תורת המדינה היציב: היסטוריה, הסבר, הווה - ארטה - 2025

תיאוריית המצב היציב הוא מודל קוסמולוגי שבו היקום תמיד נראה אותו דבר, לא משנה איפה או מתי הוא ציין. המשמעות היא שגם במקומות הרחוקים ביותר של היקום ישנם כוכבי לכת, כוכבים, גלקסיות וערפיליות שנעשו עם אותם יסודות שאנו מכירים ובאותה פרופורציה, אם כי עובדה שהיקום מתרחב.

מסיבה זו, מעריכים כי צפיפות היקום יורדת רק במסה של פרוטון אחד לקמ"ש בשנה. כדי לפצות על כך, תיאוריית המצב הקבוע מניחה את קיומה של ייצור רציף של חומר.

איור 1: תמונה של השדה העמוק הקיצוני שצילם טלסקופ החלל האבל במרחק של 13.2 מיליארד שנות אור. (קרדיט: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, ו- P. Oesch, אוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז; R. Bouwens, אוניברסיטת לידן; וצוות HUDF09)

זה גם מאשר כי היקום קיים מאז ומתמיד וימשיך להתקיים לעד, למרות שכאמור הוא אינו שולל את התרחבותו, וגם לא את ההפרדה הגלקסית בעקבותיה, עובדות שאושרו במלואן על ידי המדע.

הִיסטוֹרִיָה

תיאוריית המצב הקבוע הוצעה בשנת 1946 על ידי האסטרונום פרד הויל, המתמטיקאי והקוסמולוג הרמן בונדי, והאסטרופיזיקאי תומאס גולד, על בסיס רעיון בהשראת סרט האימה מ -1945 Dead of night.

מוקדם יותר, אלברט איינשטיין גיבש עיקרון קוסמולוגי בו הוא קובע כי היקום צריך להיות "בלתי משתנה תחת תרגומי זמן-חלל ותחת סיבובים." במילים אחרות: זה חייב להיות הומוגני וחסר כיוון מועדף.

בשנת 1948 הוסיפו בונדי וזהב עיקרון זה כחלק מתורתם על מצב היציב של היקום, וקבעו כי צפיפות היקום נותרה אחידה למרות התפשטותו המתמדת והנצחית.

הֶסבֵּר

המודל הנייח מבטיח שהיקום ימשיך להתרחב לנצח, מכיוון שתמיד יהיו מקורות של חומר ואנרגיה המקיימים אותו כפי שאנו מכירים אותו כיום.

בדרך זו נוצרים ברציפות אטומי מימן חדשים ליצירת ערפיליות אשר בסופו של דבר יולידו כוכבים וגלקסיות חדשות. הכל באותו קצב בו הגלקסיות הישנות מתרחקות עד שהן הופכות בלתי ניתנות לצפייה והגלקסיות החדשות ניתנות להבחנה מוחלטת מהעתיקות ביותר.

איך אתה יודע שהיקום מתרחב? בחינת האור מכוכבים, המורכבים בעיקר ממימן, הפולטים קווים אופייניים לפליטה אלקטרומגנטית הדומים לטביעת אצבע. דפוס זה נקרא ספקטרום וניתן לראות אותו באיור הבא:

איור 2. ספקטרום הפליטה של ​​מימן. הקו האדום תואם את אורך הגל של 656 ננומטר.

הגלקסיות מורכבות מכוכבים שהספקטרום שלהם זהה לאלה שנפלטים על ידי האטומים במעבדות שלנו, למעט הבדל קטן: הם מועברים לכיוון אורכי גל גבוהים יותר, כלומר לכיוון אדום בגלל אפקט הדופלר, שהוא סימן חד משמעי של ריחוק.

ברוב הגלקסיות יש הסתר אדום זה בספקטרום שלהם. רק מעטים ב"קבוצת הגלקסיות המקומית "הסמוכה מראים שינוי כחול.

אחד מהם הוא גלקסיית אנדרומדה, שמתקרבת ואיתה יתאחד, איונים רבים מעכשיו, שביל החלב, הגלקסיה שלנו.

הגלקסיות הנסוגות וחוק האבל

קו מאפיין של ספקטרום המימן הוא זה בגודל 656 ננומטר (ננומטר). לאור גלקסיה, אותו קו עבר ל 660 ננומטר. לכן יש לו שינוי אדום של 660 - 656 ננומטר = 4 ננומטר.

