ТЕОРИЯ УСТОЙЧИВОГО СОСТОЯНИЯ: ИСТОРИЯ, ОБЪЯСНЕНИЕ, НАСТОЯЩЕЕ - ARTE - 2025

Теория стационарного состояния - это космологическая модель, в которой Вселенная всегда выглядит одинаково, независимо от того, где и когда она наблюдается. Это означает, что даже в самых удаленных местах Вселенной есть планеты, звезды, галактики и туманности, состоящие из тех же элементов, которые мы знаем, и в той же пропорции, хотя это факт, что Вселенная расширяется.

По оценкам, из-за этого плотность Вселенной уменьшается всего на один протон на кубический километр в год. Чтобы компенсировать это, теория устойчивого состояния постулирует существование непрерывного производства материи.

Рис. 1: Изображение чрезвычайно глубокого поля, полученное космическим телескопом Хаббла на расстоянии 13,2 миллиарда световых лет от нас. (Фото: НАСА; ЕКА; Дж. Иллингворт, Д. Маги и П. Оеш, Калифорнийский университет, Санта-Крус; Р. Боувенс, Лейденский университет; и группа HUDF09)

Он также подтверждает, что Вселенная существовала всегда и будет существовать вечно, хотя, как было сказано ранее, не отрицает ни ее расширения, ни последующего разделения галактик - факты, полностью подтвержденные наукой.

История

Теория установившегося состояния была предложена в 1946 году астрономом Фредом Хойлом, математиком и космологом Германом Бонди и астрофизиком Томасом Голдом на основе идеи, вдохновленной фильмом ужасов 1945 года «Мертвая ночь».

Ранее Альберт Эйнштейн сформулировал космологический принцип, согласно которому Вселенная должна быть «инвариантной относительно перемещений пространства-времени и вращений». Другими словами: он должен быть однородным и не иметь какой-либо преимущественной направленности.

В 1948 году Бонди и Голд добавили этот принцип как часть своей теории устойчивого состояния Вселенной, заявив, что плотность Вселенной остается однородной, несмотря на ее непрерывное и вечное расширение.

объяснение

Стационарная модель гарантирует, что Вселенная будет продолжать расширяться вечно, потому что всегда будут источники материи и энергии, которые поддерживают ее в том виде, в каком мы ее знаем сегодня.

Таким образом, постоянно создаются новые атомы водорода, которые образуют туманности, которые в конечном итоге дадут начало новым звездам и галактикам. И все это с той же скоростью, с которой старые галактики удаляются, пока они не станут ненаблюдаемыми, а новые галактики будут полностью неотличимы от самых старых.

Как узнать, что Вселенная расширяется? Изучение света звезд, состоящего в основном из водорода, который испускает характерные линии электромагнитного излучения, похожие на отпечаток пальца. Этот паттерн называется спектром и его можно увидеть на следующем рисунке:

Рисунок 2. Спектр излучения водорода. Красная линия соответствует длине волны 656 нм.

Галактики состоят из звезд, спектры которых такие же, как спектры, излучаемые атомами в наших лабораториях, за исключением небольшого различия: они смещены в сторону более высоких длин волн, то есть в сторону красного цвета из-за эффекта Доплера, что является однозначным признаком удаленность.

Это красное смещение в спектрах большинства галактик. Лишь несколько в соседней «местной группе галактик» показывают синее смещение.

Одна из них - галактика Андромеды, которая приближается и с которой, возможно, в течение многих эонов, Млечный Путь, наша собственная галактика, сольется.

Удаляющиеся галактики и закон Хаббла

Характерной линией спектра водорода является линия при 656 нанометрах (нм). В свете галактики эта же линия переместилась на 660 нм. Следовательно, он имеет красное смещение 660 - 656 нм = 4 нм.

С другой стороны, частное между сдвигом длины волны и длиной волны в состоянии покоя равно отношению скорости галактики v к скорости света (c = 300000 км / с):

С этими данными:

v = 0,006c

То есть эта галактика удаляется со скоростью в 0,006 раза превышающей скорость света: около 1800 км / с. Закон Хаббла гласит, что расстояние до галактики d пропорционально скорости v, с которой она удаляется:

Константа пропорциональности - это величина, обратная постоянной Хаббла, обозначаемой как Но, значение которой:

Это означает, что галактика в примере находится на расстоянии:

настоящее время

До сих пор наиболее широко распространенной космологической моделью остается теория Большого взрыва. Тем не менее, некоторые авторы продолжают формулировать теории вне этого и поддерживают теорию устойчивого состояния.

Исследователи в пользу теории устойчивого состояния

Индийский астрофизик Джаянт Нарликар, который работал в сотрудничестве с одним из создателей теории устойчивого состояния, сделал относительно недавние публикации в поддержку модели устойчивого состояния.

Примеры из них: «Создание вещества и аномальное красное смещение» и «Теории поглощения излучения в расширяющихся вселенных», опубликованные в 2002 году. Эти работы ищут альтернативные объяснения Большому взрыву, чтобы объяснить расширение Вселенной и микроволновый фон.

Шведский астрофизик и изобретатель Йохан Масрелиес - еще один из современных защитников теории устойчивого состояния, предложивший космическое расширение в масштабе, нетрадиционную теорию, альтернативную Большому взрыву.

Российская академия наук в знак признания его работы в 2015 году опубликовала монографию о его вкладе в астрофизику.

