Vad är den stadiga teorin inom kosmologi?

Stadigtillståndsteori var en teori som föreslogs i 1900-talets kosmologi för att förklara bevis för att universum expanderade men fortfarande behåller kärnidén att universum alltid ser lika ut och därför är oförändrade i praktiken och har ingen början och inget slut. Denna idé har till stor del diskrediterats på grund av astronomiska bevis som antyder att universum faktiskt förändras över tid.

Steady-state Theory Bakgrund och utveckling

När Einstein skapade sin teori om allmän relativitet, visade den tidiga analysen att den skapade ett universum som var instabilt (expanderande eller sammandragande) snarare än det statiska universum som alltid hade antagits. Einstein höll också detta antagande om ett statiskt universum, så han introducerade en term i sina allmänna relativitetsfältekvationer som kallas kosmologisk konstant. Detta tjänade syftet med att hålla universum i ett statiskt tillstånd. Men när Edwin Hubble upptäckte bevis på att avlägsna galaxer i själva verket expanderade bort från jorden i alla riktningar, insåg forskare (inklusive Einstein) att universum inte verkade vara statiskt och termen avlägsnades.

State-state-teorin föreslogs först av Sir James Jeans på 1920-talet, men den fick verkligen en uppsving 1948 när den omformulerades av Fred Hoyle, Thomas Gold och Hermann Bondi. Det finns en tveksam historia som de kom på med teorin efter att ha sett filmen "Dead of Night", som slutar exakt när den började.

Hoyle blev särskilt en viktig förespråkare för teorin, särskilt i motsats till big bang-teorin. I en brittisk radiosändning myntade faktiskt Hoyle uttrycket "big bang" något hånligt för att förklara den motsatta teorin.

I sin bok "Parallel Worlds" ger fysikern Michio Kaku en rimlig motivering för Hoyles hängivenhet till den statliga modellen och motståndet till big bang-modellen:

En fel i [big bang] -teorin var att Hubble på grund av fel i mätning av ljus från avlägsna galaxer hade felberäknat universumets ålder till 1,8 miljarder år. Geologer hävdade att jorden och solsystemet antagligen var många miljarder år gamla. Hur kan universum vara yngre än sina planeter?

I sin bok "Endless Universe: Beyond the Big Bang" är kosmologerna Paul J. Steinhardt och Neil Turok lite mindre sympatiska för Hoyles hållning och motiv:

Hoyle fann i synnerhet big bang avsky för att han var kraftigt antireligiös och han tyckte att den kosmologiska bilden var störande nära den bibliska berättelsen. För att undvika smällen var han och hans medarbetare villiga att fundera över idén att materia och strålning kontinuerligt skapades i hela universum på ett sådant sätt att tätheten och temperaturen hålls konstant när universum expanderar. Denna jämvikt-bild var den sista standen för förespråkare för det oföränderliga universumkonceptet och inledde en tre-decenniers kamp med förespråkare för big bang-modellen.

Som dessa citat antyder var det huvudsakliga målet för stabilitetsteorin att förklara universums expansion utan att behöva säga att universum som helhet ser annorlunda ut vid olika tidpunkter. Om universum vid en viss tidpunkt i stort sett ser desamma ut, finns det inget behov att anta en början eller ett slut. Detta är allmänt känt som den perfekta kosmologiska principen. Det viktigaste sättet att Hoyle (och andra) kunde behålla denna princip var genom att föreslå en situation medan universum expanderade, nya partiklar skapades. Återigen, som presenterad av Kaku:

I denna modell expanderade delar av universum i själva verket, men ny materie skapades ständigt ur ingenting, så att universitetens täthet förblev densamma ... För Hoyle verkade det ologiskt att en brinnande katastrof kunde uppträda ur ingenstans att skicka galaxer som skada i alla riktningar; han föredrog en smidig skapande av massa ur ingenting. Med andra ord, universum var tidlöst. Det hade inget slut eller en början. Det var det bara.

Att motbevisa den stadiga teorin

Beviset mot stabilitetsteorin växte när nya astronomiska bevis upptäcktes. Till exempel sågs vissa funktioner i avlägsna galaxer (som kvasarer och radiogalaxer) inte i närmare galaxer. Detta är vettigt i big bang-teorin, där de avlägsna galaxerna faktiskt representerar "yngre" galaxer och närmare galaxer är äldre, men teorin med stabil tillstånd har inget verkligt sätt att redogöra för denna skillnad. Det är faktiskt just den skillnaden som teorin utformades för att undvika.

Den sista "spiken i kistan" från den ständiga tillståndskosmologin kom emellertid från upptäckten av den kosmologiska mikrovågsbakgrundsstrålningen, som hade förutsagits som en del av big bang-teorin men hade absolut ingen anledning att existera inom det stabila tillståndet teori.

1972 sade Steven Weinberg om bevisen som motsätter sig den stadiga kosmologin:

På ett sätt är oenigheten en kredit till modellen; ensam bland alla kosmologier, ger den stabila tillståndsmodellen så konkreta förutsägelser att den kan motbevisas även med de begränsade observationsbevis som vi har.

Quasi-Steady State Theory

Det finns fortfarande en del forskare som utforskar stabilitetsteorin i form av kvasistad tillstånd. Det är inte allmänt accepterat bland forskare och många kritiker av det har framförts som inte har tagits tillräckligt upp.