Qual è la teoria dello stato stazionario in cosmologia?

Teoria dello stato stazionario era una teoria proposta nella cosmologia del 20 ° secolo per spiegare l'evidenza che l'universo si stava espandendo, ma conserva ancora l'idea di base che l'universo sembra sempre lo stesso, ed è quindi immutabile nella pratica e non ha né inizio né fine. Questa idea è stata in gran parte screditata a causa di prove astronomiche che suggeriscono che l'universo, in effetti, sta cambiando nel tempo.

Teoria e sviluppo dello stato stazionario

Quando Einstein creò la sua teoria della relatività generale, l'analisi iniziale mostrò che creava un universo instabile (in espansione o in contrazione) piuttosto che l'universo statico che era sempre stato assunto. Anche Einstein sostenne questa ipotesi su un universo statico, quindi introdusse un termine nelle equazioni del campo della relatività generale chiamato " costante cosmologica. Ciò serviva allo scopo di mantenere l'universo in uno stato statico. Tuttavia, quando Edwin Hubble scoprì prove che le galassie distanti si stavano effettivamente espandendo lontano dalla Terra in tutte le direzioni, gli scienziati (incluso Einstein) si resero conto che l'universo non sembrava essere statico e il termine fu rimosso.

La teoria dello stato stazionario fu proposta per la prima volta da Sir James Jeans negli anni '20, ma ebbe davvero un impulso nel 1948 quando fu riformulata da Fred Hoyle, Thomas Gold ed Hermann Bondi. C'è una storia discutibile che hanno inventato la teoria dopo aver visto il film "Dead of Night", che termina esattamente come è iniziato.

Hoyle divenne in particolare uno dei principali sostenitori della teoria, specialmente in opposizione alla teoria del big bang. In effetti, in una trasmissione radiofonica britannica, Hoyle ha coniato in modo un po 'ironico il termine "big bang" per spiegare la teoria opposta.

Nel suo libro "Parallel Worlds", il fisico Michio Kaku fornisce una giustificazione ragionevole per la dedizione di Hoyle al modello di stato stazionario e l'opposizione al modello di big bang:

Un difetto nella teoria del [big bang] era che Hubble, a causa di errori nella misurazione della luce da galassie distanti, aveva calcolato male l'età dell'universo in 1,8 miliardi di anni. I geologi affermarono che la Terra e il sistema solare avevano probabilmente molti miliardi di anni. Come potrebbe l'universo essere più giovane dei suoi pianeti?

Nel loro libro "Endless Universe: Beyond the Big Bang", i cosmologi Paul J. Steinhardt e Neil Turok sono un po 'meno in sintonia con la posizione e le motivazioni di Hoyle:

Hoyle, in particolare, trovava orribile il big bang perché era fortemente antireligioso e pensava che il quadro cosmologico fosse inquietantemente vicino al racconto biblico. Per evitare il botto, lui e i suoi collaboratori erano disposti a contemplare l'idea che la materia e la radiazione fossero continuamente create in tutto l'universo in modo tale da mantenere costante la densità e la temperatura man mano che l'universo si espandeva. Questa immagine di stato stazionario è stata l'ultima posizione per i sostenitori del concetto di universo immutabile, dando il via a una battaglia di tre decenni con i sostenitori del modello del big bang.

Come indicano queste citazioni, l'obiettivo principale della teoria dello stato stazionario era spiegare l'espansione dell'universo senza dover dire che l'universo nel suo insieme appare diverso in diversi punti nel tempo. Se l'universo in un dato momento sembra sostanzialmente lo stesso, non è necessario assumere un inizio o una fine. Questo è generalmente noto come il perfetto principio cosmologico. Il modo principale in cui Hoyle (e altri) è stato in grado di mantenere questo principio è stato quello di proporre una situazione mentre l'universo si espandeva, creando nuove particelle. Ancora una volta, come presentato da Kaku:

In questo modello, le parti dell'universo si stavano effettivamente espandendo, ma la nuova materia veniva costantemente creata dal nulla, in modo che la densità dell'universo rimanesse la stessa ... A Hoyle, sembrava illogico che un cataclisma infuocato potesse apparire dal nulla inviare galassie che sfrecciano in tutte le direzioni; preferiva la creazione regolare di massa dal nulla. In altre parole, l'universo era senza tempo. Non aveva fine né inizio. Lo era e basta.

Confutare la teoria dello stato stazionario

Le prove contro la teoria dello stato stazionario crebbero quando furono scoperte nuove prove astronomiche. Ad esempio, alcune caratteristiche di galassie distanti (come quasar e radio galassie) non sono state osservate nelle galassie più vicine. Questo ha senso nella teoria del big bang, in cui le galassie distanti in realtà rappresentano galassie "più giovani" e le galassie più vicine sono più vecchie, ma la teoria dello stato stazionario non ha alcun modo reale di giustificare questa differenza. In realtà, è proprio il tipo di differenza che la teoria è stata progettata per evitare.

L'ultimo "chiodo nella bara" della cosmologia allo stato stazionario, tuttavia, venne dalla scoperta della radiazione cosmologica di fondo a microonde, che era stata prevista come parte della teoria del big bang ma non aveva assolutamente motivo di esistere nello stato stazionario teoria.

Nel 1972, Steven Weinberg disse delle prove che si opponevano alla cosmologia dello stato stazionario:

In un certo senso, il disaccordo è un credito per il modello; solo tra tutte le cosmologie, il modello dello stato stazionario fa previsioni così definite che può essere smentito anche con la limitata evidenza osservativa a nostra disposizione.

Teoria dello stato quasi costante

Ci sono ancora alcuni scienziati che esplorano la teoria dello stato stazionario sotto forma di teoria dello stato quasi stabile. Non è ampiamente accettato dagli scienziati e sono state avanzate molte critiche che non sono state adeguatamente affrontate.