Khi nói đến nguồn gốc vũ trụ của chúng ta, một số lý thuyết đã được nâng cao trong suốt quá trình lịch sử. Theo nghĩa đen, mọi nền văn hóa mà Lừa từng tồn tại đều có truyền thống thần thoại riêng, trong đó bao gồm một câu chuyện sáng tạo. Với sự ra đời của truyền thống khoa học, các nhà khoa học bắt đầu hiểu về Vũ trụ theo các quy luật vật lý có thể được kiểm tra và chứng minh.
Với bình minh của Thời đại Không gian, các nhà khoa học bắt đầu thử nghiệm các lý thuyết vũ trụ về các hiện tượng quan sát được. Từ tất cả những điều này, một số lý thuyết xuất hiện vào nửa cuối thế kỷ 20 đã cố gắng giải thích tất cả các vấn đề và các quy luật vật lý điều chỉnh nó ra đời như thế nào. Trong số này, Lý thuyết Big Bang vẫn được chấp nhận rộng rãi nhất trong khi Giả thuyết Nhà nước ổn định trong lịch sử là thách thức lớn nhất của nó.
Mô hình Steady-State tuyên bố rằng mật độ vật chất trong vũ trụ giãn nở không thay đổi theo thời gian do sự tạo ra vật chất liên tục. Nói cách khác, Vũ trụ quan sát được về cơ bản vẫn giống nhau bất kể thời gian hay địa điểm. Điều này đặt nó trái ngược hoàn toàn với lý thuyết rằng phần lớn vật chất được tạo ra trong một sự kiện duy nhất (Vụ nổ lớn) và đã được mở rộng kể từ đó.
Nguồn gốc
Trong khi khái niệm về một vũ trụ ổn định và không thay đổi đã được chấp nhận trong suốt lịch sử, phải đến thời kỳ đầu hiện đại, các nhà khoa học mới bắt đầu giải thích điều này bằng thuật ngữ vật lý thiên văn. Ví dụ rõ ràng đầu tiên về điều này đang được tranh luận trong bối cảnh thiên văn học và vũ trụ học là ở Isaac Newton. Nguyên lý toán học của triết học tự nhiên (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) xuất bản năm 1687.
Trong tác phẩm vĩ đại của Newton, ông đã khái niệm Vũ trụ bên ngoài Hệ Mặt trời như một không gian trống trải dài đồng đều theo mọi hướng đến những khoảng cách không thể đo lường được. Ông giải thích thêm thông qua các bằng chứng và quan sát toán học rằng tất cả các chuyển động và động lực trong hệ thống này đã được giải thích thông qua nguyên tắc duy nhất của trọng lực phổ quát.
Tuy nhiên, những gì sẽ được gọi là Giả thuyết Nhà nước ổn định đã không xuất hiện cho đến đầu thế kỷ 20. Mô hình vũ trụ này được lấy cảm hứng từ một số khám phá, cũng như những đột phá trong lĩnh vực vật lý lý thuyết. Chúng bao gồm Lý thuyết tương đối tổng quát của Albert Einstein và các quan sát của Edwin Hubble rằng Vũ trụ đang ở trong trạng thái giãn nở.
Einstein đã chính thức hóa lý thuyết này vào năm 1915 sau khi quyết định mở rộng lý thuyết tương đối đặc biệt của mình để kết hợp với lực hấp dẫn. Cuối cùng, lý thuyết này nói rằng lực hấp dẫn của vật chất và năng lượng trực tiếp làm thay đổi độ cong của không thời gian xung quanh nó. Hay như nhà vật lý lý thuyết lừng danh John Wheeler đã tóm tắt nó, thời gian không gian nói lên vấn đề làm thế nào để di chuyển; vật chất cho không gian thời gian làm thế nào để cong.
Đến năm 1917, các tính toán lý thuyết dựa trên các phương trình trường Einstein Einstein đã chỉ ra rằng Vũ trụ phải ở trong trạng thái giãn nở hoặc co lại. Đến năm 1929, các quan sát của George Lemaitre (người đề xuất Lý thuyết Vụ nổ lớn) và Edwin Hubble (sử dụng kính viễn vọng Hooker 100 inch tại Đài thiên văn Núi Wilson) đã chứng minh rằng trường hợp sau là trường hợp.
Dựa trên những tiết lộ này, một cuộc tranh luận bắt đầu từ những năm 1930 về nguồn gốc có thể và bản chất thực sự của Vũ trụ bắt đầu. Một bên, có những người đã khẳng định rằng Vũ trụ là hữu hạn về tuổi tác và phát triển theo thời gian thông qua việc làm mát, giãn nở và hình thành các cấu trúc do sự sụp đổ của lực hấp dẫn. Giả thuyết này đã được Fred Hoyle đặt tên một cách châm biếm là tên của Big Bang.
