LÝ THUYẾT TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH: LỊCH SỬ, GIẢI THÍCH, HIỆN TẠI - ARTE - 2024

Các lý thuyết trạng thái ổn định là một mô hình vũ trụ học trong đó vũ trụ luôn luôn trông giống nhau ở bất cứ đâu hoặc khi nó được quan sát. Điều này có nghĩa là ngay cả ở những nơi xa xôi nhất của vũ trụ cũng có các hành tinh, ngôi sao, thiên hà và tinh vân được tạo ra với các nguyên tố giống nhau mà chúng ta biết và theo cùng một tỷ lệ, mặc dù thực tế là vũ trụ đang giãn nở.

Do đó, mật độ của vũ trụ được ước tính chỉ giảm khối lượng của một proton trên một km khối mỗi năm. Để bù đắp cho điều này, lý thuyết trạng thái dừng giả định sự tồn tại của một quá trình sản xuất vật chất liên tục.

Hình 1: Hình ảnh trường cực sâu do Kính viễn vọng Không gian Hubble chụp cách xa 13,2 tỷ năm ánh sáng. (Nhà cung cấp hình ảnh: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee và P. Oesch, Đại học California, Santa Cruz; R. Bouwens, Đại học Leiden; và Nhóm HUDF09)

Nó cũng khẳng định rằng vũ trụ luôn tồn tại và sẽ tiếp tục tồn tại vĩnh viễn, mặc dù như đã nói ở trên, nó không phủ nhận sự giãn nở của nó, cũng như sự phân tách do hậu quả của các thiên hà, những sự kiện đã được khoa học xác nhận đầy đủ.

Lịch sử

Lý thuyết trạng thái dừng được đề xuất vào năm 1946 bởi nhà thiên văn học Fred Hoyle, nhà toán học và vũ trụ học Hermann Bondi và nhà vật lý thiên văn Thomas Gold, dựa trên ý tưởng được lấy cảm hứng từ bộ phim kinh dị Dead of night năm 1945.

Trước đó, Albert Einstein đã xây dựng một nguyên lý vũ trụ, trong đó ông nói rằng vũ trụ phải "bất biến theo các phép tịnh tiến không-thời gian và theo các phép quay". Nói cách khác: nó phải đồng nhất và không thiếu bất kỳ hướng ưu đãi nào.

Năm 1948 Bondi và Gold đã bổ sung nguyên lý này như một phần lý thuyết của họ về trạng thái ổn định của vũ trụ, nói rằng mật độ của vũ trụ vẫn đồng nhất mặc dù nó có sự giãn nở liên tục và vĩnh cửu.

Giải trình

Mô hình tĩnh đảm bảo rằng vũ trụ sẽ tiếp tục giãn nở mãi mãi, bởi vì sẽ luôn có các nguồn vật chất và năng lượng duy trì nó như chúng ta biết ngày nay.

Bằng cách này, các nguyên tử hydro mới liên tục được tạo ra để hình thành các tinh vân mà cuối cùng sẽ tạo ra các ngôi sao và thiên hà mới. Tất cả đều ở cùng một tốc độ mà các thiên hà cũ di chuyển đi cho đến khi chúng trở nên không thể quan sát được và các thiên hà mới hoàn toàn không thể phân biệt được với các thiên hà cũ nhất.

Làm sao bạn biết rằng vũ trụ đang giãn nở? Kiểm tra ánh sáng từ các ngôi sao, có thành phần chủ yếu là hydro, phát ra các vạch phát xạ điện từ đặc trưng giống như một dấu vân tay. Mô hình này được gọi là quang phổ và có thể được nhìn thấy trong hình sau:

Hình 2. Quang phổ phát xạ của hydro. Vạch màu đỏ ứng với bước sóng 656 nm.

Các thiên hà được tạo thành từ các ngôi sao có quang phổ giống với quang phổ do các nguyên tử trong phòng thí nghiệm của chúng ta phát ra, ngoại trừ một sự khác biệt nhỏ: chúng bị dịch chuyển về phía có bước sóng cao hơn, tức là về phía màu đỏ do hiệu ứng Doppler, là một dấu hiệu rõ ràng của một sự xa xôi.

Hầu hết các thiên hà đều có dịch chuyển đỏ này trong quang phổ của chúng. Chỉ một số ít trong "nhóm thiên hà cục bộ" gần đó có sự thay đổi màu xanh lam.

Một trong số đó là thiên hà Andromeda, đang đến gần và có thể có nhiều eons kể từ bây giờ, Dải Ngân hà, thiên hà của chúng ta, sẽ hợp nhất

Các thiên hà rút lui và định luật Hubble

Một vạch đặc trưng của quang phổ hydro là vạch ở 656 nanomet (nm). Trong ánh sáng của một thiên hà, cùng vạch đó đã di chuyển đến 660 nm. Do đó nó có độ lệch đỏ là 660 - 656 nm = 4 nm.

