ТЕОРІЯ СТАЛОГО СТАНУ: ІСТОРІЯ, ПОЯСНЕННЯ, СУЧАСНІСТЬ - АРТЕ - 2025

Теорія стаціонарного стану - це космологічна модель, в якій Всесвіт завжди виглядає однаково, незалежно від того, де чи коли він спостерігається. Це означає, що навіть у найвіддаленіших місцях Всесвіту є планети, зірки, галактики та туманності, зроблені з тими ж елементами, які ми знаємо, і в тій же пропорції, хоча факт, що Всесвіт розширюється.

Через це, за оцінками, щільність Всесвіту зменшується лише на масу одного протона на кубічний кілометр на рік. Щоб компенсувати це, теорія стійкого стану постулює існування безперервного виробництва речовини.

Рисунок 1: Зображення надзвичайно глибокого поля, знятого космічним телескопом Хаббл за 13,2 мільярда світлових років. (Кредит: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, P. Oesch, Каліфорнійський університет, Санта-Крус; R. Bouwens, Leiden University; та команда HUDF09)

Він також стверджує, що Всесвіт існував і існуватиме назавжди, хоча, як було сказано раніше, він не заперечує свого розширення, ані наступного поділу галактик, фактично підтверджені наукою.

Історія

Теорія стійкого стану була запропонована в 1946 році астрономом Фредом Хойлом, математиком і космологом Германом Бонді та астрофізиком Томасом Голдом на основі ідеї, натхненної фільмом жахів 1945 року «Мертві ночі».

Раніше Альберт Ейнштейн сформулював космологічний принцип, який стверджує, що Всесвіт має бути "інваріантним під час просторово-часових перекладів та під час ротацій". Іншими словами: він повинен бути однорідним і не мати будь-яких переважних напрямків.

У 1948 році Бонді та Голд додали цей принцип як частину своєї теорії про сталий стан Всесвіту, заявивши, що щільність Всесвіту залишається рівномірною, незважаючи на її постійне та вічне розширення.

Пояснення

Стаціонарна модель гарантує, що Всесвіт буде продовжувати розширюватися назавжди, тому що завжди будуть джерела матерії та енергії, які підтримують його таким, яким ми його знаємо сьогодні.

Таким чином постійно створюються нові атоми водню, утворюючи туманності, які з часом породжуватимуть нові зірки та галактики. Все з тією ж швидкістю, якою старі галактики віддаляються, поки вони не стають непомітними, а нові галактики повністю не відрізняються від найдавніших.

Звідки ви знаєте, що Всесвіт розширюється? Досліджуючи світло від зірок, які складаються головним чином з водню, який випромінює характерні лінії електромагнітного випромінювання, які схожі на відбиток пальця. Ця закономірність називається спектром і її можна побачити на наступному малюнку:

Малюнок 2. Спектр викидів водню. Червона лінія відповідає довжині хвилі 656 нм.

Галактики складаються із зірок, спектри яких ті ж, що випромінюються атомами в наших лабораторіях, за винятком невеликої різниці: вони зміщуються у бік більшої довжини хвилі, тобто до червоного за рахунок ефекту Доплера, що є однозначним ознакою віддаленість.

У більшості галактик це червоне зміщення у своїх спектрах. Лише деякі з сусідньої "локальної групи галактик" демонструють синій зсув.

Одна з них - галактика Андромеда, яка наближається і з якою, можливо, протягом багатьох епох Чумацький Шлях, наша власна галактика, злиється.

Відступаючі галактики та закон Хаббла

Характерною лінією водного спектру є лінія на рівні 656 нанометрів (нм). У світлі галактики ця сама лінія перемістилася до 660 нм. Тому вона має червоний зсув 660 - 656 нм = 4 нм.

З іншого боку, коефіцієнт між зсувом довжини хвилі та довжиною хвилі в спокої дорівнює коефіцієнту між швидкістю галактики v та швидкістю світла (c = 300 000 км / с):

За допомогою цих даних:

v = 0,006c

Тобто ця галактика віддаляється в 0,006-кратній швидкості світла: близько 1800 км / с. Закон Хаббла стверджує, що відстань галактики d пропорційна швидкості v, з якою вона віддаляється:

Константа пропорційності - це обернена константа Хаббла, позначена як Ho, значення якої:

Це означає, що галактика в прикладі знаходиться на відстані:

Подарунок

Поки найбільш широко прийнятою космологічною моделлю залишається теорія Великого вибуху. Однак деякі автори продовжують формулювати теорії поза нею та підтримують стійку теорію.

Дослідники виступають за стійку теорію

Індійський астрофізик Джаянт Нарлікар, який працював у співпраці з одним із творців теорії стійкого стану, опублікував порівняно недавні публікації на підтримку моделі стійкого стану.

Приклади їх: "Створення матерії та аномальне червоне зміщення" та "Теорії поглинання радіації в розширюються всесвітах", опубліковані в 2002 році. Ці роботи шукають альтернативних пояснень Великому вибуху для пояснення розширення Всесвіту та фон мікрохвильова піч.

Шведський астрофізик і винахідник Йохан Масрелієс - ще один із сучасних захисників теорії стійкого стану, пропонуючи космічне розширення в масштабі, нетрадиційну альтернативну теорію Великого вибуху.

Російська академія наук, на знак визнання його праці, опублікувала монографію своїх внесків з астрофізики у 2015 році.

Космічне випромінювання фону

У 1965 році двоє інженерів з телефонних лабораторій Белла: А. Пензіас та Р. Вілсон виявили фонове випромінювання, яке вони не змогли усунути зі своїх напрямних мікрохвильових антен.

