Théorie de l’état stationnaire

Inflation – Nucléosynthèse
GWB. – Fond des neutrinos
Fond des micro-ondes cosmiques

Décalage vers le rouge – Loi de Hubble
Dilatation métrique de l’espace
Équations de Friedmann de Friedmann
MétriqueFLRW

Forme de l’univers
Formation de la structure
Formation des galaxies
Structure à grande échelle

.échelle

Modèle Lambda-CDM
Énergie sombre – Matière sombre

Chronologie de la cosmologie…

Cosmologie observationnelle
2dF – SDSS
CoBE – BOOMERanG – WMAP

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

Cosmologie physique
Univers – Big Bang. Bang Age de l’univers Timeline du Big Bang Destin ultime de l’univers	Univers précoce	Univers en expansion	Formation de la structure	Composantes	Histoire	Expériences de cosmologie	Scientifiques

En cosmologie, la théorie de l’état stationnaire (également connue sous le nom de théorie de l’univers infini ou de création continue) est un modèle développé en 1948 par Fred Hoyle, Thomas Gold, Hermann Bondi et d’autres comme alternative à la théorie du Big Bang (connue, habituellement, comme le modèle cosmologique standard). Dans le point de vue de l’état d’équilibre, de la nouvelle matière est continuellement créée à mesure que l’univers s’étend, de sorte que le principe cosmologique parfait est respecté. Bien que le modèle ait eu un grand nombre de partisans parmi les cosmologistes dans les années 1950 et 1960, le nombre de partisans a nettement diminué à la fin des années 1960 avec la découverte du rayonnement de fond cosmologique, et aujourd’hui, il ne reste qu’un très petit nombre de partisans. L’importance clé du modèle de l’état stationnaire est qu’en tant que concurrent du Big Bang, il a été une impulsion pour générer certaines des recherches les plus importantes en astrophysique, dont une grande partie a finalement fini par soutenir la théorie du Big Bang.

Overview

La théorie de l’état stationnaire de Bondi, Gold et Hoyle a été inspirée par l’intrigue circulaire du film Dead of Night qu’ils ont regardé ensemble. Les calculs théoriques montraient qu’un univers statique était impossible dans le cadre de la relativité générale et les observations d’Edwin Hubble avaient montré que l’univers était en expansion. La théorie de l’état stationnaire affirme que, bien que l’univers soit en expansion, il ne change néanmoins pas d’aspect au fil du temps (principe cosmologique parfait) ; il n’a ni début ni fin.

La théorie exige que de la nouvelle matière soit continuellement créée (principalement sous forme d’hydrogène) pour que la densité moyenne de la matière reste égale au fil du temps. La quantité requise est faible et n’est pas directement détectable : environ une masse solaire de baryons par mégaparsec cube par an ou environ un atome d’hydrogène par mètre cube par milliard d’années, avec environ cinq fois plus de matière noire. Un tel taux de création provoquerait cependant des effets observables à l’échelle cosmologique.

Une caractéristique esthétiquement peu attrayante de la théorie est que la formation spontanée postulée de nouvelle matière devrait vraisemblablement inclure du deutérium, de l’hélium et une petite quantité de lithium, ainsi que de l’hydrogène ordinaire, puisqu’aucun mécanisme de nucléosynthèse dans les étoiles ou par d’autres processus ne rend compte de l’abondance observée de deutérium et d’hélium-3. (Dans le modèle du Big Bang, le deutérium primordial est fabriqué directement après le « bang », avant l’existence des premières étoiles).

La théorie de l’inflation chaotique présente de nombreuses similitudes avec la théorie de l’état stationnaire, cependant à une échelle beaucoup plus grande que celle envisagée initialement.

Problèmes

Les problèmes avec la théorie de l’état stationnaire ont commencé à émerger à la fin des années 1960, lorsque les observations ont apparemment soutenu l’idée que l’univers était en fait en train de changer : les quasars et les radio galaxies ont été trouvés seulement à de grandes distances (c’est-à-dire, redshift, et donc, en raison de la vitesse finie de la lumière, dans le passé), et non dans des galaxies plus proches. Alors que la théorie du Big Bang le prédisait, la théorie de l’état stationnaire prédisait que de tels objets seraient trouvés partout, y compris à proximité de notre propre galaxie.

Pour la plupart des cosmologistes, la réfutation de la théorie de l’état stationnaire est venue avec la découverte du rayonnement de fond cosmologique en 1965, qui était prédit par la théorie du Big Bang. Stephen Hawking a déclaré que la découverte du rayonnement micro-ondes, que l’on pensait être un vestige du big bang, était « le dernier clou du cercueil de la théorie de l’état stationnaire ». Selon la théorie de l’état stationnaire, ce rayonnement de fond est le résultat de la lumière d’anciennes étoiles qui a été dispersée par la poussière galactique. Toutefois, cette explication n’a pas convaincu la plupart des cosmologistes, car le fond diffus cosmologique est très lisse, ce qui rend difficile l’explication de son origine à partir de sources ponctuelles, et le fond diffus ne présente aucun signe de caractéristiques telles que la polarisation qui est normalement associée à la diffusion. En outre, son spectre est si proche de celui d’un corps noir idéal qu’il pourrait difficilement être formé par la superposition de contributions provenant d’amas de poussière à différentes températures ainsi qu’à différents décalages vers le rouge. Steven Weinberg écrivait en 1972 :

Le modèle de l’état stationnaire ne semble pas s’accorder avec la relation observée dL versus z ou avec les comptages de sources…. En un sens, le désaccord est un crédit pour le modèle ; seul parmi toutes les cosmologies, le modèle de l’état stationnaire fait des prédictions si précises qu’il peut être réfuté même avec les preuves observationnelles limitées à notre disposition. Le modèle de l’état stationnaire est si attrayant que nombre de ses adeptes gardent l’espoir que les preuves à son encontre disparaîtront à mesure que les observations s’amélioreront. Cependant, si le rayonnement de fond cosmique micro-ondes … est réellement un rayonnement de corps noir, il sera difficile de douter que l’univers a évolué à partir d’un stade précoce plus chaud et plus dense.

