Kozmik kökenlerimiz söz konusu olduğunda, tarih boyunca bir takım teoriler ileri sürülmüştür. Kelimenin tam anlamıyla var olan her kültürün doğal olarak bir yaratılış hikayesi içeren kendi mitolojik geleneği vardı. Bilimsel geleneğin doğumuyla, bilim adamları Evreni test edilebilecek ve kanıtlanabilecek fiziksel yasalar açısından anlamaya başladılar.
Uzay Çağı'nın şafağında bilim adamları, kozmolojik teorileri gözlemlenebilir fenomenler açısından test etmeye başladılar. Bütün bunlardan, 20. yüzyılın ikinci yarısında ortaya çıkan ve tüm maddenin ve onun yönettiği fiziksel yasaların nasıl olduğunu açıklamaya çalışan bir takım teoriler ortaya çıktı. Bunlardan, Big Bang Teorisi en yaygın kabul gören olmaya devam ederken, Kararlı Durum Hipotezi tarihsel olarak en büyük meydan okumasıdır.
Kararlı Durum modeli, genişleyen evrendeki maddenin yoğunluğunun, maddenin sürekli yaratılması nedeniyle zaman içinde değişmediğini belirtir. Başka bir deyişle, gözlemlenebilir Evren, zamandan veya mekandan bağımsız olarak esasen aynı kalır. Bu, maddenin çoğunun tek bir olayda (Büyük Patlama) yaratıldığı ve o zamandan beri genişlediği teorisiyle keskin bir tezat oluşturuyor.
Kökeni
İstikrarlı ve değişmeyen bir Evren kavramı tarih boyunca benimsenmiş olsa da, bilim adamlarının bunu astrofizik terimlerle yorumlamaya başlaması modern çağın başlarına kadar değildi. Bunun astronomi ve kozmoloji bağlamında tartışıldığı ilk açık örnek Isaac Newton'un Doğal Felsefenin Matematiksel İlkeleri (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) 1687'de yayınlanmıştır.
Newton’un magnum opus'unda Evreni, Güneş Sisteminin ötesinde ölçülemeyen mesafelere her yöne eşit olarak uzanan boş bir alan olarak kavramsallaştırdı. Ayrıca, matematiksel kanıtlar ve gözlemlerle, bu sistemdeki tüm hareket ve dinamiklerin tek bir evrensel kütle çekim prensibi ile açıklandığını açıkladı.
Bununla birlikte, Kararlı Durum Hipotezi olarak bilinen şey 20. yüzyılın başlarına kadar ortaya çıkmadı. Bu kozmolojik model, bir dizi keşiften ve teorik fizik alanındaki atılımlardan ilham aldı. Bunlar arasında Albert Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi ve Edwin Hubble'ın Evrenin genişleme durumunda olduğu gözlemleri vardı.
Einstein, Özel Görelilik teorisini yerçekimini içerecek şekilde genişletmeye karar verdikten sonra 1915'e kadar bu teoriyi resmileştirdi. Nihayetinde, bu teori, maddenin ve enerjinin yerçekimi kuvvetinin, etrafındaki uzay-zamanın eğriliğini doğrudan değiştirdiğini belirtir. Ya da ünlü teorik fizikçi John Wheeler'ın özetlediği gibi, “uzay-zaman nasıl hareket edileceğini söyler; madde uzay-zamanın nasıl eğileceğini söyler. ”
1917'ye gelindiğinde, Einstein'ın alan denklemlerine dayalı teorik hesaplamalar, Evrenin genişleme veya daralma durumunda olması gerektiğini gösterdi. 1929'da, George Lemaitre (Big Bang Theory'yi öneren) ve Edwin Hubble'ın (Mount Wilson Gözlemevi'nde 100 inçlik Hooker teleskopunu kullanarak) yaptığı gözlemler, ikincisinin durum olduğunu gösterdi.
Bu vahiylere dayanarak, 1930'larda Evrenin olası kökenleri ve gerçek doğası hakkında bir tartışma başladı. Bir tarafta, evrenin sonlu olduğunu ve yerçekimi çöküşünden dolayı soğutma, genişleme ve yapıların oluşumu yoluyla zaman içinde geliştiğini iddia edenler vardı. Bu teori, Fred Hoyle tarafından hicivsel olarak “Büyük Patlama” olarak adlandırıldı ve isim takıldı.
Bu arada, gökbilimcilerin çoğunluğu, gözlemlenebilir Evrenin genişlerken, yine de maddenin yoğunluğu açısından değişmediği teorisine tutuldu. Kısacası, bu teorinin savunucuları Evren'in bir başlangıcı, sonu olmadığını ve bu maddenin zaman içinde sürekli olarak 100 milyar yılda bir metreküp başına bir hidrojen atomu oranında yaratıldığını savundu.
