TEORIA DELLO STATO STAZIONARIO: STORIA, SPIEGAZIONE, PRESENTE - ARTE - 2024

La teoria dello stato stazionario è un modello cosmologico in cui l'universo sembra sempre lo stesso, indipendentemente da dove o quando viene osservato. Ciò significa che anche nei luoghi più remoti dell'universo ci sono pianeti, stelle, galassie e nebulose realizzate con gli stessi elementi che conosciamo e nella stessa proporzione, sebbene sia un dato di fatto che l'universo si sta espandendo.

Per questo motivo, si stima che la densità dell'universo diminuisca solo della massa di un protone per chilometro cubo all'anno. Per compensare ciò, la teoria dello stato stazionario postula l'esistenza di una produzione continua di materia.

Figura 1: Immagine del campo estremamente profondo ripresa dal telescopio spaziale Hubble a 13,2 miliardi di anni luce di distanza. (Crediti: NASA; ESA; G. Illingworth, D.Magee e P.Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Leiden University; e il team HUDF09)

Afferma inoltre che l'universo è sempre esistito e continuerà ad esistere per sempre, anche se come detto prima non nega la sua espansione, né la conseguente separazione delle galassie, fatti pienamente confermati dalla scienza.

Storia

La teoria dello stato stazionario fu proposta nel 1946 dall'astronomo Fred Hoyle, dal matematico e cosmologo Hermann Bondi e dall'astrofisico Thomas Gold, sulla base di un'idea ispirata al film horror del 1945 Dead of night.

In precedenza, Albert Einstein aveva formulato un principio cosmologico in cui afferma che l'universo deve essere "invariante rispetto alle traslazioni spazio-temporali e alle rotazioni". In altre parole: deve essere omogenea e priva di qualsiasi direzione preferenziale.

Nel 1948 Bondi e Gold aggiunsero questo principio come parte della loro teoria dello stato stazionario dell'universo, affermando che la densità dell'universo rimane uniforme nonostante la sua continua ed eterna espansione.

Spiegazione

Il modello stazionario assicura che l'universo continuerà ad espandersi per sempre, perché ci saranno sempre fonti di materia ed energia che lo manterranno come lo conosciamo oggi.

In questo modo, vengono creati continuamente nuovi atomi di idrogeno per formare nebulose che alla fine daranno origine a nuove stelle e galassie. Il tutto alla stessa velocità con cui le vecchie galassie si allontanano fino a diventare inosservabili e le nuove galassie sono completamente indistinguibili dalle più antiche.

Come fai a sapere che l'universo si sta espandendo? Esaminando la luce delle stelle, che sono composte principalmente da idrogeno, che emette caratteristiche linee di emissione elettromagnetica che sono come un'impronta digitale. Questo modello è chiamato spettro e può essere visto nella figura seguente:

Figura 2. Spettro di emissione dell'idrogeno. La linea rossa corrisponde alla lunghezza d'onda di 656 nm.

Le galassie sono costituite da stelle i cui spettri sono gli stessi di quelli emessi dagli atomi nei nostri laboratori, salvo una piccola differenza: sono spostate verso lunghezze d'onda maggiori, cioè verso il rosso per effetto Doppler, segno inequivocabile di una la lontananza.

La maggior parte delle galassie ha questo spostamento verso il rosso nei loro spettri. Solo pochi nel vicino "gruppo locale di galassie" mostrano uno spostamento verso il blu.

Uno di questi è la galassia di Andromeda, che si sta avvicinando e con la quale forse, tra molti eoni da ora, la Via Lattea, la nostra galassia, si fonderà

Le galassie in fuga e la legge di Hubble

Una linea caratteristica dello spettro dell'idrogeno è quella a 656 nanometri (nm). Alla luce di una galassia, quella stessa linea si è spostata a 660 nm. Pertanto ha un redshift di 660-656 nm = 4 nm.

