Kalbant apie mūsų kosminę kilmę, per visą istoriją buvo išplėtota nemažai teorijų. Žodžiu, kiekviena kada nors egzistavusi kultūra turėjo savo mitologinę tradiciją, į kurią natūraliai įėjo kūrinijos istorija. Gimdami mokslinę tradiciją, mokslininkai pradėjo suprasti Visatą fizinių dėsnių, kuriuos buvo galima išbandyti ir įrodyti, prasme.
Prasidėjus kosminiam amžiui, mokslininkai pradėjo tikrinti kosmologines teorijas stebimų reiškinių atžvilgiu. Atsižvelgiant į visa tai, XX a. Antroje pusėje atsirado nemažai teorijų, kuriomis bandyta paaiškinti, kaip atsirado visa materija ir ją reglamentuojantys fiziniai dėsniai. Iš jų Didžiojo sprogimo teorija išlieka plačiausiai priimta, o istoriškai didžiausias iššūkis buvo nusistovėjusios būsenos hipotezė.
Pastoviojo būsenos modelyje teigiama, kad materijos tankis besiplečiančioje visatoje laikui bėgant išlieka nepakitęs dėl nuolatinio materijos kūrimo. Kitaip tariant, stebima Visata iš esmės išlieka ta pati, nepaisant laiko ar vietos. Tai aiškiai prieštarauja teorijai, kad didžioji materijos dalis buvo sukurta per vieną įvykį (Didysis sprogimas) ir nuo to laiko plečiasi.
Kilmė
Nors per visą istoriją buvo vartojama stabilios ir nesikeičiančios Visatos samprata, mokslininkai pradėjo tai aiškinti astrofiziškai tik ankstyvajame moderniajame laikotarpyje. Pirmasis aiškus to ginčijimo pavyzdys astronomijos ir kosmologijos kontekste buvo Izaoko Newtono Gamtos filosofijos matematiniai principai („Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica“) paskelbta 1687 m.
Niutono magnum opuse jis suprato, kad Visata už Saulės sistemos ribų yra tuščia erdvė, tolygiai einanti į visas puses iki neišmatuojamų atstumų. Jis taip pat paaiškino matematiniais įrodymais ir stebėjimais, kad visas judėjimas ir dinamika šioje sistemoje buvo paaiškinti vienu universaliosios gravitacijos principu.
Tačiau tai, kas bus žinoma kaip Pastovios būklės hipotezė, atsirado tik XX amžiaus pradžioje. Šis kosmologinis modelis buvo įkvėptas daugybės atradimų, taip pat lūžių teorinės fizikos srityje. Tarp jų buvo Alberto Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija ir Edwino Hablo pastebėjimai, kad Visata yra išsiplėtimo būsenoje.
Einšteinas įformino šią teoriją iki 1915 m., Nusprendęs išplėsti savo specialiojo reliatyvumo teoriją, įtraukdamas gravitaciją. Galiausiai ši teorija teigia, kad materijos ir energijos gravitacinė jėga tiesiogiai keičia erdvėlaikio kreivę aplink ją. Arba kaip apibendrintas garsus teorinis fizikas Johnas Wheeleris „erdvės laikas nurodo, kaip reikia judėti; materija nurodo erdvės laiką, kaip reikia kreivėti. “
Iki 1917 m. Teoriniai skaičiavimai, pagrįsti Einšteino lauko lygtimis, parodė, kad Visata turėjo būti išsiplėtimo arba susitraukimo būsenoje. Iki 1929 m. George'o Lemaitre'o (pasiūliusio Didžiojo sprogimo teoriją) ir Edwino Hablo (naudojant 100 colių Hookerio teleskopą prie Wilsono kalno observatorijos) atlikti stebėjimai parodė, kad pastarasis atvejis buvo toks.
Remiantis šiais apreiškimais, 1930-aisiais prasidėjo diskusijos apie galimą Visatos kilmę ir tikrąją prigimtį. Iš vienos pusės buvo tokių, kurie tvirtino, kad Visata yra ribota amžiaus ir laikui bėgant evoliucionavo dėl gravitacinio griūties aušinant, plečiantis ir formuojant struktūras. Ši teorija buvo satyriškai pavadinta Fredo Hoyle'o „Didžiuoju sprogimu“ ir vardas įstrigo.
Tuo tarpu didžioji dalis astronomų tuo metu laikėsi teorijos, kad stebima Visata plečiasi, tačiau ji vis tiek nesikeičia dėl medžiagos tankio. Trumpai tariant, šios teorijos šalininkai teigė, kad Visata neturi nei pradžios, nei pabaigos, ir ta materija yra nuolat kuriama laikui bėgant - vieno vandenilio atomo vienam kubiniam metrui per 100 milijardų metų greičiu.
