Teoria stanu ustalonego

Inflacja – Nukleosynteza
GWB – Tło neutrinowe
Kosmiczne mikrofalowe tło

Redshift – prawo Hubble’a
Metryczne rozszerzanie się przestrzeni
Równania Friedmanna równania
metrykaFLRW

Kształt wszechświata
Powstawanie struktur
Powstawanie galaktyk
Struktury wielkoskalowe

Model lambda-CDM
Ciemna energia – Ciemna materia

Oś czasu kosmologii…

Kosmologia obserwacyjna
2dF – SDSS
CoBE – BOOMERanG – WMAP

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

Kosmologia fizyczna
Wszechświat – Wielki Wybuch Wieki wszechświata Czas Wielkiego Wybuchu Ostatnie losy wszechświata	Wczesny wszechświat	Rozszerzający się wszechświat	Powstawanie struktur	Powstawanie strukturskali	Komponenty	Historia	Doświadczenia kosmologiczne	Naukowcy

W kosmologii, teoria stanu ustalonego (znana również jako teoria nieskończonego Wszechświata lub ciągłej kreacji) to model opracowany w 1948 roku przez Freda Hoyle’a, Thomasa Golda, Hermanna Bondiego i innych jako alternatywa dla teorii Wielkiego Wybuchu (znanej, zazwyczaj, jako standardowy model kosmologiczny). W ujęciu stanu ustalonego nowa materia jest nieustannie tworzona w miarę rozszerzania się wszechświata, tak że przestrzegana jest doskonała zasada kosmologiczna. Chociaż model ten miał wielu zwolenników wśród kosmologów w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych, liczba zwolenników zmniejszyła się wyraźnie pod koniec lat sześćdziesiątych wraz z odkryciem kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła, a obecnie pozostała tylko bardzo mała liczba zwolenników. Kluczowe znaczenie modelu stanu ustalonego polega na tym, że jako konkurent Wielkiego Wybuchu był on bodźcem do rozpoczęcia niektórych z najważniejszych badań w astrofizyce, z których wiele ostatecznie zakończyło się poparciem teorii Wielkiego Wybuchu.

Przegląd

Teoria stanu ustalonego Bondiego, Golda i Hoyle’a została zainspirowana okrężną fabułą filmu Martwa noc, który razem oglądali. Teoretyczne obliczenia wykazały, że statyczny wszechświat był niemożliwy w ramach ogólnej teorii względności, a obserwacje Edwina Hubble’a wykazały, że wszechświat się rozszerza. Teoria stanu ustalonego twierdzi, że chociaż wszechświat się rozszerza, to jednak nie zmienia swojego wyglądu w czasie (doskonała zasada kosmologiczna); nie ma początku ani końca.

Teoria ta wymaga, aby nowa materia była stale tworzona (głównie jako wodór), aby utrzymać średnią gęstość materii równą w czasie. Wymagana ilość jest niewielka i nie jest bezpośrednio wykrywalna: mniej więcej jedna masa słoneczna barionów na megaparsek sześcienny na rok lub mniej więcej jeden atom wodoru na metr sześcienny na miliard lat, z mniej więcej pięciokrotnie większą ilością ciemnej materii. Takie tempo tworzenia spowodowałoby jednak obserwowalne efekty w skalach kosmologicznych.

Nieatrakcyjną estetycznie cechą tej teorii jest to, że postulowane spontaniczne tworzenie nowej materii musiałoby przypuszczalnie obejmować deuter, hel i niewielką ilość litu, a także zwykły wodór, ponieważ żaden mechanizm nukleosyntezy w gwiazdach ani w innych procesach nie odpowiada za obserwowaną obfitość deuteru i helu-3. (W modelu Wielkiego Wybuchu, pierwotny deuter powstaje bezpośrednio po „wybuchu”, przed powstaniem pierwszych gwiazd).

Khaotyczna teoria inflacji ma wiele podobieństw z teorią stanu ustalonego, jednak na znacznie większą skalę niż pierwotnie przewidywano.

Problemy

Problemy z teorią stanu ustalonego zaczęły się pojawiać w późnych latach sześćdziesiątych, kiedy obserwacje pozornie wspierały ideę, że wszechświat w rzeczywistości się zmienia: kwazary i galaktyki radiowe były znajdowane tylko w dużych odległościach (tj, Przesunięcie ku czerwieni, a więc, z powodu skończonej prędkości światła, w przeszłości), a nie w bliższych galaktykach. Podczas gdy teoria Wielkiego Wybuchu przewidywała to samo, teoria Stałego Stanu przewidywała, e takie obiekty będą znajdowane wszędzie, w tym blisko naszej własnej galaktyki.

