Steady state-teori

Inflation – kerneosyntese
GWB – Neutrinobaggrund
Kosmisk mikrobølgebaggrund

Rødforskydning – Hubbles lov
Metrisk udvidelse af rummet
Friedmann ligninger
FLRW-metrikken

Universets form
Strukturdannelse
Strukturdannelse
Galaxiedannelse
Store-skala struktur

Lambda-CDM model
Mørk energi – Mørkt stof

Tidslinje for kosmologien…

Observationel kosmologi
2dF – SDSS
CoBE – BOOMERanG – WMAP

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

Fysisk kosmologi
Universum – Big Bang Universets alder Tidslinje for Big Bang Universets endelige skæbne	Første univers	Udvidelse af universet	Strukturdannelse	Komponenter	Historie	Kosmologiske eksperimenter	Videnskabsmænd

I kosmologien, Steady State-teorien (også kendt som teorien om det uendelige univers eller kontinuerlig skabelse) er en model, der blev udviklet i 1948 af Fred Hoyle, Thomas Gold, Hermann Bondi og andre som et alternativ til Big Bang-teorien (normalt kendt som den kosmologiske standardmodel). I den stationære opfattelse skabes der kontinuerligt nyt stof i takt med, at universet udvider sig, således at det perfekte kosmologiske princip overholdes. Selv om modellen havde et stort antal tilhængere blandt kosmologer i 1950’erne og 1960’erne, faldt antallet af tilhængere markant i slutningen af 1960’erne med opdagelsen af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, og i dag er der kun et meget lille antal tilhængere tilbage. Den centrale betydning af steady-state-modellen er, at den som konkurrent til Big Bang var en drivkraft til at generere noget af den vigtigste forskning inden for astrofysikken, hvoraf en stor del i sidste ende endte med at understøtte Big Bang-teorien.

Overblik

Bondis, Golds og Hoyles Steady State-teori blev inspireret af det cirkulære plot i filmen Dead of Night, som de så sammen. Teoretiske beregninger viste, at et statisk univers var umuligt under den generelle relativitetsteori, og observationer foretaget af Edwin Hubble havde vist, at universet var i ekspansion. Steady state-teorien hævder, at selv om universet udvider sig, ændrer det ikke desto mindre ikke sit udseende over tid (det perfekte kosmologiske princip); det har ingen begyndelse og ingen ende.

Theorien kræver, at der hele tiden skal skabes nyt stof (for det meste som brint) for at holde den gennemsnitlige tæthed af stof lige over tid. Den nødvendige mængde er lav og kan ikke direkte påvises: ca. én solmasse af baryoner pr. kubisk megaparsec pr. år eller ca. ét brintatom pr. kubikmeter pr. milliard år, med ca. fem gange så meget mørkt stof. En sådan skabelseshastighed ville imidlertid forårsage observerbare virkninger på kosmologiske skalaer.

Et æstetisk uinteressant træk ved teorien er, at den postulerede spontane dannelse af nyt stof formodentlig ville skulle omfatte deuterium, helium og en lille mængde lithium samt almindelig brint, da ingen mekanisme for nukleosyntese i stjerner eller ved andre processer forklarer den observerede overflod af deuterium og helium-3. (I Big Bang-modellen er primordial deuterium fremstillet direkte efter “bang”, før de første stjerner eksisterede).

Den kaotiske inflationsteori har mange ligheder med Steady State-teorien, dog i en meget større skala end oprindeligt tænkt.

Problemer

Problemer med Steady State-teorien begyndte at dukke op i slutningen af 1960’erne, da observationer tilsyneladende støttede ideen om, at universet faktisk var under forandring: Kvasarer og radiogalakser blev kun fundet på store afstande (dvs, rødforskydning, og dermed, på grund af lysets begrænsede hastighed, i fortiden), men ikke i tættere galakser. Mens Big Bang-teorien forudsagde dette, forudsagde Steady State, at sådanne objekter ville blive fundet overalt, også tæt på vores egen galakse.

For de fleste kosmologer kom modbevisningen af Steady State-teorien med opdagelsen af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling i 1965, som var forudsagt af Big Bang-teorien. Stephen Hawking sagde, at det faktum, at mikrobølgestråling var blevet fundet, og at man mente, at den var tilbage fra big bang, var “det sidste søm i kisten for steady-state-teorien”. Inden for Steady State-teorien er denne baggrundsstråling et resultat af lys fra gamle stjerner, som er blevet spredt af galaktisk støv. Denne forklaring har imidlertid ikke overbevist de fleste kosmologer, da den kosmiske mikrobølgebaggrund er meget jævn, hvilket gør det vanskeligt at forklare, hvordan den er opstået fra punktkilder, og mikrobølgebaggrunden viser ingen tegn på træk som f.eks. polarisering, der normalt er forbundet med spredning. Desuden er dens spektrum så tæt på spektret for et ideelt sort legeme, at det næppe kan være dannet ved en overlejring af bidrag fra støvklumper ved forskellige temperaturer og forskellige rødforskydninger. Steven Weinberg skrev i 1972:

Den stationære model synes ikke at stemme overens med den observerede dL versus z-relation eller med kildetællinger … På en måde er uoverensstemmelsen en ære for modellen; alene blandt alle kosmologier giver steady state-modellen så entydige forudsigelser, at den kan modbevises selv med de begrænsede observationelle beviser, vi har til rådighed. Steady-state-modellen er så attraktiv, at mange af dens tilhængere stadig håber, at beviserne mod den vil forsvinde, efterhånden som observationerne bliver bedre. Men hvis den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling … virkelig er stråling fra sorte legemer, vil det være svært at betvivle, at universet har udviklet sig fra et varmere og tættere tidligt stadium.

