Teoría del estado estacionario

Inflación – Nucleosíntesis
GWB – Fondo de neutrinos
Fondo cósmico de microondas

Desplazamiento – Ley de Hubble
Expansión métrica del espacio
Ecuaciones de Friedmann de Friedmann
Métrica FLRW

Forma del universo
Formación de la estructura
Formación de galaxias
Estructura a granescala

Modelo Lambda-CDM
Energía oscura – Materia oscura

Línea de tiempo de la cosmología…

Cosmología observacional
2dF – SDSS
CoBE – BOOMERanG – WMAP

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

Cosmología física
Universo – Big Bang Edad del universo Línea de tiempo del Big Bang Destino final del universo	Universo temprano	Universo en expansión	Formación de la estructura	Componentes	Historia	Experimentos cosmológicos	Científicos

En cosmología, la teoría del estado estacionario (también conocida como teoría del universo infinito o de la creación continua) es un modelo desarrollado en 1948 por Fred Hoyle, Thomas Gold, Hermann Bondi y otros como alternativa a la teoría del Big Bang (conocida, habitualmente, como modelo cosmológico estándar). En el punto de vista del estado estacionario, se crea continuamente nueva materia a medida que el universo se expande, por lo que se cumple el principio cosmológico perfecto. Aunque el modelo contaba con un gran número de partidarios entre los cosmólogos en las décadas de 1950 y 1960, el número de partidarios disminuyó notablemente a finales de la década de 1960 con el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas, y en la actualidad sólo queda un número muy reducido de partidarios. La importancia clave del modelo de estado estacionario es que, como competidor del Big Bang, fue un impulso para generar algunas de las investigaciones más importantes en astrofísica, muchas de las cuales acabaron apoyando la teoría del Big Bang.

Resumen

La teoría del estado estacionario de Bondi, Gold y Hoyle se inspiró en la trama circular de la película Dead of Night que vieron juntos. Los cálculos teóricos mostraban que un universo estático era imposible según la relatividad general y las observaciones de Edwin Hubble habían demostrado que el universo estaba en expansión. La teoría del estado estacionario afirma que, aunque el universo se expande, no cambia su aspecto a lo largo del tiempo (el principio cosmológico perfecto); no tiene principio ni fin.

La teoría requiere que se cree continuamente nueva materia (sobre todo como hidrógeno) para mantener la densidad media de la materia igual a lo largo del tiempo. La cantidad requerida es baja y no es directamente detectable: aproximadamente una masa solar de bariones por megaparsec cúbico por año o aproximadamente un átomo de hidrógeno por metro cúbico por mil millones de años, con aproximadamente cinco veces más de materia oscura. Sin embargo, una tasa de creación de este tipo causaría efectos observables en escalas cosmológicas.

Una característica estéticamente poco atractiva de la teoría es que la postulada formación espontánea de nueva materia necesitaría presumiblemente incluir deuterio, helio y una pequeña cantidad de litio, además de hidrógeno regular, ya que ningún mecanismo de nucleosíntesis en estrellas o por otros procesos explica la abundancia observada de deuterio y helio-3. (En el modelo del Big Bang, el deuterio primordial se produce directamente después del «bang», antes de la existencia de las primeras estrellas).

La teoría de la inflación caótica tiene muchas similitudes con la teoría del estado estacionario, sin embargo a una escala mucho mayor de la prevista originalmente.

Problemas

Los problemas con la Teoría del Estado Estacionario comenzaron a surgir a finales de la década de 1960, cuando las observaciones aparentemente apoyaron la idea de que el universo estaba de hecho cambiando: los cuásares y las radiogalaxias se encontraron sólo a grandes distancias (es decir, desplazamiento al rojo, y por tanto, debido a la velocidad finita de la luz, en el pasado), no en galaxias más cercanas. Mientras que la teoría del Big Bang lo predecía, el Estado Estacionario predecía que tales objetos se encontrarían en todas partes, incluso cerca de nuestra propia galaxia.

Para la mayoría de los cosmólogos, la refutación de la teoría del Estado Estacionario llegó con el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas en 1965, que fue predicha por la teoría del Big Bang. Stephen Hawking dijo que el hecho de que se hubiera encontrado la radiación de microondas, y que se pensara que era un residuo del Big Bang, era «el último clavo en el ataúd de la teoría del estado estacionario». Según la teoría del estado estacionario, esta radiación de fondo es el resultado de la luz de antiguas estrellas que se ha dispersado por el polvo galáctico. Sin embargo, esta explicación no ha convencido a la mayoría de los cosmólogos, ya que el fondo cósmico de microondas es muy suave, lo que hace difícil explicar cómo surgió de fuentes puntuales, y el fondo de microondas no muestra evidencia de características como la polarización, que normalmente se asocian con la dispersión. Además, su espectro es tan parecido al de un cuerpo negro ideal que difícilmente podría estar formado por la superposición de contribuciones de cúmulos de polvo a diferentes temperaturas, así como a diferentes desplazamientos al rojo. Steven Weinberg escribió en 1972:

El modelo de estado estacionario no parece concordar con la relación observada de dL frente a z ni con los recuentos de fuentes… En cierto sentido, el desacuerdo es un crédito para el modelo; solo entre todas las cosmologías, el modelo de estado estacionario hace predicciones tan definidas que puede ser refutado incluso con la limitada evidencia observacional a nuestra disposición. El modelo de estado estacionario es tan atractivo que muchos de sus partidarios aún mantienen la esperanza de que las pruebas en su contra desaparezcan a medida que mejoren las observaciones. Sin embargo, si la radiación cósmica de fondo de microondas… es realmente radiación de cuerpo negro, será difícil dudar de que el universo haya evolucionado desde una etapa temprana más caliente y densa.

