă o justificare rezonabilă pentru dedicația lui Hoyle față de modelul de stare constantă și opoziția față de modelul big bang:

Un defect al teoriei [big bang] a fost că Hubble, din cauza erorilor de măsurare a luminii din galaxiile îndepărtate, a calculat greșit vârsta universului de 1,8 miliarde de ani. Geologii au susținut că Pământul și sistemul solar aveau probabil mulți miliarde de ani. Cum ar putea universul să fie mai tânăr decât planetele sale?

În cartea lor „Universul fără sfârșit: dincolo de Big Bang”, cosmologi Paul J. Steinhardt și Neil Turok sunt puțin mai puțin simpatici cu poziția și motivațiile lui Hoyle:

Hoyle, în special, a găsit scârbă de big bang pentru că era vehement antireligioasă și credea că tabloul cosmologic se apropie tulburător de relatarea biblică. Pentru a evita lovitura, el și colaboratorii săi erau dispuși să contemple ideea că materia și radiațiile erau creată continuu în întregul univers în așa fel încât să mențină densitatea și temperatura constantă ca universul se extinde. Această imagine în stare de echilibru a fost ultima poziție pentru susținătorii conceptului de univers neschimbător, care a pornit o luptă de trei decenii cu susținătorii modelului big bang.

După cum indică aceste citate, scopul principal al teoriei statului constant a fost să explice extinderea universului fără a fi necesar să spunem că Universul în ansamblu arată diferit în diferite puncte în timp. Dacă universul la un moment dat în timp arată practic același lucru, nu este necesar să presupunem un început sau un sfârșit. Acesta este în general cunoscut sub numele de principiul cosmologic perfect. Modul principal prin care Hoyle (și alții) a fost capabil să păstreze acest principiu a fost prin propunerea unei situații, în timp ce universul s-a extins, s-au creat noi particule. Din nou, așa cum a fost prezentat de Kaku:

În acest model, porțiuni ale universului se extindeau de fapt, dar materia nouă era creată constant din nimic, astfel încât densitatea universului a rămas aceeași... Pentru Hoyle, i se părea ilogic faptul că un cataclism înflăcărat ar putea să apară de nicăieri pentru a trimite galaxii rănind în toate direcțiile; a preferat crearea lină a masei din nimic. Cu alte cuvinte, universul a fost atemporal. Nu a avut nici un sfârșit, nici un început. Doar a fost.

Dovezile împotriva teoriei statului constant au crescut pe măsură ce au fost detectate noi dovezi astronomice. De exemplu, anumite caracteristici ale galaxiilor îndepărtate (de ex quasari și galaxii radio) nu au fost văzute în galaxii mai apropiate. Acest lucru are sens în teoria big bang-ului, unde galaxiile îndepărtate reprezintă de fapt galaxii „mai tinere” iar galaxiile mai apropiate sunt mai vechi, dar teoria stării de echilibru nu are nicio cale reală de a da seama de această diferență. De fapt, este exact genul de diferență pe care teoria a fost concepută să-l evite.

Totuși, „unghia în sicriul” cosmologiei în stare de echilibru a provenit de la descoperirea cosmologicului radiații de fundal cu microunde, care fusese prezisă ca parte a teoriei big bang-ului, dar nu avea absolut niciun motiv să existe în teoria stării de echilibru.

În 1972, Steven Weinberg a spus despre dovezile care se opun cosmologiei în stare constantă:

Într-un anumit sens, dezacordul este un credit pentru model; singur dintre toate cosmologiile, modelul de stare constantă face astfel de predicții clare încât poate fi respins chiar și cu dovezi observaționale limitate la dispoziția noastră.

În continuare există unii oameni de știință care explorează teoria stării de echilibru sub formă de teoria cvasi-stabilă a stării. Nu este larg acceptat în rândul oamenilor de știință și au fost aduse numeroase critici care nu au fost abordate în mod adecvat.

„Aur, Thomas”. Dicționar complet de biografie științifică, Fiii lui Charles Scribner, Encyclopedia.com, 2008.

Kaku, Michio. „Lumile paralele: un călătorie prin creație, dimensiuni mai înalte și viitorul cosmosului”. Ediția I, Doubleday, 28 decembrie 2004.

Keim, Brandon. "Fizicianul Neil Turok: Big Bang nu a fost începutul." Cablat, 19 februarie 2008.

„Paul J. Steinhardt. "Departamentul de fizică, Universitatea Princeton, 2019, Princeton, New Jersey.

„Teoria statului constant”. New World Encyclopedia, 21 octombrie 2015.

Steinhardt, Paul J. „Univers fără sfârșit: dincolo de Big Bang”. Neil Turok, ediția a cincea sau a treia ediție, Doubleday, 29 mai 2007.

Doc. „Fred Hoyle”. Oameni de știință celebri, 2019.