什么是宇宙學的穩(wěn)態(tài)理論?
穩(wěn)態(tài)理論是20世紀宇宙學提出的一種理論,用于解釋宇宙正在擴張的證據(jù),但仍然保留宇宙始終看起來相同的核心思想,因此在實踐中不變,沒有開始也沒有結(jié)束。這個想法在很大程度上是不可信的,因為天文證據(jù)表明宇宙實際上是隨著時間的推移而變化的。
穩(wěn)態(tài)理論背景與發(fā)展
當愛因斯坦創(chuàng)造他的廣義相對論時,早期的分析表明,它創(chuàng)造了一個不穩(wěn)定(擴張或收縮)的宇宙,而不是一直假設(shè)的靜態(tài)宇宙。愛因斯坦也持有這個關(guān)于靜態(tài)宇宙的假設(shè),所以他在他的廣義相對論場方程中引入了一個術(shù)語,稱為宇宙常數(shù)。這是為了將宇宙保持在靜態(tài)狀態(tài)。然而,當埃德溫·哈布(Edwin Hubble)發(fā)現(xiàn)遠古宇宙實際上在各個方向上遠離地球的證據(jù)時,科學家(包括愛因斯坦)意識到宇宙沒有't似乎是靜態(tài)的,這個術(shù)語被刪除了
穩(wěn)態(tài)理論最早是由James Jeans爵士在20世紀20年代提出的,但在1948年由Fred Hoyle,Thomas Gold和Hermann Bondi重新制定時,它確實得到了提升。有一個可疑的故事,他們在觀看電影后提出了理論"深夜,"完全按照開始結(jié)束。
Hoyle特別成為該理論的主要支持者,特別是對大爆炸理論的反對。事實上,在英國廣播節(jié)目中,Hoyle創(chuàng)造了這個術(shù)語"big bang"有點巧妙地解釋了相反的理論。
在他的書"平行世界,"物理學家Michio Kaku為Hoyle'致力于穩(wěn)態(tài)模型和反對大爆炸模型提供了一個合理的理由:
[big bang]理論的一個缺陷是,Hubble由于測量遠距離星光的誤差而誤認為宇宙的年齡為18億年。地質(zhì)學家聲稱地球和太陽系可能有數(shù)十億年的歷史。宇宙怎么會比它的行星年輕?
在他們的書"無盡的宇宙:超越大爆炸,"宇宙學家Paul J.Steinhardt和Neil Turok對Hoyle'立場和動機的同情程度較低:
特別是,霍伊爾發(fā)現(xiàn)了“大爆炸”,因為他非常強烈地反對宗教,他認為宇宙圖景令人不安地接近圣經(jīng)的說法。為了避免爆炸,他和他的合作者愿意考慮這樣一種觀點,即物質(zhì)和輻射在整個宇宙中不斷產(chǎn)生,以保持宇宙擴張時的密度和溫度恒定。這種穩(wěn)態(tài)圖景是不變宇宙概念倡導者的**立場,引發(fā)了與大爆炸模型支持者的三十年戰(zhàn)斗。
正如這些引文所指出的那樣,穩(wěn)態(tài)理論的主要目標是解釋宇宙的擴張,而不必說整個宇宙在不同的時間點看起來是不同的。如果任何給定時間點的宇宙看起來基本相同,則不需要假設(shè)開始或結(jié)束。這通常被稱為完美的宇宙原理。Hoyle(和其他人)能夠保留這一原則的主要方式是提出一種情況,而宇宙擴大了,新的粒子被創(chuàng)造出來。再次,如Kaku所述:
在這個模型中,宇宙的一部分實際上正在擴大,但是新物質(zhì)一直是一無所獲地創(chuàng)造出來的,所以宇宙的密度保持不變……對于Hoyle來說,一個劇烈的災難似乎是不合邏輯的sm可能無處出現(xiàn),使宇宙向各個方向跳動;他更喜歡毫無疑問地平滑地創(chuàng)造質(zhì)量。換句話說,宇宙是永恒的。它沒有結(jié)束,也沒有開始。只是。
反駁穩(wěn)態(tài)理論
隨著新的天文證據(jù)的發(fā)現(xiàn),反對穩(wěn)態(tài)理論的證據(jù)越來越多。例如,遠星系(如準星和無線電星系)的某些特征是'在近星系中可見。這在大爆炸理論中是有意義的,在這個理論中,遙遠的星團實際上代表了"年輕的"星團和更近的星團更老,但是穩(wěn)態(tài)理論沒有真正的方法來解釋這種差異。事實上,它恰好是理論旨在避免的那種差異。
然而,穩(wěn)態(tài)宇宙學的最終結(jié)果來自于宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn),該輻射被預測為大爆炸理論的一部分,但**沒有理由存在于穩(wěn)態(tài)理論。
1972年,史蒂文·溫伯格(Steven Weinberg)談到反對穩(wěn)態(tài)宇宙學的證據(jù):
從某種意義上說,這種分歧是模型的一種信用;僅在所有宇宙中,穩(wěn)態(tài)模型就做出了如此明確的預測,即使我們所掌握的觀測證據(jù)有限,也可以反駁。
準穩(wěn)態(tài)理論
還有一些科學家以準穩(wěn)態(tài)理論的形式探索穩(wěn)態(tài)理論。它在科學家中并未被廣泛接受,并且科普制度已經(jīng)提出了許多批評,但尚未得到充分解決。
來源
"Gold,Thomas。"完整的科學傳記詞典,Charles Scribner's Sons,哥倫比亞百科全書,2008。
Kaku,Michio。"平行世界:通過創(chuàng)造,更高維度和宇宙未來的旅程。"第1版,Doubleday,2004年12月28日。
Keim,Brandon。"物理學家Neil Turok:大爆炸是'不是開始。"有線,2008年2月19日。
"Paul J.Steinhardt。"普林斯頓大學物理系,2019年,新澤西州普林斯頓。
"穩(wěn)態(tài)理論。"新世界百科全書,2015年10月21日。
Steinhardt,Paul J."無盡的宇宙:超越大爆炸。"Neil Turok,第五版或更晚版本,Doubleday,2007年5月29日。
文件。"Fred Hoyle。"著名科學家,2019年。