Depuis cette époque, la théorie du Big Bang est considérée comme la meilleure description de l’origine de l’univers. Dans la plupart des publications astrophysiques, le big bang est implicitement accepté et sert de base à des théories plus complètes.

C-field

Bondi et Gold n’ont proposé aucun mécanisme pour la création de la matière requise par la théorie de l’état stationnaire, mais Hoyle a proposé l’existence de ce qu’il a appelé le « C-field », où « C » signifie « Création ». Le champ C a une pression négative, ce qui lui permet de conduire l’expansion régulière du cosmos, tout en créant de la nouvelle matière, en maintenant la densité de matière à grande échelle approximativement constante ; à cet égard, le champ C est similaire au champ d’inflaton utilisé dans l’inflation cosmique. Pour cette raison, la conception de l’état stationnaire par Hoyle en 1948 incorpore de nombreuses caractéristiques qui sont apparues plus tard à la fois dans la cosmologie inflationniste et dans l’univers en accélération récemment observé, qui peut être modélisé en termes de constante cosmologique dans le modèle d’univers d’Einstein.

Le champ C et la notion d’univers en état quasi stationnaire ont également une certaine ressemblance avec la théorie de l’inflation chaotique ou de l’inflation éternelle qui postule parfois un univers infini sans début ni fin, dans lequel l’inflation opère continuellement, à une échelle au-delà de l’univers observable, pour créer la matière du cosmos. Cependant, l’état stationnaire et l’état quasi stationnaire affirment tous deux que les événements de création de l’univers (nouveaux atomes d’hydrogène dans le cas de l’état stationnaire) peuvent être observés au sein de l’univers observable, alors que les théories inflationnistes ne posent pas l’inflation comme un processus continu au sein de l’univers observable.

Cosmologie de l’état stationnaire

La cosmologie de l’état stationnaire (QSS) a été proposée en 1993 par Fred Hoyle, Geoffrey Burbidge et Jayant V. Narlikar comme une nouvelle version des idées de l’état stationnaire, destinée à expliquer des caractéristiques supplémentaires non prises en compte dans la proposition initiale. La théorie suggère des poches de création se produisant au fil du temps dans l’univers, parfois appelées minibangs, mini-événements de création ou petites détonations. Après l’observation d’un univers en accélération, d’autres modifications du modèle ont été apportées. Les cosmologistes classiques qui ont examiné le QSS ont souligné les failles et les divergences avec les observations laissées inexpliquées par les partisans.

Voir aussi

• Théorie du Big Bang
• Matière noire
• Edwin Hubble
• Quasar

Notes

• Farmer, Billy L. 1997. Universe Alternatives : Concepts émergents de taille, d’âge, de structure et de comportement, 2e éd. El Paso, TX : B.L. Farmer. ISBN 0964998343
• Hoyle, Fred, Geoffrey R. Burbidge, et Jayant Vishnu Narlikar. 2001. Une approche différente de la cosmologie : D’un univers statique à travers le Big Bang vers la réalité. Cambridge, UK : Cambridge Univ. Press. ISBN 0521662230
• Hoyle, F., G. Burbidge, et J.V. Narlikar. 1993. Un modèle cosmologique à état quasi stationnaire avec création de matière. Le Journal Astrophysique. 410:437-457.
• —. La théorie de base qui sous-tend le modèle cosmologique à état quasi stable. Proc. R. Soc. A 448:191.
• Mitton, Simon. 2005. Conflit dans le Cosmos : La vie de Fred Hoyle dans la science. Washington, DC : Joseph Henry Press. ISBN 0309093139
• Weinberg, Steven. 1972. Gravitation et cosmologie : Principes et applications de la théorie générale de la relativité. New York : Wiley. ISBN 0471925675

Tous les liens ont été récupérés le 3 janvier 2020.

• Hoyle, F., G. Burbidge, et J.V. Narlikar. Avr. 1994. Déductions astrophysiques de la cosmologie de l’état quasi stable Royal Astronomical Society Monthly Notices 267:1007-1019.
• —. Aug. 1994.  » Erratum : déductions astrophysiques de l’état quasi stationnaire  » Royal Astronomical Society Monthly Notices 269:1152.
• —. Sep. 1994. Autres quantités astrophysiques attendues dans un univers à l’état quasi stationnaire Astronomie et astrophysique 289(3) : 729-739. ISSN 0004-6361.
• —. Le 14 décembre 1994. Note sur un commentaire d’Edward L. Wright Astrophysique. Résumé. 14 décembre 1994. (arXiv:astro-ph/9412045v1).
• Wright, Edward L. 7 mars 2008. Erreurs dans l’état d’équilibre et les modèles quasi-SS
• —. 20 octobre 1994. Commentaires sur la cosmologie de l’état quasi stationnaire Astrophysique. Résumé. (arXiv:astro-ph/9410070v1).