Pokiaľ ide o náš kozmický pôvod, v priebehu dejín sa vyvinulo množstvo teórií. Doslova každá kultúra, ktorá kedy existovala, mala vlastnú mytologickú tradíciu, ktorá prirodzene zahŕňala príbeh stvorenia. Po narodení vedeckej tradície začali vedci chápať vesmír z hľadiska fyzikálnych zákonov, ktoré bolo možné otestovať a dokázať.
S úsvitom kozmického veku začali vedci testovať kozmologické teórie z hľadiska pozorovateľných javov. Z toho všetkého vyplynulo v druhej polovici 20. storočia množstvo teórií, ktoré sa pokúšali vysvetliť, ako vznikli všetky záležitosti a fyzikálne zákony, ktorými sa riadi. Z nich je teória Veľkého tresku najviac akceptovaná, zatiaľ čo hypotéza o stabilnom stave bola historicky jej najväčším výzvom.
Model ustáleného stavu uvádza, že hustota hmoty v rozširujúcom sa vesmíre zostáva v priebehu času nezmenená z dôvodu neustáleho vytvárania hmoty. Inými slovami, pozorovateľný vesmír v podstate zostáva rovnaký bez ohľadu na čas alebo miesto. Toto kladie ostrý kontrast k teórii, že väčšina hmoty bola vytvorená v jednej udalosti (Veľký tresk) a odvtedy sa rozširuje.
Origins
Zatiaľ čo sa v dejinách objavoval pojem stabilného a nemenného vesmíru, vedci to začali interpretovať astrofyzikálne až v ranom novoveku. Prvý jasný príklad toho, čo sa argumentovalo v kontexte astronómie a kozmológie, bol v Izákovi Newtonovi Matematické princípy prírodnej filozofie (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) uverejnená v roku 1687.
V Newtonovom Magnum opuse konceptualizoval Vesmír za Slnečnou sústavou ako prázdny priestor, ktorý sa rovnomerne rozširoval vo všetkých smeroch na nezmerné vzdialenosti. Matematickými dôkazmi a pozorovaniami ďalej vysvetlil, že všetky pohyby a dynamika v tomto systéme boli vysvetlené prostredníctvom jediného princípu univerzálnej gravitácie.
To, čo by sa stalo známym ako hypotéza o stabilnom stave, sa však objavilo až začiatkom 20. storočia. Tento kozmologický model bol inšpirovaný množstvom objavov, ako aj prielommi v oblasti teoretickej fyziky. Patria medzi ne teória všeobecnej relativity Alberta Einsteina a pozorovania Edwina Hubblea, že vesmír je v stave expanzie.
Einstein formalizoval túto teóriu do roku 1915 potom, čo sa rozhodol rozšíriť svoju teóriu špeciálnej relativity o gravitáciu. Nakoniec táto teória tvrdí, že gravitačná sila hmoty a energie priamo mení zakrivenie časopriestoru okolo nej. Alebo ako to zhrnul známy teoretický fyzik John Wheeler, „vesmírny čas hovorí o tom, ako sa pohybovať; hmota hovorí časopriestor, ako sa má krivka. “
Do roku 1917 teoretické výpočty založené na Einsteinových poľných rovniciach ukázali, že vesmír musel byť v stave expanzie alebo kontrakcie. Do roku 1929, pozorovania George Lemaitre (ktorý navrhol Teóriu veľkého tresku) a Edwina Hubblea (pomocou 100-palcového Hookerovho ďalekohľadu na observatóriu Mount Wilson) preukázali, že to tak bolo.
Na základe týchto odhalení sa v tridsiatych rokoch začala diskusia o možnom pôvode a začala sa skutočná povaha vesmíru. Na jednej strane boli tí, ktorí tvrdili, že Vesmír bol konečný vo veku a vyvíjal sa v priebehu času chladením, expanziou a tvorbou štruktúr v dôsledku gravitačného kolapsu. Fred Hoyle túto teóriu satiricky nazval „Veľký tresk“ a tento názov zostal prilepený.
Medzitým sa väčšina astronómov v tom čase držala teórie, že zatiaľ čo sa pozorovateľný vesmír rozširuje, nemení sa z hľadiska hustoty hmoty. Stručne povedané, zástancovia tejto teórie tvrdili, že vesmír nemá začiatok, žiadny koniec a že záležitosť sa neustále vytvára v čase - rýchlosťou jedného atómu vodíka na meter kubický na 100 miliárd rokov.
