Ketika datang ke asal-usul kosmik kita, sejumlah teori telah dikembangkan sepanjang sejarah. Secara harfiah setiap budaya yang pernah ada mempunyai tradisi mitologi tersendiri, yang secara semula jadi termasuk kisah penciptaan. Dengan lahirnya tradisi ilmiah, para saintis mula memahami Alam Semesta dari segi undang-undang fizikal yang dapat diuji dan dibuktikan.
Dengan awal Zaman Angkasa, para saintis mula menguji teori kosmologi dari segi fenomena yang dapat dilihat. Dari semua ini, sejumlah teori muncul pada pertengahan abad ke-20 yang berusaha menjelaskan bagaimana semua perkara dan undang-undang fizikal yang mengaturnya wujud. Daripada jumlah tersebut, Teori Big Bang tetap paling banyak diterima sedangkan Hipotesis Steady-State secara historis menjadi pencabarnya yang paling hebat.
Model Steady-State menyatakan bahawa ketumpatan jirim di alam semesta yang berkembang terus tidak berubah dari masa ke masa kerana penciptaan jirim yang berterusan. Dengan kata lain, Alam Semesta yang dapat dilihat pada dasarnya tetap sama tanpa mengira masa atau tempat. Ini bertentangan dengan teori bahawa sebahagian besar jirim diciptakan dalam satu peristiwa (Big Bang) dan sejak itu berkembang.
Asal-usul
Walaupun pengertian tentang Alam Semesta yang stabil dan tidak berubah telah diterima sepanjang sejarah, tidak sampai masa awal moden, para saintis mula menafsirkan ini dalam istilah astrofizik. Contoh pertama yang jelas tentang ini diperdebatkan dalam konteks astronomi dan kosmologi adalah dalam buku Isaac Newton Prinsip Matematik Falsafah Alam (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) diterbitkan pada tahun 1687.
Dalam karya Newton, dia berkonsepkan Alam Semesta di luar Sistem Suria sebagai ruang kosong yang terbentang secara seragam ke semua arah hingga jarak yang tidak terukur. Dia menjelaskan lagi melalui bukti dan pemerhatian matematik bahawa semua gerakan dan dinamika dalam sistem ini dijelaskan melalui satu prinsip graviti sejagat.
Namun, apa yang akan dikenali sebagai Hipotesis Negeri Steady tidak muncul hingga awal abad ke-20. Model kosmologi ini diilhamkan oleh sejumlah penemuan, dan juga kejayaan dalam bidang fizik teori. Ini termasuk Teori Relativitas Umum Albert Einstein dan pengamatan Edwin Hubble bahawa Alam Semesta berada dalam keadaan pengembangan.
Einstein memformalkan teori ini pada tahun 1915 setelah memutuskan untuk memperluas teori Relativiti Khasnya untuk memasukkan graviti. Pada akhirnya, teori ini menyatakan bahawa daya graviti jirim dan tenaga secara langsung mengubah kelengkungan masa-masa di sekitarnya. Atau seperti yang dinyatakan oleh ahli fizik teori terkenal John Wheeler, "ruang-waktu memberitahu perkara bagaimana bergerak; jirim memberitahu ruang-waktu bagaimana melengkung. "
Menjelang tahun 1917, perhitungan teori berdasarkan persamaan lapangan Einstein menunjukkan bahawa Alam Semesta harus berada dalam keadaan pengembangan atau pengecutan. Menjelang tahun 1929, pengamatan yang dibuat oleh George Lemaitre (yang mengusulkan Teori Big Bang) dan Edwin Hubble (menggunakan teleskop Hooker 100 inci di Observatorium Mount Wilson) menunjukkan bahawa yang terakhir adalah yang benar.
Berdasarkan wahyu ini, perdebatan dimulakan pada tahun 1930-an tentang kemungkinan asal usul dan hakikat alam semesta bermula. Di satu sisi, ada pihak yang menyatakan bahawa Alam Semesta sudah berumur dan berkembang dari masa ke masa melalui penyejukan, pengembangan dan pembentukan struktur akibat keruntuhan graviti. Teori ini secara satir dinamakan "Big Bang" oleh Fred Hoyle, dan namanya tersekat.
