Teorie ustáleného stavu

Inflace – nukleosyntéza
GWB – Neutrinové pozadí
Kosmické mikrovlnné pozadí

Červený posuv – Hubbleův zákon
Metrické rozpínání vesmíru
Friedmannová rovnice
FLRW metrika

Tvar vesmíru
Tvorba struktury
Tvorba galaxií
Velký-škály struktury

Model Lambda-CDM
Temná energie – temná hmota

Časová osa kosmologie….

Observační kosmologie
2dF – SDSS
CoBE – BOOMERanG – WMAP

Einstein – Hawking . Friedman – Lemaître – Hubble – Penzias – Wilson – Gamow – Dicke – Zel’dovich – Mather – Smoot

Fyzikální kosmologie
Vesmír – velký. Třesk Věk vesmíru Časová osa velkého třesku Konečný osud vesmíru	Raný vesmír	Rozšiřování vesmíru	Tvorba struktury	Složky	Historie	Kosmologické experimenty	Vědci

V kosmologii, teorie ustáleného stavu (známá také jako teorie nekonečného vesmíru nebo teorie kontinuálního vzniku) je model vyvinutý v roce 1948 Fredem Hoylem, Thomasem Goldem, Hermannem Bondim a dalšími jako alternativa k teorii velkého třesku (známé obvykle jako standardní kosmologický model). Podle názoru na ustálený stav se při rozpínání vesmíru neustále vytváří nová hmota, takže je dodržován dokonalý kosmologický princip. Ačkoli měl tento model v 50. a 60. letech 20. století mezi kosmology velký počet příznivců, koncem 60. let 20. století s objevem kosmického mikrovlnného záření pozadí jejich počet výrazně poklesl a dnes zůstává jen velmi malý počet zastánců. Klíčový význam modelu ustáleného stavu spočívá v tom, že jako konkurent teorie velkého třesku byl impulsem pro vznik některých nejdůležitějších výzkumů v astrofyzice, z nichž velká část nakonec podpořila teorii velkého třesku.

Přehled

Teorie ustáleného stavu Bondiho, Golda a Hoylea byla inspirována kruhovým dějem filmu Mrtvá noc, který společně sledovali. Teoretické výpočty ukázaly, že statický vesmír je podle obecné teorie relativity nemožný, a pozorování Edwina Hubbla ukázala, že vesmír se rozpíná. Teorie ustáleného stavu tvrdí, že vesmír se sice rozpíná, ale přesto nemění svůj vzhled v čase (dokonalý kosmologický princip); nemá začátek ani konec.

Teorie vyžaduje, aby se neustále vytvářela nová hmota (většinou ve formě vodíku), aby se průměrná hustota hmoty v čase udržovala stejná. Potřebné množství je nízké a není přímo zjistitelné: zhruba jedna sluneční hmotnost baryonů na megaparsek krychlový za rok nebo zhruba jeden atom vodíku na metr krychlový za miliardu let, přičemž temné hmoty je zhruba pětkrát více. Taková rychlost tvorby by však způsobila pozorovatelné efekty na kosmologických škálách.

Esteticky neatraktivním rysem teorie je, že postulovaná spontánní tvorba nové hmoty by pravděpodobně musela zahrnovat deuterium, helium a malé množství lithia, stejně jako běžný vodík, protože žádný mechanismus nukleosyntézy ve hvězdách nebo jinými procesy nevysvětluje pozorované množství deuteria a hélia-3. V případě, že by se deuterium a helium-3 tvořily spontánně, muselo by to znamenat, že by se deuterium a helium-3 tvořily spontánně. (V modelu velkého třesku vzniká primordiální deuterium bezprostředně po „třesku“, ještě před existencí prvních hvězd).

Chaotická inflační teorie má mnoho podobností s teorií ustáleného stavu, avšak v mnohem větším měřítku, než se původně předpokládalo.

Problémy

Problémy s Teorií ustáleného stavu se začaly objevovat koncem 60. let 20. století, kdy pozorování zdánlivě podpořila myšlenku, že se vesmír ve skutečnosti mění: kvazary a rádiové galaxie byly nalezeny pouze ve velkých vzdálenostech (tzn, červeném posuvu, a tedy kvůli konečné rychlosti světla v minulosti), nikoliv v bližších galaxiích. Zatímco teorie velkého třesku to předpovídala, teorie ustáleného stavu předpokládala, že takové objekty se budou nacházet všude, včetně blízkosti naší galaxie.

Pro většinu kosmologů přišlo vyvrácení teorie ustáleného stavu s objevem mikrovlnného záření kosmického pozadí v roce 1965, které bylo předpovězeno teorií velkého třesku. Stephen Hawking prohlásil, že skutečnost, že bylo objeveno mikrovlnné záření, o němž se předpokládalo, že je pozůstatkem velkého třesku, byla „posledním hřebíčkem do rakve teorie ustáleného stavu“. V rámci teorie ustáleného stavu je toto záření pozadí výsledkem světla dávných hvězd, které bylo rozptýleno galaktickým prachem. Toto vysvětlení však většinu kosmologů nepřesvědčilo, protože kosmické mikrovlnné pozadí je velmi hladké, takže je obtížné vysvětlit, jak vzniklo z bodových zdrojů, a mikrovlnné pozadí nevykazuje žádné známky vlastností, jako je polarizace, které jsou obvykle spojeny s rozptylem. Jeho spektrum je navíc tak blízké spektru ideálního černého tělesa, že by jen stěží mohlo vzniknout superpozicí příspěvků z prachových chuchvalců o různých teplotách i při různých červených posuvech. Steven Weinberg v roce 1972 napsal:

Zdá se, že model ustáleného stavu nesouhlasí s pozorovaným vztahem dL versus z ani s počty zdrojů … V jistém smyslu je tato neshoda zásluhou modelu; jako jediný ze všech kosmologií dává model ustáleného stavu tak jednoznačné předpovědi, že jej lze vyvrátit i s omezenými pozorovacími důkazy, které máme k dispozici. Model ustáleného stavu je natolik přitažlivý, že mnozí jeho zastánci si stále uchovávají naději, že důkazy proti němu zmizí s tím, jak se budou zlepšovat pozorování. Pokud je však záření kosmického mikrovlnného pozadí … skutečně zářením černého tělesa, bude těžké pochybovat o tom, že se vesmír vyvinul z horkého a hustšího raného stadia.

