Kui rääkida meie kosmilisest päritolust, siis on ajaloo jooksul arendatud mitmeid teooriaid. Sõna otseses mõttes on igal kunagi eksisteerinud kultuuril olnud oma mütoloogiline traditsioon, mis sisaldas loomulikult ka loomislugu. Teadusliku traditsiooni sünniga hakkasid teadlased mõistma universumit füüsikaliste seaduste osas, mida saaks katsetada ja tõestada.
Kosmoseajastu saabumisega hakkasid teadlased katsetama kosmoloogilisi teooriaid vaadeldava nähtuse osas. Sellest kõigest tekkis 20. sajandi teisel poolel mitmeid teooriaid, mis üritasid selgitada, kuidas kogu mateeria ja seda reguleerivad füüsilised seadused kujunesid. Neist endiselt on kõige laiemalt aktsepteeritud Suure Paugu teooria, samas kui stabiilse oleku hüpotees on ajalooliselt olnud selle suurim väljakutse.
Püsiseisundi mudel väidab, et aine tihedus laienevas universumis jääb mateeria pideva loomise tõttu aja jooksul muutumatuks. Teisisõnu - vaadeldav universum jääb olenemata ajast või kohast samaks. See asetab selle teravas vastuolus teooriaga, mille kohaselt suurem osa ainest loodi ühe sündmuse (Suure Paugu) käigus ja on sellest ajast alates laienenud.
Päritolu
Kui stabiilse ja muutumatu universumi mõiste on oma ajaloo vältel omaks võtnud, hakkasid teadlased seda astrofüüsikalises tähenduses tõlgendama alles varajases uues perioodis. Esimene selge näide selle kohta astronoomia ja kosmoloogia kontekstis vaieldes oli Isaac Newtoni Loodusfilosoofia matemaatilised põhimõtted (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) avaldatud 1687. aastal.
Newtoni magnum opuses käsitles ta Päikesesüsteemist kaugemat universumit kui tühja ruumi, mis ulatus ühtlaselt kõigis suundades mõõtmatute vahemaadeni. Lisaks selgitas ta matemaatiliste tõendite ja tähelepanekute kaudu, et kogu selle süsteemi liikumist ja dünaamikat seletati universaalse gravitatsiooni ühe põhimõttega.
Kuid see, mida tuntakse püsiseisundi hüpoteesina, tekkis alles 20. sajandi alguses. See kosmoloogiline mudel oli inspireeritud paljudest avastustest, aga ka läbimurretest teoreetilise füüsika valdkonnas. Nende hulka kuulusid Albert Einsteini üldise relatiivsusteooria teooria ja Edwin Hubble'i tähelepanekud, et universum on laienemisseisundis.
Einstein vormistas selle teooria 1915. aastaks pärast seda, kui otsustas laiendada oma erirelatiivsusteooriat gravitatsiooni lisamiseks. Lõpuks väidab see teooria, et mateeria ja energia gravitatsiooniline jõud muudab otseselt selle ümber oleva kosmoseaja kumerust. Või nagu kuulus teoreetiline füüsik John Wheeler selle kokku võttis, “annab aeg-aeg ruumi liikumise kohta; mateeria annab aegruumile suuna kõveraks. ”
1917. aastaks näitasid Einsteini väljavõrranditel põhinevad teoreetilised arvutused, et universum pidi olema kas laienemis- või kokkutõmbumisseisundis. 1929. aastaks näitasid George Lemaitre (kes pakkus välja Suure Paugu teooria) ja Edwin Hubble'i (kasutades 100-tollise Hookeri teleskoopi Mount Wilsoni observatooriumis) tehtud tähelepanekud, et viimane oli nii.
Nende ilmutuste põhjal algas 1930. aastatel arutelu Universumi võimaliku päritolu ja tõelise olemuse üle. Ühel pool olid need, kes väitsid, et Universum on vanuses piiratud ja arenenud aja jooksul jahutamise, laienemise ja gravitatsioonilise kokkuvarisemise tõttu struktuuride moodustumise kaudu. Fred Hoyle nimetas seda teooriat satiiriliselt “Suureks Pauguks” ja nimi jäi kinni.
Samal ajal pidas enamus astronoome tol ajal teooriast, et kuigi vaadeldav universum laieneb, ei muutu see siiski aine tiheduse osas. Lühidalt, selle teooria pooldajad väitsid, et Universumil pole algust ega lõppu ning seda ainet luuakse aja jooksul pidevalt - kiirusega üks vesinikuaatom kuupmeetri kohta 100 miljardi aasta jooksul.
