Når det kommer til vores kosmiske oprindelse, er en række teorier fremskrevet gennem historiens løb. Bogstaveligt talt har enhver kultur, der nogensinde har eksisteret, haft sin egen mytologiske tradition, som naturligvis inkluderede en skabelseshistorie. Efter fødslen af den videnskabelige tradition begyndte forskere at forstå universet med hensyn til fysiske love, der kunne testes og bevises.
Med rumtidens daggry begyndte forskere at teste kosmologiske teorier med hensyn til observerbare fænomener. Fra alt dette fremkom et antal teorier fra sidste halvdel af det 20. århundrede, der forsøgte at forklare, hvordan al materie og de fysiske love, der styrer det, blev. Af disse forbliver Big Bang-teorien den mest accepterede, mens den stadige hypotese historisk har været dens største udfordrer.
Steady-statsmodellen siger, at materialetætheden i det ekspanderende univers forbliver uændret over tid på grund af den kontinuerlige oprettelse af stof. Med andre ord forbliver det observerbare univers i det væsentlige det samme uanset tid eller sted. Dette sætter det i skarp kontrast til teorien om, at størstedelen af sagen blev skabt i en enkelt begivenhed (Big Bang) og har udvidet sig siden.
Origins
Selvom forestillingen om et stabilt og uforanderligt univers er blevet omfavnet gennem historien, var det først i den tidlige moderne periode, at forskere begyndte at fortolke dette på astrofysiske termer. Det første klare eksempel på, at dette blev argumenteret i sammenhæng med astronomi og kosmologi, var i Isaac Newtons Matematiske principper for naturfilosofi (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) udgivet i 1687.
I Newtons magnum opus konceptualiserede han universet ud over solsystemet som et tomt rum, der strækkede sig ensartet i alle retninger til umålelige afstande. Han forklarede yderligere gennem matematiske beviser og observationer, at al bevægelse og dynamik i dette system blev forklaret gennem det eneste princip om universalgravitation.
Hvad der ville blive kendt som Steady State-hypotesen, dukkede dog først op i begyndelsen af det 20. århundrede. Denne kosmologiske model blev inspireret af en række opdagelser såvel som gennembrud inden for teoretisk fysik. Disse omfattede Albert Einsteins teori om generel relativitet og Edwin Hubbles observationer om, at universet er i en ekspansionstilstand.
Einstein formaliserede denne teori i 1915 efter at have besluttet at udvide sin teori om særlig relativitet til at inkorporere tyngdekraften. I sidste ende siger denne teori, at tyngdekraften mellem stof og energi direkte ændrer krumningen af rumtiden omkring den. Eller som den berømte teoretiske fysiker John Wheeler opsummerede det, “rum-tid fortæller, hvordan man bevæger sig; materie fortæller rum-tid, hvordan man kan kurve. ”
I 1917 viste teoretiske beregninger baseret på Einsteins feltligninger, at universet måtte være i en tilstand af ekspansion eller sammentrækning. I 1929 viste observationer foretaget af George Lemaitre (som foreslog Big Bang Theory) og Edwin Hubble (ved hjælp af det 100-tommer Hooker-teleskop ved Mount Wilson Observatory) at sidstnævnte var tilfældet.
Baseret på disse afsløringer begyndte en debat i 1930'erne om universets mulige oprindelse og sande natur. På den ene side var der dem, der hævdede, at universet var tidsbegrænset og udviklede sig over tid gennem afkøling, ekspansion og dannelse af strukturer på grund af gravitationsnedbrud. Denne teori blev satirisk navngivet “Big Bang” af Fred Hoyle, og navnet stak.
I mellemtiden holdt flertallet af astronomer på det tidspunkt fast ved teorien om, at mens det observerbare univers udvides, ændrer det sig dog ikke med hensyn til materiens tæthed. Kort sagt argumenterede fortalere for denne teori, at universet ikke har nogen begyndelse, ingen ende, og at materie skabes kontinuerligt over tid - med en hastighed på et brintatom pr. Kubikmeter pr. 100 milliarder år.