Trong khi đó, phần lớn các nhà thiên văn học vào thời điểm đó cho rằng trong khi Vũ trụ quan sát được đang mở rộng, tuy nhiên nó không thay đổi về mật độ của vật chất. Nói tóm lại, những người ủng hộ lý thuyết này cho rằng Vũ trụ không có khởi đầu, không có kết thúc và vấn đề đó liên tục được tạo ra theo thời gian - với tốc độ một nguyên tử hydro trên một mét khối trên 100 tỷ năm.
Lý thuyết này cũng mở rộng Nguyên lý vũ trụ Einstein Einstein, hay còn gọi là. Hằng số vũ trụ (CC), mà Einstein đã đề xuất vào năm 1931. Theo Einstein, lực lượng này chịu trách nhiệm cho việc giữ lại lực hấp dẫn và đảm bảo rằng Vũ trụ vẫn ổn định, đồng nhất và đẳng hướng về cấu trúc quy mô lớn của nó.
Sửa đổi nguyên tắc này và mở rộng nó, các thành viên của trường phái tư tưởng Nhà nước ổn định lập luận rằng chính việc tạo ra vật chất liên tục đảm bảo rằng cấu trúc của Vũ trụ vẫn giữ nguyên theo thời gian. Điều này còn được gọi là nguyên tắc vũ trụ hoàn hảo, mở ra giả thuyết trạng thái ổn định.
Lý thuyết Nhà nước ổn định được biết đến rộng rãi vào năm 1948 với việc xuất bản hai bài báo: Một mô hình mới cho vũ trụ mở rộng của nhà thiên văn học người Anh Fred Hoyle, và Lý thuyết nhà nước ổn định và vũ trụ mở rộng của nhà vật lý thiên văn người Anh-Áo và nhóm vũ trụ học của Hermann Bondi và Thomas Gold.
Luận điểm và dự đoán chính
Các lập luận ủng hộ Giả thuyết trạng thái ổn định bao gồm vấn đề quy mô thời gian rõ ràng được nêu lên bởi tốc độ quan sát của sự giãn nở vũ trụ (hay còn gọi là Hubble Constant hoặc định luật Hubble-Lemaitre). Dựa trên các quan sát của Hubble về các thiên hà gần đó, ông tính toán rằng Vũ trụ đang giãn nở với vận tốc tăng theo hệ thống theo khoảng cách.
Điều này đã nảy sinh ý tưởng rằng Vũ trụ bắt đầu mở rộng từ một không gian nhỏ hơn nhiều. Trong trường hợp không tăng tốc / giảm tốc - 500 km / giây trên Megaparsec (310 mps mỗi Mpc) - Hubble Constant có nghĩa là tất cả vật chất đã mở rộng trong khoảng 2 tỷ năm - cũng sẽ là tuổi cao hơn của Vũ trụ.
Phát hiện này đã bị mâu thuẫn bởi việc xác định niên đại phóng xạ, trong đó các nhà khoa học đã đo tốc độ phân rã của tiền gửi Uranium-238 và Plutonium-205 trong các mẫu đá. Sử dụng phương pháp này, các mẫu đá cổ nhất (có nguồn gốc từ mặt trăng), được ước tính là 4,6 tỷ năm tuổi. Một sự bất nhất khác xuất hiện là kết quả của lý thuyết tiến hóa sao.
Nói tóm lại, tốc độ hydro được hợp nhất trong phần bên trong của các ngôi sao (để tạo ra helium) mang lại ước tính tuổi cao hơn 10 tỷ năm cho các cụm sao cầu - những ngôi sao lâu đời nhất trong thiên hà. Hơn nữa, không có sự tiến hóa nào ở khoảng cách lớn có thể xảy ra trong mô hình này - điều đó có nghĩa là các nguồn phát thanh - aka. chuẩn tinh hoặc Hạt nhân thiên hà hoạt động (AGN) - sẽ đồng nhất trong toàn vũ trụ.
Điều đó cũng có nghĩa là Hằng số Hubble (như được tính vào đầu thế kỷ 20) sẽ không đổi. Mô hình Steady-State cũng dự đoán rằng việc tạo ra phản vật chất và neutron đều đặn sẽ dẫn đến sự hủy diệt và neutron đều đặn, do đó dẫn đến sự tồn tại của nền tia gamma và khí phát ra tia X, nóng trong toàn vũ trụ.
Vụ nổ lớn để giành chiến thắng
Tuy nhiên, các quan sát liên tục trong những năm 1950 và 1960 đều đặn dẫn đến sự tích tụ bằng chứng chống lại Giả thuyết Nhà nước Ổn định. Chúng bao gồm việc phát hiện ra các nguồn vô tuyến sáng (hay còn gọi là các quasar và các thiên hà vô tuyến) được phát hiện ở các thiên hà xa xôi nhưng không phải là những nơi gần chúng ta nhất - chỉ ra rằng nhiều thiên hà đã trở thành sóng yên tĩnh radio theo thời gian.
Đến năm 1961, các cuộc khảo sát về các nguồn vô tuyến cho phép phân tích thống kê được thực hiện, trong đó loại trừ khả năng các thiên hà vô tuyến sáng được phân bố đồng đều. Một lập luận lớn khác chống lại Giả thuyết Nhà nước Ổn định là việc phát hiện Bối cảnh Vi sóng Vũ trụ (CMB) năm 1964, mà mô hình Big Bang dự đoán.