Ši teorija taip pat išplėtė Einšteino kosmologinį principą, dar žinomą. Kosmologinė konstanta (CC), kurią Einšteinas pasiūlė 1931 m. Pasak Einšteino, ši jėga buvo atsakinga už „sunkio jėgos sulaikymą“ ir užtikrinimą, kad Visata išliktų stabili, vienalytė ir izotropinė savo stambiosios struktūros atžvilgiu.
Pakoregavę šį principą ir pratęsdami jį, „Steady State“ mąstymo mokyklos nariai tvirtino, kad būtent nuolatinis materijos kūrimas užtikrino, kad Visatos struktūra laikui bėgant išliko tokia pati. Tai kitaip dar vadinama tobulu kosmologiniu principu, kuris pagrindžia pastoviosios būklės hipotezę.
Pastovios būklės teorija tapo plačiai žinoma 1948 m. Paskelbus du dokumentus: „Naujas besiplečiančios visatos modelis“, kurį pateikė anglų astronomas Fredis Hoyle'as, ir „Pastoviojo būsenos teorija ir besiplečianti visata“, kurį pateikė britų-austrų astrofizikas. ir kosmologų komanda iš Hermanno Bondi ir Thomaso Goldo.
Pagrindiniai argumentai ir numatymai
Pastoviosios būklės hipotezei pritariantys argumentai apima akivaizdžią laiko masto problemą, iškeltą stebimo kosminio plėtimosi greičio (dar žinomas kaip Hablo konstanta arba Hablo-Lemaitre įstatymas). Remdamasis Hablo stebėjimais apie netoliese esančias galaktikas, jis apskaičiavo, kad Visata plečiasi greičiu, kuris sistemingai didėjo atsižvelgiant į atstumą.
Tai sukėlė mintį, kad Visata pradėjo plėstis iš daug mažesnės erdvės tūrio. Nesant pagreičio / lėtėjimo - 500 km / s per Megaparsec (310 mps per Mpc) - Hablo konstanta reiškė, kad visa materija plečiasi maždaug 2 milijardus metų - tai taip pat bus viršutinis Visatos amžius.
Šią išvadą paneigė radioaktyvios pažintys, kai mokslininkai išmatavo Urano-238 ir Plutonio-205 nuosėdų nykimo greitį uolienų mėginiuose. Remiantis šiuo metodu, seniausi uolienų pavyzdžiai (kurie buvo mėnulio kilmės) buvo įvertinti 4,6 milijardo metų. Kitas nesuderinamumas atsirado dėl žvaigždžių evoliucijos teorijos.
Trumpai tariant, vandenilio susiliejimo greitis žvaigždžių interjere (helio susidarymui) suteikia viršutinį 10 milijardų metų amžių pasaulinėms spiečiams - seniausioms galaktikos žvaigždėms. Be to, šiame modelyje negalėjo vykti evoliucija dideliais atstumais - tai reikštų, kad radijo šaltiniai - dar vadinami. kvazarai arba aktyvieji galaktikos branduoliai (AGN) - būtų vienodi visoje Visatoje.
Tai taip pat reikštų, kad Hablo konstanta (skaičiuojama XX amžiaus pradžioje) išliks pastovi. Pastoviosios būsenos modelis taip pat numatė, kad pastovus antimaterijos ir neutronų susidarymas sukels reguliarų sunaikinimą ir neutronų skilimą, todėl visatoje egzistuos gama spinduliuotės fonas ir karštos, rentgeno spinduliuotės skleidžiamos dujos.
Didelis sprogimas už laimėjimą
Tačiau nuolatiniai stebėjimai šeštajame ir septintajame dešimtmečiuose stabiliai lėmė įrodymų, patvirtinančių pusiausvyros būsenos hipotezę, skaičių. Tai apėmė ryškių radijo šaltinių (dar žinomų kaip kvazarų ir radijo galaktikų), kurie buvo aptikti tolimose galaktikose, bet ne artimiausiose mums, radimą - tai rodo, kad daugelis galaktikų laikui bėgant tapo „ramios“.
Iki 1961 m. Radijo šaltinių tyrimai leido atlikti statistinę analizę, kuri atmetė galimybę, kad ryškios radijo galaktikos būtų pasiskirstę vienodai. Kitas svarbus argumentas prieš nusistovėjusios būsenos hipotezę buvo 1964 m. Atrastas kosminis mikrobangų fonas (CMB), kurį numatė Didžiojo sprogimo modelis.
