Что такое стационарная теория в космологии?

Теория устойчивого состояния была теория, предложенная в 20-м веке космология объяснить доказательства того, что вселенная расширяется, но при этом сохраняет основную идею о том, что вселенная всегда выглядит одинаково и поэтому неизменна на практике и не имеет ни начала, ни конца. Эта идея была в значительной степени дискредитирована из-за астрономических свидетельств того, что вселенная, на самом деле, меняется со временем.

когда Эйнштейн создал его теория общей теории относительностиранний анализ показал, что он создал нестабильную (расширяющуюся или сжимающуюся) вселенную, а не статическую вселенную, которая всегда предполагалась. Эйнштейн также придерживался этого предположения о статической вселенной, поэтому он ввел в свои общие уравнения поля относительности термин, называемый космологическая постоянная. Это послужило цели удержания вселенной в статическом состоянии. Однако когда Эдвин Хаббл обнаружил доказательства того, что далекие галактики фактически расширялись от Земли во всех направлениях, ученые (включая Эйнштейна) поняли, что вселенная не кажется статичной, и термин удален.

Теория устойчивого состояния была впервые предложена сэром Джеймсом Джинсом в 1920-х годах, но она действительно получила толчок в 1948 году, когда она была переформулирована Фред Хойл, Томас Голди Герман Бонди. Есть сомнительная история, что они придумали теорию после просмотра фильма «Мертвая ночь», которая заканчивается именно так, как она началась.

Хойл, в частности, стал основным сторонником теории, особенно в противовес теория большого взрыва. На самом деле, в британском радиопередаче Хойл несколько иронично придумал термин «большой взрыв», чтобы объяснить противоположную теорию.

В своей книге «Параллельные миры» физик Мичио Каку дает одно разумное оправдание преданности Хойла стационарной модели и оппозиции модели большого взрыва:

Одним из недостатков теории [большого взрыва] было то, что Хаббл из-за ошибок в измерении света от далеких галактик неправильно рассчитал возраст Вселенной до 1,8 миллиарда лет. Геологи утверждали, что Земле и Солнечной системе, вероятно, было много миллиардов лет. Как может Вселенная быть моложе своих планет?

В своей книге «Бесконечная Вселенная: за гранью большого взрыва» космологи Пол Дж. Стейнхардт и Нил Турок немного менее сочувствую позиции и мотивам Хойла:

Хойл, в частности, обнаружил, что большой взрыв является отвратительным, потому что он был яростно антирелигиозным, и он думал, что космологическая картина была ужасно близка к библейскому описанию. Чтобы избежать взрыва, он и его сотрудники были готовы подумать о том, что материя и радиация были постоянно создается по всей вселенной таким образом, чтобы поддерживать постоянную плотность и температуру Вселенная расширяется. Эта устойчивая картина была последним, отстаивающим идею неизменной концепции вселенной, начавшей трехдесятилетнюю битву с сторонниками модели большого взрыва.

Как указывают эти цитаты, основная цель теории стационарного состояния состояла в том, чтобы объяснить расширение Вселенной без необходимости говорить, что Вселенная в целом выглядит по-разному в разные моменты времени. Если вселенная в любой данный момент времени выглядит в основном одинаково, нет необходимости предполагать начало или конец. Это широко известно как идеальный космологический принцип. Основным способом, которым Хойл (и другие) смогли сохранить этот принцип, было предложение ситуации, в то время как вселенная расширялась, создавались новые частицы. Опять же, как представлено Каку:

В этой модели части вселенной фактически расширялись, но новая материя постоянно создавалась из ничего, так что плотность вселенной оставалась неизменной... Хойлу казалось нелогичным, что из ниоткуда может появиться огненный катаклизм, посылая галактики, несущиеся во всех направлениях; он предпочитал плавное создание массы из ничего. Другими словами, вселенная была вне времени. У этого не было ни конца, ни начала. Это просто было.

Доказательства против теории стационарного состояния росли по мере обнаружения новых астрономических данных. Например, некоторые особенности далеких галактик (такие как квазары и радиогалактики) не было видно в ближайших галактиках. Это имеет смысл в теории большого взрыва, где далекие галактики фактически представляют «более молодые» галактики и более близкие галактики старше, но теория стационарного состояния не имеет реального способа объяснить это различие. На самом деле, это именно та разница, которую теория должна была избежать.

Окончательный «гвоздь в гробу» стационарной космологии, однако, пришел из открытия космологического микроволновое фоновое излучениекоторый был предсказан как часть теории большого взрыва, но не имел абсолютно никаких оснований существовать в теории стационарного состояния.

В 1972 году Стивен Вайнберг сказал о доказательствах, противоречащих космологии устойчивого состояния:

В некотором смысле, несогласие является кредитом для модели; Только среди всех космологий модель устойчивого состояния делает такие определенные предсказания, что ее можно опровергнуть даже при наличии ограниченных наблюдательных данных, имеющихся в нашем распоряжении.

Там продолжают быть некоторые ученые, которые исследуют теорию стационарного состояния в форме теория квазистационарного состояния. Это не является широко признанным среди ученых, и было высказано много критических замечаний, которые не были должным образом рассмотрены.

"Золото, Томас." Полный словарь научной биографии, сыновья Чарльза Скрибнера, Encyclopedia.com, 2008.

Каку, Мичио. «Параллельные миры: путешествие через творение, высшие измерения и будущее космоса». 1-е издание, Doubleday, 28 декабря 2004 г.

Кейм, Брэндон. «Физик Нил Турок: Большой взрыв не был началом». Проводной, 19 февраля 2008 г.

"Пол Дж. Steinhardt. "Физический факультет, Принстонский университет, 2019, Принстон, Нью-Джерси.

«Теория устойчивого состояния». Энциклопедия Нового Света, 21 октября 2015 г.

Штейнхардт, Пол Дж. «Бесконечная вселенная: за гранью большого взрыва». Нил Турок, пятое или позднее издание, Doubleday, 29 мая 2007 г.

Док. "Фред Хойл." Знаменитые ученые, 2019.