Kết hợp với việc không có nền tia gamma và các đám mây phát ra tia X phổ biến, mô hình Big Bang đã được chấp nhận rộng rãi vào những năm 1960. Đến những năm 1990, những quan sát với Kính thiên văn vũ trụ Hubble và các đài quan sát khác cũng phát hiện ra rằng sự giãn nở vũ trụ đã không nhất quán theo thời gian. Trong ba tỷ năm qua, trên thực tế, nó đã được tăng tốc.
Điều này đã dẫn đến một số tinh chỉnh của Hubble Constant. Dựa trên dữ liệu được thu thập bởi Máy dò dị hướng vi sóng Wilkinson (WMAP), tốc độ giãn nở vũ trụ hiện được ước tính là từ 70 đến 73,8 km / s trên mỗi Mpc (43,5 đến 46 mps mỗi Mpc) với sai số 3%. Những giá trị này phù hợp hơn nhiều với các quan sát đặt tuổi của Vũ trụ vào khoảng 13,8 tỷ năm.
Biến thể hiện đại
Bắt đầu vào năm 1993, Fred Hoyle và các nhà vật lý thiên văn Geoffrey Burbidge và Jayant V. Narlikar bắt đầu xuất bản một loạt các nghiên cứu trong đó họ đề xuất một phiên bản mới của Giả thuyết Nhà nước Steady. Được biết đến như giả thuyết Quasi-Steady-State (QSS), biến thể này đã cố gắng giải thích các hiện tượng vũ trụ học mà lý thuyết cũ không giải thích được.
Mô hình này cho thấy Vũ trụ là kết quả của các túi sáng tạo (hay còn gọi là tiếng nổ nhỏ) xảy ra trong suốt nhiều tỷ năm. Mô hình này đã được sửa đổi để đáp ứng với dữ liệu cho thấy tốc độ mở rộng của vũ trụ đang tăng tốc. Bất chấp những sửa đổi này, cộng đồng thiên văn vẫn coi Big Bang là mô hình tốt nhất để giải thích tất cả các hiện tượng quan sát được.
Ngày nay, mô hình này được gọi là mô hình Lambda-Cold Dark Matter (LCDM), kết hợp các lý thuyết hiện tại về Dark Matter và Dark Energy với lý thuyết Big Bang. Mặc dù vậy, Giả thuyết Nhà nước ổn định (và các biến thể của chúng) vẫn được ủng hộ bởi một số nhà vật lý thiên văn và nhà vũ trụ học. Và nó không phải là sự thay thế duy nhất cho Big Bang Cosmology
Chúng tôi đã viết nhiều bài viết về vũ trụ học ở đây tại Tạp chí Vũ trụ. Đây là vũ trụ, lý thuyết Big Bang: Sự tiến hóa của vũ trụ của chúng ta, lý thuyết vũ trụ dao động là gì?, Big Rip là gì?, Lý thuyết đa vũ trụ là gì?, Lý thuyết siêu dây là gì?, Nền vi sóng vũ trụ là gì? , The Big Crunch: The End of our Universe?, Big Freeze là gì?, Và Cosmology 101: The End.
Astronomy Cast cũng có một số tình tiết thú vị về đề tài này. Đây là Tập 5: Vụ nổ lớn và Bối cảnh của lò vi sóng vũ trụ, Tập 6: Thêm bằng chứng cho Vụ nổ lớn, Tập 79: Vũ trụ lớn như thế nào?, Tập 187: Lịch sử Thiên văn học, Phần 5: Thế kỷ 20 và Tập 499: Luật Hubble-Lemaitre được đề xuất là gì?.
Nguồn:
- Wikipedia - Nguyên lý vũ trụ
- Wikipedia - Giả thuyết nhà nước ổn định
- Ý tưởng của vũ trụ học - Big Bang hay trạng thái ổn định?
- Bách khoa toàn thư Britannica - Lý thuyết nhà nước ổn định
- Thiên văn học và Vật lý thiên văn của UBC - Những vấn đề cơ bản trong vũ trụ học
- Một mô hình mới cho vũ trụ mở rộng, leo Hoyle, F. MNRAS, tập. 108, không 372 (1948)
- Các mô hình vũ trụ nhà nước ổn định và nhà nước có liên quan: Một đánh giá lịch sử, về Kra Kragh. H (2012)
- Lý thuyết nhà nước ổn định của vũ trụ đang mở rộng, leo MNRAS, tập. 108, tr. 252 (1948)
- Lý thuyết trạng thái ổn định của Einstein Einstein 39, pg. 353-367 (2014)
- Mô hình vũ trụ nhà nước ổn định của Quasi Một mô hình vũ trụ ổn định với sự sáng tạo của vật chất, đào Hoyle, F.; Burbidge, G.; Narlikar, J. V., Tạp chí Vật lý thiên văn v. 410, tr. 437 (1993)
