Steady state theorie

Inflatie – Nucleosynthese
GWB – Neutrino-achtergrond
Cosmische microgolfachtergrond

Redshift – wet van Hubble
Metrische uitdijing van de ruimte
Friedmann vergelijkingen
FLRW metriek

Vorming van het heelal
Structuurvorming
Galaxy-vorming
Large-schaalstructuur

Lambda-CDM-model
Donkere energie – Donkere materie

Tijdslijn van de kosmologie…

Observationele kosmologie
2dF – SDSS
CoBE – BOOMERanG – WMAP

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

Fysische kosmologie
Universum – Oerknal Bang Leeftijd van het heelal Tijdlijn van de Big Bang Ultieme lot van het heelal	Echt heelal	Uitdijend heelal	Structuurvorming	Componenten	Geschiedenis	Kosmologie-experimenten	Wetenschappers

In de kosmologie, is de Steady State-theorie (ook bekend als de oneindige-heelal-theorie of continue schepping) een model dat in 1948 is ontwikkeld door Fred Hoyle, Thomas Gold, Hermann Bondi en anderen als alternatief voor de oerknaltheorie (die meestal bekend staat als het standaard kosmologisch model). In het steady state-model wordt voortdurend nieuwe materie gecreëerd naarmate het heelal uitdijt, zodat het perfecte kosmologische principe wordt aangehouden. Hoewel het model in de jaren 1950 en 1960 een groot aantal aanhangers onder kosmologen had, nam het aantal aanhangers aan het eind van de jaren 1960 sterk af door de ontdekking van de kosmische microgolf-achtergrondstraling, en tegenwoordig is er nog maar een zeer klein aantal aanhangers over. Het belangrijkste belang van het steady-state model is dat het, als concurrent van de Big Bang, een impuls heeft gegeven aan enkele van de belangrijkste onderzoeken in de astrofysica, waarvan een groot deel uiteindelijk de Big Bang theorie heeft ondersteund.

Overzicht

De Steady State Theorie van Bondi, Gold en Hoyle werd geïnspireerd door de cirkelvormige plot van de film Dead of Night die zij samen bekeken. Theoretische berekeningen toonden aan dat een statisch heelal onder algemene relativiteit onmogelijk was en waarnemingen van Edwin Hubble hadden aangetoond dat het heelal aan het uitdijen was. De steady state theorie stelt dat het heelal weliswaar uitdijt, maar niet van uiterlijk verandert in de tijd (het perfecte kosmologische principe); het heeft geen begin en geen einde.

De theorie vereist dat er voortdurend nieuwe materie moet worden gecreëerd (meestal in de vorm van waterstof) om de gemiddelde dichtheid van de materie in de tijd gelijk te houden. De benodigde hoeveelheid is laag en niet direct detecteerbaar: ruwweg één zonsmassa aan baryonen per kubieke megaparsec per jaar of ruwweg één waterstofatoom per kubieke meter per miljard jaar, met ruwweg vijf keer zoveel donkere materie. Een dergelijke scheppingssnelheid zou echter waarneembare effecten op kosmologische schaal veroorzaken.

Een esthetisch onaantrekkelijk kenmerk van de theorie is dat de veronderstelde spontane vorming van nieuwe materie vermoedelijk deuterium, helium en een kleine hoeveelheid lithium zou moeten omvatten, naast gewone waterstof, omdat geen enkel mechanisme van nucleosynthese in sterren of door andere processen de waargenomen overvloed aan deuterium en helium-3 verklaart. (In het Big Bang model wordt primordiaal deuterium gemaakt direct na de “knal”, vóór het bestaan van de eerste sterren).

Chaotische inflatie theorie heeft veel overeenkomsten met de Steady State Theorie, echter op een veel grotere schaal dan oorspronkelijk werd gedacht.

Problemen

Problemen met de Steady State Theorie begonnen aan het eind van de zestiger jaren op te duiken, toen waarnemingen blijkbaar het idee ondersteunden dat het heelal in feite aan het veranderen was: quasars en radiosterrenstelsels werden alleen op grote afstanden gevonden (d.w.z, roodverschuiving, en dus, vanwege de eindige snelheid van het licht, in het verleden), niet in dichterbij gelegen sterrenstelsels. Terwijl de Big Bang theorie dit voorspelde, voorspelde Steady State dat dergelijke objecten overal zouden worden gevonden, ook dicht bij ons eigen melkwegstelsel.

Voor de meeste kosmologen kwam de weerlegging van de Steady State Theorie met de ontdekking van de kosmische microgolf-achtergrondstraling in 1965, die door de Big Bang Theorie was voorspeld. Stephen Hawking zei dat het feit dat de microgolfstraling was gevonden, en dat men dacht dat die was overgebleven van de oerknal, “de laatste nagel aan de doodskist van de steady-state theorie” was. Binnen de Steady State Theorie is deze achtergrondstraling het resultaat van licht van oude sterren dat door galactisch stof is verstrooid. Deze verklaring is echter voor de meeste kosmologen niet overtuigend, omdat de achtergrondstraling van de kosmische microgolf zeer glad is, waardoor het moeilijk te verklaren is hoe deze uit puntbronnen is ontstaan, en de achtergrondstraling van de microgolf geen kenmerken vertoont zoals polarisatie, die normaal met verstrooiing worden geassocieerd. Bovendien ligt het spectrum zo dicht bij dat van een ideaal zwart lichaam, dat het nauwelijks zou kunnen worden gevormd door de superpositie van bijdragen van stofklonters bij verschillende temperaturen en bij verschillende roodverschuivingen. Steven Weinberg schreef in 1972:

Het steady state model lijkt niet overeen te komen met de waargenomen dL versus z relatie of met de bron tellingen … In zekere zin is de onenigheid een verdienste van het model; alleen onder alle kosmologieën doet het steady state model zulke duidelijke voorspellingen dat het kan worden weerlegd, zelfs met het beperkte waarnemingsbewijs waarover we beschikken. Het steady-state model is zo aantrekkelijk dat veel van zijn aanhangers nog steeds hopen dat het bewijs tegen het model zal verdwijnen naarmate de waarnemingen verbeteren. Echter, als de kosmische microgolf-achtergrondstraling … werkelijk zwarte-lichaamsstraling is, zal het moeilijk zijn te betwijfelen dat het heelal is geëvolueerd vanuit een heter, dichter beginstadium.