Mặt khác, thương số giữa độ dịch bước sóng và bước sóng dừng lại bằng thương số giữa tốc độ của thiên hà v và tốc độ ánh sáng (c = 300.000 km / s):

Với dữ liệu này:

v = 0,006c

Tức là, thiên hà này đang di chuyển ra xa với tốc độ 0,006 lần tốc độ ánh sáng: khoảng 1800 km / s. Định luật Hubble phát biểu rằng khoảng cách của một thiên hà d tỷ lệ với tốc độ v mà nó đang di chuyển ra xa:

Hằng số tỷ lệ là nghịch đảo của hằng số Hubble, được ký hiệu là Ho, có giá trị là:

Điều này có nghĩa là thiên hà trong ví dụ này ở khoảng cách:

Hiện tại

Cho đến nay, mô hình vũ trụ được chấp nhận rộng rãi nhất vẫn là lý thuyết Vụ nổ lớn. Tuy nhiên, một số tác giả vẫn tiếp tục xây dựng các lý thuyết bên ngoài nó và ủng hộ lý thuyết trạng thái dừng.

Các nhà nghiên cứu ủng hộ lý thuyết trạng thái dừng

Nhà vật lý thiên văn Ấn Độ Jayant Narlikar, người đã cộng tác với một trong những người sáng tạo ra lý thuyết trạng thái dừng, đã đưa ra các ấn phẩm gần đây để ủng hộ mô hình trạng thái dừng.

Ví dụ về chúng: "Sự tạo ra vật chất và dịch chuyển đỏ dị thường" và "Các lý thuyết về sự hấp thụ bức xạ trong các vũ trụ đang giãn nở", cả hai đều được xuất bản vào năm 2002. Các công trình này tìm kiếm các giải thích thay thế cho Vụ nổ lớn để giải thích sự giãn nở của vũ trụ và nền vi sóng.

Nhà phát minh và vật lý thiên văn người Thụy Điển Johan Masreliez là một trong những người bảo vệ lý thuyết trạng thái dừng đương thời, bằng cách đề xuất sự giãn nở vũ trụ theo quy mô, một lý thuyết thay thế độc đáo cho Vụ nổ lớn.

Viện Hàn lâm Khoa học Nga, để ghi nhận công trình của ông, đã xuất bản một chuyên khảo về những đóng góp của ông trong lĩnh vực vật lý thiên văn vào năm 2015.

Bức xạ nền vũ trụ

Năm 1965, hai kỹ sư từ Phòng thí nghiệm Điện thoại Bell: A. Penzias và R. Wilson, đã phát hiện ra bức xạ nền mà họ không thể loại bỏ khỏi ăng ten vi sóng định hướng của mình.

Điều tò mò nhất là họ không thể xác định được nguồn gốc của chúng. Bức xạ không đổi theo bất kỳ hướng nào mà ăng-ten hướng đến. Từ phổ bức xạ, các kỹ sư xác định rằng nhiệt độ của nó là 3,5 K.

Gần chúng và dựa trên mô hình Vụ nổ lớn, một nhóm các nhà khoa học khác, lần này là các nhà vật lý thiên văn, đã dự đoán bức xạ vũ trụ có cùng nhiệt độ: 3,5 K.

Cả hai đội đã đi đến cùng một kết luận hoàn toàn khác nhau và độc lập, mà không cần biết về công việc của người kia. Thật trùng hợp, hai tác phẩm được xuất bản cùng ngày và trên cùng một tạp chí.

Sự tồn tại của bức xạ này, được gọi là bức xạ phông vũ trụ, là lập luận mạnh mẽ nhất chống lại lý thuyết tĩnh, vì không có cách nào giải thích nó trừ khi nó là tàn dư của bức xạ từ Vụ nổ lớn.

Tuy nhiên, những người ủng hộ đã nhanh chóng đề xuất sự tồn tại của các nguồn bức xạ nằm rải rác trong vũ trụ, chúng phân tán bức xạ của chúng với bụi vũ trụ, mặc dù cho đến nay vẫn chưa có bằng chứng cho thấy những nguồn này thực sự tồn tại.

Lập luận ủng hộ

Vào thời điểm nó được đề xuất và với những quan sát hiện có, lý thuyết trạng thái dừng là một trong những lý thuyết được các nhà vật lý và vũ trụ học chấp nhận nhất. Vào thời điểm đó - giữa thế kỷ 20 - không có sự khác biệt giữa vũ trụ gần nhất và vũ trụ ở xa.

Những ước tính đầu tiên dựa trên lý thuyết Vụ nổ lớn, có niên đại vũ trụ khoảng 2 tỷ năm, nhưng vào thời điểm đó người ta biết rằng hệ Mặt trời đã có 5 tỷ năm tuổi và Dải Ngân hà từ 10 đến 12 tỷ năm. nhiều năm.

Tính toán sai lầm này đã trở thành một quan điểm ủng hộ lý thuyết trạng thái dừng, vì rõ ràng vũ trụ không thể bắt đầu sau Dải Ngân hà hay Hệ Mặt trời.

