Steady State Theorie

Inflation – Nukleosynthese
GWB – Neutrinohintergrund
Kosmischer Mikrowellenhintergrund

Rotverschiebung – Hubbles Gesetz
Metrische Expansion des Raums
Friedmann Gleichungen
FLRW-Metrik

Form des Universums
Strukturbildung
Galaxienbildung
Großscale structure

Lambda-CDM model
Dark energy – Dark matter

Timeline of cosmology…

Beobachtungskosmologie
2dF – SDSS
CoBE – BOOMERanG – WMAP

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

Physikalische Kosmologie
Universum – Urknall Bang Alter des Universums Zeitlinie des Urknalls Endgültiges Schicksal des Universums	Frühes Universum	Ausdehnung des Universums	Strukturbildung	Components	History	Kosmologieexperimente	Wissenschaftler

In der Kosmologie, ist die Steady-State-Theorie (auch bekannt als die Theorie des unendlichen Universums oder der kontinuierlichen Schöpfung) ein Modell, das 1948 von Fred Hoyle, Thomas Gold, Hermann Bondi und anderen als Alternative zur Urknalltheorie (gewöhnlich als kosmologisches Standardmodell bekannt) entwickelt wurde. In der Steady-State-Ansicht entsteht bei der Ausdehnung des Universums ständig neue Materie, so dass das perfekte kosmologische Prinzip eingehalten wird. Obwohl das Modell in den 1950er und 1960er Jahren viele Anhänger unter den Kosmologen hatte, ging die Zahl der Befürworter Ende der 1960er Jahre mit der Entdeckung der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung deutlich zurück, und heute gibt es nur noch eine sehr kleine Zahl von Befürwortern. Die zentrale Bedeutung des Steady-State-Modells besteht darin, dass es als Konkurrent des Urknalls einen Anstoß zu einigen der wichtigsten Forschungsarbeiten in der Astrophysik gab, von denen ein Großteil schließlich die Urknalltheorie stützte.

Überblick

Die Steady-State-Theorie von Bondi, Gold und Hoyle wurde durch die kreisförmige Handlung des Films Dead of Night inspiriert, den sie gemeinsam gesehen hatten. Theoretische Berechnungen zeigten, dass ein statisches Universum im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie unmöglich ist, und Beobachtungen von Edwin Hubble hatten gezeigt, dass sich das Universum ausdehnt. Die Steady-State-Theorie besagt, dass sich das Universum zwar ausdehnt, aber dennoch sein Aussehen im Laufe der Zeit nicht verändert (das perfekte kosmologische Prinzip); es hat keinen Anfang und kein Ende.

Die Theorie setzt voraus, dass ständig neue Materie geschaffen werden muss (meist in Form von Wasserstoff), damit die durchschnittliche Dichte der Materie im Laufe der Zeit gleich bleibt. Die erforderliche Menge ist gering und nicht direkt nachweisbar: etwa eine Sonnenmasse an Baryonen pro Kubik-Megaparsec pro Jahr oder etwa ein Wasserstoffatom pro Kubikmeter pro Milliarde Jahre, mit etwa fünfmal so viel dunkler Materie. Eine solche Schöpfungsrate würde jedoch zu beobachtbaren Effekten auf kosmologischen Skalen führen.

Ein ästhetisch unattraktives Merkmal der Theorie ist, dass die postulierte spontane Bildung neuer Materie vermutlich Deuterium, Helium und eine kleine Menge Lithium sowie normalen Wasserstoff umfassen müsste, da kein Mechanismus der Nukleosynthese in Sternen oder durch andere Prozesse die beobachtete Häufigkeit von Deuterium und Helium-3 erklärt. (Im Urknallmodell entsteht das primordiale Deuterium direkt nach dem „Knall“, also vor der Existenz der ersten Sterne).

Die chaotische Inflationstheorie hat viele Ähnlichkeiten mit der Steady-State-Theorie, allerdings in einem viel größeren Maßstab als ursprünglich angenommen.

