Когато става дума за нашия космически произход, в хода на историята са разработени редица теории. Буквално всяка култура, която някога е съществувала, има собствена митологична традиция, която естествено включваше история за създаване. С раждането на научната традиция учените започват да разбират Вселената по отношение на физическите закони, които могат да бъдат тествани и доказани.
С зората на Космическата ера учените започнаха да тестват космологичните теории по отношение на наблюдаваните явления. От всичко това до втората половина на 20-ти век възникват редица теории, които се опитват да обяснят как изглежда цялата материя и физическите закони, които я управляват. От тях теорията за големия взрив остава най-широко приетата, докато хипотезата за стабилната държава исторически е била най-големият й предизвикател.
Моделът на Steady-State заявява, че плътността на материята в разширяващата се вселена остава непроменена във времето поради непрекъснатото създаване на материята. С други думи, наблюдаваната Вселена по същество остава същата, независимо от времето или мястото. Това го поставя в рязък контраст с теорията, че по-голямата част от материята е създадена в едно събитие (Големият взрив) и оттогава се разширява.
Произход
Въпреки че понятието за стабилна и непроменяща се Вселена е било прието през цялата история, едва през ранния модерен период учените започват да тълкуват това в астрофизичен план. Първият ясен пример за това, спорен в контекста на астрономията и космологията, беше в Исак Нютон Математически принципи на естествената философия (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica), публикувана през 1687г.
В магнумния опус на Нютон той концептуализира Вселената отвъд Слънчевата система като празно пространство, което се простира равномерно във всички посоки до неизмерими разстояния. Освен това той обясни чрез математически доказателства и наблюдения, че всички движения и динамика в тази система са обяснени чрез единния принцип на универсалното гравитация.
Обаче това, което ще стане известно като хипотеза за стабилна държава, се появява чак в началото на 20 век. Този космологичен модел е вдъхновен от редица открития, както и пробиви в областта на теоретичната физика. Те включват Теорията на общата относителност на Алберт Айнщайн и наблюденията на Едвин Хъбъл, че Вселената е в състояние на експанзия.
Айнщайн формализира тази теория до 1915 г., след като реши да разшири теорията си за специална относителност, за да включи гравитацията. В крайна сметка тази теория гласи, че гравитационната сила на материята и енергията директно променя кривината на пространственото време около нея. Или както го обобщи известният теоретичен физик Джон Уилър, „пространството-времето казва как да се движим; материята казва пространство-време как да се криви. "
Към 1917 г. теоретичните изчисления, базирани на полевите уравнения на Айнщайн, показват, че Вселената трябва да бъде в състояние на разширение или свиване. До 1929 г. наблюдения, направени от Джордж Лемайтре (който предложи теорията за Големия взрив) и Едвин Хъбъл (използвайки 100-инчовия телескоп Хукър в обсерваторията Маунт Уилсън), показват, че последният е такъв.
Въз основа на тези разкрития, през 1930 г. започва дебат за възможния произход и истинската същност на Вселената. От една страна имаше хора, които твърдяха, че Вселената е ограничена във възрастта и се развива с течение на времето чрез охлаждане, разширяване и образуване на структури поради гравитационния срив. Тази теория беше наречена сатирично „Големия взрив” от Фред Хойл и името остана.
Междувременно по-голямата част от астрономите по това време държат на теорията, че докато наблюдаваната Вселена се разширява, тя все пак не се променя по отношение на плътността на материята. Накратко, привържениците на тази теория твърдяха, че Вселената няма начало, нито край и тази материя непрекъснато се създава във времето - със скорост един водороден атом на кубичен метър на 100 милиарда години.
Тази теория разшири и Космологичния принцип на Айнщайн, известен още като. Космологична константа (CC), която Айнщайн предложи през 1931 г. Според Айнщайн тази сила е била отговорна за „задържане на гравитацията“ и за гарантиране, че Вселената остава стабилна, хомогенна и изотропна по отношение на мащабната си структура.
Модифицирайки този принцип и го разширявайки, членовете на училището на мисълта за стабилна държава твърдяха, че именно непрекъснатото създаване на материята гарантира, че структурата на Вселената остава една и съща с течение на времето. Това иначе е известно като перфектният космологичен принцип, който депинира хипотезата за устойчиво състояние.
Теорията на Steady State става широко известна през 1948 г. с публикуването на два доклада: „Нов модел за разширяваща се Вселена“ на английския астроном Фред Хойл и „Теория на устойчивата държава и разширяващата се вселена“ от британско-австрийския астрофизик и екипа на космолозите на Херман Бонди и Томас Голд.
Основни аргументи и прогнози
Аргументите в полза на хипотезата за устойчива държава включват очевидния проблем с мащаба във времето, повдигнат от наблюдаваната скорост на космическо разширяване (известен още като Законът на Хъбъл или закона на Хъбъл-Лемайтер). Въз основа на наблюденията на Хъбъл за близките галактики той изчисли, че Вселената се разширява със скорост, която систематично се увеличава с разстояние.
Това породи идеята, че Вселената започва да се разширява от много по-малък обем пространство. При липса на ускорение / забавяне - 500 км / сек на Мегапарсек (310 mps на Mpc) - Константата на Хъбъл означаваше, че цялата материя се разширява за около 2 милиарда години - което също ще бъде горната епоха на Вселената.
