Teoria dello stato stazionario

Inflazione – Nucleosintesi
GWB – Fondo di neutrini
Fondo cosmico a microonde

Redshift – Legge di Hubble
Espansione metrica dello spazio
Friedmann equazioni
MetricaFLRW

Forma dell’universo
Formazione della struttura
Formazione della galassia
Grandestruttura a grande scala

Modello Lambda-CDM
Energia oscura – Materia oscura

Temporale della cosmologia…

Cosmologia osservazionale
2dF – SDSS
CoBE – BOOMERanG – WMAP

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

Cosmologia fisica
Universo – Big Bang Età dell’universo Tempistica del Big Bang Destino ultimo dell’universo	Universo primordiale	Universo in espansione	Formazione della struttura	Componenti	Storia	Esperimenti di cosmologia	Scienziati

In cosmologia, la teoria dello stato stazionario (conosciuta anche come teoria dell’universo infinito o della creazione continua) è un modello sviluppato nel 1948 da Fred Hoyle, Thomas Gold, Hermann Bondi e altri come alternativa alla teoria del Big Bang (conosciuta, solitamente, come il modello cosmologico standard). Nella visione a stato stazionario, la nuova materia viene continuamente creata mentre l’universo si espande, in modo che il principio cosmologico perfetto sia rispettato. Anche se il modello ha avuto un gran numero di sostenitori tra i cosmologi negli anni ’50 e ’60, il numero di sostenitori è diminuito notevolmente alla fine degli anni ’60 con la scoperta della radiazione cosmica di fondo a microonde, e oggi rimane solo un numero molto piccolo di sostenitori. L’importanza fondamentale del modello dello stato stazionario è che, come concorrente del Big Bang, è stato un impulso nel generare alcune delle più importanti ricerche in astrofisica, molte delle quali alla fine hanno finito per sostenere la teoria del Big Bang.

Panoramica

La teoria dello stato stazionario di Bondi, Gold e Hoyle fu ispirata dalla trama circolare del film Dead of Night che guardavano insieme. I calcoli teorici mostravano che un universo statico era impossibile sotto la relatività generale e le osservazioni di Edwin Hubble avevano dimostrato che l’universo era in espansione. La teoria dello stato stazionario afferma che, sebbene l’universo sia in espansione, tuttavia non cambia aspetto nel tempo (il principio cosmologico perfetto); non ha un inizio e una fine.

La teoria richiede che nuova materia debba essere continuamente creata (principalmente come idrogeno) per mantenere la densità media della materia uguale nel tempo. La quantità richiesta è bassa e non direttamente rilevabile: all’incirca una massa solare di barioni per megaparsec cubo all’anno o all’incirca un atomo di idrogeno per metro cubo per miliardo di anni, con circa cinque volte tanto di materia oscura. Un tale tasso di creazione causerebbe, tuttavia, effetti osservabili su scale cosmologiche.

Una caratteristica esteticamente poco attraente della teoria è che la formazione spontanea di nuova materia postulata dovrebbe presumibilmente includere deuterio, elio e una piccola quantità di litio, oltre all’idrogeno normale, poiché nessun meccanismo di nucleosintesi nelle stelle o da altri processi rende conto dell’abbondanza osservata di deuterio ed elio-3. (Nel modello del Big Bang, il deuterio e l’elio-3 non possono essere creati da soli. (Nel modello del Big Bang, il deuterio primordiale è fatto direttamente dopo il “bang”, prima dell’esistenza delle prime stelle).

La teoria dell’inflazione caotica ha molte somiglianze con la teoria dello stato stazionario, tuttavia su una scala molto più grande di quella originariamente prevista.

Problemi

I problemi con la Teoria dello Stato Stazionario cominciarono ad emergere alla fine degli anni ’60, quando le osservazioni apparentemente supportarono l’idea che l’universo stesse in realtà cambiando: quasar e radio galassie furono trovate solo a grandi distanze (es, redshift, e quindi, a causa della velocità finita della luce, nel passato), non in galassie più vicine. Mentre la teoria del Big Bang prevedeva questo, lo Stato Stazionario prevedeva che tali oggetti sarebbero stati trovati ovunque, anche vicino alla nostra galassia.

Per la maggior parte dei cosmologi, la confutazione della teoria dello Stato Stazionario è arrivata con la scoperta della radiazione cosmica di fondo a microonde nel 1965, che era stata prevista dalla teoria del Big Bang. Stephen Hawking disse che il fatto che la radiazione a microonde fosse stata trovata, e che si pensava fosse rimasta dal big bang, era “l’ultimo chiodo nella bara della teoria dello stato stazionario”. Secondo la teoria dello stato stazionario, questa radiazione di fondo è il risultato della luce di antiche stelle che è stata dispersa dalla polvere galattica. Tuttavia, questa spiegazione non ha convinto la maggior parte dei cosmologi perché il fondo cosmico a microonde è molto liscio, rendendo difficile spiegare come sia sorto da sorgenti puntiformi, e il fondo a microonde non mostra alcuna evidenza di caratteristiche come la polarizzazione che sono normalmente associate alla dispersione. Inoltre, il suo spettro è così vicino a quello di un corpo nero ideale che difficilmente potrebbe essere formato dalla sovrapposizione dei contributi di ammassi di polvere a diverse temperature e a diversi redshift. Steven Weinberg scrisse nel 1972:

Il modello a stato stazionario non sembra concordare con la relazione dL contro z osservata o con i conteggi delle sorgenti … In un certo senso, il disaccordo è un merito del modello; solo tra tutte le cosmologie, il modello a stato stazionario fa previsioni così precise che può essere confutato anche con le limitate prove osservative a nostra disposizione. Il modello a stato stazionario è così attraente che molti dei suoi sostenitori conservano ancora la speranza che le prove contro di esso scompariranno con il miglioramento delle osservazioni. Tuttavia, se la radiazione cosmica di fondo a microonde … è davvero una radiazione di corpo nero, sarà difficile dubitare che l’universo si sia evoluto da uno stadio iniziale più caldo e denso.