Probleme

Probleme mit der Steady-State-Theorie begannen in den späten 1960er Jahren aufzutauchen, als Beobachtungen scheinbar die Idee unterstützten, dass sich das Universum tatsächlich verändert: Quasare und Radiogalaxien wurden nur in großen Entfernungen gefunden (d.h., Rotverschiebung, und damit wegen der endlichen Lichtgeschwindigkeit in der Vergangenheit), nicht aber in näheren Galaxien. Während die Urknalltheorie dies voraussagte, sagte die Steady-State-Theorie voraus, dass solche Objekte überall zu finden seien, auch in der Nähe unserer eigenen Galaxie.

Für die meisten Kosmologen wurde die Steady-State-Theorie mit der Entdeckung der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung im Jahr 1965 widerlegt, die von der Urknalltheorie vorhergesagt wurde. Stephen Hawking sagte, dass die Entdeckung der Mikrowellenstrahlung, von der man annahm, dass sie ein Überbleibsel des Urknalls sei, „der endgültige Sargnagel für die Steady-State-Theorie“ sei. Nach der Steady-State-Theorie ist diese Hintergrundstrahlung das Ergebnis des Lichts alter Sterne, das von galaktischem Staub gestreut wurde. Diese Erklärung ist jedoch für die meisten Kosmologen nicht überzeugend, da der kosmische Mikrowellenhintergrund sehr glatt ist, was es schwierig macht zu erklären, wie er aus Punktquellen entstanden ist, und der Mikrowellenhintergrund zeigt keine Anzeichen von Merkmalen wie Polarisation, die normalerweise mit Streuung verbunden sind. Außerdem ist sein Spektrum so nahe an dem eines idealen schwarzen Körpers, dass es kaum durch die Überlagerung von Beiträgen von Staubklumpen bei verschiedenen Temperaturen sowie bei verschiedenen Rotverschiebungen entstehen kann. Steven Weinberg schrieb 1972:

Das Steady-State-Modell scheint nicht mit der beobachteten dL-zu-z-Relation oder mit den Quellenzählungen übereinzustimmen … In gewissem Sinne ist diese Unstimmigkeit ein Verdienst des Modells; als einziges aller Kosmologien macht das Steady-State-Modell so eindeutige Vorhersagen, dass es selbst mit den begrenzten Beobachtungsdaten, die uns zur Verfügung stehen, widerlegt werden kann. Das Steady-State-Modell ist so attraktiv, dass viele seiner Anhänger immer noch die Hoffnung hegen, dass die Beweise gegen dieses Modell verschwinden werden, wenn sich die Beobachtungen verbessern. Wenn jedoch die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung … wirklich eine Schwarzkörperstrahlung ist, wird es schwierig sein, daran zu zweifeln, dass sich das Universum aus einem heißeren, dichteren Frühstadium entwickelt hat.

Seit dieser Zeit gilt die Urknalltheorie als die beste Beschreibung der Entstehung des Universums. In den meisten astrophysikalischen Veröffentlichungen wird der Urknall stillschweigend akzeptiert und als Grundlage für umfassendere Theorien verwendet.

C-Feld

Bondi und Gold schlugen keinen Mechanismus für die Erschaffung von Materie vor, der für die Steady-State-Theorie erforderlich ist, aber Hoyle schlug die Existenz des von ihm so genannten „C-Feldes“ vor, wobei „C“ für „Schöpfung“ steht. Das C-Feld hat einen Unterdruck, der es ihm ermöglicht, die stetige Expansion des Kosmos voranzutreiben und gleichzeitig neue Materie zu schaffen, wobei die großräumige Materiedichte annähernd konstant gehalten wird; in dieser Hinsicht ähnelt das C-Feld dem Inflaton-Feld, das in der kosmischen Inflation verwendet wird. Aus diesem Grund enthält Hoyles Konzept des stationären Zustands aus dem Jahr 1948 viele Merkmale, die später sowohl in der inflationären Kosmologie als auch in dem kürzlich beobachteten sich beschleunigenden Universum auftauchten, das in Form einer kosmologischen Konstante in Einsteins Modell des Universums modelliert werden kann.