Dla większości kosmologów obalenie teorii Stałego Stanu przyszło wraz z odkryciem kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła w 1965 r., które zostało przewidziane przez teorię Wielkiego Wybuchu. Stephen Hawking powiedział, „e fakt odkrycia promieniowania mikrofalowego, które, jak sądzono, pozostało po Wielkim Wybuchu, jest „ostatecznym gwoździem do trumny teorii stanu ustalonego”. W ramach teorii stanu ustalonego to promieniowanie tła jest wynikiem światła pochodzącego ze starożytnych gwiazd, które zostało rozproszone przez pył galaktyczny. Jednak to wyjaśnienie nie przekonało większości kosmologów, ponieważ kosmiczne mikrofalowe tło jest bardzo gładkie, co utrudnia wyjaśnienie, w jaki sposób powstało ono ze źródeł punktowych, a mikrofalowe tło nie wykazuje żadnych dowodów na istnienie cech takich jak polaryzacja, które są zwykle związane z rozpraszaniem. Co więcej, jego widmo jest tak bliskie widmu idealnego ciała czarnego, że z trudem mogłoby zostać uformowane przez superpozycję wkładów z kępek pyłu w różnych temperaturach, jak również w różnych przesunięciach ku czerwieni. Steven Weinberg napisał w 1972 roku:

Model stanu ustalonego nie wydaje się zgadzać z obserwowaną relacją dL versus z lub z liczbą źródeł … W pewnym sensie, niezgodność jest zasługą modelu; sam wśród wszystkich kosmologii, model stanu ustalonego dokonuje tak pewnych przewidywań, że może być obalony nawet przy ograniczonych dowodach obserwacyjnych, które mamy do dyspozycji. Model stanu ustalonego jest tak atrakcyjny, że wielu jego zwolenników wciąż ma nadzieję, że dowody przeciwko niemu znikną wraz z poprawą obserwacji. Jednakże, jeśli kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła … jest naprawdę promieniowaniem ciała czarnego, trudno będzie wątpić, że wszechświat ewoluował z gorętszego, gęstszego wczesnego etapu.

Od tego czasu teoria Wielkiego Wybuchu jest uważana za najlepszy opis pochodzenia wszechświata. W większości publikacji astrofizycznych Wielki Wybuch jest implicite akceptowany i używany jako podstawa bardziej kompletnych teorii.

Pole C

Bondi i Gold nie zaproponowali żadnego mechanizmu tworzenia materii wymaganego przez Teorię Stanu Stałego, ale Hoyle zaproponował istnienie tego, co nazwał „polem C”, gdzie „C” oznacza „Stworzenie”. Pole C ma ujemne ciśnienie, co pozwala mu napędzać stałą ekspansję kosmosu, a jednocześnie tworzyć nową materię, utrzymując w przybliżeniu stałą gęstość materii w dużej skali; pod tym względem pole C jest podobne do pola inflatonowego używanego w inflacji kosmicznej. Z tego powodu koncepcja stanu ustalonego przedstawiona przez Hoyle’a w 1948 roku zawiera wiele cech, które później pojawiły się zarówno w kosmologii inflacyjnej, jak i w obserwowanym ostatnio przyspieszającym wszechświecie, który może być modelowany w kategoriach stałej kosmologicznej w modelu wszechświata Einsteina.

Pole C i pojęcie quasi-stałego stanu wszechświata ma również pewne podobieństwo do teorii chaotycznej inflacji lub wiecznej inflacji, która czasami zakłada nieskończony wszechświat bez początku ani końca, w którym inflacja działa w sposób ciągły, w skali poza obserwowalnym wszechświatem, aby stworzyć materię kosmosu. Jednakże, zarówno stan ustalony jak i quasi-ustalony twierdzą, że zdarzenia tworzenia wszechświata (nowe atomy wodoru w przypadku stanu ustalonego) mogą być obserwowane w obserwowalnym wszechświecie, podczas gdy teorie inflacyjne nie zakładają inflacji jako ciągłego procesu w obserwowalnym wszechświecie.

Kosmologia stanu ustalonego

Kosmologia stanu ustalonego (QSS) została zaproponowana w 1993 roku przez Freda Hoyle’a, Geoffrey’a Burbidge’a i Jayanta V. Narlikara jako nowa wersja idei stanu ustalonego, mająca wyjaśnić dodatkowe cechy nieuwzględnione w początkowej propozycji. Teoria ta sugeruje kieszenie kreacji zachodzące w czasie we wszechświecie, czasami nazywane minibankami, zdarzeniami mini kreacji lub małymi wybuchami. Po zaobserwowaniu przyspieszającego wszechświata, dokonano dalszych modyfikacji modelu. Kosmolodzy głównego nurtu, którzy przejrzeli QSS wskazali na wady i rozbieżności z obserwacjami, które nie zostały wyjaśnione przez zwolenników.

Zobacz także

• Teoria Wielkiego Wybuchu
• Ciemna materia
• Edwin Hubble
• Kwazar

Notatki

• 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, and 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, and 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. Conflict in the Cosmos: Fred Hoyle’s Life in Science. Washington, DC: Joseph Henry Press. ISBN 0309093139
• Weinberg, Steven. 1972. Gravitation and Cosmology: Principles and Applications of the General Theory of Relativity. New York: Wiley. ISBN 0471925675

All links retrieved January 3, 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.
• —. Grudzień 14, 1994. Note on a Comment by Edward L. Wright Astrophysics. Abstrakt. 14 grudnia 1994. (arXiv:astro-ph/9412045v1).
• Wright, Edward L. March 7, 2008. Errors in the Steady State and Quasi-SS Models
• —. 20 października 1994. Comments on the Quasi-Steady-State Cosmology Astrophysics. Abstrakt. (arXiv:astro-ph/9410070v1).

.