Desde entonces, la teoría del Big Bang se considera la mejor descripción del origen del universo. En la mayoría de las publicaciones astrofísicas, el Big Bang se acepta implícitamente y se utiliza como base de teorías más completas.

Campo C

Bondi y Gold no propusieron ningún mecanismo para la creación de la materia requerida por la Teoría del Estado Estacionario, pero Hoyle propuso la existencia de lo que llamó el «campo C», donde «C» significa «Creación». El campo C tiene una presión negativa, lo que le permite impulsar la expansión constante del cosmos, al tiempo que crea nueva materia, manteniendo aproximadamente constante la densidad de materia a gran escala; en este sentido, el campo C es similar al campo inflatón utilizado en la inflación cósmica. Por esta razón, la concepción del estado estacionario de Hoyle en 1948 incorpora muchas características que posteriormente surgieron tanto en la cosmología inflacionaria como en el universo acelerado observado recientemente, que puede modelarse en términos de una constante cosmológica en el modelo del universo de Einstein.

El campo C y la noción de universo en estado cuasi estacionario también tienen cierto parecido con la teoría de la inflación caótica o inflación eterna, que a veces postula un universo infinito sin principio ni fin, en el que la inflación opera continuamente, a una escala más allá del universo observable, para crear la materia del cosmos. Sin embargo, tanto el estado estacionario como el cuasi estacionario afirman que los eventos de creación del universo (nuevos átomos de hidrógeno en el caso del estado estacionario) pueden ser observados dentro del universo observable, mientras que las teorías inflacionarias no plantean la inflación como un proceso continuo dentro del universo observable.

Estado casi estacionario

La cosmología del estado casi estacionario (QSS) fue propuesta en 1993 por Fred Hoyle, Geoffrey Burbidge y Jayant V. Narlikar como una nueva versión de las ideas del estado estacionario, con la intención de explicar características adicionales no contempladas en la propuesta inicial. La teoría sugiere la existencia de focos de creación en el universo a lo largo del tiempo, a veces denominados minibangs, minieventos de creación o little bangs. Tras la observación de un universo en aceleración, se introdujeron nuevas modificaciones en el modelo. Los cosmólogos de la corriente principal que han revisado el QSS han señalado defectos y discrepancias con las observaciones que los defensores dejan sin explicar.

Ver también

• Teoría del Big Bang
• Materia oscura
• Edwin Hubble
• Quasar

Notas

• 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, y Jayant Vishnu Narlikar. 2001. A Different Approach to Cosmology: From a Static Universe Through the Big Bang Towards Reality. Cambridge, Reino Unido: Cambridge Univ. Press. ISBN 0521662230
• Hoyle, F., G. Burbidge, y J.V. Narlikar. 1993. A quasi-steady state cosmological model with creation of matter. The Astrophysical Journal. 410:437-457.
• —. The basic theory underlying the quasi-steady state cosmological model. Proc. R. Soc. A 448:191.
• Mitton, Simon. 2005. Conflicto en el Cosmos: La vida de Fred Hoyle en la ciencia. Washington, DC: Joseph Henry Press. ISBN 0309093139
• Weinberg, Steven. 1972. Gravitation and Cosmology: Principios y aplicaciones de la teoría general de la relatividad. New York: Wiley. ISBN 0471925675

Todos los enlaces recuperados el 3 de enero de 2020.

• Hoyle, F., G. Burbidge, y J.V. Narlikar. Apr. 1994. Astrophysical deductions from the quasi-steady state cosmology Royal Astronomical Society Monthly Notices 267:1007-1019.
• —. Agosto de 1994. «Erratum: Astrophysical deductions from the quasi-steady state Royal Astronomical Society Monthly Notices 269:1152.
• —. Sep. 1994. Otras cantidades astrofísicas esperadas en un Universo en estado cuasi estacionario Astronomía y Astrofísica 289(3): 729-739. ISSN 0004-6361.
• —. 14 de diciembre de 1994. Nota sobre un comentario de Edward L. Wright Astrophysics. Resumen. 14 de diciembre de 1994. (arXiv:astro-ph/9412045v1).
• Wright, Edward L. 7 de marzo de 2008. Errores en los modelos de estado estacionario y cuasi-SS
• —. 20 de octubre de 1994. Comentarios sobre la Astrofísica de la Cosmología de Estado Estacionario. Resumen. (arXiv:astro-ph/9410070v1).