TEORIA STATULUI CONSTANT: ISTORIE, EXPLICAȚIE, PREZENT - ARTE - 2025

Teoria starea de echilibru este un model cosmologic în care universul arată întotdeauna la fel, indiferent unde sau când se observă. Aceasta înseamnă că chiar și în cele mai îndepărtate locuri ale universului există planete, stele, galaxii și nebuloase realizate cu aceleași elemente pe care le cunoaștem și în aceeași proporție, deși este un fapt că universul se extinde.

Din această cauză, se estimează că densitatea universului va scădea doar cu masa unui proton pe kilometru cub pe an. Pentru a compensa acest lucru, teoria stării constante postulează existența unei producții continue a materiei.

Figura 1: Imagine a câmpului extrem de profund luat de Telescopul spațial Hubble, la 13,2 miliarde de ani lumină. (Credit: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, și P. Oesch, Universitatea din California, Santa Cruz; R. Bouwens, Universitatea Leiden; și echipa HUDF09)

De asemenea, afirmă că universul a existat întotdeauna și va continua să existe pentru totdeauna, deși așa cum s-a spus mai înainte, nu neagă expansiunea sa, nici separarea consecință a galaxiilor, fapte pe deplin confirmate de știință.

Istorie

Teoria statului constant a fost propusă în 1946 de astronomul Fred Hoyle, matematicianul și cosmologul Hermann Bondi și astrofizicianul Thomas Gold, bazat pe o idee inspirată din filmul de groază din 1945, Dead of night.

Anterior, Albert Einstein formulase un principiu cosmologic în care afirmă că universul trebuie să fie „invariant în cadrul traducerilor spațiale și în rotații”. Cu alte cuvinte: trebuie să fie omogen și să nu aibă o direcție preferențială.

În 1948 Bondi și Gold au adăugat acest principiu ca parte a teoriei lor privind starea constantă a universului, afirmând că densitatea universului rămâne uniformă în ciuda expansiunii sale continue și eterne.

Explicaţie

Modelul staționar se asigură că universul va continua să se extindă pentru totdeauna, deoarece întotdeauna vor exista surse de materie și energie care îl vor menține așa cum îl știm astăzi.

În acest fel, noi atomi de hidrogen sunt creați continuu pentru a forma nebuloase care vor da naștere în sfârșit unor noi stele și galaxii. Toate în același ritm cu care vechile galaxii se îndepărtează până devin neobservabile și noile galaxii fiind complet indistinguibile față de cele mai vechi.

De unde știi că universul se extinde? Examinând lumina de la stele, care sunt compuse în principal din hidrogen, care emite linii caracteristice de emisie electromagnetică care sunt ca o amprentă. Acest model se numește spectru și poate fi văzut în figura următoare:

Figura 2. Spectrul de emisie de hidrogen. Linia roșie corespunde lungimii de undă de 656 nm.

Galaxiile sunt formate din stele ale căror spectre sunt aceleași cu cele emise de atomi în laboratoarele noastre, cu excepția unei mici diferențe: sunt deplasate spre lungimi de undă mai mari, adică spre roșu datorită efectului Doppler, care este un semn fără echivoc al unei depărtare.

Majoritatea galaxiilor au acest redshift în spectrele lor. Doar câțiva din „grupul local de galaxii” din apropiere arată o schimbare albastră.

Unul dintre ei este galaxia Andromeda, care se apropie și cu care, în mai multe eoni, Calea Lactee, propria noastră galaxie, se va contopi.

Galaxiile în retragere și legea lui Hubble

O linie caracteristică a spectrului de hidrogen este cea la 656 nanometri (nm). În lumina unei galaxii, aceeași linie s-a mutat la 660 nm. Prin urmare, are un redshift de 660 - 656 nm = 4 nm.

Pe de altă parte, coeficientul dintre deplasarea lungimii de undă și lungimea de undă în repaus este egal cu coeficientul dintre viteza galaxiei v și viteza luminii (c = 300.000 km / s):

Cu aceste date:

v = 0,006c

Adică, această galaxie se îndepărtează de 0,006 ori viteza luminii: aproximativ 1800 km / s. Legea lui Hubble afirmă că distanța unei galaxii d este proporțională cu viteza v cu care se îndepărtează:

Constanta de proporționalitate este inversa constantei Hubble, notată ca Ho, a cărei valoare este:

Aceasta înseamnă că galaxia din exemplu se află la o distanță de:

Prezent

Până în prezent, cel mai acceptat model cosmologic rămâne teoria Big Bang. Cu toate acestea, unii autori continuă să formuleze teorii în afara ei și susțin teoria stării de echilibru.

Cercetătorii în favoarea teoriei statului constant

Astrofizicistul hindus Jayant Narlikar, care a lucrat în colaborare cu unul dintre creatorii teoriei statului constant, a realizat publicații relativ recente în sprijinul modelului de stat constant.

Exemple dintre acestea: „Crearea materiei și redshift-ul anomal” și „Teoriile absorbției radiațiilor în universuri în expansiune”, ambele publicate în 2002. Aceste lucrări caută explicații alternative la Big Bang pentru a explica extinderea universului și a fundal cu microunde.

Astrofizicistul și inventatorul suedez Johan Masreliez este un alt dintre apărătorii contemporani ai teoriei stării de echilibru, propunând expansiunea cosmică la scară, o teorie alternativă neconvențională la Big Bang.

Academia Rusă de Științe, în recunoașterea activității sale, a publicat în 2015 o monografie a contribuțiilor sale în astrofizică.

Radiația cosmică de fond

În 1965, doi ingineri de la Bell Telephone Laboratories: A. Penzias și R. Wilson, au descoperit radiații de fond pe care nu le puteau elimina din antenele lor cu microunde direcționale.