See teooria laiendas ka Einsteini kosmoloogilist põhimõtet. Kosmoloogiline konstant (CC), mille Einstein pakkus välja 1931. aastal. Einsteini sõnul vastutas see jõud raskusjõu pidurdamise eest ja selle eest, et Universum püsiks stabiilsena, homogeensena ja isotroopsena oma suuremahulise struktuuri osas.
Seda põhimõtet modifitseerides ja seda laiendades väitsid Steady State'i mõttekooli liikmed, et just mateeria pidev loomine tagab, et Universumi struktuur püsib aja jooksul samaks. Seda nimetatakse muidu täiuslikuks kosmoloogiliseks põhimõtteks, mis toetab püsiseisundi hüpoteesi.
Püsiseisundi teooria sai laialdaselt tuntuks 1948. aastal, avaldades kaks artiklit: inglise uus astronoom Fred Hoyle “Uus mudel laienevale universumile” ja Briti-Austria astrofüüsik “Püsiseisundi teooria ja laienev universum”. ning Hermann Bondi ja Thomas Goldi kosmoloogimeeskond.
Peamised argumendid ja ennustused
Püsiseisundi hüpoteesi pooldavate argumentide hulka kuulub ilmne ajaline probleem, mille tõstatab vaadeldav kosmilise laienemise kiirus (aka Hubble'i konstant või Hubble-Lemaitre seadus). Hubble'i tähelepanekute põhjal läheduses asuvate galaktikate kohta arvutas ta, et Universum laieneb kiirusega, mis suurenes süstemaatiliselt kaugusega.
Sellest sündis idee, et Universum hakkas laienema palju väiksemast ruumist. Kiirenduse / aeglustuse puudumisel - 500 km / s Megaparseci kohta (310 mps per Mpc) tähendas Hubble'i konstant, et kogu mateeria on laienenud umbes 2 miljardit aastat - see oleks ühtlasi Universumi ülemine vanus.
Selle leiuga on vastuolus radioaktiivne tutvumine, kus teadlased mõõtsid kivimi proovides uraani-238 ja plutooniumi-205 hoiuste lagunemiskiirust. Selle meetodi kasutamisel olid vanimad kivimiproovid (mis olid Kuu päritolu) hinnanguliselt 4,6 miljardit aastat vanad. Tähtede evolutsiooniteooria tulemusel ilmnes veel üks ebakõla.
Lühidalt, kiirus, millega vesinik sulandub tähtede sisemusse (heeliumi loomiseks), annab globaalsetele klastritele - galaktika vanimatele tähtedele - vanuse hinnanguliselt 10 miljardit aastat. Veelgi enam, selles mudelis ei oleks võinud toimuda evolutsiooni suurtest vahemaadest - mis tähendaks, et raadioallikad - aka. kvaasarid või aktiivsed galaktilised tuumad (AGN) - oleksid kogu Universumis ühtlased.
See tähendaks ka, et Hubble'i konstant (20. sajandi alguse järgi arvutatud) püsiks muutumatuna. Püsiseisundi mudel ennustas ka, et antimaterjalide ja neutronite püsiv loomine põhjustab regulaarset hävitamist ja neutronite lagunemist, mis viib gammakiire fooni ja kuuma, röntgenikiirgust eraldava gaasi olemasoluni kogu Universumis.
Suur võit võidu nimel
Pidevad vaatlused 1950ndatel ja 1960ndatel viisid stabiilse oleku hüpoteesi vastu kindlalt tõendusmaterjali. Nende hulka kuulusid eredate raadioallikate (teise nimega kvaasarid ja raadiogalaktikad) avastamine, mis avastati kaugetest galaktikatest, kuid mitte meile kõige lähemal asuvates -, mis näitab, et paljud galaktikad muutusid aja jooksul raadiovaikseks.
1961. aastaks võimaldasid raadioallikate uuringud teha statistilisi analüüse, mis välistas ereda raadiogalaktikate ühtlase jaotumise võimaluse. Teine peamine argument püsiseisundi hüpoteesi vastu oli kosmilise mikrolaine tausta (CMB) avastamine 1964. aastal, mida Suure Paugu mudel ennustas.