Sinds die tijd wordt de Oerknaltheorie beschouwd als de beste beschrijving van de oorsprong van het heelal. In de meeste astrofysische publicaties wordt de oerknal impliciet aanvaard en gebruikt als basis voor meer volledige theorieën.

C-veld

Bondi en Gold stelden geen mechanisme voor de schepping van materie voor, zoals vereist door de Steady State Theorie, maar Hoyle stelde het bestaan voor van wat hij het “C-veld” noemde, waarbij “C” staat voor “Schepping”. Het C-veld heeft een negatieve druk, waardoor het de gestage uitdijing van de kosmos kan aandrijven, terwijl het ook nieuwe materie schept en de grootschalige materiedichtheid ongeveer constant houdt; in dit opzicht is het C-veld vergelijkbaar met het inflaton veld dat gebruikt wordt in de kosmische inflatie. Om deze reden bevat Hoyle’s concept van de stabiele toestand in 1948 veel kenmerken die later naar voren kwamen in zowel de inflatoire kosmologie als het recentelijk waargenomen versnellende heelal, dat kan worden gemodelleerd in termen van een kosmologische constante in Einstein’s model van het heelal.

Het C-veld en het begrip quasi-stationair heelal vertonen ook enige gelijkenis met de chaotische inflatietheorie of eeuwige inflatie, die soms een oneindig heelal zonder begin of einde voorstelt, waarin de inflatie voortdurend werkzaam is, op een schaal die het waarneembare heelal te boven gaat, om de materie van de kosmos te scheppen. Zowel steady state als quasi-steady state beweren echter dat de scheppende gebeurtenissen van het heelal (nieuwe waterstofatomen in het steady state geval) kunnen worden waargenomen binnen het waarneembare heelal, terwijl inflatoire theorieën inflatie niet als een continu proces binnen het waarneembare heelal voorstellen.

Quasi-steady state

Quasi-steady state kosmologie (QSS) werd in 1993 voorgesteld door Fred Hoyle, Geoffrey Burbidge, en Jayant V. Narlikar als een nieuwe versie van de steady state ideeën, bedoeld om extra eigenschappen te verklaren die in het oorspronkelijke voorstel niet aan de orde kwamen. De theorie suggereert dat er in de loop van de tijd scheppingen plaatsvinden in het heelal, die soms worden aangeduid als minibangs, mini-scheppingen of little bangs. Na de waarneming van een versnellend heelal werden verdere wijzigingen in het model aangebracht. Mainstream kosmologen die de QSS hebben herzien, hebben gewezen op gebreken en discrepanties met waarnemingen die door de voorstanders onverklaard zijn gelaten.

Zie ook

• Big Bang theorie
• Donkere materie
• Edwin Hubble
• Quasar

Noten

• Farmer, Billy L. 1997. Alternatieven voor het heelal: Emerging Concepts of Size, Age, Structure, and Behavior, 2nd ed. El Paso, TX: B.L. Farmer. ISBN 0964998343
• Hoyle, Fred, Geoffrey R. Burbidge, and Jayant Vishnu Narlikar. 2001. Een andere benadering van kosmologie: From a Static Universe Through the Big Bang Towards Reality. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press. ISBN 0521662230
• Hoyle, F., G. Burbidge, and J.V. Narlikar. 1993. A quasi-steady state cosmological model with creation of matter. The Astrophysical Journal. 410:437-457.
• —. De basistheorie die ten grondslag ligt aan het quasi-steady state kosmologisch model. Proc. R. Soc. A 448:191.
• Mitton, Simon. 2005. Conflict in de Kosmos: Fred Hoyle’s Life in Science. Washington, DC: Joseph Henry Press. ISBN 0309093139
• Weinberg, Steven. 1972. Gravitatie en Kosmologie: Principles and Applications of the General Theory of Relativity. New York: Wiley. ISBN 0471925675

Alle links opgehaald op 3 januari 2020.

• Hoyle, F., G. Burbidge, and J.V. Narlikar. Apr. 1994. Astrophysical deductions from the quasi-steady state cosmology Royal Astronomical Society Monthly Notices 267:1007-1019.
• –. Aug. 1994. “Erratum: Astrophysical deductions from the quasi-steady state Royal Astronomical Society Monthly Notices 269:1152.
• —. Sep. 1994. Further astrophysical quantities expected in a quasi-steady state Universe Astronomy and Astrophysics 289(3): 729-739. ISSN 0004-6361.
• —. 14 december 1994. Nota over een commentaar van Edward L. Wright Astrofysica. Abstract. 14 december 1994. (arXiv:astro-ph/9412045v1).
• Wright, Edward L. March 7, 2008. Fouten in de Steady State en Quasi-SS Modellen
• -. 20 oktober 1994. Commentaar op de Quasi-Steady-State Kosmologie Astrofysica. Abstract. (arXiv:astro-ph/9410070v1).