D'altra parte, il quoziente tra lo spostamento della lunghezza d'onda e la lunghezza d'onda a riposo è uguale al quoziente tra la velocità della galassia v e la velocità della luce (c = 300.000 km / s):

Con questi dati:

v = 0,006c

Cioè, questa galassia si sta allontanando a 0,006 volte la velocità della luce: circa 1800 km / s. La legge di Hubble afferma che la distanza di una galassia d è proporzionale alla velocità v con cui si sta allontanando:

La costante di proporzionalità è l'inversa della costante di Hubble, indicata come Ho, il cui valore è:

Ciò significa che la galassia nell'esempio è a una distanza di:

Presente

Finora, il modello cosmologico più ampiamente accettato rimane la teoria del Big Bang. Tuttavia, alcuni autori continuano a formulare teorie al di fuori di essa e supportano la teoria dello stato stazionario.

Ricercatori a favore della teoria dello stato stazionario

L'astrofisico indiano Jayant Narlikar, che ha lavorato in collaborazione con uno dei creatori della teoria dello stato stazionario, ha realizzato pubblicazioni relativamente recenti a sostegno del modello dello stato stazionario.

Esempi di loro: "Creazione di materia e spostamento verso il rosso anomalo" e "Teorie dell'assorbimento di radiazioni in universi in espansione", entrambi pubblicati nel 2002. Questi lavori cercano spiegazioni alternative al Big Bang per spiegare l'espansione dell'universo e il sfondo a microonde.

L'astrofisico e inventore svedese Johan Masreliez è un altro dei difensori contemporanei della teoria dello stato stazionario, proponendo l'espansione cosmica su scala, una teoria alternativa non convenzionale al Big Bang.

L'Accademia delle scienze russa, in riconoscimento del suo lavoro, ha pubblicato una monografia dei suoi contributi in astrofisica nel 2015.

Radiazione cosmica di fondo

Nel 1965 due ingegneri dei Bell Telephone Laboratories: A. Penzias e R. Wilson, scoprirono la radiazione di fondo che non potevano eliminare dalle loro antenne a microonde direzionali.

La cosa più curiosa è che non sono riusciti a identificarne la fonte. La radiazione è rimasta la stessa in qualunque direzione fosse diretta l'antenna. Dallo spettro di radiazioni, gli ingegneri hanno determinato che la sua temperatura era di 3,5 K.

Vicino a loro e sulla base del modello del Big Bang, un altro gruppo di scienziati, questa volta astrofisici, ha previsto una radiazione cosmica della stessa temperatura: 3,5 K.

Entrambe le squadre sono arrivate alla stessa conclusione in modo completamente diverso e indipendente, senza conoscere il lavoro dell'altro. Casualmente, i due lavori sono stati pubblicati nella stessa data e nella stessa rivista.

L'esistenza di questa radiazione, chiamata radiazione cosmica di fondo, è l'argomento più forte contro la teoria stazionaria, perché non c'è modo di spiegarla a meno che non siano i resti della radiazione del Big Bang.

Tuttavia, i sostenitori si sono affrettati a proporre l'esistenza di sorgenti di radiazioni sparse in tutto l'universo, che hanno diffuso la loro radiazione con polvere cosmica, sebbene finora non ci siano prove che queste sorgenti esistano effettivamente.

Argomenti a favore

All'epoca in cui fu proposta e con le osservazioni disponibili, la teoria dello stato stazionario era una delle più accettate da fisici e cosmologi. A quel punto, verso la metà del XX secolo, non c'era differenza tra l'universo più vicino e quello lontano.

Le prime stime basate sulla teoria del Big Bang datano l'universo a circa 2 miliardi di anni, ma a quel tempo si sapeva che il sistema solare aveva già 5 miliardi di anni e la Via Lattea tra i 10 ei 12 miliardi di anni. anni.

Questo errore di calcolo divenne un punto a favore della teoria dello stato stazionario, poiché evidentemente l'universo non avrebbe potuto iniziare dopo la Via Lattea o il Sistema Solare.

