Wat is de steady-state-theorie in de kosmologie?

Steady-state theorie was een theorie die in de 20e-eeuwse kosmologie werd voorgesteld om het bewijs te verklaren dat het universum zich uitbreidde, maar nog steeds het kernidee behoudt dat het universum er altijd hetzelfde uitziet en daarom in de praktijk onveranderlijk is en geen begin en geen einde heeft. Dit idee is grotendeels in diskrediet gebracht vanwege astronomisch bewijs dat suggereert dat het universum in de loop van de tijd verandert.

Steady-state theorie Achtergrond en ontwikkeling

Toen Einstein zijn algemene relativiteitstheorie creëerde, toonde de vroege analyse aan dat het een universum creëerde dat instabiel was (uitbreidend of samentrekkend) in plaats van het statische universum dat altijd werd aangenomen. Einstein hield ook deze veronderstelling over een statisch universum, dus introduceerde hij een term in zijn algemene relativiteitsveldvergelijkingen genaamd de kosmologische constante. Dit diende om het universum in een statische toestand te houden. Toen Edwin Hubble echter het bewijs ontdekte dat verre sterrenstelsels zich in feite in alle richtingen van de aarde uitbreidden, beseften wetenschappers (inclusief Einstein) dat het universum niet statisch leek te zijn en dat de term werd verwijderd.

De steady-state theorie werd voor het eerst voorgesteld door Sir James Jeans in de jaren 1920, maar het kreeg echt een boost in 1948 toen het opnieuw werd geformuleerd door Fred Hoyle, Thomas Gold en Hermann Bondi. Er is een dubieus verhaal dat ze met de theorie kwamen na het kijken naar de film "Dead of Night", die precies eindigt zoals het begon.

Hoyle werd vooral een belangrijke voorstander van de theorie, vooral in tegenstelling tot de oerknaltheorie. In feite, in een Britse radio-uitzending, bedacht Hoyle de term "oerknal" enigszins belachelijk om de tegengestelde theorie te verklaren.

In zijn boek "Parallel Worlds" geeft fysicus Michio Kaku een redelijke rechtvaardiging voor Hoyle's toewijding aan het steady-state model en oppositie tegen het oerknalmodel:

Een defect in de [oerknal] -theorie was dat Hubble, vanwege fouten bij het meten van licht van verre sterrenstelsels, de leeftijd van het universum had berekend op 1,8 miljard jaar. Geologen beweerden dat de aarde en het zonnestelsel waarschijnlijk vele miljarden jaren oud waren. Hoe kan het universum jonger zijn dan zijn planeten?

In hun boek 'Endless Universe: Beyond the Big Bang' zijn kosmologen Paul J. Steinhardt en Neil Turok iets minder sympathiek voor Hoyle's houding en motivaties:

Vooral Hoyle vond de oerknal weerzinwekkend omdat hij heftig anti-religieus was en hij dacht dat het kosmologische beeld verontrustend dicht bij het bijbelse verhaal lag. Om de knal te vermijden, waren hij en zijn medewerkers bereid om het idee te overwegen dat materie en straling voortdurend in het universum werden gecreëerd op zo'n manier dat de dichtheid en temperatuur constant blijven terwijl het universum groeit. Dit steady-state-beeld was het laatste standpunt voor voorstanders van het onveranderlijke universum-concept, waarbij een strijd van drie decennia met voorstanders van het oerknalmodel werd ingezet.

Zoals deze citaten aangeven, was het belangrijkste doel van de steady-state theorie de uitbreiding van het universum te verklaren zonder te moeten zeggen dat het universum als geheel er op verschillende tijdstippen anders uitziet. Als het universum op een bepaald tijdstip in principe hetzelfde lijkt, is het niet nodig om een ​​begin of een einde aan te nemen. Dit staat algemeen bekend als het perfecte kosmologische principe. De belangrijkste manier waarop Hoyle (en anderen) in staat was dit principe te behouden, was door een situatie voor te stellen terwijl het universum zich uitbreidde en er nieuwe deeltjes werden gecreëerd. Nogmaals, zoals gepresenteerd door Kaku:

In dit model waren delen van het universum in feite aan het uitbreiden, maar uit niets werd voortdurend nieuwe materie gecreëerd, zodat de dichtheid van het universum hetzelfde bleef ... Voor Hoyle leek het onlogisch dat een vurige ramp uit het niets kon verschijnen om sterrenstelsels alle kanten op te sturen; hij gaf de voorkeur aan het soepel creëren van massa uit het niets. Met andere woorden, het universum was tijdloos. Het had geen einde, noch een begin. Het was gewoon zo.

Weerlegging van de steady-state theorie

Het bewijs tegen de steady-state theorie groeide naarmate nieuw astronomisch bewijs werd ontdekt. Bepaalde kenmerken van verre sterrenstelsels (zoals quasars en radiostelsels) werden bijvoorbeeld niet gezien in nabije sterrenstelsels. Dit is logisch in de oerknaltheorie, waar de verre sterrenstelsels eigenlijk 'jongere' sterrenstelsels vertegenwoordigen en nabije sterrenstelsels ouder zijn, maar de steady-state-theorie kan dit verschil niet verklaren. Het is eigenlijk precies het soort verschil dat de theorie is ontworpen om te vermijden.

De laatste "nagel in de kist" van de steady-state kosmologie kwam echter van de ontdekking van de kosmologische microgolf-achtergrondstraling, die was voorspeld als onderdeel van de oerknaltheorie maar absoluut geen reden had om in de steady-state te bestaan theorie.

In 1972 zei Steven Weinberg over het bewijsmateriaal dat steady state kosmologie tegenwerkt:

In zekere zin is het meningsverschil een verdienste van het model; alleen onder alle kosmologieën doet het steady-state-model zulke duidelijke voorspellingen dat het zelfs met het beperkte waarnemingsbewijs waarover we beschikken kan worden weerlegd.

Quasi-stabiele staatstheorie

Er zijn nog steeds wetenschappers die de steady-state-theorie verkennen in de vorm van quasi-stabiele toestandstheorie. Het wordt niet algemeen aanvaard door wetenschappers en er zijn veel kritieken op geuit die niet voldoende zijn aangepakt.