STEADY-STATE-THEORIE: GESCHICHTE, ERKLÄRUNG, GEGENWART - ARTE - 2025

Die Steady-State-Theorie ist ein kosmologisches Modell, bei dem das Universum immer gleich aussieht, egal wo oder wann es beobachtet wird. Dies bedeutet, dass selbst an den entlegensten Orten des Universums Planeten, Sterne, Galaxien und Nebel mit denselben Elementen hergestellt werden, die wir kennen, und in demselben Verhältnis, obwohl es eine Tatsache ist, dass sich das Universum ausdehnt.

Aus diesem Grund wird geschätzt, dass die Dichte des Universums nur um die Masse eines Protons pro Kubikkilometer pro Jahr abnimmt. Um dies zu kompensieren, postuliert die Steady-State-Theorie die Existenz einer kontinuierlichen Materieproduktion.

Abbildung 1: Bild des extremen tiefen Feldes, das vom Hubble-Weltraumteleskop in 13,2 Milliarden Lichtjahren Entfernung aufgenommen wurde. (Bildnachweis: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee und P. Oesch, Universität von Kalifornien, Santa Cruz, R. Bouwens, Universität Leiden, und das HUDF09-Team)

Es bestätigt auch, dass das Universum immer existiert hat und für immer existieren wird, obwohl es, wie bereits gesagt, weder seine Expansion noch die daraus resultierende Trennung der Galaxien leugnet, Tatsachen, die von der Wissenschaft vollständig bestätigt wurden.

Geschichte

Die Steady-State-Theorie wurde 1946 vom Astronomen Fred Hoyle, dem Mathematiker und Kosmologen Hermann Bondi und dem Astrophysiker Thomas Gold vorgeschlagen, basierend auf einer Idee, die vom Horrorfilm Dead of Night von 1945 inspiriert war.

Zuvor hatte Albert Einstein ein kosmologisches Prinzip formuliert, in dem er feststellt, dass das Universum "unter Raum-Zeit-Übersetzungen und unter Rotationen unveränderlich" sein muss. Mit anderen Worten: Es muss homogen sein und keine Vorzugsrichtung haben.

1948 fügten Bondi und Gold dieses Prinzip als Teil ihrer Theorie des stationären Zustands des Universums hinzu und stellten fest, dass die Dichte des Universums trotz seiner kontinuierlichen und ewigen Expansion einheitlich bleibt.

Erläuterung

Das stationäre Modell stellt sicher, dass sich das Universum für immer weiter ausdehnt, da es immer Quellen von Materie und Energie gibt, die es so erhalten, wie wir es heute kennen.

Auf diese Weise werden kontinuierlich neue Wasserstoffatome erzeugt, um Nebel zu bilden, aus denen schließlich neue Sterne und Galaxien entstehen. Alles mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der sich die alten Galaxien entfernen, bis sie nicht mehr zu beobachten sind und die neuen Galaxien von den ältesten nicht mehr zu unterscheiden sind.

Woher weißt du, dass sich das Universum ausdehnt? Untersuchung des Lichts von Sternen, die hauptsächlich aus Wasserstoff bestehen und charakteristische Linien elektromagnetischer Emission emittieren, die einem Fingerabdruck ähneln. Dieses Muster wird als Spektrum bezeichnet und ist in der folgenden Abbildung zu sehen:

Figure 2. Emissionsspektrum von Wasserstoff. Die rote Linie entspricht der Wellenlänge von 656 nm.

Galaxien bestehen aus Sternen, deren Spektren bis auf einen kleinen Unterschied mit denen der Atome in unseren Labors übereinstimmen: Sie werden aufgrund des Doppler-Effekts, der ein eindeutiges Zeichen für a ist, zu höheren Wellenlängen, dh zu Rot verschoben Abgelegenheit.

Die meisten Galaxien haben diese Rotverschiebung in ihren Spektren. Nur wenige in der nahe gelegenen "lokalen Galaxiengruppe" zeigen eine Blauverschiebung.

Eine davon ist die Andromeda-Galaxie, die sich nähert und mit der möglicherweise in vielen Äonen die Milchstraße, unsere eigene Galaxie, verschmelzen wird

Die zurückweichenden Galaxien und Hubbles Gesetz

Eine charakteristische Linie des Wasserstoffspektrums ist die bei 656 Nanometern (nm). Im Licht einer Galaxie hat sich dieselbe Linie auf 660 nm bewegt. Daher hat es eine Rotverschiebung von 660 - 656 nm = 4 nm.