מצד שני, המנה בין תנועת אורך הגל לאורך הגל במנוחה שווה למנות בין מהירות הגלקסיה v לבין מהירות האור (c = 300,000 קמ"ש):

עם נתונים אלה:

v = 0.006c

כלומר, גלקסיה זו מתרחקת פי 0.006 ממהירות האור: בערך 1800 קמ"ש. החוק של האבל קובע כי המרחק של גלקסיה d הוא ביחס למהירות v בה היא מתרחקת:

קבוע המידתיות הוא ההיפוך של קבוע האבל, המכונה הו, שערכו הוא:

משמעות הדבר היא שהגלקסיה בדוגמה נמצאת במרחק של:

מתנה

עד כה, המודל הקוסמולוגי המקובל ביותר נותר תיאוריית המפץ הגדול. עם זאת, כמה מחברים ממשיכים לנסח תיאוריות מחוצה לה ותומכים בתיאוריית המצב הקבוע.

חוקרים בעד תיאוריית המצב הקבוע

האסטרופיזיקאי ההודי ג'ייאנט נרליקאר, שעבד בשיתוף פעולה עם אחד מיוצרי תיאוריית המצב הקבוע, פרסם פרסומים עדכניים יחסית לתמיכה במודל של מצב יציב.

דוגמאות להן: "יצירת חומר ושינוי אדום אנומלי" ו"תיאוריות של ספיגת קרינה ביקומים מתרחבים ", שתיהן פורסמו בשנת 2002. עבודות אלה מחפשות הסברים חלופיים למפץ הגדול כדי להסביר את התפשטות היקום וה רקע מיקרוגל.

האסטרופיזיקאי השבדי והממציא יוהאן מסרליז הוא אחד המגנים העכשוויים של תורת המצב היציב, על ידי הצעת ההרחבה הקוסמית בהיקף, תיאוריה אלטרנטיבית לא שגרתית למפץ הגדול.

האקדמיה הרוסית למדעים, בהוקרה על עבודתו, פרסמה מונוגרפיה של תרומותיו באסטרופיזיקה בשנת 2015.

קרינת רקע קוסמית

בשנת 1965 גילו שני מהנדסים ממעבדות הטלפונים של בל: א 'פנזיאס ור' וילסון, קרינת רקע שלא הצליחו לחסל מאנטנות המיקרוגל המכוונות שלהם.

הדבר הסקרן ביותר הוא שהם לא הצליחו לזהות מקור להם. הקרינה נותרה זהה בכל כיוון אליו הופנתה האנטנה. מהספקטרום הקרינתי, המהנדסים קבעו כי הטמפרטורה שלו הייתה 3.5 ק.

קרוב אליהם והתבסס על מודל המפץ הגדול, קבוצה אחרת של מדענים, הפעם אסטרופיסיקאים, ניבאה קרינה קוסמית באותה טמפרטורה: 3.5 ק.

שתי הקבוצות הגיעו לאותה מסקנה בצורה שונה לחלוטין ועצמאית, מבלי לדעת על עבודתו של האחר. במקרה, שתי העבודות פורסמו באותו תאריך ובאותו כתב עת.

קיומה של קרינה זו, המכונה קרינת רקע קוסמית, הוא הטענה החזקה ביותר נגד התיאוריה הנייחת, מכיוון שאין דרך להסביר אותה אלא אם כן מדובר בשאריות הקרינה מהמפץ הגדול.

עם זאת, התומכים מיהרו להציע קיומם של מקורות קרינה המפוזרים ברחבי היקום, אשר פיזרו את קרינתם באבק קוסמי, אם כי אין עדויות עד כה לכך שמקורות אלה קיימים בפועל.

ויכוחים בעד

באותה תקופה שהוצעה ועם התצפיות הזמינות, תיאוריית המצב היציב הייתה אחת המקובלות ביותר על ידי פיזיקאים וקוסמולוגים. באותה תקופה - אמצע המאה העשרים - לא היה הבדל בין היקום הקרוב ביותר לבין זה המרוחק.

ההערכות הראשונות שהתבססו על תיאוריית המפץ הגדול, תוארכו את היקום לכ -2 מיליארד שנה, אך באותה תקופה היה ידוע שמערכת השמש כבר הייתה בת 5 מיליארד שנה ושביל החלב שבין 10 ל -12 מיליארד שנים. שנים.

חישוב שגוי זה הפך לנקודה לטובת תיאוריית המצב הקבוע, מכיוון שייתכן כי היקום לא יכול היה להתחיל אחרי שביל החלב או מערכת השמש.

