Модель стационарного состояния
Модель Вселенной – альтернатива модели Большого Взрыва
Часть серии статей о
Физическая космология
Изображение всего неба, полученное на основе данных WMAP за девять лет
Ранняя вселенная
Фоны
Расширение  · Будущее
Компоненты  · Структура
Компоненты
Структура
Эксперименты
Ученые
История предмета
В теории Большого взрыва расширяющаяся Вселенная со временем приводит к разрежению материи, тогда как в теории стационарного состояния непрерывное создание материи гарантирует, что плотность остается постоянной с течением времени.

В космологии модель стационарного состояния или теория стационарного состояния является альтернативой теории Большого взрыва . В модели стационарного состояния плотность материи в расширяющейся Вселенной остается неизменной из-за непрерывного создания материи, таким образом придерживаясь идеального космологического принципа , принципа, который гласит, что наблюдаемая Вселенная всегда одна и та же в любое время и в любом месте.

С 1940-х по 1960-е годы астрофизическое сообщество разделилось на сторонников теории Большого взрыва и сторонников теории стационарного состояния. Модель стационарного состояния в настоящее время отвергается большинством космологов , астрофизиков и астрономов . [1] Наблюдательные данные указывают на космологию горячего Большого взрыва с конечным возрастом Вселенной , который модель стационарного состояния не предсказывает. [2]

История

Космологическое расширение первоначально было замечено в наблюдениях Эдвина Хаббла . Теоретические расчеты также показали, что статическая вселенная , смоделированная Альбертом Эйнштейном (1917), была нестабильной. Современная теория Большого взрыва, впервые выдвинутая отцом Жоржем Леметром , является теорией, согласно которой вселенная имеет конечный возраст и развивалась с течением времени посредством охлаждения, расширения и формирования структур посредством гравитационного коллапса.

С другой стороны, модель стационарного состояния утверждает, что хотя Вселенная расширяется, она, тем не менее, не меняет своего внешнего вида с течением времени ( идеальный космологический принцип ). Например, Вселенная не имеет начала и конца. Это требовало, чтобы материя постоянно создавалась, чтобы не допустить уменьшения плотности Вселенной. Влиятельные работы на тему стационарной космологии были опубликованы Германом Бонди , Томасом Голдом и Фредом Хойлом в 1948 году. [3] [4] Аналогичные модели были предложены ранее Уильямом Дунканом Макмилланом и другими. [5]

Теперь известно, что Альберт Эйнштейн рассматривал стационарную модель расширяющейся Вселенной, как указано в рукописи 1931 года, за много лет до Хойла, Бонди и Голда. Однако Эйнштейн отказался от этой идеи. [6]

Наблюдательные тесты

Количество радиоисточников

Проблемы с моделью стационарного состояния начали возникать в 1950-х и 60-х годах — наблюдения подтверждали идею о том, что Вселенная на самом деле меняется. Яркие радиоисточники ( квазары и радиогалактики ) были обнаружены только на больших расстояниях (следовательно, могли существовать только в далеком прошлом из-за влияния скорости света на астрономию), а не в более близких галактиках. В то время как теория Большого взрыва предсказывала это, модель стационарного состояния предсказывала, что такие объекты будут обнаружены по всей Вселенной, в том числе вблизи нашей собственной галактики. К 1961 году статистические тесты, основанные на обзорах радиоисточников [7], предоставили веские доказательства против модели стационарного состояния. Некоторые сторонники, такие как Хэлтон Арп, настаивают на том, что радиоданные были сомнительными. [1] : 384 

Рентгеновский фон

Голд и Хойл (1959) [8] считали, что вновь созданная материя существует в области, которая плотнее средней плотности Вселенной. Эта материя затем может излучаться и охлаждаться быстрее, чем окружающие области, что приводит к градиенту давления. Этот градиент выталкивает материю в область повышенной плотности и приводит к тепловой нестабильности и испусканию большого количества плазмы. Однако Гулд и Бербидж (1963) [9] поняли, что тепловое тормозное излучение, испускаемое такой плазмой, превысит количество наблюдаемых рентгеновских лучей . Поэтому в стационарной космологической модели тепловая нестабильность, по-видимому, не играет важной роли в формировании масс размером с галактику. [10]