Táto teória rozšírila aj Einsteinov Kozmologický princíp. Kozmologický konštant (CC), ktorý Einstein navrhol v roku 1931. Podľa Einsteina bola táto sila zodpovedná za „zadržiavanie gravitácie“ a zabezpečenie toho, aby vesmír zostal stabilný, homogénny a izotropný z hľadiska svojej rozsiahlej štruktúry.
Po úprave a rozšírení tohto princípu členovia myšlienkovej školy ustáleného štátu tvrdili, že to, že štruktúra vesmíru zostala v priebehu času rovnaká, bolo neustále vytváranie hmoty. Toto je inak známe ako dokonalý kozmologický princíp, ktorý odvíja hypotézu ustáleného stavu.
Teória ustáleného stavu sa stala široko známou v roku 1948 uverejnením dvoch článkov: „Nový model pre rozširujúci sa vesmír“ anglického astronóma Freda Hoyleho a „teória ustáleného stavu a rozširujúci sa vesmír“ britsko-rakúskeho astrofyzika. a kozmologický tím Hermanna Bondiho a Thomasa Golda.
Kľúčové argumenty a predpovede
Medzi argumenty v prospech hypotézy ustáleného stavu patrí zrejmý problém v časovom meradle vyvolaný pozorovanou rýchlosťou kozmickej expanzie (známa ako Hubbleova konštanta alebo Hubble-Lemaitre zákon). Na základe Hubbleových pozorovaní okolitých galaxií vypočítal, že vesmír sa rozširuje rýchlosťou, ktorá sa so vzdialenosťou systematicky zvyšuje.
To viedlo k myšlienke, že vesmír sa začal rozširovať z oveľa menšieho objemu priestoru. Pri absencii zrýchlenia / spomalenia - 500 km / s na Megaparsec (310 mps na Mpc) - Hubbleov konštant znamenal, že všetka hmota sa rozširuje asi o 2 miliardy rokov - čo by bolo tiež najvyšším vekom vesmíru.
Toto zistenie bolo v rozpore s rádioaktívnymi datovaniami, kde vedci merali rýchlosť úpadku depozitov uránu-238 a plutónia-205 vo vzorkách hornín. Použitím tejto metódy sa odhaduje, že najstaršie vzorky hornín (pôvodom z mesiaca) boli staré 4,6 miliardy rokov. Ďalšia nezrovnalosť sa objavila v dôsledku teórie hviezdneho vývoja.
Stručne povedané, rýchlosť, pri ktorej sa vodík spája vo vnútri hviezd (aby sa vytvorilo hélium), poskytuje pre guľovité zhluky - najstaršie hviezdy v galaxii - odhad veku 10 miliárd rokov. A čo viac, v tomto modeli sa nemohol vyskytnúť žiadny vývoj na veľké vzdialenosti, čo by znamenalo, že by sa používali aj rádiové zdroje. kvázary alebo aktívne galaktické jadrá (AGN) - by boli v celom vesmíre jednotné.
Znamenalo by to tiež, že Hubbleova konštanta (vypočítaná na začiatku 20. storočia) by zostala konštantná. Model v ustálenom stave tiež predpovedal, že stabilné vytváranie antihmoty a neutrónov by malo za následok pravidelné vyhubenie a rozpad neutrónov, čo by viedlo k existencii gama pozadia a horúceho plynu emitujúceho röntgenové žiarenie v celom vesmíre.
Veľký tresk pre výhru
Avšak pokračujúce pozorovania počas 50. a 60. rokov 20. storočia neustále viedli k hromadeniu dôkazov proti hypotéze ustáleného stavu. Patrili sem objav svetlých rádiových zdrojov (známych ako kvasary a rádiové galaxie), ktoré boli objavené vo vzdialených galaxiách, ale nie tých, ktoré sú nám najbližšie - čo naznačuje, že mnoho galaxií sa časom „stalo pokojom“.
Do roku 1961 umožnili prieskumy rádiových zdrojov štatistické analýzy, ktoré vylučovali rovnomerné rozloženie jasných rádiových galaxií. Ďalším hlavným argumentom proti hypotéze ustáleného stavu bol objav kozmického mikrovlnného pozadia (CMB) v roku 1964, ktorý predpovedal model Veľkého tresku.