Cel mai curios este că nu au putut identifica o sursă a acestora. Radiația a rămas aceeași în orice direcție a fost direcționată antena. Din spectrul radiațiilor, inginerii au stabilit că temperatura sa a fost de 3,5 K.

Aproape de ei și bazat pe modelul Big Bang, un alt grup de oameni de știință, de data aceasta astrofizicieni, au prezis radiații cosmice cu aceeași temperatură: 3,5 K.

Ambele echipe au ajuns la aceeași concluzie complet diferit și independent, fără să știe despre munca celuilalt. Întâmplător, cele două lucrări au fost publicate la aceeași dată și în același jurnal.

Existența acestei radiații, numită radiație cosmică de fundal, este cel mai puternic argument împotriva teoriei staționare, deoarece nu există nici o modalitate de a o explica decât dacă este vorba despre rămășițele radiațiilor din Big Bang.

Cu toate acestea, avocații au propus rapid existența surselor de radiație împrăștiate în univers, care le-au împrăștiat radiația cu praf cosmic, deși până acum nu există dovezi că aceste surse există de fapt.

Argumente în favoare

În momentul în care a fost propusă și cu observațiile disponibile, teoria stării de echilibru a fost una dintre cele mai acceptate de către fizicieni și cosmologi. Până atunci - mijlocul secolului XX - nu exista nicio diferență între cel mai apropiat univers și cel îndepărtat.

Primele estimări bazate pe teoria Big Bang au datat universul la aproximativ 2 miliarde de ani, dar la acea dată se știa că sistemul solar avea deja 5 miliarde de ani, iar Calea Lactee între 10 și 12 miliarde de ani. ani.

Această calculare a devenit un punct în favoarea teoriei statului constant, deoarece, evident, universul nu ar fi putut începe după Calea Lactee sau Sistemul Solar.

Calculele actuale bazate pe Big Bang estimează vârsta universului la 13,7 miliarde de ani și până în prezent nu au fost găsite obiecte în univers înainte de această vârstă.

Contra argumente

Între anii 1950 și 1960 au fost descoperite surse luminoase de frecvențe radio: cvasari și galaxii radio. Aceste obiecte cosmice au fost găsite doar la distanțe foarte mari, adică în trecutul îndepărtat.

În condițiile modelului în stare de echilibru, aceste surse intense de frecvențe radio ar trebui să fie distribuite mai mult sau mai puțin uniform în întregul univers prezent și trecut, cu toate că dovezile arată altfel.

Pe de altă parte, modelul Big Bang este mai concret cu această observație, deoarece cvasarii și galaxiile radio s-ar fi putut forma în stadii mai dense și mai calde ale universului, devenind ulterior galaxii.

Vederi ale universului

Panorama îndepărtată

Fotografia din figura 1 este o imagine de câmp extrem profundă captată de Telescopul spațial Hubble între 2003 și 2004.

Corespunde unei fracții foarte mici, sub 0,1º din cerul sudic, în constelația Fornax, departe de strălucirea Căii Lactee, într-o zonă în care telescoapele normale nu surprind nimic.

În fotografie puteți vedea galaxii în spirală similare cu ale noastre și cu vecinii apropiați. Fotografia arată, de asemenea, galaxii roșii difuze, unde formarea stelelor a încetat, precum și puncte care sunt și mai îndepărtate galaxii în spațiu și timp.

Universul este estimat la 13,7 miliarde de ani, iar fotografia cu câmpul adânc arată galaxii la 13,2 miliarde de ani lumină. Înainte de Hubble, cele mai îndepărtate galaxii observate se aflau la 7 miliarde de ani-lumină distanță, iar imaginea era similară cu cea din fotografia de câmp profund.

Imaginea spațială profundă nu numai că arată universul îndepărtat, ci arată și universul trecut, deoarece fotonii care au fost folosiți pentru a construi imaginea au 13,2 miliarde de ani. Prin urmare, este imaginea unei porțiuni a universului timpuriu.

Panorama apropiată și intermediară

Grupul local de galaxii conține Calea Lactee și Andromeda vecină, galaxia Triunghi și alte treizeci, la mai puțin de 5,2 milioane de ani lumină.

Aceasta înseamnă de 2.500 de ori mai puțin distanță și timp decât galaxiile de câmp adânc. Cu toate acestea, aspectul universului și forma galaxiilor sale arată similar cu universul îndepărtat și mai vechi.

Figura 3: Grupul de galaxii Hickson-44 din constelația Leo, la 60 de milioane de ani lumină. (Credite: MASIL Imaging Team)

Figura 2 este un eșantion al intervalului intermediar al universului explorat. Este grupul de galaxii Hickson-44 aflat la 60 de milioane de ani lumină distanță în constelația Leo.

După cum se poate observa, apariția universului la distanțe și timpuri intermediare este similară cu cea a universului profund de 220 de ori mai departe și a grupului local, de cinci ori mai aproape.

Acest lucru ne duce să credem că teoria stării de echilibru a universului are cel puțin un fundament observațional, deoarece panorama universului la diferite scări spațio-temporale este foarte similară.

În viitor este posibil să fie creată o nouă teorie cosmologică cu aspectele cele mai de succes atât ale teoriei statului constant, cât și ale teoriei Big Bang.

Referințe

1. Bang - Crunch - Bang. Recuperat de la: FQXi.org
2. Enciclopedia online Britannica. Teoria statului constant. Recuperat de la: Britannica.com
3. Neofronters. Model de stare constantă. Recuperat de la: neofronteras.com
4. Wikipedia. Teoria statului constant. Recuperat de la: wikipedia.com
5. Wikipedia. Principiul cosmologic. Recuperat de la: wikipedia.com