Космический фон

В 1965 году два инженера из Bell Telephone Laboratories: А. Пензиас и Р. Уилсон обнаружили фоновое излучение, которое они не могли устранить из своих направленных микроволновых антенн.

Самое любопытное, что источник их установить не удалось. Излучение оставалось неизменным в любом направлении, в котором была направлена ​​антенна. По спектру излучения инженеры определили, что его температура составляет 3,5 К.

Рядом с ними и на основе модели Большого взрыва другая группа ученых, на этот раз астрофизиков, предсказала космическое излучение той же температуры: 3,5 К.

Обе команды пришли к одному и тому же выводу совершенно по-разному и независимо, не зная о работе друг друга. По совпадению эти две работы были опубликованы в один день и в одном журнале.

Существование этого излучения, называемого космическим фоновым излучением, является самым сильным аргументом против стационарной теории, потому что его невозможно объяснить, если только это не остатки излучения от Большого взрыва.

Тем не менее, защитники поспешили предположить существование источников излучения, рассеянных по всей Вселенной, которые рассеивали свое излучение с космической пылью, хотя до сих пор нет доказательств того, что эти источники действительно существуют.

Аргументы в пользу

В то время, когда это было предложено и при наличии наблюдений, теория установившегося состояния была одной из самых распространенных среди физиков и космологов. К тому времени - середине 20 века - разницы между ближайшей вселенной и далекой не было.

Первые оценки, основанные на теории Большого взрыва, датировали Вселенную примерно 2 миллиардами лет, но в то время было известно, что Солнечной системе уже было 5 миллиардов лет, а возраст Млечного Пути - от 10 до 12 миллиардов лет. лет.

Этот просчет стал аргументом в пользу теории устойчивого состояния, поскольку, очевидно, Вселенная не могла возникнуть после Млечного Пути или Солнечной системы.

Текущие расчеты, основанные на Большом взрыве, оценивают возраст Вселенной в 13,7 миллиарда лет, и на сегодняшний день во Вселенной не было обнаружено никаких объектов до этого возраста.

Контраргументы

В 1950-1960-х годах были открыты яркие источники радиочастот: квазары и радиогалактики. Эти космические объекты были обнаружены только на очень больших расстояниях, то есть в далеком прошлом.

Согласно предпосылкам стационарной модели, эти интенсивные источники радиочастот должны быть распределены более или менее равномерно по всей нынешней и прошлой вселенной, однако данные показывают обратное.

С другой стороны, модель Большого взрыва более конкретна с этим наблюдением, поскольку квазары и радиогалактики могли образоваться на более плотных и горячих стадиях Вселенной, а затем стать галактиками.

Взгляды на вселенную

Далекая панорама

Фотография на рисунке 1 - это изображение с очень глубоким полем зрения, полученное космическим телескопом Хаббл в период с 2003 по 2004 год.

Это соответствует очень маленькой части менее 0,1º южного неба в созвездии Форнакс, вдали от бликов Млечного Пути, в области, где обычные телескопы ничего не улавливают.

На фотографии вы видите спиральные галактики, похожие на нашу и наших ближайших соседей. На фотографии также показаны диффузные красные галактики, в которых прекратилось звездообразование, а также точки, которые являются еще более удаленными галактиками в пространстве и времени.

Возраст Вселенной оценивается в 13,7 миллиарда лет, а на фотографии в глубоком поле видны галактики на расстоянии 13,2 миллиарда световых лет. До Хаббла самые далекие галактики находились на расстоянии 7 миллиардов световых лет, и изображение было похоже на то, что показано на фотографии в глубоком поле.

Изображение глубокого космоса не только показывает далекую Вселенную, но также показывает прошлую Вселенную, потому что фотонам, которые использовались для создания изображения, 13,2 миллиарда лет. Следовательно, это изображение части ранней Вселенной.

Ближняя и промежуточная панорама

Местная группа галактик включает в себя Млечный Путь и соседнюю Андромеду, галактику Треугольник и еще около тридцати других, находящихся на расстоянии менее 5,2 миллиона световых лет от нас.

Это означает, что расстояние и время в 2500 раз меньше, чем у галактик с глубоким полем. Однако внешний вид Вселенной и форма ее галактик похожи на далекую и более старую Вселенную.

Рисунок 3: Группа галактик Хиксона-44 в созвездии Льва в 60 миллионах световых лет от нас. (Кредиты: MASIL Imaging Team)

Рисунок 2 представляет собой образец промежуточного диапазона исследуемой Вселенной. Это группа галактик Хиксона-44, находящаяся на расстоянии 60 миллионов световых лет от нас в созвездии Льва.

Как можно видеть, внешний вид Вселенной на расстояниях и в промежуточные времена похож на внешний вид глубокой Вселенной в 220 раз дальше и на вид локальной группы в пять раз ближе.

Это заставляет нас думать, что теория устойчивого состояния Вселенной имеет, по крайней мере, наблюдательную основу, поскольку панорама Вселенной в разных пространственно-временных масштабах очень похожа.

Возможно, в будущем будет создана новая космологическая теория с наиболее успешными аспектами как теории устойчивого состояния, так и теории Большого взрыва.

Ссылки

1. Bang - Crunch - Взрыв. Получено с: FQXi.org
2. Британская энциклопедия. Теория устойчивого состояния. Получено с: Britannica.com
3. Неофронтеры. Модель устойчивого состояния. Получено с: neofronteras.com
4. Wikipedia. Теория устойчивого состояния. Получено с: wikipedia.com
5. Wikipedia. Космологический принцип. Получено с: wikipedia.com