ما هي نظرية الحالة الثابتة في علم الكونيات؟

نظرية الحالة المستقرة كانت نظرية اقترحت في القرن العشرين علم الكونيات لشرح الدليل على أن الكون كان يتوسع ولكنه لا يزال يحتفظ بالفكرة الأساسية التي مفادها أن الكون دائمًا هو نفسه ، وبالتالي لا يتغير عمليًا وليس له بداية ولا نهاية. هذه الفكرة قد فقدت مصداقيتها إلى حد كبير بسبب الأدلة الفلكية التي تشير إلى أن الكون ، في الواقع ، يتغير بمرور الوقت.

متى أينشتاين خلق له نظرية النسبية العامةأظهر التحليل المبكر أنه خلق كونًا غير مستقر (تمدد أو انكماش) ​​بدلاً من الكون الساكن الذي تم افتراضه دائمًا. كما عقد آينشتاين هذا الافتراض حول كون ثابت ، لذلك أدخل مصطلحًا في معادلات مجال النسبية العامة التي تسمى ثابت كوني. وقد خدم هذا الغرض من حمل الكون في حالة ثابتة. رغم ذلك، متى إدوين هابل اكتشف دليلًا على أن المجرات البعيدة كانت في الواقع تتوسع بعيدًا عن الأرض في جميع الاتجاهات ، أدرك العلماء (بما في ذلك أينشتاين) أن الكون لا يبدو ثابتًا وكان المصطلح إزالة.

تم اقتراح نظرية الحالة المستقرة لأول مرة من قبل السير جيمس جينز في عشرينيات القرن العشرين ، لكنها حصلت بالفعل على دفعة في عام 1948 عندما أعيدت صياغتها من قبل

أصبح Hoyle بشكل خاص مؤيدًا رئيسيًا للنظرية ، خاصة في معارضة نظرية نظرية الانفجار الكبير. في الواقع ، في بث إذاعي بريطاني ، صاغ هويل مصطلح "الانفجار الكبير" باستخفاف إلى حد ما لشرح النظرية المعارضة.

في كتابه الفيزيائي "عوالم متوازية" ميتشيو كاكو يوفر مبررًا واحدًا معقولاً لتفاني Hoyle في نموذج الحالة المستقرة ومعارضة نموذج الانفجار الكبير:

أحد العيوب في نظرية [الانفجار العظيم] هو أن هابل ، بسبب أخطاء في قياس الضوء من المجرات البعيدة ، أخطأ في حساب عمر الكون ليكون 1.8 مليار سنة. زعم الجيولوجيون أن الأرض والنظام الشمسي ربما كانا يبلغان مليارات السنين. كيف يمكن للكون أن يكون أصغر من كواكبه؟

في كتابهم "الكون اللانهائي: ما وراء الانفجار الكبير" علماء الكونيات بول ج. ستينهاردت و نيل توروك أقل تعاطفًا مع موقف هويل ودوافعه:

وجد هويل ، على وجه الخصوص ، الانفجار الكبير مقيتًا لأنه كان معاديًا بشدة للأديان وكان يعتقد أن الصورة الكونية كانت قريبة بشكل محزن من الكتاب المقدس. لتجنب الانفجار ، كان هو ومعاونوه على استعداد للتفكير في فكرة أن المادة والإشعاع خلقت باستمرار في جميع أنحاء الكون بطريقة فقط للحفاظ على كثافة ودرجة الحرارة ثابتة مثل الكون يتوسع. كانت صورة الحالة الثابتة هذه هي الموقف الأخير للمدافعين عن مفهوم الكون الذي لم يتغير ، مما أدى إلى معركة استمرت ثلاثة عقود مع أنصار نموذج الانفجار الكبير.