Siden den tid er Big Bang-teorien blevet anset for at være den bedste beskrivelse af universets oprindelse. I de fleste astrofysiske publikationer accepteres big bang implicit og bruges som grundlag for mere komplette teorier.

C-feltet

Bondi og Gold foreslog ingen mekanisme til skabelse af stof, som kræves af Steady State-teorien, men Hoyle foreslog eksistensen af det, han kaldte “C-feltet”, hvor “C” står for “Creation”. C-feltet har et negativt tryk, hvilket gør det i stand til at drive den stadige udvidelse af kosmos, samtidig med at det skaber nyt stof og holder den store materietæthed nogenlunde konstant; i denne henseende ligner C-feltet det inflaton-felt, der anvendes i den kosmiske inflation. Af denne grund indeholder Hoyles opfattelse af den stabile tilstand i 1948 mange træk, som senere er opstået i både den inflationære kosmologi og det nyligt observerede accelererende univers, som kan modelleres ved hjælp af en kosmologisk konstant i Einsteins model af universet.

C-feltet og begrebet quasi-steady state-univers har også en vis lighed med kaotisk inflationsteori eller evig inflation, som nogle gange antager et uendeligt univers uden hverken begyndelse eller afslutning, hvor inflationen opererer kontinuerligt, på en skala uden for det observerbare univers, for at skabe materien i kosmos. Både steady state og quasi-steady state hævder imidlertid, at universets skabelsesbegivenheder (nye brintatomer i steady state-sagen) kan observeres i det observerbare univers, hvorimod inflationsteorierne ikke antager, at inflationen er en løbende proces i det observerbare univers.

Quasi-steady state

Quasi-steady state-kosmologi (QSS) blev foreslået i 1993 af Fred Hoyle, Geoffrey Burbidge og Jayant V. Narlikar som en ny version af steady state-ideerne, der skulle forklare yderligere træk, som der ikke var taget højde for i det oprindelige forslag. Teorien foreslår lommer af skabelse, der opstår over tid i universet, og som undertiden omtales som minibangs, mini-skabelsesbegivenheder eller little bangs. Efter observationen af et univers, der accelererer, blev der foretaget yderligere ændringer af modellen. Almindelige kosmologer, der har gennemgået QSS, har påpeget fejl og uoverensstemmelser med observationer, som ikke er blevet forklaret af fortalerne.

Se også

• Big Bang-teori
• Dunkelt stof
• Edwin Hubble
• Quasar

Notes

• Farmer, Billy L. 1997. Universe Alternatives: Emerging Concepts of Size, Age, Structure, and Behavior, 2nd ed. El Paso, TX: B.L. Farmer. ISBN 0964998343
• Hoyle, Fred, Geoffrey R. Burbidge, og Jayant Vishnu Narlikar. 2001. En anderledes tilgang til kosmologien: Fra et statisk univers gennem Big Bang til virkeligheden. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press. ISBN 0521662230
• Hoyle, F., G. Burbidge, og J.V. Narlikar. 1993. En kvasi-stabil kosmologisk model med skabelse af stof. The Astrophysical Journal. 410:437-457.
• —. Den grundlæggende teori, der ligger til grund for den kosmologiske model med kvasi-stadig tilstand. Proc. R. Soc. A 448:191.
• Mitton, Simon. 2005. Konflikter i kosmos: Fred Hoyle’s Life in Science. Washington, DC: Joseph Henry Press. ISBN 0309093139
• Weinberg, Steven. 1972. Gravitation and Cosmology: Principles and Applications of the General Theory of Relativity. New York: Wiley. ISBN 0471925675

Alle links hentet den 3. januar 2020.

• Hoyle, F., G. Burbidge, og J.V. Narlikar. Apr. 1994. Astrofysiske udledninger fra den kvasi-stadige tilstandskosmologi Royal Astronomical Society Monthly Notices 267:1007-1019.
• —. Aug. 1994. “Erratum: Astrofysiske udledninger fra den kvasi-stadige tilstand Royal Astronomical Society Monthly Notices 269:1152.
• —. Sep. 1994. Yderligere astrofysiske størrelser, der forventes i et univers i kvasi-stadietilstand Astronomy and Astrophysics 289(3): 729-739. ISSN 0004-6361.
• —. 14. december 1994. Note om en kommentar af Edward L. Wright Astrofysik. Resumé. 14. december 1994. (arXiv:astro-ph/9412045v1).
• Wright, Edward L. 7. marts 2008. Fejl i Steady State- og Quasi-SS-modellerne
• —. 20. oktober 1994. Kommentarer til Quasi-Steady-State-kosmologien Astrofysik. Abstract. (arXiv:astro-ph/9410070v1).