Od té doby je teorie velkého třesku považována za nejlepší popis vzniku vesmíru. Ve většině astrofyzikálních publikací je velký třesk implicitně přijímán a je používán jako základ úplnějších teorií.

C-pole

Bondi a Gold nenavrhli žádný mechanismus vzniku hmoty, který by vyžadovala teorie ustáleného stavu, ale Hoyle navrhl existenci takzvaného „C-pole“, kde „C“ znamená „stvoření“. C-pole má záporný tlak, což mu umožňuje pohánět ustálené rozpínání vesmíru a zároveň vytvářet novou hmotu, přičemž hustota hmoty ve velkém měřítku zůstává přibližně konstantní; v tomto ohledu je C-pole podobné inflatonovému poli používanému v kosmické inflaci. Z tohoto důvodu Hoyleova koncepce ustáleného stavu z roku 1948 zahrnuje mnoho rysů, které se později objevily jak v inflační kosmologii, tak v nedávno pozorovaném zrychlujícím se vesmíru, který lze modelovat pomocí kosmologické konstanty v Einsteinově modelu vesmíru.

Pole C a pojem kvazistálého stavu vesmíru má také určitou podobnost s teorií chaotické inflace nebo věčné inflace, která někdy předpokládá nekonečný vesmír bez začátku a konce, v němž inflace působí nepřetržitě, v měřítku přesahujícím pozorovatelný vesmír, a vytváří hmotu vesmíru. Jak teorie ustáleného stavu, tak kvaziustáleného stavu však tvrdí, že události vzniku vesmíru (nové atomy vodíku v případě ustáleného stavu) lze pozorovat v rámci pozorovatelného vesmíru, zatímco inflační teorie nepředpokládají inflaci jako probíhající proces v rámci pozorovatelného vesmíru.

Kvazistabilní stav

Kvazistabilní kosmologie (QSS) byla navržena v roce 1993 Fredem Hoylem, Geoffreym Burbidgem a Jayantem V. Narlikarem jako nová verze myšlenek stabilního stavu, která měla vysvětlit další vlastnosti, s nimiž původní návrh nepočítal. Teorie předpokládá, že ve vesmíru dochází v průběhu času ke stvoření, které se někdy označuje jako minibangy, minipříhody stvoření nebo malé třesky. Po pozorování zrychlujícího se vesmíru byly provedeny další úpravy modelu. Hlavní kosmologové, kteří QSS přezkoumali, poukázali na nedostatky a nesrovnalosti s pozorováními, které zastánci modelu nechali nevysvětlené.

Viz také

• Teorie velkého třesku
• Temná hmota
• Edwin Hubble
• Kvasar

Poznámky

• Farmer, Billy L. 1997. Alternativy vesmíru: Emerging Concepts of Size, Age, Structure, and Behavior, 2nd ed. El Paso, TX: B.L. Farmer. ISBN 0964998343
• Hoyle, Fred, Geoffrey R. Burbidge a Jayant Vishnu Narlikar. 2001. Jiný přístup ke kosmologii: Od statického vesmíru přes velký třesk k realitě. Cambridge, Velká Británie: Cambridge Univ. Press. ISBN 0521662230
• Hoyle, F., G. Burbidge a J. V. Narlikar. 1993. A quasi-steady state cosmological model with creation of matter (Kvazistabilní kosmologický model se vznikem hmoty). The Astrophysical Journal. 410:437-457.
• —. Základní teorie, na níž je založen kvazi-stacionární stavový kosmologický model. Sborník příspěvků. R. Soc. A 448:191.
• Mitton, Simon. 2005. Konflikt ve vesmíru: Fred Hoyle’s Life in Science (Život Freda Hoyla ve vědě). Washington, DC: Joseph Henry Press. ISBN 0309093139
• Weinberg, Steven. 1972. Gravitace a kosmologie: S.: Gravitace a gravitace: principy a aplikace obecné teorie relativity. New York: Wiley. ISBN 0471925675

Všechny odkazy vyhledány 3. ledna 2020.

• Hoyle, F., G. Burbidge a J.V. Narlikar. Apr. 1994. Astrophysical deductions from the quasi-steady state cosmology Royal Astronomical Society Monthly Notices 267:1007-1019.
• —. Aug. 1994. „Erratum: Astrophysical deductions from the quasi-steady state“ Royal Astronomical Society Monthly Notices 269:1152.
• —. Sep. 1994. Další astrofyzikální veličiny očekávané v kvazistabilním stavu vesmíru Astronomy and Astrophysics 289(3): 729-739. ISSN 0004-6361.
• —. 14. prosince 1994. Poznámka ke komentáři Edwarda L. Wrighta Astrofyzika. Abstrakt. 14. prosince 1994. (arXiv:astro-ph/9412045v1).
• Wright, Edward L. 7. března 2008. Chyby v modelech ustáleného stavu a kvazi-SS
• —. 20. října 1994. Komentáře k astrofyzice kvaziustáleného stavu v kosmologii. Abstrakt. (arXiv:astro-ph/9410070v1).

.