V kombinácii s neprítomnosťou gama pozadia a všadeprítomnými mrakmi plynu emitujúceho röntgenové žiarenie sa model Big Bang stal v 60. rokoch široko akceptovaný. Do 90 Hubbleov vesmírny teleskop a ďalšie observatóriá tiež zistili, že kozmická expanzia v priebehu času nebola konzistentná. Počas posledných troch miliárd rokov sa v skutočnosti zrýchľoval.
To viedlo k niekoľkým vylepšeniam Hubbleovho konštanta. Na základe údajov zhromaždených sondou Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) sa v súčasnosti odhaduje, že miera kozmickej expanzie je medzi 70 a 73,8 km / s na Mpc (43,5 až 46 mps na Mpc) s chybou 3%. Tieto hodnoty sú oveľa konzistentnejšie s pozorovaniami, ktoré určujú vek vesmíru na približne 13,8 miliárd rokov.
Moderné varianty
Začiatkom roku 1993 začali Fred Hoyle a astrofyzici Geoffrey Burbidge a Jayant V. Narlikar vydávať sériu štúdií, v ktorých navrhli novú verziu hypotézy stabilného stavu. Táto variácia, známa ako hypotéza kvázi ustáleného stavu (QSS), sa pokúšala vysvetliť kozmologické javy, ktoré stará teória nezohľadnila.
Tento model naznačuje, že Vesmír je výsledkom vreciek stvorenia (známych ako „mini-rany“), ku ktorým došlo v priebehu mnohých miliárd rokov. Tento model bol modifikovaný v reakcii na údaje, ktoré ukazovali, ako sa miera expanzie vesmíru zrýchľuje. Napriek týmto úpravám astronomická komunita stále považuje Veľký tresk za najlepší model na vysvetlenie všetkých pozorovateľných javov.
Dnes je tento model známy ako model Lambda-Cold Dark Matter (LCDM), ktorý spája súčasné teórie o Dark Matter a Dark Energy s teóriou Big Bang. Napriek tomu niektorí astrofyzici a kozmológovia stále zastávajú hypotézu ustáleného stavu (a jej varianty). A nie je to jediná alternatíva k kozmetike Big Bang…
Tu sme napísali veľa článkov o kozmológii v časopise Space Magazine. Tu je Čo je vesmír, teória veľkého tresku: Vývoj nášho vesmíru, čo je teória oscilačného vesmíru ?, Čo je to Big Rip ?, Čo je teória viacstranných ?, Čo je teória superstringu ?, Čo je to kozmické mikrovlnné pozadie? , The Big Crunch: The End of the Universe ?, Čo je Big Freeze? A Cosmology 101: The End.
Astronómia obsadila aj niekoľko zaujímavých epizód. Tu je epizóda 5: Veľký tresk a kozmické mikrovlnné pozadie, epizóda 6: Viac dôkazov o veľkom tresku, epizóda 79: Aká veľká je vesmír ?, Epizóda 187: História astronómie, časť 5: 20. storočie a epizóda 499: Aký je navrhovaný zákon o Hubble-Lemaitre?
zdroj:
- Wikipedia - Kozmologický princíp
- Wikipedia - Stála hypotéza
- Myšlienky kozmetiky - Big Bang alebo Steady State?
- Encyklopédia Britannica - Steady-State Theory
- UBC astronómia a astrofyzika - základné problémy kozmológie
- "Nový model pre rozširujúci sa vesmír", Hoyle, F. MNRAS, zv. 108, č. 372 (1948)
- „Kvázi ustálený stav a súvisiace kozmologické modely: Historický prehľad,“ Kragh. H. (2012)
- „Teória ustáleného stavu rozširujúceho sa vesmíru,“ MNRAS, roč. 108, str. 252 (1948)
- „Einsteinova teória ustáleného stavu: opustený model vesmíru,“ European Physical Journal H, zv. 39, str. 353 - 367 (2014)
- "Kvázi - stabilný štátny kozmologický model s vytvorením hmoty," Hoyle, F .; Burbidge, G .; Narlikar, J.V., Astrophysical Journal v. 410, str. 437 (1993)