Найцікавіше, що вони не змогли визначити джерело їх. Випромінювання залишалося незмінним у будь-якому напрямку антени. З спектру випромінювання інженери визначили, що його температура 3,5 К.

Близький до них і на основі моделі Великого вибуху інша група вчених, цього разу астрофізики, передбачили космічне випромінювання тієї ж температури: 3,5 К.

Обидві команди дійшли одного і того ж висновку абсолютно по-різному і незалежно, не знаючи про роботу інших. Випадково дві роботи були опубліковані в одну і ту ж дату і в одному журналі.

Існування цього випромінювання, яке називається космічним випромінюванням фону, є найсильнішим аргументом проти стаціонарної теорії, оскільки немає способу пояснити це, якщо це не залишки радіації від Великого вибуху.

Однак прихильники швидкого запропонували існування джерел випромінювання, розсіяних по всесвіту, які розсіяли своє випромінювання космічним пилом, хоча поки що немає доказів того, що ці джерела існують насправді.

Аргументи на користь

На той момент, коли вона була запропонована і за наявними спостереженнями, теорія стаціонарного стану була однією з найбільш прийнятих фізиками та космологами. На той час - середина 20 століття - між найближчим Всесвітом і далеким не було різниці.

Перші оцінки, засновані на теорії Великого вибуху, датували Всесвіту приблизно 2 мільярди років, але на той час було відомо, що Сонячній системі вже було 5 мільярдів років, а Чумацькому Шляху - від 10 до 12 мільярдів років. років.

Цей прорахунок став моментом на користь стійкої теорії, оскільки, очевидно, Всесвіт не міг запуститися після Чумацького Шляху або Сонячної системи.

Поточні підрахунки, засновані на Великому вибуху, оцінюють вік Всесвіту у 13,7 мільярда років, і на сьогоднішній день у Всесвіті до цього віку не знайдено жодного об'єкта.

Контраргументи

Поміж 1950-х та 1960-х років були виявлені яскраві джерела радіочастот: квазари та радіогалактики. Ці космічні об'єкти були знайдені лише на дуже великих відстанях, що скажеться в далекому минулому.

У приміщенні стаціонарної моделі ці інтенсивні джерела радіочастот мають бути більш-менш рівномірно розподілені по теперішньому та минулому Всесвіту, однак дані свідчать про інше.

З іншого боку, модель Великого вибуху є більш конкретною з цим спостереженням, оскільки квазари та радіогалактики могли сформуватися на більш щільних та гарячих стадіях Всесвіту, згодом перетворившись у галактики.

Погляди Всесвіту

Віддалена панорама

Фотографія на малюнку 1 - це зображення надзвичайно глибокого поля, зняте космічним телескопом Хаббла між 2003 та 2004 роками.

Це відповідає дуже малій частці менше 0,1º південного неба в сузір’ї Форнакс, далеко від відблисків Чумацького Шляху, в районі, де звичайні телескопи нічого не фіксують.

На фотографії можна побачити спіральні галактики, подібні до наших та наших близьких сусідів. На фотографії також показані дифузні червоні галактики, де утворення зірок припинилося, а також точки, які є ще більш віддаленими галактиками в просторі та часі.

За оцінкою Всесвіту 13,7 мільярдів років, а на фотографії з глибокого поля видно галактики, що знаходяться в 13,2 мільярда світлових років. До Хаббла найдальші спостережувані галактики були за 7 мільярдів світлових років, і картина була схожа на картину, зображену на фотографії з глибокого поля.

Зображення з глибокого космосу не тільки показує далекий Всесвіт, воно також показує минулий Всесвіт, тому що фотони, які були використані для побудови зображення, мають 13,2 мільярда років. Тому це зображення частини раннього Всесвіту.

Близька та проміжна панорама

Місцева група галактик містить Чумацький Шлях та сусідню Андромеду, галактику Трикутник та ще тридцять інших, менше ніж 5,2 мільйона світлових років.

Це означає, що в 2500 разів менше відстані та часу, ніж глибинні польові галактики. Однак зовнішній вигляд Всесвіту і форма його галактик виглядає схоже на далеку і стару Всесвіту.

Малюнок 3: Група галактик Хіксон-44 у сузір'ї Лева на відстані 60 мільйонів світлових років. (Кредити: MASIL Imaging Team)

Фіг.2 - зразок проміжного діапазону досліджуваної Всесвіту. Це група галактик Хіксон-44, що знаходиться в 60-ти мільйонах світлових років у сузір'ї Лева.

Як видно, поява Всесвіту на відстанях і проміжних часах схожа на глибину Всесвіту в 220 разів далі, а місцеву групу - в п’ять разів ближче.

Це спонукає нас до думки, що теорія стійкого стану Всесвіту має принаймні спостережливий фундамент, оскільки панорама Всесвіту в різних просторово-часових масштабах дуже схожа.

В майбутньому можливо, що буде створена нова космологічна теорія з найбільш успішними аспектами як стійкої теорії, так і теорії Великого вибуху.

Список літератури

1. Вибух - хрускіт - вибух. Відновлено з: FQXi.org
2. Інтернет-енциклопедія Британіка. Теорія стійкого стану Відновлено: Britannica.com
3. Neofronters. Стаціонарна модель. Відновлено з: neofronteras.com
4. Вікіпедія. Теорія стійкого стану Відновлено з: wikipedia.com
5. Вікіпедія. Космологічний принцип. Відновлено з: wikipedia.com