Космический микроволновый фон

В 1964 году было открыто космическое микроволновое фоновое излучение, как и предсказывала теория Большого взрыва. Модель стационарного состояния пыталась объяснить микроволновое фоновое излучение как результат света древних звезд, рассеянного галактической пылью. Однако уровень космического микроволнового фонового излучения очень равномерен во всех направлениях, что затрудняет объяснение того, как он мог быть сгенерирован многочисленными точечными источниками, и микроволновое фоновое излучение действительно демонстрирует поляризационную характеристику рассеяния. Более того, его спектр настолько близок к спектру идеального черного тела , что он вряд ли мог быть сформирован суперпозицией вкладов множества пылевых сгустков при разных температурах, а также при разных красных смещениях . Стивен Вайнберг писал в 1972 году:

«Модель стационарного состояния, по-видимому, не согласуется с наблюдаемым соотношением d L и z или с количеством источников ... В некотором смысле, это несогласие является заслугой модели; единственная среди всех космологий, модель стационарного состояния делает такие определенные предсказания, что ее можно опровергнуть даже при ограниченных наблюдательных данных, имеющихся в нашем распоряжении. Модель стационарного состояния настолько привлекательна, что многие ее приверженцы все еще сохраняют надежду, что доказательства против нее в конечном итоге исчезнут по мере улучшения наблюдений. Однако, если космическое микроволновое излучение... действительно является излучением черного тела, будет трудно сомневаться в том, что Вселенная развилась из более горячей и плотной ранней стадии». [11]

С момента этого открытия теория Большого взрыва считается наилучшим объяснением происхождения Вселенной. В большинстве астрофизических публикаций Большой взрыв неявно принимается и используется в качестве основы для более полных теорий. [12] :  388 

Квазиустойчивое состояние

Квазистационарная космология (QSS) была предложена в 1993 году Фредом Хойлом, Джеффри Бербиджем и Джайантом В. Нарликаром как новое воплощение идей стационарного состояния, призванных объяснить дополнительные особенности, неучтенные в первоначальном предложении. Модель предполагает наличие очагов творения, происходящих с течением времени во Вселенной, иногда называемых мини-взрывами, событиями мини-творения или малыми взрывами . [13] После наблюдения ускоряющейся Вселенной были сделаны дальнейшие модификации модели. [14] Частица Планка — это гипотетическая черная дыра , радиус Шварцшильда которой примерно равен ее комптоновской длине волны ; испарение такой частицы было вызвано как источник легких элементов в расширяющейся стационарной Вселенной. [15]