I calcoli attuali basati sul Big Bang stimano l'età dell'universo a 13,7 miliardi di anni e fino ad oggi non sono stati trovati oggetti nell'universo prima di questa età.

Argomenti contrari

Tra gli anni Cinquanta e Sessanta furono scoperte sorgenti luminose di radiofrequenze: quasar e radio galassie. Questi oggetti cosmici sono stati trovati solo a distanze molto grandi, vale a dire in un lontano passato.

Secondo le premesse del modello dello stato stazionario, queste intense sorgenti di radiofrequenze dovrebbero essere distribuite più o meno uniformemente in tutto l'universo presente e passato, tuttavia l'evidenza mostra il contrario.

D'altra parte, il modello del Big Bang è più concreto con questa osservazione, poiché quasar e radio galassie potrebbero essersi formate in stadi più densi e più caldi dell'universo, diventando in seguito galassie.

Viste dell'universo

Panorama in lontananza

La fotografia nella figura 1 è l'immagine di campo profondo estremo catturata dal telescopio spaziale Hubble tra il 2003 e il 2004.

Corrisponde a una piccolissima frazione inferiore a 0,1º del cielo meridionale nella costellazione della Fornax, lontana dal bagliore della Via Lattea, in un'area dove i normali telescopi non catturano nulla.

Nella fotografia puoi vedere galassie a spirale simili alla nostra e ai nostri vicini vicini. La fotografia mostra anche galassie rosse diffuse, dove la formazione stellare è cessata, così come punti che sono galassie ancora più distanti nello spazio e nel tempo.

Si stima che l'universo abbia 13,7 miliardi di anni e la fotografia in campo profondo mostra galassie a 13,2 miliardi di anni luce di distanza. Prima di Hubble, le galassie più lontane osservate erano a 7 miliardi di anni luce di distanza e l'immagine era simile a quella mostrata nella fotografia del campo profondo.

L'immagine dello spazio profondo non solo mostra l'universo lontano, ma mostra anche l'universo passato, perché i fotoni che sono stati usati per costruire l'immagine hanno 13,2 miliardi di anni. È quindi l'immagine di una porzione dell'universo primordiale.

Panorama vicino e intermedio

Il gruppo locale di galassie contiene la Via Lattea e la vicina Andromeda, la galassia Triangolo e una trentina di altre, a meno di 5,2 milioni di anni luce di distanza.

Ciò significa 2.500 volte meno distanza e tempo rispetto alle galassie di campo profondo. Tuttavia, l'aspetto dell'universo e la forma delle sue galassie sembrano simili all'universo lontano e più antico.

Figura 3: gruppo di galassie Hickson-44 nella costellazione del Leone a 60 milioni di anni luce di distanza. (Crediti: MASIL Imaging Team)

La figura 2 è un campione dell'intervallo intermedio dell'universo esplorato. È il gruppo di galassie Hickson-44 a 60 milioni di anni luce di distanza nella costellazione del Leone.

Come si può vedere, l'aspetto dell'universo a distanze e tempi intermedi è simile a quello dell'universo profondo 220 volte più lontano e quello del gruppo locale, cinque volte più vicino.

Ciò porta a pensare che la teoria dello stato stazionario dell'universo abbia almeno un fondamento osservativo, poiché il panorama dell'universo a diverse scale spazio-temporali è molto simile.

In futuro è possibile che venga creata una nuova teoria cosmologica con gli aspetti di maggior successo sia della teoria dello stato stazionario che della teoria del Big Bang.

Riferimenti

1. Bang - Crunch - Bang. Estratto da: FQXi.org
2. Britannica Online Encyclopedia. Teoria dello stato stazionario. Estratto da: Britannica.com
3. Neofronters. Modello allo stato stazionario. Estratto da: neofronteras.com
4. Wikipedia. Teoria dello stato stazionario. Estratto da: wikipedia.com
5. Wikipedia. Principio cosmologico. Estratto da: wikipedia.com