Mis on püsiseisundi teooria kosmoloogias?

Püsiseisundi teooria oli 20. sajandil välja pakutud teooria kosmoloogia selgitada tõendusmaterjali selle kohta, et universum laienes, kuid siiski säilitada põhiidee, et universum näeb alati välja sama ja on seetõttu praktikas muutumatu ning sellel pole algust ega lõppu. Seda ideed on suures osas diskrediteeritud astronoomiliste tõendite tõttu, mis viitavad sellele, et universum tegelikult aja jooksul muutub.

Millal Einstein lõi tema üldrelatiivsusteooria, näitas varane analüüs, et see on loonud universumi, mis on alati ebastabiilne (laieneb või kahaneb), mitte alati eeldatava staatilise universumi. Einstein pidas seda eeldust ka staatilise universumi kohta, nii et ta lisas oma üldiste relatiivsustegevuse väljavõrranditesse termini, mida nimetatakse kosmoloogiline konstant. See teenis eesmärki hoida universumit staatilises olekus. Kuid millal Edwin Hubble avastasid tõendid, et kauged galaktikad laienesid Maast tegelikult igas suunas, teadlased (sealhulgas Einstein) mõistsid, et universum ei paistnud olevat staatiline ja termin oli eemaldatud.

Püsiseisundi teooria pakkus esmakordselt välja Sir James Jeans 1920. aastatel, kuid tõepoolest sai see tõuke 1948. aastal, kui selle Fred Hoyle, Thomas Goldja Hermann Bondi. On kahtlane lugu, et nad tulid teooriaga välja pärast filmi "Öö surnud" vaatamist, mis lõpeb täpselt nii, nagu see algas.

Hoyle sai eriti teooria suur pooldaja, eriti vastandudes teooriale suure paugu teooria. Tegelikult kehtestas Hoyle Briti raadioülekandes termini "suur pauk" mõne vastupandava teooria selgitamiseks.

Oma raamatus "Parallel Worlds", füüsik Michio Kaku pakub üks mõistlik põhjendus Hoyle pühendumusele püsiseisundi mudelile ja vastuseisule suure paugu mudelile:

Üks puudus [suure paugu] teoorias oli see, et Hubble arvutas kaugete galaktikate valguse mõõtmise vigade tõttu valesti universumi vanuseks 1,8 miljardit aastat. Geoloogid väitsid, et Maa ja Päikesesüsteem olid tõenäoliselt mitu miljardit aastat vanad. Kuidas saaks universum olla noorem kui tema planeedid?

Oma raamatus "Lõputu universum: Suure paugu tagant" kosmoloogid Paul J. Steinhardt ja Neil Turok on Hoyle'i hoiaku ja motivatsiooni suhtes pisut vähem sümpaatsed:

Eelkõige leidis Hoyle, et suur pauk oli vastik, kuna ta oli ägedalt usuvastane ja ta arvas, et kosmoloogiline pilt on Piibli kirjeldusele üsna lähedane. Paugu vältimiseks olid tema ja ta kaastöötajad nõus mõtlema mõttele, et mateeria ja kiirgus on pidevalt loodud kogu universumis just sellisel viisil, et hoida tihedus ja temperatuur konstantsena nagu universum laieneb. See püsiseisundi pilt oli muutumatu universumi kontseptsiooni pooldajate viimane seis, alustades kolme aastakümne pikkust lahingut suure paugu mudeli pooldajatega.

Nagu need tsitaadid näitavad, oli püsiseisundi teooria peamine eesmärk selgitada universumi laienemist, ilma et oleks vaja öelda universum tervikuna näeb eri ajahetkedel erinev välja. Kui universum tundub mingil ajahetkel põhimõtteliselt sama, pole vaja algust ega lõppu eeldada. Seda nimetatakse üldiselt täiuslikuks kosmoloogiliseks põhimõtteks. Peamine viis, kuidas Hoyle (ja teised) seda põhimõtet suutis säilitada, oli olukorra pakkumine, samal ajal kui universum laienes, loodi uusi osakesi. Jällegi, nagu esitas Kaku:

Selle mudeli korral laienesid universumi osad tegelikult, kuid pidevalt loodi asjast uut ainet, nii et universumi tihedus jäi samaks... Hoyle'ile tundus ebaloogiline, et tuline kataklüsm võib kuskilt välja ilmuda, et saata galaktikaid, mis hauguvad igas suunas; ta eelistas massi sujuvat loomist millestki. Teisisõnu, universum oli ajatu. Sellel polnud lõppu ega algust. See lihtsalt oli.

Püsiseisundi teooria vastased tõendid kasvasid uute astronoomiliste tõendite avastamise korral. Näiteks kaugete galaktikate teatud tunnused (nt kvaasarid ja raadiogalaktikaid), mida lähemal asuvates galaktikates ei olnud. See on mõttekas suure paugu teoorias, kus kauged galaktikad esindavad tegelikult "nooremaid" galaktikaid ja lähemal asuvad galaktikad on vanemad, kuid püsiseisundi teoorial pole reaalset võimalust seda erinevust arvestada. Tegelikult on see just selline erinevus, mille teooria eesmärk oli vältida.

Püsiseisundi kosmoloogia viimane "nael kirstu" tuli aga kosmoloogilise avastuse põhjal mikrolaine taustkiirgus, mida ennustati osana suure paugu teooriast, kuid millel polnud absoluutselt mingit põhjust püsiva oleku teooria sees eksisteerida.

Steven Weinberg ütles 1972. aastal püsiseisundi kosmoloogiale vastanduvate tõendite kohta:

Mõnes mõttes on erimeelsus mudeli jaoks tunnus; Ainuüksi kõigi kosmoloogiate hulgas teeb püsiseisundi mudel selliseid kindlaid ennustusi, et selle saab ümber lükata isegi meie käsutuses olevate piiratud vaatluslike tõenditega.

Jätkuvalt leidub teadlasi, kes uurivad püsiseisundi teooriat kujul kvaasitasakaalu teooria. Teadlased ei ole seda laialdaselt aktsepteerinud ja selle kohta on esitatud palju kriitikat, millele pole piisavalt tähelepanu pööratud.

"Kuld, Thomas." Teadusliku biograafia täielik sõnaraamat, Charles Scribneri pojad, Encyclopedia.com, 2008.

Kaku, Michio. "Paralleelsed maailmad: teekond loomise kaudu, kõrgemad mõõtmed ja kosmose tulevik." 1. väljaanne, Doubleday, 28. detsember 2004.

Keim, Brandon. "Füüsik Neil Turok: Suur pauk polnud algus." Juhtmega, 19. veebruar 2008.

"Paul J. Steinhardt. "Princetoni ülikooli füüsika osakond, 2019, Princeton, New Jersey.

"Püsiseisundi teooria." Uus maailma entsüklopeedia, 21. oktoober 2015.

Steinhardt, Paul J. "Lõputu universum: väljaspool suurt pauku." Neil Turok, viies või hilisem väljaanne, Doubleday, 29. mai 2007.

Doktor. "Fred Hoyle." Kuulsad teadlased, 2019.