Vad är den stadiga teorin inom kosmologi?

Stadigtillståndsteori var en teori som föreslogs under 1900-talet kosmologi för att förklara bevis för att universum expanderade men fortfarande behåller kärnidén att universum alltid ser lika ut och därför är oförändrade i praktiken och har ingen början och inget slut. Denna idé har till stor del diskrediterats på grund av astronomiska bevis som antyder att universum faktiskt förändras över tid.

När Einstein skapade hans teori om allmän relativitet, den tidiga analysen visade att det skapade ett universum som var instabilt (expanderande eller kontraherande) snarare än det statiska universum som alltid hade antagits. Einstein höll också detta antagande om ett statiskt universum, så han introducerade en term i sina allmänna relativitetsfältekvationer som kallas kosmologisk konstant. Detta tjänade syftet med att hålla universum i ett statiskt tillstånd. Men när Edwin Hubble upptäckte bevis på att avlägsna galaxer faktiskt expanderade bort från jorden i alla riktningar, forskare (inklusive Einstein) insåg att universum inte verkade vara statiskt och termen var tog bort.

State-state-teorin föreslogs först av Sir James Jeans på 1920-talet, men den fick verkligen en uppsving 1948 när den omformulerades av Fred Hoyle, Thomas Gold, och Hermann Bondi. Det finns en tvivelaktig historia som de kom på med teorin efter att ha sett filmen "Dead of Night", som slutar precis som den började.

Hoyle blev särskilt en viktig förespråkare för teorin, särskilt i motsats till Big Bang teorin. I en brittisk radiosändning myntade faktiskt Hoyle uttrycket "big bang" något spottande för att förklara den motsatta teorin.

I sin bok "Parallel Worlds", fysiker Michio Kaku ger en rimlig motivering för Hoyles hängivenhet till stabilitetsmodellen och motståndet till big bang-modellen:

En fel i [big bang] -teorin var att Hubble, på grund av fel i mätning av ljus från avlägsna galaxer, hade felberäknat universumets ålder till 1,8 miljarder år. Geologer hävdade att jorden och solsystemet antagligen var många miljarder år gamla. Hur kan universum vara yngre än sina planeter?

I sin bok "Endless Universe: Beyond the Big Bang" kosmologer Paul J. Steinhardt och Neil Turok är lite mindre sympatiska för Hoyles hållning och motivationer:

Hoyle fann i synnerhet big bang avsky för att han var kraftigt antireligiös och han tyckte att den kosmologiska bilden var störande nära den bibliska berättelsen. För att undvika smällen var han och hans medarbetare villiga att fundera över tanken att materia och strålning var skapas kontinuerligt i hela universum på ett sådant sätt att tätheten och temperaturen hålls konstant som universum expanderar. Denna jämviktbild var den sista standen för förespråkare för det oföränderliga universumkonceptet och inledde en tre-decenniers kamp med förespråkare för big bang-modellen.

Som dessa citat antyder var det huvudsakliga målet med stabilitetsteorin att förklara universums expansion utan att behöva säga att universum som helhet ser annorlunda ut på olika tidpunkter. Om universum vid en viss tidpunkt i stort sett ser desamma ut, finns det inget behov att anta en början eller ett slut. Detta är allmänt känt som den perfekta kosmologiska principen. Det viktigaste sättet att Hoyle (och andra) kunde behålla denna princip var genom att föreslå en situation medan universum expanderade, nya partiklar skapades. Återigen, som presenterad av Kaku:

I denna modell expanderade delar av universum i själva verket, men ny materia skapades ständigt ur ingenting, så att universitetens densitet förblev densamma... För Hoyle verkade det ologiskt att en brinnande katastrof skulle kunna dyka upp från ingenstans för att skicka galaxer som skingrade i alla riktningar; han föredrog en smidig skapande av massa ur ingenting. Med andra ord, universum var tidlöst. Det hade inget slut eller en början. Det var det bara.

Beviset mot stabilitetsteorin växte när nya astronomiska bevis upptäcktes. Till exempel vissa funktioner i avlägsna galaxer (t.ex. kvasarer och radiogalaxer) sågs inte i närmare galaxer. Detta är vettigt i big bang-teorin, där de avlägsna galaxerna faktiskt representerar "yngre" galaxer och närmare galaxer är äldre, men stabilitetsteorin har inget riktigt sätt att redogöra för denna skillnad. Det är faktiskt just den skillnaden som teorin utformades för att undvika.

Den sista "spiken i kistan" från den stadiga tillståndskosmologin kom dock från upptäckten av den kosmologiska mikrovågsbakgrundsstrålning, som hade förutsagits som en del av big bang-teorin men som absolut inte hade någon anledning att existera inom stabilitetsteorin.

1972 sade Steven Weinberg om bevisen som motsätter sig den stadiga kosmologin:

På ett sätt är oenigheten en kredit till modellen; ensam bland alla kosmologier gör den stabila tillståndsmodellen så konkreta förutsägelser att den kan motbevisas även med de begränsade observationsbevis som står till vårt förfogande.

Det finns fortfarande en del forskare som utforskar stabilitetsteorin i form av kvasistad tillstånd. Det är inte allmänt accepterat bland forskare och många kritiker av det har framförts som inte har tagits tillräckligt upp.

"Guld, Thomas." Komplett ordbok för vetenskaplig biografi, Charles Scribner's Sons, Encyclopedia.com, 2008.

Kaku, Michio. "Parallella världar: En resa genom skapelse, högre dimensioner och kosmos framtid." 1: a upplagan, Doubleday, 28 december 2004.

Keim, Brandon. "Fysiker Neil Turok: Big Bang var inte början." Kabelbundet, 19 februari 2008.

"Paul J. Steinhardt. "Institutionen för fysik, Princeton University, 2019, Princeton, New Jersey.

"Steady state theory." New World Encyclopedia, 21 oktober 2015.

Steinhardt, Paul J. "Endless Universe: Beyond the Big Bang." Neil Turok, femte eller senare upplagan, Doubleday, 29 maj 2007.

Dok. "Fred Hoyle." Berömda forskare, 2019.