Sementara itu, majoriti ahli astronomi pada masa itu berpegang pada teori bahawa sementara Alam Semesta yang dapat dilihat berkembang, ia tetap tidak berubah dari segi kepadatan jirim. Ringkasnya, para pendukung teori ini berpendapat bahawa Alam Semesta tidak mempunyai permulaan, akhir, dan perkara itu terus diciptakan dari masa ke masa - pada kadar satu atom hidrogen per meter padu setiap 100 bilion tahun.
Teori ini juga meluaskan Prinsip Kosmologi Einstein, aka. Cosmological Constant (CC), yang diusulkan oleh Einstein pada tahun 1931. Menurut Einstein, kekuatan ini bertanggung jawab untuk "menahan graviti" dan memastikan bahawa Alam Semesta tetap stabil, homogen, dan isotropik dari segi struktur skala besarnya.
Mengubah prinsip ini dan memperluasnya, anggota sekolah pemikiran Steady State berpendapat bahawa ia adalah penciptaan materi yang berterusan yang memastikan bahawa struktur Alam Semesta tetap sama dari masa ke masa. Ini dikenali sebagai prinsip kosmologi yang sempurna, yang melepaskan Hipotesis Steady State.
Teori Steady State menjadi terkenal pada tahun 1948 dengan penerbitan dua makalah: "Model Baru untuk Alam Semesta yang Memperluas" oleh ahli astronomi Inggeris Fred Hoyle, dan "Teori Steady-State dan Universe yang Mengembang" oleh ahli astrofizik Inggeris-Austria dan pasukan kosmologi Hermann Bondi dan Thomas Gold.
Hujah dan Ramalan Utama
Hujah yang memihak kepada Hipotesis Steady State merangkumi masalah skala masa yang jelas yang ditimbulkan oleh kadar pengembangan kosmik yang diperhatikan (aka. Constant Hubble atau undang-undang Hubble-Lemaitre). Berdasarkan pemerhatian Hubble mengenai galaksi yang berdekatan, dia mengira bahawa Alam Semesta berkembang dengan kecepatan yang meningkat secara sistematik dengan jarak.
Ini menimbulkan gagasan bahawa Alam Semesta mulai berkembang dari jumlah ruang yang jauh lebih kecil. Sekiranya tidak ada percepatan / perlambatan - 500 km / s per Megaparsec (310 mps per Mpc) - Konstanta Hubble bermaksud semua perkara telah berkembang selama sekitar 2 miliar tahun - yang juga merupakan usia semesta yang lebih tinggi.
Penemuan ini bertentangan dengan temu janji radioaktif, di mana para saintis mengukur kadar pembusukan deposit Uranium-238 dan Plutonium-205 dalam sampel batu. Dengan menggunakan kaedah ini, sampel batu tertua (yang berasal dari bulan), dianggarkan berusia 4.6 bilion tahun. Ketidakseimbangan lain muncul sebagai hasil teori evolusi bintang.
Ringkasnya, kadar di mana hidrogen menyatu di bahagian dalam bintang (untuk menghasilkan helium) menghasilkan anggaran usia atas 10 bilion tahun untuk kelompok globular - bintang tertua di galaksi. Terlebih lagi, tidak ada evolusi pada jarak yang jauh dapat terjadi dalam model ini - yang bermaksud sumber radio - alias. quasar atau Active Galactic Nuclei (AGN) - akan seragam di seluruh Alam Semesta.
Ini juga bermaksud bahawa Pemalar Hubble (seperti yang dihitung pada awal abad ke-20) akan tetap stabil. Model Steady-State juga meramalkan bahawa penciptaan antimateri dan neutron secara berterusan akan mengakibatkan pemusnahan berkala dan kerosakan neutron, sehingga menyebabkan adanya latar belakang sinar gamma dan gas pemancar sinar-x panas di seluruh Alam Semesta.
Big Bang Untuk Menang
Walau bagaimanapun, pemerhatian yang berterusan pada tahun 1950-an dan 1960-an terus mendorong penumpukan bukti terhadap Hipotesis Steady State. Ini termasuk penemuan sumber radio yang terang (alias quasar dan galaksi radio) yang ditemui di galaksi yang jauh tetapi bukan yang paling dekat dengan kita - menunjukkan bahawa banyak galaksi menjadi "radio-silent" dari masa ke masa.
Menjelang tahun 1961, tinjauan sumber radio memungkinkan analisis statistik dibuat, yang menolak kemungkinan galaksi radio terang diedarkan secara seragam. Hujah utama lain terhadap Hipotesis Steady State adalah penemuan Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB) pada tahun 1964, yang diramalkan oleh model Big Bang.