Kartu su gama spindulių fono nebuvimu ir skvarbiais rentgeno spindulius skleidžiančių dujų debesimis, Didžiojo sprogimo modelis tapo plačiai priimtas septintajame dešimtmetyje. Iki 1990 m. Stebėjimai su Hablo kosminis teleskopas ir kitos observatorijos taip pat išsiaiškino, kad kosminė ekspansija per tam tikrą laiką nebuvo nuosekli. Tiesą sakant, per pastaruosius tris milijardus metų jis įsibėgėjo.
Tai paskatino keletą Hablo konstantos patobulinimų. Remiantis Wilkinsono mikrobangų anizotropijos zondo (WMAP) surinktais duomenimis, šiuo metu manoma, kad kosminio plėtimosi greitis yra nuo 70 iki 73,8 km / s per Mpc (nuo 43,5 iki 46 mps per Mpc) su 3% paklaida. Šios vertės kur kas labiau atitinka stebėjimus, pagal kuriuos Visatos amžius yra maždaug 13,8 milijardo metų.
Šiuolaikiniai variantai
Nuo 1993 m. Fredas Hoyle'as ir astrofizikai Geoffrey Burbidge ir Jayantas V. Narlikar pradėjo publikuoti tyrimų seriją, kurioje pasiūlė naują „Pastovios būklės hipotezės“ versiją. Šis variantas, žinomas kaip beveik pusiausvyros būsenos hipotezė (QSS), bandė paaiškinti kosmologinius reiškinius, į kuriuos senoji teorija neatsižvelgė.
Šis modelis leidžia manyti, kad Visata yra daugybės milijardų metų kūrybos kišenių (dar vadinamų mini kirpčiukais) rezultatas. Šis modelis buvo modifikuotas atsižvelgiant į duomenis, kurie parodė, kaip visatos plėtimosi tempas spartėja. Nepaisant šių modifikacijų, astronominė bendruomenė vis dar mano, kad Didysis sprogimas yra geriausias pavyzdys paaiškinant visus stebimus reiškinius.
Šiandien šis modelis yra žinomas kaip „Lambda-Cold Dark Matter“ (LCDM) modelis, apimantis dabartines teorijas apie tamsiąsias medžiagas ir tamsiąją energiją su Didžiojo sprogimo teorija. Nepaisant to, kai kurie astrofizikai ir kosmologai vis dar palaiko pusiausvyros būsenos hipotezę (ir jos variantus). Tai nėra vienintelė didžiojo sprogimo kosmologijos alternatyva ...
„Space Magazine“ esame parašę daug straipsnių apie kosmologiją. Štai kas yra visata, didžiojo sprogimo teorija: mūsų visatos evoliucija, kas yra svyruojančios visatos teorija ?, kas yra didysis plyšys ?, kas yra daugialypės terpės teorija ?, kas yra virškinimo teorija ?, kas yra kosminės mikrobangos fonas? , „Didysis nuosmukis: mūsų visatos pabaiga?“, Kas yra didelis užšalimas ?, ir „Kosmologija 101: pabaiga“.
Astronomija Vaidino ir keletą įdomių epizodų šia tema. Štai 5 epizodas: Didysis sprogimas ir kosminės mikrobangos fonas, 6 epizodas: Daugiau įrodymų apie didįjį sprogimą, 79 epizodas: kokia didelė visata ?, 187 epizodas: Astronomijos istorija, 5 dalis: XX amžius ir 499 epizodas: Kas yra siūlomas Hablo ir Lemaitre'o įstatymas?
Šaltiniai:
- Vikipedija - kosmologinis principas
- Vikipedija - pastovi hipotezė
- Kosmologijos idėjos - didelis sprogimas ar pastovi būsena?
- Enciklopedija „Britannica“ - pusiausvyros būsenos teorija
- UBC astronomija ir astrofizika - pagrindinės kosmologijos problemos
- „Naujas besiplečiančios visatos modelis“, Hoyle, F. MNRAS, t. 108, Nr. 372 (1948 m.)
- „Pusiau pastovi būsena ir susiję kosmologiniai modeliai: istorinė apžvalga“, Kragh. H. (2012)
- „Besiplečiančios Visatos pusiausvyros būsenos teorija“, MNRAS, t. 108, p. 252 (1948 m.)
- „Einšteino pusiausvyros būsenos teorija: apleistas kosmoso modelis“, The European Physical Journal H, t. 39, psl. 353-367 (2014 m.)
- „Kvazinio pastovaus būsenos kosmologinis modelis sukuriant medžiagą“, Hoyle, F .; Burbidžas, G .; Narlikar, J. V., Astrophysical Journal v. 410, p. 437 (1993)