Kombineerituna gammakiirguse tausta ja röntgenkiirgust kiirgavate gaaside pilvede puudumisega sai Big Pagu mudel 1960. aastatel laialdaselt omaks. 1990. aastateks vaatlused koos Hubble'i kosmoseteleskoop ja teised vaatluskeskused avastasid ka, et kosmiline laienemine pole aja jooksul olnud ühtlane. Viimase kolme miljardi aasta jooksul on see tegelikult kiirenenud.
See on viinud Hubble'i konstandi mitmeid täpsustusi. Wilkinsoni mikrolaineanisotroopiaproovide (WMAP) kogutud andmete põhjal on kosmilise paisumise kiirus praegu hinnanguliselt vahemikus 70–73,8 km / s Mpc kohta (43,5–46 mps / Mpc) 3% -lise veamarginaaliga. Need väärtused on palju paremini kooskõlas vaatlustega, mille kohaselt on Universumi vanus umbes 13,8 miljardit aastat.
Moodsad variandid
1993. aasta algusest hakkasid Fred Hoyle ning astrofüüsikud Geoffrey Burbidge ja Jayant V. Narlikar avaldama uurimuste sarja, milles nad pakkusid välja püsiva oleku hüpoteesi uue versiooni. See kvaasi-püsiseisundi hüpoteesina (QSS) tuntud variatsioon püüdis selgitada kosmoloogilisi nähtusi, mida vana teooria ei arvestanud.
See mudel viitab sellele, et Universum on paljude miljardite aastate jooksul aset leidnud loomistaskute (nn mini-tukk) tulemus. Seda mudelit muudeti vastuseks andmetele, mis näitasid, kuidas Universumi laienemiskiirus kiireneb. Hoolimata neist modifikatsioonidest peab astronoomiline kogukond endiselt parimaks mudeliks kõigi vaadeldavate nähtuste seletamist Suurel Paugul.
Tänapäeval tuntakse seda mudelit Lambda-külma tumeda aine (LCDM) mudeliks, mis hõlmab praeguseid teooriaid tumeda aine ja tumeda energia kohta koos Suure Paugu teooriaga. Vaatamata sellele toetavad mõned astrofüüsikud ja kosmoloogid püsiseisundi hüpoteesi (ja selle variante). Ja see pole ainus alternatiiv Suure Paugu kosmoloogiale ...
Oleme siin ajakirjas Space Magazine kirjutanud palju kosmoloogiaalaseid artikleid. Siit saate teada, mis on universum, suure paugu teooria: meie universumi evolutsioon, mis on võnkuva universumi teooria? Mis on suur rebend ?, mis on multiverse teooria ?, mis on superstringi teooria ?, mis on kosmilise mikrolaine taust? , Suur pragu: meie universumi lõpp ?, Mis on suur külmutamine? Ja Kosmoloogia 101: lõpp.
Astronoomia Näita ka huvitavaid episoode sellel teemal. Siin on 5. osa: Suur pauk ja kosmilise mikrolaine taust, Episood 6: Rohkem tõendeid suure paugu kohta, Episood 79: Kui suur on universum ?, Jagu 187: Astronoomia ajalugu, 5. osa: 20. sajand ja Episood 499: Mis on kavandatud Hubble-Lemaitre seadus ?.
Allikad:
- Vikipeedia - kosmoloogiline põhimõte
- Vikipeedia - püsiseisundi hüpotees
- Kosmoloogia ideed - suur pauk või püsiseisund?
- Entsüklopeedia Britannica - püsiseisundi teooria
- UBC astronoomia ja astrofüüsika - kosmoloogia põhiküsimused
- „Uus mudel laienevale universumile,“ Hoyle, F. MNRAS, vol. 108, nr. 372 (1948)
- “Kvasi-püsiseisund ja sellega seotud kosmoloogilised mudelid: ajalooline ülevaade”, Kragh. H (2012)
- “Laieneva universumi püsiseisundi teooria,” MNRAS, vol. 108, lk. 252 (1948)
- “Einsteini püsiseisundi teooria: kosmose hüljatud mudel,” The European Physical Journal H, vol. 39, lk. 353-367 (2014)
- “Kvaasi-stabiilse olekuga kosmoloogiline mudel asja loomisega”, Hoyle, F .; Burbidge, G .; Narlikar, J. V., Astrophysical Journal v. 410, lk. 437 (1993)