Andererseits ist der Quotient zwischen der Wellenlängenverschiebung und der Wellenlänge in Ruhe gleich dem Quotienten zwischen der Geschwindigkeit der Galaxie v und der Lichtgeschwindigkeit (c = 300.000 km / s):

Mit diesen Daten:

v = 0,006c

Das heißt, diese Galaxie bewegt sich mit der 0,006-fachen Lichtgeschwindigkeit weg: etwa 1800 km / s. Das Hubble-Gesetz besagt, dass die Entfernung einer Galaxie d proportional zur Geschwindigkeit v ist, mit der sie sich wegbewegt:

Die Proportionalitätskonstante ist die Umkehrung der Hubble-Konstante, bezeichnet als Ho, deren Wert ist:

Dies bedeutet, dass sich die Galaxie im Beispiel in einer Entfernung von:

Geschenk

Das am weitesten verbreitete kosmologische Modell ist bislang die Urknalltheorie. Einige Autoren formulieren jedoch weiterhin Theorien außerhalb davon und unterstützen die Steady-State-Theorie.

Forscher für die stationäre Theorie

Der hinduistische Astrophysiker Jayant Narlikar, der in Zusammenarbeit mit einem der Schöpfer der Steady-State-Theorie gearbeitet hat, hat relativ neue Veröffentlichungen zur Unterstützung des Steady-State-Modells veröffentlicht.

Beispiele hierfür: "Entstehung von Materie und anomale Rotverschiebung" und "Theorien der Strahlungsabsorption in expandierenden Universen", beide 2002 veröffentlicht. Diese Arbeiten suchen nach alternativen Erklärungen zum Urknall, um die Expansion des Universums und des Universums zu erklären Mikrowellenhintergrund.

Der schwedische Astrophysiker und Erfinder Johan Masreliez ist ein weiterer zeitgenössischer Verfechter der Theorie des stationären Zustands, indem er die maßstabsgetreue kosmische Expansion vorschlägt, eine unkonventionelle alternative Theorie zum Urknall.

Die Russische Akademie der Wissenschaften veröffentlichte in Anerkennung seiner Arbeit 2015 eine Monographie seiner Beiträge zur Astrophysik.

Kosmische Hintergrundstrahlung

1965 entdeckten zwei Ingenieure der Bell Telephone Laboratories: A. Penzias und R. Wilson Hintergrundstrahlung, die sie nicht aus ihren Richtmikrowellenantennen entfernen konnten.

Das Merkwürdigste ist, dass sie keine Quelle von ihnen identifizieren konnten. Die Strahlung blieb in jeder Richtung, in die die Antenne gerichtet war, gleich. Aus dem Strahlungsspektrum ermittelten die Ingenieure eine Temperatur von 3,5 K.

In ihrer Nähe und basierend auf dem Urknallmodell sagte eine andere Gruppe von Wissenschaftlern, diesmal Astrophysiker, kosmische Strahlung mit derselben Temperatur voraus: 3,5 K.

Beide Teams kamen völlig unterschiedlich und unabhängig voneinander zu dem gleichen Ergebnis, ohne über die Arbeit des anderen Bescheid zu wissen. Zufälligerweise wurden die beiden Werke am selben Tag und in derselben Zeitschrift veröffentlicht.

Die Existenz dieser Strahlung, die als kosmische Hintergrundstrahlung bezeichnet wird, ist das stärkste Argument gegen die stationäre Theorie, da es keine Möglichkeit gibt, sie zu erklären, es sei denn, es handelt sich um die Überreste der Strahlung des Urknalls.

Befürworter schlugen jedoch schnell die Existenz von im ganzen Universum verstreuten Strahlungsquellen vor, die ihre Strahlung mit kosmischem Staub zerstreuten, obwohl es bisher keine Beweise dafür gibt, dass diese Quellen tatsächlich existieren.

Argumente dafür

Zum Zeitpunkt des Vorschlags und mit den verfügbaren Beobachtungen war die Steady-State-Theorie eine der von Physikern und Kosmologen am meisten akzeptierten. Bis dahin - Mitte des 20. Jahrhunderts - gab es keinen Unterschied zwischen dem nächsten und dem entfernten Universum.

Die ersten Schätzungen, die auf der Urknalltheorie basierten, datierten das Universum auf ungefähr 2 Milliarden Jahre, aber zu dieser Zeit war bekannt, dass das Sonnensystem bereits 5 Milliarden Jahre alt war und die Milchstraße zwischen 10 und 12 Milliarden Jahre alt. Jahre.

