Was ist die stationäre Theorie in der Kosmologie?

Steady-State-Theorie war eine Theorie, die in der Kosmologie des 20. Jahrhunderts vorgeschlagen wurde, um den Beweis zu erbringen, dass sich das Universum ausdehnt, aber dennoch die Kernidee beibehält, dass das Universum immer gleich aussieht und daher in der Praxis unverändert ist und keinen Anfang und kein Ende hat. Diese Idee wurde größtenteils aufgrund astronomischer Beweise diskreditiert, die darauf hindeuten, dass sich das Universum im Laufe der Zeit tatsächlich verändert.

Steady-State-Theorie Hintergrund und Entwicklung

Als Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie aufstellte, zeigte die frühe Analyse, dass sie ein Universum hervorbrachte, das instabil war (expandierend oder kontrahierend) und nicht das statische Universum, das immer angenommen worden war. Einstein vertrat auch diese Annahme über ein statisches Universum, weshalb er einen Begriff in seine allgemeinen Relativitätsfeldgleichungen einführte, der als kosmologische Konstante. Dies diente dem Zweck, das Universum in einem statischen Zustand zu halten. Als Edwin Hubble jedoch Beweise dafür entdeckte, dass sich ferne Galaxien tatsächlich in alle Richtungen von der Erde weg ausdehnten, stellten Wissenschaftler (einschließlich Einstein) fest, dass das Universum nicht statisch zu sein schien, und der Begriff wurde entfernt.

Die Steady-State-Theorie wurde erstmals in den 1920er Jahren von Sir James Jeans vorgeschlagen, bekam aber 1948 einen echten Schub, als sie von Fred Hoyle, Thomas Gold und Hermann Bondi umformuliert wurde. Es gibt eine zweifelhafte Geschichte, nach der sie sich die Theorie ausgedacht haben, nachdem sie den Film "Dead of Night" gesehen haben, der genau so endet, wie er begonnen hat.

Insbesondere Hoyle wurde ein wichtiger Befürworter der Theorie, insbesondere im Gegensatz zur Urknalltheorie. Tatsächlich hat Hoyle in einer britischen Radiosendung den Begriff "Urknall" etwas spöttisch geprägt, um die entgegengesetzte Theorie zu erklären.

In seinem Buch "Parallele Welten" liefert der Physiker Michio Kaku eine vernünftige Rechtfertigung für Hoyles Engagement für das Steady-State-Modell und die Ablehnung des Urknall-Modells:

Ein Fehler in der [Urknall] -Theorie war, dass Hubble aufgrund von Fehlern bei der Messung des Lichts von fernen Galaxien das Alter des Universums auf 1,8 Milliarden Jahre falsch berechnet hatte. Geologen behaupteten, die Erde und das Sonnensystem seien wahrscheinlich viele Milliarden Jahre alt. Wie konnte das Universum jünger sein als seine Planeten??

In ihrem Buch "Endless Universe: Beyond the Big Bang" stehen die Kosmologen Paul J. Steinhardt und Neil Turok Hoyles Haltung und Motivation etwas weniger positiv gegenüber:

Insbesondere Hoyle empfand den Urknall als abscheulich, weil er vehement antireligiös war und das kosmologische Bild der biblischen Darstellung bedenklich nahe kam. Um diesen Knall zu vermeiden, waren er und seine Mitarbeiter bereit, über die Idee nachzudenken, dass Materie und Strahlung kontinuierlich im gesamten Universum erzeugt werden, um die Dichte und Temperatur konstant zu halten, während sich das Universum ausdehnt. Dieses Steady-State-Bild war das letzte Argument für Befürworter des sich nicht ändernden Universums-Konzepts, das einen Kampf von drei Jahrzehnten gegen Befürworter des Urknall-Modells auslöste.

Wie diese Zitate zeigen, bestand das Hauptziel der Steady-State-Theorie darin, die Expansion des Universums zu erklären, ohne sagen zu müssen, dass das Universum als Ganzes zu verschiedenen Zeitpunkten unterschiedlich aussieht. Wenn das Universum zu einem bestimmten Zeitpunkt im Grunde genommen gleich aussieht, besteht keine Notwendigkeit, einen Anfang oder ein Ende anzunehmen. Dies ist allgemein als das perfekte kosmologische Prinzip bekannt. Der wichtigste Weg, wie Hoyle (und andere) dieses Prinzip beibehalten konnten, bestand darin, eine Situation vorzuschlagen, in der sich das Universum ausdehnte und neue Teilchen erzeugt wurden. Wieder, wie von Kaku vorgestellt:

In diesem Modell dehnten sich Teile des Universums tatsächlich aus, aber es wurde ständig neue Materie aus dem Nichts erschaffen, so dass die Dichte des Universums dieselbe blieb. Für Hoyle schien es unlogisch, dass eine feurige Katastrophe aus dem Nichts auftauchen könnte Galaxien in alle Richtungen rasen zu lassen; er bevorzugte die reibungslose Schaffung von Masse aus dem Nichts. Mit anderen Worten, das Universum war zeitlos. Es hatte weder ein Ende noch einen Anfang. Es war einfach so.

Widerlegung der Steady-State-Theorie

Die Beweise gegen die Steady-State-Theorie nahmen zu, als neue astronomische Beweise entdeckt wurden. Beispielsweise wurden bestimmte Merkmale entfernter Galaxien (wie Quasare und Radiogalaxien) in näheren Galaxien nicht gesehen. Dies ist in der Urknalltheorie sinnvoll, in der ferne Galaxien tatsächlich "jüngere" Galaxien darstellen und nähere Galaxien älter sind, aber die stationäre Theorie kann diesen Unterschied nicht wirklich erklären. Tatsächlich ist es genau die Art von Unterschied, die mit der Theorie vermieden werden sollte.

Der letzte "Nagel im Sarg" der stationären Kosmologie war jedoch die Entdeckung der kosmologischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die als Teil der Urknalltheorie vorhergesagt worden war, aber absolut keinen Grund hatte, im stationären Zustand zu existieren Theorie.

Im Jahr 1972 sagte Steven Weinberg über die Beweise, die der stationären Kosmologie entgegenstehen:

In gewissem Sinne ist die Uneinigkeit ein Verdienst des Modells; Allein unter allen Kosmologien trifft das Steady-State-Modell derart eindeutige Vorhersagen, dass es selbst mit den begrenzten Beobachtungsnachweisen, die uns zur Verfügung stehen, widerlegt werden kann.

Quasi-Steady-State-Theorie

Es gibt weiterhin einige Wissenschaftler, die sich mit der stationären Theorie in Form von beschäftigen Quasi-Steady-State-Theorie. Es ist unter Wissenschaftlern nicht weit verbreitet und es wurden viele Kritikpunkte vorgebracht, die nicht angemessen behandelt wurden.