Bu teori aynı zamanda Einstein’ın Kozmolojik Prensibini de genişletti. Einstein'ın 1931'de önerdiği Kozmolojik Sabit (CC). Einstein'a göre, bu kuvvet “yer çekimini tutarak” ve Evrenin geniş ölçekli yapısı açısından sabit, homojen ve izotropik kalmasını sağlamaktan sorumluydu.
Bu ilkeyi değiştirmek ve onu genişletmek için, Kararlı Devlet düşünce okulu üyeleri, Evrenin yapısının zaman içinde aynı kalmasını sağlayan maddenin sürekli yaratılması olduğunu savundu. Bu, aksi halde Kararlı Durum Hipotezini destekleyen mükemmel kozmolojik prensip olarak bilinir.
Kararlı Devlet teorisi, 1948'de iki makalenin yayınlanmasıyla geniş çapta tanındı: İngiliz gökbilimci Fred Hoyle tarafından “Genişleyen Evren için Yeni Bir Model” ve İngiliz-Avusturyalı astrofizikçi tarafından “Kararlı Durum Teorisi ve Genişleyen Evren” Hermann Bondi ve Thomas Gold'un kozmolog ekibi.
Temel Argümanlar ve Tahminler
Kararlı Durum Hipotezini destekleyen argümanlar arasında, gözlenen kozmik genişleme oranının (yani Hubble Sabiti veya Hubble-Lemaitre yasası) ortaya çıkardığı görünen zaman ölçeği sorunu bulunmaktadır. Hubble’ın yakındaki galaksilere dair gözlemlerine dayanarak, Evrenin mesafeyle sistematik olarak artan bir hızda genişlediğini hesapladı.
Bu, Evrenin çok daha küçük bir hacimden genişlemeye başladığı fikrini doğurdu. Hızlanma / yavaşlama olmadığında - Megaparsec başına 500 km / s (Mpc başına 310 mps) - Hubble Sabiti, tüm maddelerin yaklaşık 2 milyar yıldır genişlediği anlamına geliyordu - bu da Evrenin üst yaşı olacaktır.
Bu bulgu, bilim adamlarının kaya örneklerinde Uranyum-238 ve Plütonyum-205 yatakları için bozulma oranını ölçtüğü radyoaktif tarihleme ile çelişmektedir. Bu yöntemi kullanarak, (ay kökenli) en eski kaya örneklerinin 4.6 milyar yıl olduğu tahmin edilmektedir. Yıldız evrim teorisinin bir sonucu olarak başka bir tutarsızlık ortaya çıktı.
Kısacası, hidrojenin yıldızların iç kısmında kaynaşma oranı (helyum oluşturmak için), küresel kümeler için 10 milyar yıllık bir üst yaş tahmini verir - galaksideki en eski yıldızlar. Dahası, bu modelde - yani radyo kaynakları anlamına gelen - uzak mesafelerde hiçbir evrim gerçekleşemezdi. kuasarlar veya Aktif Galaktik Çekirdekler (AGN'ler) - Evren boyunca tekdüze olur.
Ayrıca Hubble Sabiti'nin (20. yüzyılın başlarında hesaplandığı gibi) sabit kalacağı anlamına da gelecektir. Kararlı Durum modeli aynı zamanda antimadde ve nötronların düzenli bir şekilde yaratılmasının düzenli yok etme ve nötron çürümesine yol açacağını ve böylece Evren boyunca bir gama ışını arka planının ve sıcak, x-ışını yayan gazın varlığına yol açacağını öngördü.
Kazanmak için Big Bang
Bununla birlikte, 1950'ler ve 1960'larda devam eden gözlemler, Kararlı Durum Hipotezine karşı kanıtların artmasına yol açtı. Bunlar, uzak galaksilerde keşfedilen ancak bize en yakın olanlarda bulunmayan parlak radyo kaynaklarının (diğer bir deyişle kuasarlar ve radyo galaksileri) keşfedilmesini içeriyordu - bu, birçok galaksinin zamanla “radyo-sessiz” hale geldiğini gösteriyor.
1961'e gelindiğinde, radyo kaynaklarının araştırılması, parlak radyo galaksilerinin eşit olarak dağılma olasılığını dışlayan istatistiksel analizler yapılmasına izin verdi. Kararlı Durum Hipotezine karşı bir diğer önemli argüman, Big Bang modelinin tahmin ettiği 1964'te Kozmik Mikrodalga Arkaplanının (SPK) keşfiydi.