Các tính toán hiện tại dựa trên Vụ nổ lớn ước tính tuổi của vũ trụ là 13,7 tỷ năm và cho đến nay không có vật thể nào được tìm thấy trong vũ trụ trước thời đại này.

Đối số truy cập

Giữa những năm 1950 và 1960 đã phát hiện ra các nguồn sáng của tần số vô tuyến: chuẩn tinh và các thiên hà vô tuyến. Những vật thể vũ trụ này chỉ được tìm thấy ở khoảng cách rất xa, có thể nói là trong quá khứ xa xôi.

Theo tiền đề của mô hình trạng thái ổn định, các nguồn tần số vô tuyến cường độ cao này nên được phân bố ít nhiều đều trong vũ trụ hiện tại và quá khứ, tuy nhiên bằng chứng cho thấy khác.

Mặt khác, mô hình Vụ nổ lớn cụ thể hơn với quan sát này, vì các chuẩn tinh và thiên hà vô tuyến có thể hình thành trong các giai đoạn dày đặc hơn và nóng hơn của vũ trụ, sau này trở thành các thiên hà.

Quan điểm của vũ trụ

Toàn cảnh xa

Bức ảnh trong hình 1 là hình ảnh trường cực sâu do Kính viễn vọng Không gian Hubble chụp từ năm 2003 đến năm 2004.

Nó tương ứng với một phần rất nhỏ nhỏ hơn 0,1º của bầu trời phía nam trong chòm sao Fornax, cách xa vùng chói của Dải Ngân hà, trong một khu vực mà kính thiên văn bình thường không chụp được gì.

Trong bức ảnh, bạn có thể thấy các thiên hà xoắn ốc tương tự như thiên hà của chúng ta và các nước láng giềng gần gũi của chúng ta. Bức ảnh cũng cho thấy các thiên hà màu đỏ khuếch tán, nơi hình thành sao đã ngừng, cũng như các điểm thậm chí là các thiên hà xa hơn trong không gian và thời gian.

Vũ trụ được ước tính là 13,7 tỷ năm tuổi, và bức ảnh chụp trường sâu cho thấy các thiên hà cách xa 13,2 tỷ năm ánh sáng. Trước Hubble, các thiên hà xa nhất được quan sát cách chúng ta 7 tỷ năm ánh sáng và hình ảnh tương tự như trong bức ảnh chụp trường sâu.

Hình ảnh không gian sâu không chỉ cho thấy vũ trụ xa xôi, nó còn cho thấy vũ trụ trong quá khứ, bởi vì các photon được sử dụng để xây dựng hình ảnh đã 13,2 tỷ năm tuổi. Do đó, nó là hình ảnh của một phần vũ trụ sơ khai.

Toàn cảnh gần và trung gian

Nhóm thiên hà địa phương bao gồm Dải Ngân hà và Tiên nữ láng giềng, thiên hà Tam giác và khoảng 30 thiên hà khác, cách chúng ta chưa đầy 5,2 triệu năm ánh sáng.

Điều này có nghĩa là khoảng cách và thời gian ít hơn 2.500 lần so với các thiên hà trường sâu. Tuy nhiên, sự xuất hiện của vũ trụ và hình dạng của các thiên hà của nó trông giống với vũ trụ xa hơn và cũ hơn.

Hình 3: Nhóm thiên hà Hickson-44 trong chòm sao Leo cách chúng ta 60 triệu năm ánh sáng. (Tín dụng: Nhóm hình ảnh MASIL)

Hình 2 là một mẫu của phạm vi trung gian của vũ trụ được khám phá. Đó là nhóm thiên hà Hickson-44 cách chúng ta 60 triệu năm ánh sáng trong chòm sao Leo.

Có thể thấy, sự xuất hiện của vũ trụ ở khoảng cách và thời gian trung gian tương tự như sự xuất hiện của vũ trụ sâu xa hơn 220 lần và của nhóm cục bộ, gần hơn năm lần.

Điều này dẫn đến suy nghĩ rằng lý thuyết về trạng thái dừng của vũ trụ ít nhất có một nền tảng quan sát, vì bức tranh toàn cảnh của vũ trụ ở các quy mô không-thời gian khác nhau là rất giống nhau.

Trong tương lai, có thể một lý thuyết vũ trụ mới sẽ được tạo ra với những khía cạnh thành công nhất của cả lý thuyết trạng thái dừng và lý thuyết Vụ nổ lớn.

Người giới thiệu

1. Bang - Crunch - Bang. Phục hồi từ: FQXi.org
2. Bách khoa toàn thư trực tuyến Britannica. Thuyết trạng thái ổn định. Phục hồi từ: Britannica.com
3. Neofronters. Mô hình trạng thái ổn định. Phục hồi từ: neofronteras.com
4. Wikipedia. Thuyết trạng thái ổn định. Khôi phục từ: wikipedia.com
5. Wikipedia. Nguyên lý vũ trụ. Khôi phục từ: wikipedia.com