Diese Fehleinschätzung wurde zu einem Punkt zugunsten der Steady-State-Theorie, da das Universum offensichtlich nicht nach der Milchstraße oder dem Sonnensystem hätte beginnen können.

Aktuelle Berechnungen basierend auf dem Urknall schätzen das Alter des Universums auf 13,7 Milliarden Jahre und bis heute wurden keine Objekte im Universum vor diesem Alter gefunden.

Gegenargumente

Zwischen den 1950er und 1960er Jahren wurden helle Quellen von Radiofrequenzen entdeckt: Quasare und Radiogalaxien. Diese kosmischen Objekte wurden nur in sehr großen Entfernungen gefunden, das heißt in der fernen Vergangenheit.

Unter den Voraussetzungen des stationären Modells sollten diese intensiven Quellen von Funkfrequenzen mehr oder weniger gleichmäßig im gegenwärtigen und vergangenen Universum verteilt sein, die Beweise zeigen jedoch etwas anderes.

Andererseits ist das Urknallmodell mit dieser Beobachtung konkreter, da sich Quasare und Radiogalaxien in dichteren und heißeren Stadien des Universums gebildet haben könnten und später zu Galaxien werden könnten.

Ansichten des Universums

Fernpanorama

Das Foto in Abbildung 1 ist das extreme Hubfeldbild, das zwischen 2003 und 2004 vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurde.

Es entspricht einem sehr kleinen Bruchteil von weniger als 0,1º des südlichen Himmels im Sternbild Fornax, weit entfernt von der Blendung der Milchstraße, in einem Gebiet, in dem normale Teleskope nichts erfassen.

Auf dem Foto sehen Sie Spiralgalaxien, die unseren eigenen und unseren nahen Nachbarn ähnlich sind. Das Foto zeigt auch diffuse rote Galaxien, bei denen die Sternentstehung aufgehört hat, sowie Punkte, die räumlich und zeitlich noch weiter entfernte Galaxien sind.

Das Universum wird auf 13,7 Milliarden Jahre geschätzt, und das Tiefenfeldfoto zeigt Galaxien, die 13,2 Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Vor Hubble waren die am weitesten beobachteten Galaxien 7 Milliarden Lichtjahre entfernt, und das Bild ähnelte dem auf dem Tiefenfeldfoto gezeigten.

Das Weltraumbild zeigt nicht nur das ferne Universum, sondern auch das vergangene Universum, da die Photonen, mit denen das Bild erstellt wurde, 13,2 Milliarden Jahre alt sind. Es ist daher das Bild eines Teils des frühen Universums.

Nah- und Zwischenpanorama

Die lokale Galaxiengruppe umfasst die Milchstraße und das benachbarte Andromeda, die Dreieckgalaxie und etwa dreißig weitere, weniger als 5,2 Millionen Lichtjahre entfernt.

Dies bedeutet 2.500 Mal weniger Entfernung und Zeit als Tieffeldgalaxien. Das Aussehen des Universums und die Form seiner Galaxien ähneln jedoch dem fernen und älteren Universum.

Abbildung 3: Hickson-44-Galaxiengruppe im Sternbild Leo 60 Millionen Lichtjahre entfernt. (Credits: MASIL Imaging Team)

Abbildung 2 ist ein Beispiel für den Zwischenbereich des erforschten Universums. Es ist die 60 Millionen Lichtjahre entfernte Hickson-44-Galaxiengruppe im Sternbild Löwe.

Wie zu sehen ist, ähnelt das Erscheinungsbild des Universums in Entfernungen und Zwischenzeiten dem des tiefen Universums, das 220-mal weiter entfernt ist, und dem der lokalen Gruppe, die fünfmal näher liegt.

Dies lässt uns glauben, dass die Theorie des stationären Zustands des Universums zumindest eine Beobachtungsgrundlage hat, da das Panorama des Universums auf verschiedenen Raum-Zeit-Skalen sehr ähnlich ist.

In Zukunft ist es möglich, dass eine neue kosmologische Theorie mit den erfolgreichsten Aspekten sowohl der stationären Theorie als auch der Urknalltheorie erstellt wird.

Verweise

1. Bang - Crunch - Bang. Wiederhergestellt von: FQXi.org
2. Britannica Online-Enzyklopädie. Steady-State-Theorie. Wiederhergestellt von: Britannica.com
3. Neofronter. Steady-State-Modell. Wiederhergestellt von: neofronteras.com
4. Wikipedia. Steady-State-Theorie. Wiederhergestellt von: wikipedia.com
5. Wikipedia. Kosmologisches Prinzip. Wiederhergestellt von: wikipedia.com