Denne teori udvidede også Einsteins kosmologiske princip, alias. Kosmologisk konstant (CC), som Einstein foreslog i 1931. Ifølge Einstein var denne styrke ansvarlig for at ”holde tilbage tyngdekraften” og sikre, at universet forblev stabilt, homogent og isotropisk med hensyn til dets store struktur.
Ved at ændre dette princip og udvide det argumenterede medlemmer af Steady State-tankegangen, at det var den kontinuerlige oprettelse af stof, der sikrede, at universets struktur forblev den samme over tid. Dette er ellers kendt som det perfekte kosmologiske princip, der løsner den stadige hypotese.
Steady State-teorien blev almindeligt kendt i 1948 med udgivelsen af to artikler: "En ny model for et ekspanderende univers" af den engelske astronom Fred Hoyle og "The Steady-State Theory and the Expanding Universe" af den britisk-østrigske astrofysiker og kosmologteam af Hermann Bondi og Thomas Gold.
Vigtige argumenter og forudsigelser
Argumenter til fordel for Steady State-hypotesen inkluderer det tilsyneladende tidsskala-problem, der er rejst af den observerede hastighed af kosmisk ekspansion (også kendt som Hubble-konstanten eller Hubble-Lemaitre-loven). Baseret på Hubbles observationer af nærliggende galakser, beregnet han, at universet ekspanderede med en hastighed, der steg systematisk med afstanden.
Dette gav anledning til ideen om, at universet begyndte at udvide sig fra et meget mindre rumfang. I mangel af acceleration / deceleration - 500 km / s pr. Megaparsec (310 mps per Mpc) betød Hubble-konstanten, at al materie er blevet udvidet i cirka 2 milliarder år - hvilket også ville være universets øvre alder.
Dette fund blev modsagt af radioaktiv datering, hvor forskere målte forfaldshastigheden for aflejringer af Uran-238 og Plutonium-205 i stenprøver. Ved hjælp af denne metode blev de ældste prøver af sten (som var månens oprindelse) estimeret til at være 4,6 milliarder år gamle. En anden inkongruitet opstod som et resultat af stjernernes evolutionsteori.
Kort fortalt giver den hastighed, hvormed brint smeltes sammen i stjernerne (for at skabe helium), et overskud på over ti år for kugleformede klynger - de ældste stjerner i galaksen. Derudover kunne der ikke være sket nogen udvikling i store afstande i denne model - hvilket ville betyde, at radiokilder - alias. kvasarer eller Active Galactic Nuclei (AGN'er) - ville være ensartede i hele universet.
Det ville også betyde, at Hubble-konstanten (som beregnet i begyndelsen af det 20. århundrede) ville forblive konstant. Steady-statsmodellen forudsagde også, at den stadige oprettelse af antimaterie og neutroner ville resultere i regelmæssige udryddelser og neutronfald, hvilket ville føre til eksistensen af en gammastrålebaggrund og varm røntgenstrålende gas i hele universet.
Big Bang For The Win
Imidlertid førte løbende observationer i 1950'erne og 1960'erne støt til en opbygning af beviser mod Steady State-hypotesen. Disse omfattede opdagelsen af lyse radiokilder (alias kvasarer og radiogalakser), som blev opdaget i fjerne galakser, men ikke dem, der var tættest på os - hvilket indikerer, at mange galakser blev "radiostille" med tiden.
I 1961 gjorde undersøgelser af radiokilder det muligt at foretage statistiske analyser, som udelukkede muligheden for, at lyse radiogalakser blev ensartet fordelt. Et andet vigtigt argument mod Steady State-hypotesen var opdagelsen af den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB) i 1964, som Big Bang-modellen forudsagde.