Bir gama ışını arka planının olmaması ve x-ışını yayan gazın yaygın bulutları ile birleştiğinde, Big Bang modeli 1960'lar tarafından yaygın olarak kabul edildi. 1990'lara gelindiğinde, Hubble uzay teleskobu ve diğer gözlemevleri de kozmik genişlemenin zaman içinde tutarlı olmadığını keşfettiler. Son üç milyar yılda, aslında, hızlanıyor.
Bu, Hubble Sabiti'nin birkaç geliştirmesine yol açtı. Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Probu (WMAP) tarafından toplanan verilere dayanarak, kozmik genişleme oranının şu anda Mpc başına 70 ila 73.8 km / s (Mpc başına 43.5 ila 46 mps) arasında olduğu ve% 3'lük bir hata payı olduğu tahmin edilmektedir. Bu değerler, Evrenin yaşını yaklaşık 13.8 milyar yıl alan gözlemlerle çok daha tutarlıdır.
Modern Varyantlar
1993'ten başlayarak Fred Hoyle ve astrofizikçiler Geoffrey Burbidge ve Jayant V. Narlikar, Kararlı Durum Hipotezinin yeni bir versiyonunu önerdikleri bir dizi çalışma yayınlamaya başladılar. Yarı-Durağan Durum hipotezi (QSS) olarak bilinen bu varyasyon, eski teorinin açıklanmadığı kozmolojik olayları açıklamaya çalışmıştır.
Bu model, Evrenin milyarlarca yıl boyunca meydana gelen yaratılış ceplerinin (yani mini-patlamaların) sonucu olduğunu ileri sürüyor. Bu model, Evrenin genişleme oranının nasıl hızlandığını gösteren verilere yanıt olarak değiştirildi. Bu değişikliklere rağmen, astronomik topluluk, Big Bang'i hala gözlemlenebilir tüm fenomenleri açıklamak için en iyi model olarak görüyor.
Bugün, bu model, Big Bang teorisi ile Karanlık Madde ve Karanlık Enerji hakkındaki mevcut teorileri bir araya getiren Lambda-Soğuk Karanlık Madde (LCDM) modeli olarak bilinir. Buna rağmen, Kararlı Durum Hipotezi (ve varyantları) hala bazı astrofizikçiler ve kozmologlar tarafından savunulmaktadır. Ve Big Bang Kozmolojisine tek alternatif bu değil…
Burada Space Magazine'de kozmoloji üzerine birçok makale yazdık. İşte Evren Nedir, Big Bang Teorisi: Evrenimizin Evrimi, Salınımlı Evren Teorisi Nedir ?, Büyük Rip Nedir ?, Çoklu Evren Teorisi Nedir ?, Süper Basamak Teorisi Nedir ?, Kozmik Mikrodalga Arka Planı Nedir? , Büyük Çöküş: Evrenimizin Sonu ?, Büyük Don Nedir? Ve Kozmoloji 101: Sonu.
Astronomi Ayrıca bu konuda bazı ilginç bölümler Cast. İşte Bölüm 5: Büyük Patlama ve Kozmik Mikrodalga Arka Planı, Bölüm 6: Büyük Patlama için Daha Fazla Kanıt, Bölüm 79: Evren Ne Kadar Büyük ?, Bölüm 187: Astronomi Tarihi, Bölüm 5: 20. Yüzyıl ve Bölüm 499: Önerilen Hubble-Lemaitre Yasası nedir?
Kaynaklar:
- Wikipedia - Kozmolojik İlke
- Vikipedi - Kararlı Durum Hipotezi
- Kozmoloji Fikirleri - Big Bang veya Kararlı Durum?
- Ansiklopedi Britannica - Kararlı Durum Teorisi
- UBC Astronomi ve Astrofizik - Kozmolojide Temel Konular
- “Genişleyen Evren İçin Yeni Bir Model,” Hoyle, F. MNRAS, cilt. 108, hayır. 372 (1948)
- “Yarı-Kararlı Durum ve İlgili Kozmolojik Modeller: Tarihsel Bir Gözden Geçirme,” Kragh. H. (2012)
- “Genişleyen Evrenin Kararlı Hal Teorisi,” MNRAS, cilt. 108, s. 252 (1948)
- “Einstein’ın kararlı durum teorisi: evrenin terk edilmiş bir modeli,” European Physical Journal H, cilt. 39, s. 353-367 (2014)
- “Maddenin Yaratılışıyla Yarı-Durağan Bir Devlet Kozmolojik Modeli,” Hoyle, F .; Burbidge, G .; Narlikar, J.V., Astrophysical Journal / 410, s. 437 (1993)