Астрофизик и космолог Нед Райт указал на недостатки модели. [16] Эти первые комментарии вскоре были опровергнуты сторонниками. [17] Райт и другие ведущие космологи, рассматривающие QSS, указали на новые недостатки и несоответствия с наблюдениями, которые сторонники оставили без объяснений. [18]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Kragh, Helge (1999). Космология и противоречия: историческое развитие двух теорий Вселенной. Princeton University Press . ISBN 978-0-691-02623-7.
  2. ^ "Теория стационарного состояния". BBC . Получено 11 января 2015 г. Идеи теоретиков стационарного состояния сегодня в значительной степени дискредитированы...
  3. ^ Бонди, Герман; Голд, Томас (1948). "Теория стационарного состояния расширяющейся Вселенной". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 108 (3): 252. Bibcode : 1948MNRAS.108..252B. doi : 10.1093/mnras/108.3.252 .
  4. ^ Хойл, Фред (1948). «Новая модель расширяющейся Вселенной». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 108 (5): 372. Bibcode : 1948MNRAS.108..372H. doi : 10.1093/mnras/108.5.372 .
  5. ^ Kragh, Helge (2019). «Теория стационарного состояния и космологическая полемика». В Kragh, Helge (ред.). Оксфордский справочник по истории современной космологии . стр.  161–205 . doi :10.1093/oxfordhb/9780198817666.013.5. ISBN 978-0-19-881766-6. Чикагский астроном Уильям Макмиллан не только предположил, что звезды и галактики равномерно распределены по бесконечному пространству, он также отрицал, «что Вселенная в целом когда-либо была или будет существенно отличаться от того, что она есть сегодня».
  6. ^ Кастельвекки, Давиде (2014). «Утраченная теория Эйнштейна раскрыта». Nature . 506 (7489): 418– 419. Bibcode :2014Natur.506..418C. doi : 10.1038/506418a . PMID  24572403.
  7. ^ Райл и Кларк, «Исследование модели стационарного состояния в свете некоторых недавних наблюдений радиоисточников», MNRAW 122 (1961) 349
  8. ^ Голд, Т.; Хойл, Ф. (1 января 1959 г.). «Космические лучи и радиоволны как проявления горячей Вселенной». Ursi Symp. 1: Парижский симпозиум по радиоастрономии . 9 (9): 583. Bibcode : 1959IAUS....9..583G.
  9. ^ Gould, RJ; Burbidge, GR (1 ноября 1963 г.). "Рентгеновские лучи из Галактического центра, внешних галактик и межгалактической среды". The Astrophysical Journal . 138 : 969. Bibcode : 1963ApJ...138..969G. doi : 10.1086/147698. ISSN  0004-637X.
  10. ^ Пиблз, PJE (2022). Век космологии: внутренняя история нашего современного понимания вселенной . Принстон Оксфорд: Princeton University Press. ISBN 9780691196022.
  11. ^ Вайнберг, Стивен (1972). Гравитация и космология . John Whitney & Sons. стр. 463–464. ISBN 978-0-471-92567-5.
  12. ^ Краг, Хельге (1996-12-31). "Глава 7: От противоречий к маргинализации". Космология и противоречия. Princeton University Press. стр.  318–388 . doi :10.1515/9780691227719-008. ISBN 978-0-691-22771-9.
  13. ^ Хойл, Ф.; Бербидж, Г.; Нарликар, Дж. В. (1993). «Квазистационарная космологическая модель с созданием материи». The Astrophysical Journal . 410 : 437–457 . Bibcode : 1993ApJ...410..437H. doi : 10.1086/172761 .
    Хойл, Ф.; Бербидж, Г.; Нарликар, Дж. В. (1994). «Астрофизические выводы из квазистационарной космологии». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 267 (4): 1007– 1019. Bibcode : 1994MNRAS.267.1007H. doi : 10.1093/mnras/267.4.1007 . hdl : 11007/1133.
    Хойл, Ф.; Бербидж, Г.; Нарликар, Дж. В. (1994). "Астрофизические выводы из квазистационарного состояния: исправление". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 269 (4): 1152. Bibcode : 1994MNRAS.269.1152H. doi : 10.1093/mnras/269.4.1152 .
    Хойл, Ф.; Бербидж, Г.; Нарликар, Дж. В. (1994). «Дополнительные астрофизические величины, ожидаемые в квазистационарном состоянии Вселенной». Астрономия и астрофизика . 289 (3): 729– 739. Bibcode : 1994A&A...289..729H.
    Хойл, Ф.; Бербидж, Г.; Нарликар, Дж. В. (1995). "Основная теория, лежащая в основе космологической модели квазистационарного состояния". Труды Королевского общества A. 448 ( 1933): 191. Bibcode : 1995RSPSA.448..191H. doi : 10.1098/rspa.1995.0012. S2CID  53449963.
  14. ^ Narlikar, JV; Vishwakarma, RG; Burbidge, G. (2002). «Интерпретации ускоряющейся Вселенной». Публикации Астрономического общества Тихого океана . 114 (800): 1092– 1096. arXiv : astro-ph/0205064 . Bibcode :2002PASP..114.1092N. doi :10.1086/342374. S2CID  15456774.
  15. ^ Хойл, Ф. (1993). «Синтез легких элементов в огненных шарах Планка». Астрофизика и космическая наука . 198 (2): 177– 193. doi :10.1007/BF00644753. S2CID  121245869.
  16. ^ Райт, Э. Л. (1994). «Комментарии к квазистационарной космологии». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 276 (4): 1421. arXiv : astro-ph/9410070 . Bibcode : 1995MNRAS.276.1421W. doi : 10.1093/mnras/276.4.1421 . S2CID  118904109.
  17. ^ Хойл, Ф.; Бербидж, Г.; Нарликар, Дж. В. (1994). «Заметка о комментарии Эдварда Л. Райта». arXiv : astro-ph/9412045 .
  18. ^ Райт, Э. Л. (20 декабря 2010 г.). «Ошибки в моделях стационарного состояния и квазистационарного состояния». Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе , кафедра физики и астрономии.

Дальнейшее чтение

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Steady-state_model&oldid=1273907858"