Kombineret med fraværet af en gammastrålebaggrund og gennemgribende skyer af røntgenstrålende gas blev Big Bang-modellen bredt accepteret i 1960'erne. I 1990'erne var observationer med Hubble-rumteleskop og andre observatorier opdagede også, at kosmisk ekspansion ikke har været konsistent over tid. I løbet af de sidste tre milliarder år er det faktisk steget.
Dette har ført til adskillige forbedringer af Hubble-konstanten. Baseret på data indsamlet af Wilkinson Microbe Anisotropy Probe (WMAP) estimeres hastigheden af den kosmiske ekspansion i øjeblikket til at være mellem 70 og 73,8 km / s pr. Mpc (43,5 til 46 mps per Mpc) med en 3% fejlmargin. Disse værdier er langt mere konsistente med observationer, der placerer universets alder på ca. 13,8 milliarder år.
Moderne varianter
Fra 1993 begyndte Fred Hoyle og astrofysikere Geoffrey Burbidge og Jayant V. Narlikar at udgive en række studier, hvor de foreslog en ny version af Steady State Hypothesis. Kendt som kvasi-stabil tilstand-hypotesen (QSS), forsøgte denne variation at forklare kosmologiske fænomener, som den gamle teori ikke gjorde rede for.
Denne model antyder, at universet er resultatet af skabelseslommer (alias mini-bangs), der sker i løbet af mange milliarder år. Denne model blev ændret som svar på data, der viste, hvordan universets ekspansionshastighed accelererer. På trods af disse ændringer betragter det astronomiske samfund stadig Big Bang som den bedste model til at forklare alle observerbare fænomener.
I dag er denne model kendt som Lambda-Cold Dark Matter (LCDM) -modellen, der inkorporerer aktuelle teorier om Dark Matter og Dark Energy med Big Bang-teorien. På trods af dette fortales stadig den stadige hypotese (og varianter deraf) af nogle astrofysikere og kosmologer. Og det er ikke det eneste alternativ til Big Bang Cosmology ...
Vi har skrevet mange artikler om kosmologi her på Space Magazine. Her er Hvad er universet, Big Bang Theory: Evolution of Our Universe, What is the Oscillating Universe Theory ?, Hvad er Big Rip ?, Hvad er multiverse Theory ?, Hvad er Superstring Theory ?, Hvad er den kosmiske mikrobølgeovnbaggrund? , The Big Crunch: Enden på vores univers ?, Hvad er Big Freeze? Og Cosmology 101: The End.
Astronomi Cast også nogle interessante episoder om emnet. Her er afsnit 5: Big Bang og kosmisk mikrobølgebakgrund, afsnit 6: More Evidence for the Big Bang, Episode 79: How Big is the Universe ?, Episode 187: History of Astronomy, Part 5: the 20th Century, and Episode 499: Hvad er den foreslåede Hubble-Lemaitre-lov?
Kilder:
- Wikipedia - Kosmologisk princip
- Wikipedia - Hypotese om stabil tilstand
- Ideer om kosmologi - Big Bang eller Steady State?
- Encyclopedia Britannica - Steady-State Theory
- UBC astronomi og astrofysik - grundlæggende spørgsmål i kosmologi
- “En ny model for det ekspanderende univers,” Hoyle, F. MNRAS, vol. 108, nr. 372 (1948)
- “Kvasi-stabil tilstand og relaterede kosmologiske modeller: En historisk gennemgang,” Kragh. H. (2012)
- “Det stadige teori om det ekspanderende univers,” MNRAS, vol. 108, side. 252 (1948)
- "Einsteins stabilitetsteori: en forladt model af kosmos," The European Physical Journal H, vol. 39, s. 353-367 (2014)
- "En kvasi – stabil tilstand kosmologisk model med skabelse af stof," Hoyle, F.; Burbidge, G .; Narlikar, J. V., Astrophysical Journal v. 410, p. 437 (1993)