חישובים עדכניים המבוססים על המפץ הגדול מעריכים את גיל היקום על 13.7 מיליארד שנה ועד היום לא נמצאו חפצים ביקום לפני עידן זה.

טיעוני נגד

בין שנות החמישים והשישים התגלו מקורות בהירים לתדרי הרדיו: קוואזרים וגלקסיות רדיו. עצמים קוסמיים אלה נמצאו רק במרחקים גדולים מאוד, כלומר בעבר הרחוק.

במסגרת הנחיות של מודל המצב הקבוע, יש להפיץ מקורות עזים של תדרי הרדיו בצורה אחידה פחות או יותר ברחבי היקום בהווה ובעבר, אולם העדויות מראות אחרת.

מצד שני, מודל המפץ הגדול קונקרטי יותר עם התבוננות זו, מכיוון שקוואזרים וגלקסיות רדיו יכלו להיווצר בשלבים צפופים וחמים יותר של היקום, ובהמשך להפוך לגלקסיות.

השקפות על היקום

פנורמה רחוקה

התצלום באיור 1 הוא תמונת השדה העמוקה הקיצונית שצילם טלסקופ החלל האבל בין השנים 2003-2004.

זה תואם לשבר קטן מאוד שנמצא פחות מ 0.1 מעלות השמיים הדרומיים בקבוצת הכוכבים פורנקס, הרחק מזוהר שביל החלב, באזור בו טלסקופים רגילים אינם תופסים דבר.

בתצלום תוכלו לראות גלקסיות ספירלה הדומות לשכנותינו ושל שכנינו הקרובים. בתצלום ניתן לראות גם גלקסיות אדומות ומפוזרות, בהן נפסקו היווצרות הכוכבים, כמו גם נקודות שהן גלקסיות רחוקות יותר במרחב ובזמן.

היקום מוערך כבן 13.7 מיליארד שנה, והתצלום בשטח העמוק מראה גלקסיות במרחק 13.2 מיליארד שנות אור. לפני האבל, הגלקסיות הרחוקות ביותר שנצפו היו במרחק של 7 מיליארד שנות אור, והתמונה דומה לזו שהוצגה בתצלום שדה עמוק.

תמונת החלל העמוק לא רק מציגה את היקום הרחוק, היא גם מציגה את היקום העבר, מכיוון שהפוטונים ששימשו לבניית התמונה הם בני 13.2 מיליארד שנה. לפיכך זהו דימוי של חלק מהיקום הקדום.

פנורמה קרובה וביניים

קבוצת הגלקסיות המקומית מכילה את שביל החלב ואת אנדרומדה השכנה, גלקסיית המשולש ועוד כשלושים אחרים, במרחק פחות מ- 5.2 מיליון שנות אור משם.

משמעות הדבר היא פי 2,500 מרחק וזמן פחות מגלקסיות שדה עמוק. עם זאת, מראה היקום וצורת הגלקסיות שלו נראים דומה ליקום הרחוק והוותיק יותר.

איור 3: קבוצת הגלקסיות של היקסון -44 בקבוצת הכוכבים ליאו שנמצאת במרחק 60 מיליון שנות אור. (קרדיטים: צוות הדמיה של MASIL)

איור 2 הוא דוגמה לטווח הביניים של היקום הנחקר. זוהי קבוצת הגלקסיות של היקסון -44 שנמצאת במרחק 60 מיליון שנות אור בקונסטלציה ליאו.

כפי שניתן לראות, מראה היקום במרחקים ובזמני ביניים דומה לזה של היקום העמוק שנמצא 220 פעמים יותר רחוק מזה של הקבוצה המקומית, קרוב יותר לחמש פעמים.

זה גורם לנו לחשוב שלתיאוריה של המצב היציב של היקום יש לפחות תצפית, מכיוון שהפנורמה של היקום בסולם מידות שונות במרחב דומה דומה מאוד.

בעתיד יתכן שתיווצר תיאוריה קוסמולוגית חדשה עם ההיבטים המוצלחים ביותר הן של תורת המצב הקבוע והן של תיאוריית המפץ הגדול.

הפניות

1. בנג - קראנץ '-. התאושש מ: FQXi.org
2. אנציקלופדיה מקוונת של בריטניקה. תיאוריה של מצב יציב. התאושש מ: Britannica.com
3. מתכננים ניאו-פרונטרים. מודל יציב. התאושש מ: neofronteras.com
4. ויקיפדיה. תיאוריה של מצב יציב. התאושש מ: wikipedia.com
5. ויקיפדיה. עיקרון קוסמולוגי. התאושש מ: wikipedia.com