Das C-Feld und der Begriff des quasi-stabilen Universums hat auch eine gewisse Ähnlichkeit mit der chaotischen Inflationstheorie oder der ewigen Inflation, die manchmal ein unendliches Universum ohne Anfang und Ende postuliert, in dem die Inflation kontinuierlich auf einer Skala jenseits des beobachtbaren Universums arbeitet, um die Materie des Kosmos zu schaffen. Sowohl der stationäre als auch der quasi-stationäre Zustand behaupten jedoch, dass die Schöpfungsereignisse des Universums (neue Wasserstoffatome im Falle des stationären Zustands) innerhalb des beobachtbaren Universums beobachtet werden können, während die Inflationstheorien die Inflation nicht als einen fortlaufenden Prozess innerhalb des beobachtbaren Universums annehmen.

Quasi-steady state

Die Kosmologie des quasi-steady state (QSS) wurde 1993 von Fred Hoyle, Geoffrey Burbidge und Jayant V. Narlikar als eine neue Version der Ideen des steady state vorgeschlagen, um zusätzliche Merkmale zu erklären, die im ursprünglichen Vorschlag nicht berücksichtigt wurden. Die Theorie geht davon aus, dass im Universum im Laufe der Zeit kleine Schöpfungsereignisse auftreten, die manchmal auch als Minibangs, Mini-Schöpfungsereignisse oder kleine Knalle bezeichnet werden. Nach der Beobachtung eines sich beschleunigenden Universums wurden weitere Änderungen an dem Modell vorgenommen. Mainstream-Kosmologen, die das QSS überprüft haben, haben auf Fehler und Diskrepanzen mit Beobachtungen hingewiesen, die von den Befürwortern nicht erklärt wurden.

Siehe auch

• Großknalltheorie
• Dunkle Materie
• Edwin Hubble
• Quasar

Notizen

• 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, und Jayant Vishnu Narlikar. 2001. A Different Approach to Cosmology: From a Static Universe Through the Big Bang Towards Reality. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press. ISBN 0521662230
• Hoyle, F., G. Burbidge, und J.V. Narlikar. 1993. Ein kosmologisches Modell im quasistationären Zustand mit der Entstehung von Materie. The Astrophysical Journal. 410:437-457.
• —. Die grundlegende Theorie des kosmologischen Modells im quasistationären Zustand. Proc. R. Soc. A 448:191.
• Mitton, Simon. 2005. Conflict in the Cosmos: Fred Hoyle’s Life in Science. Washington, DC: Joseph Henry Press. ISBN 0309093139
• Weinberg, Steven. 1972. Gravitation und Kosmologie: Principles and Applications of the General Theory of Relativity. New York: Wiley. ISBN 0471925675

Alle Links abgerufen am 3. Januar 2020.

• Hoyle, F., G. Burbidge, und J.V. Narlikar. Apr. 1994. Astrophysikalische Schlussfolgerungen aus der Quasi-Stationärzustand-Kosmologie Royal Astronomical Society Monthly Notices 267:1007-1019.
• —. Aug. 1994. „Erratum: Astrophysikalische Ableitungen aus dem quasistationären Zustand“ Royal Astronomical Society Monthly Notices 269:1152.
• —. Sep. 1994. Weitere astrophysikalische Größen, die in einem quasistationären Universum erwartet werden Astronomy and Astrophysics 289(3): 729-739. ISSN 0004-6361.
• —. December 14, 1994. Anmerkung zu einem Kommentar von Edward L. Wright Astrophysik. Abstract. 14 December 1994. (arXiv:astro-ph/9412045v1).
• Wright, Edward L. March 7, 2008. Fehler in den Steady-State- und Quasi-SS-Modellen
• —. 20. Oktober 1994. Kommentare zur Quasi-Steady-State-Kosmologie Astrophysik. Abstract. (arXiv:astro-ph/9410070v1).