Da allora, la teoria del Big Bang è stata considerata la migliore descrizione dell’origine dell’universo. Nella maggior parte delle pubblicazioni astrofisiche, il big bang è implicitamente accettato ed è usato come base di teorie più complete.

C-field

Bondi e Gold non hanno proposto alcun meccanismo per la creazione della materia richiesto dalla Teoria dello Stato Stazionario, ma Hoyle ha proposto l’esistenza di quello che ha chiamato il “C-field”, dove “C” sta per “Creazione”. Il campo C ha una pressione negativa, che gli permette di guidare l’espansione costante del cosmo, mentre crea anche nuova materia, mantenendo la densità della materia su larga scala approssimativamente costante; in questo senso il campo C è simile al campo inflatonico usato nell’inflazione cosmica. Per questo motivo la concezione di Hoyle dello stato stazionario nel 1948 incorpora molte caratteristiche che sono poi emerse sia nella cosmologia inflazionistica che nell’universo accelerato osservato di recente, che può essere modellato in termini di una costante cosmologica nel modello dell’universo di Einstein.

Il campo C e la nozione di universo quasi-stabile ha anche qualche somiglianza con la teoria dell’inflazione caotica o inflazione eterna che a volte postula un universo infinito senza inizio né fine, in cui l’inflazione opera continuamente, su una scala oltre l’universo osservabile, per creare la materia del cosmo. Tuttavia, sia lo stato stazionario che lo stato quasi stazionario affermano che gli eventi di creazione dell’universo (nuovi atomi di idrogeno nel caso dello stato stazionario) possono essere osservati all’interno dell’universo osservabile, mentre le teorie inflazionistiche non pongono l’inflazione come un processo continuo all’interno dell’universo osservabile.

Cosmologia a stato stazionario

La cosmologia a stato stazionario (QSS) è stata proposta nel 1993 da Fred Hoyle, Geoffrey Burbidge e Jayant V. Narlikar come una nuova versione delle idee a stato stazionario, intesa a spiegare ulteriori caratteristiche non considerate nella proposta iniziale. La teoria suggerisce sacche di creazione che si verificano nel tempo all’interno dell’universo, a volte indicate come minibang, mini eventi di creazione o piccoli scoppi. Dopo l’osservazione di un universo in accelerazione, sono state apportate ulteriori modifiche al modello. I cosmologi mainstream che hanno esaminato la QSS hanno evidenziato difetti e discrepanze con le osservazioni lasciate inspiegate dai sostenitori.

Vedi anche

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

Note

• Farmer, Billy L. 1997. Alternative all’universo: Emerging Concepts of Size, Age, Structure, and Behavior, 2nd ed. El Paso, TX: B.L. Farmer. ISBN 0964998343
• Hoyle, Fred, Geoffrey R. Burbidge, e Jayant Vishnu Narlikar. 2001. Un approccio diverso alla cosmologia: From a Static Universe Through the Big Bang Towards Reality. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press. ISBN 0521662230
• Hoyle, F., G. Burbidge, e J.V. Narlikar. 1993. Un modello cosmologico a stato quasi stazionario con creazione di materia. The Astrophysical Journal. 410:437-457.
• —. La teoria di base alla base del modello cosmologico a stato quasi stazionario. Proc. R. Soc. A 448:191.
• Mitton, Simon. 2005. Il conflitto nel cosmo: Fred Hoyle’s Life in Science. Washington, DC: Joseph Henry Press. ISBN 0309093139
• Weinberg, Steven. 1972. Gravitazione e cosmologia: Principles and Applications of the General Theory of Relativity. New York: Wiley. ISBN 0471925675

Tutti i link recuperati il 3 gennaio 2020.

• Hoyle, F., G. Burbidge, e J.V. Narlikar. Aprile 1994. Deduzioni astrofisiche dalla cosmologia dello stato quasi-stabile Royal Astronomical Society Monthly Notices 267:1007-1019.
• —. Agosto 1994. “Erratum: Deduzioni astrofisiche dallo stato quasi-stabile Royal Astronomical Society Monthly Notices 269:1152.
• —. Settembre 1994. Ulteriori quantità astrofisiche previste in un universo quasi-stabile Astronomia e Astrofisica 289(3): 729-739. ISSN 0004-6361.
• —. 14 dicembre 1994. Nota su un commento di Edward L. Wright Astrofisica. Abstract. 14 dicembre 1994. (arXiv:astro-ph/9412045v1).
• Wright, Edward L. 7 marzo 2008. Errori nei modelli di stato stazionario e quasi-SS
• —. 20 ottobre 1994. Commenti sull’astrofisica della cosmologia Quasi-Steady-State. Abstract. (arXiv:astro-ph/9410070v1).