Digabungkan dengan tidak adanya latar belakang sinar gamma dan awan gas pancaran sinar-x yang meluas, model Big Bang diterima secara meluas pada tahun 1960-an. Menjelang tahun 1990-an, pemerhatian dengan Teleskop Angkasa Hubble dan pemerhati lain juga mendapati bahawa pengembangan kosmik tidak konsisten dari masa ke masa. Selama tiga bilion tahun kebelakangan ini, sebenarnya, ia semakin meningkat.
Ini telah menyebabkan beberapa penyempurnaan Pemalar Hubble. Berdasarkan data yang dikumpulkan oleh Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), kadar pengembangan kosmik pada masa ini dianggarkan antara 70 dan 73.8 km / s per Mpc (43.5 hingga 46 mps per Mpc) dengan margin kesalahan 3%. Nilai-nilai ini jauh lebih konsisten dengan pemerhatian yang meletakkan usia Alam Semesta sekitar 13.8 bilion tahun.
Varian Moden
Bermula pada tahun 1993, Fred Hoyle dan ahli astrofizik Geoffrey Burbidge dan Jayant V. Narlikar mula menerbitkan satu siri kajian di mana mereka mencadangkan versi baru Hipotesis Negeri Steady. Dikenali sebagai hipotesis Quasi-Steady-State (QSS), variasi ini cuba menjelaskan fenomena kosmologi yang tidak dipertanggungjawabkan oleh teori lama.
Model ini menunjukkan bahawa Alam Semesta adalah hasil dari penciptaan kantong (alias mini-bangs) yang berlaku selama bertahun-tahun. Model ini dimodifikasi sebagai tindak balas kepada data yang menunjukkan bagaimana kadar pengembangan Universe semakin cepat. Walaupun terdapat pengubahsuaian ini, komuniti astronomi masih menganggap Big Bang sebagai model terbaik untuk menjelaskan semua fenomena yang dapat dilihat.
Hari ini, model ini dikenali sebagai model Lambda-Cold Dark Matter (LCDM), yang menggabungkan teori semasa mengenai Dark Matter dan Dark Energy dengan teori Big Bang. Walaupun begitu, Hipotesis Steady State (dan variannya) masih disokong oleh beberapa ahli astrofizik dan ahli kosmologi. Dan itu bukan satu-satunya alternatif untuk Big Bang Cosmology…
Kami telah menulis banyak artikel mengenai kosmologi di sini di Space Magazine. Inilah Apa Alam Semesta, Teori Big Bang: Evolusi Alam Semesta Kita, Apakah Teori Alam Berayun ?, Apa itu The Big Rip ?, Apakah Teori Multiverse ?, Apakah Teori Superstring ?, Apakah Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik? , The Big Crunch: The End of Our Universe ?, Apa itu Big Freeze ?, dan Cosmology 101: The End.
Astronomi Cast juga beberapa episod menarik mengenai perkara ini. Inilah Episod 5: Latar Gelombang Gelombang Besar dan Gelombang Kosmik, Episod 6: Lebih Banyak Bukti untuk Big Bang, Episod 79: Seberapa Besar Alam Semesta ?, Episod 187: Sejarah Astronomi, Bahagian 5: Abad ke-20, dan Episod 499: Apakah Undang-Undang Hubble-Lemaitre yang Dicadangkan ?.
Sumber:
- Wikipedia - Prinsip Kosmologi
- Wikipedia - Hipotesis Keadaan Mantap
- Idea Kosmologi - Big Bang atau Steady State?
- Ensiklopedia Britannica - Teori Steady-State
- ABC dan Astrofizik UBC - Isu-isu Asas dalam Kosmologi
- "Model Baru untuk Semesta yang Memperluas," Hoyle, F. MNRAS, vol. 108, tidak. 372 (1948)
- "Model Kosmologi yang Kuasa-Steady dan Berkaitan: Kajian Sejarah," Kragh. H. (2012)
- "Teori Steady-State of the Expanding Universe," MNRAS, vol. 108, hlm. 252 (1948)
- "Teori keadaan mantap Einstein: model kosmos yang ditinggalkan," The European Physical Journal H, vol. 39, hlm. 353-367 (2014)
- "Model Kosmologi Negeri Kuasi-Mantap dengan Penciptaan Materi," Hoyle, F.; Burbidge, G .; Narlikar, J. V., Jurnal Astrofizik lwn 410, hlm. 437 (1993)