كما تشير هذه الاقتباسات ، كان الهدف الرئيسي لنظرية الحالة المستقرة هو شرح توسع الكون دون الحاجة إلى القول بأن الكون ككل تبدو مختلفة في نقاط زمنية مختلفة. إذا كان الكون في أي وقت من الأوقات يبدو متشابهًا في الأساس ، فلا حاجة لافتراض بداية أو نهاية. يُعرف هذا عمومًا باسم المبدأ الكوني المثالي. كانت الطريقة الرئيسية التي تمكن بها هويل (وآخرون) من الاحتفاظ بهذا المبدأ من خلال اقتراح موقف في حين توسع الكون ، تم إنشاء جسيمات جديدة. مرة أخرى ، كما قدمها كاكو:

في هذا النموذج ، كانت أجزاء الكون تتوسع في الواقع ، ولكن تم إنشاء مادة جديدة باستمرار من لا شيء ، بحيث تظل كثافة الكون كما هي... بالنسبة لهويل ، بدا من غير المنطقي أن تظهر كارثة نارية من العدم لإرسال المجرات تتدفق في كل الاتجاهات. فضل خلق سلس للكتلة من لا شيء. وبعبارة أخرى ، كان الكون خالدًا. ليس لها نهاية ولا بداية. لقد كان فقط.

نمت الأدلة ضد نظرية الحالة المستقرة مع اكتشاف أدلة فلكية جديدة. على سبيل المثال ، سمات معينة للمجرات البعيدة (مثل النجوم الزائفة والمجرات الراديوية) لم تتم رؤيتها في المجرات القريبة. هذا منطقي في نظرية الانفجار العظيم ، حيث تمثل المجرات البعيدة بالفعل المجرات "الأصغر سنًا" والمجرات الأقرب أقدم ، لكن نظرية الحالة المستقرة ليس لديها طريقة حقيقية لحساب هذا الاختلاف. في الواقع ، هذا هو بالضبط نوع الاختلاف الذي صممت النظرية لتجنبه.

ومع ذلك ، فإن "المسمار الأخير في التابوت" لعلم الكونيات المستقر جاء من اكتشاف الكونية إشعاع الخلفية بالموجات الدقيقة، التي تم توقعها كجزء من نظرية الانفجار الكبير ولكن ليس لديها أي سبب على الإطلاق للوجود داخل نظرية الحالة المستقرة.

في عام 1972 ، قال ستيفن واينبرغ عن الأدلة التي تعارض علم الكون المستقر:

إلى حد ما ، الخلاف هو الفضل للنموذج ؛ وحده بين جميع الكوسمولوجيات ، يجعل نموذج الحالة المستقرة مثل هذه التنبؤات المحددة التي يمكن دحضها حتى مع وجود أدلة الملاحظة المحدودة المتاحة لنا.

لا يزال هناك بعض العلماء الذين يستكشفون نظرية الحالة المستقرة في شكل نظرية الحالة شبه المستقرة. لم يتم قبوله على نطاق واسع بين العلماء وقد تم توجيه العديد من الانتقادات إليه التي لم يتم تناولها بشكل كاف.

"الذهب ، توماس". القاموس الكامل للسيرة العلمية ، أبناء تشارلز سكريبنر ، Encyclopedia.com ، 2008.

كاكو ، ميتشيو. "عوالم موازية: رحلة عبر الخلق ، وأبعاد أعلى ، ومستقبل الكون". الطبعة الأولى ، دبلداي ، 28 ديسمبر 2004.

كيم ، براندون. "الفيزيائي نيل توروك: الانفجار العظيم لم يكن البداية." سلكي ، 19 فبراير 2008.

"بول ج. ستينهاردت. "قسم الفيزياء ، جامعة برينستون ، 2019 ، برينستون ، نيو جيرسي.

"نظرية الحالة المستقرة". موسوعة العالم الجديد ، 21 أكتوبر 2015.

ستينهاردت ، بول ج. "الكون اللانهائي: ما وراء الانفجار الكبير." نيل توروك ، الإصدار الخامس أو الأحدث ، دوبلداي ، 29 مايو 2007.

وثيقة. "فريد هويل". علماء مشهورون ، 2019.