Тази констатация е в противоречие с радиоактивните датировки, при които учените измерват скоростта на гниене на находищата на уран-238 и плутоний-205 в скални проби. Използвайки този метод, най-старите проби от скала (които са с лунен произход) са оценени на 4,6 милиарда години. Друга несъответствие се появи в резултат на теорията за звездна еволюция.
Накратко, скоростта, с която водородът се слее във вътрешността на звездите (за създаване на хелий), дава горната оценка на възрастта от 10 милиарда години за кълбовидните клъстери - най-старите звезди в галактиката. Нещо повече, в този модел не е имало еволюция на големи разстояния - което би означавало, че радиоизточниците - ака. квазари или активни галактически ядра (AGNs) - биха били единни в цялата Вселена.
Това също би означавало, че Константата на Хъбъл (изчислена в началото на 20 век) ще остане постоянна. Моделът на устойчиво състояние също прогнозира, че постоянното създаване на антиматерия и неутрони ще доведе до редовно унищожаване и разпад на неутрони, като по този начин ще доведе до съществуването на гама-лъч и горещ рентгенов излъчващ газ в цялата Вселена.
Голям взрив за победата
Въпреки това, продължаващите наблюдения през 50-те и 60-те години на XX век стабилно водят до натрупване на доказателства срещу хипотезата на стабилната държава. Те включват откриването на ярки радиоизточници (известни още като квазари и радио галактики), които бяха открити в далечни галактики, но не и в най-близките до нас - което показва, че много галактики са станали „радио-тихи“ с течение на времето.
До 1961 г. проучванията на радиоизточници позволяват да се правят статистически анализи, които изключват възможността светлите радио галактики да бъдат равномерно разпределени. Друг основен аргумент срещу устойчивата хипотеза е откриването на космическия микровълнов фон (CMB) през 1964 г., което прогнозира моделът на Големия взрив.
В комбинация с липсата на фона на гама-лъчи и всеобхватни облаци от рентгенов излъчващ газ моделът на Големия взрив стана широко приет през 60-те години. До 90-те години наблюдения с Космически телескоп Хъбъл и други обсерватории също откриха, че космическото разширяване не е последователно във времето. През последните три милиарда години той всъщност се ускорява.
Това доведе до няколко усъвършенствания на Константата на Хъбъл. Въз основа на данните, събрани от Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), скоростта на космическо разширяване в момента се изчислява между 70 и 73,8 km / s на Mpc (43,5 до 46 mps на Mpc) с 3% марж на грешка. Тези стойности са далеч по-съвместими с наблюденията, които поставят възрастта на Вселената на около 13,8 милиарда години.
Модерни варианти
Започвайки през 1993 г., Фред Хойл и астрофизиците Джефри Бърбидж и Джаянт В. Нарликар започват да публикуват поредица от изследвания, в които предлагат нова версия на хипотезата за устойчивата държава. Известна като хипотезата на квази-устойчивата държава (QSS), тази вариация се опита да обясни космологичните явления, които старата теория не отчита.
Този модел предполага, че Вселената е резултат от джобовете на сътворението (известни още като мини-бретон), случващи се в течение на много милиарди години. Този модел е променен в отговор на данни, които показват как скоростта на разширяване на Вселената се ускорява. Въпреки тези модификации астрономическата общност все още счита Големия взрив за най-добрия модел за обяснение на всички наблюдавани явления.
Днес този модел е известен като модела Lambda-Cold Dark Matter (LCDM), който включва актуални теории за тъмната материя и тъмната енергия с теорията за Големия взрив. Независимо от това, хипотезата за устойчивата държава (и нейните варианти) все още се застъпва от някои астрофизици и космолози. И това не е единствената алтернатива на космологията на Големия взрив ...
Тук сме писали много статии по космология в сп. Space. Ето какво е Вселената, теорията за големия взрив: Еволюцията на нашата Вселена, какво е осцилиращата теория на Вселената? Какво е голямото разкъсване? Какво е теорията на мултивселената? Какво е теорията на суперструнните? Какво представлява фонът на космическата микровълнова? , Голямата криза: Краят на нашата Вселена ?, Какво е Голямото замразяване ?, и Космологията 101: Краят.
Astronomy Cast също някои интересни епизоди по темата. Ето епизод 5: Фонът на Големия взрив и космическата микровълнова, Епизод 6: Още доказателства за Големия взрив, Епизод 79: Колко голяма е Вселената ?, Епизод 187: История на астрономията, Част 5: 20 век и Епизод 499: Какво представлява предложеният закон на Хъбъл-Лемайтер ?.
Източници:
- Уикипедия - Космологичен принцип
- Уикипедия - стабилна хипотеза
- Идеи на космологията - Голям взрив или стабилно състояние?
- Енциклопедия Британика - теория на устойчивата държава
- UBC астрономия и астрофизика - основни въпроси в космологията
- „Нов модел за разширяващата се Вселена“, Hoyle, F. MNRAS, vol. 108, бр. 372 (1948)
- „Квази-устойчиви и свързани космологични модели: исторически преглед“, Краг. H. (2012)
- „Теорията за устойчивото състояние на разширяващата се Вселена“, MNRAS, кн. 108, стр. 252 (1948 г.)
- „Стационарната теория на Айнщайн: изоставен модел на космоса“, Европейски физически журнал H, кн. 39, стр. 353-367 (2014 г.)
- „Квази-устойчив космологичен модел с създаване на материя“, Hoyle, F .; Бърбидж, Дж .; Narlikar, J. V., Astrophysical Journal v. 410, p. 437 (1993)
