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Was ist die Steady-State-Theorie in der Kosmologie?

Die Steady-State-Theorie war eine Theorie, die in der Kosmologie des 20. Jahrhunderts vorgeschlagen wurde , um Beweise dafür zu erklären, 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 aufgrund astronomischer Beweise, die darauf hindeuten, dass sich das Universum tatsächlich im Laufe der Zeit verändert, weitgehend diskreditiert.

 

Hintergrund und Entwicklung der Steady-State-Theorie

Als Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie aufstellte. zeigte die frühe Analyse, dass ein Universum geschaffen wurde, das instabil war (sich ausdehnte oder zusammenzog) 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 bezeichnet wird . Dies diente dem Zweck, das Universum in einem statischen Zustand zu halten. Als Edwin Hubble jedoch Beweise dafür entdeckte, dass sich entfernte 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, erhielt jedoch 1948 einen echten Schub, als sie von Fred Hoyle. Thomas Gold und Hermann Bondi neu formuliert wurde . Es gibt eine zweifelhafte Geschichte, dass sie sich die Theorie ausgedacht haben, nachdem sie den Film „Dead of Night“ gesehen haben, der genau so endet, wie er begonnen hat.

Hoyle wurde besonders 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 gegnerische Theorie zu erklären.

In seinem Buch „Parallel Worlds“ liefert der Physiker Michio Kaku eine vernünftige Rechtfertigung für Hoyles Engagement für das stationäre Modell und seine Opposition gegen das Urknallmodell:

Ein Fehler in der [Urknall] -Theorie war, dass Hubble aufgrund von Fehlern bei der Messung des Lichts entfernter 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 könnte das Universum jünger sein als seine Planeten?

In ihrem Buch „Endless Universe: Beyond the Big Bang“ sind die Kosmologen Paul J. Steinhardt und Neil Turok etwas weniger sympathisch mit Hoyles Haltung und Motivation:

Insbesondere Hoyle fand den Urknall abscheulich, weil er vehement antireligiös war und der Meinung war, dass das kosmologische Bild dem biblischen Bericht beunruhigend nahe kam. Um den Knall zu vermeiden, waren er und seine Mitarbeiter bereit, über die Idee nachzudenken, dass Materie und Strahlung im gesamten Universum kontinuierlich so erzeugt werden, dass Dichte und Temperatur konstant bleiben, wenn sich das Universum ausdehnt. Dieses Bild im Steady-State war der letzte Standpunkt für Befürworter des unveränderlichen Universumskonzepts, das einen drei Jahrzehnte dauernden Kampf mit Befürwortern des Urknallmodells auslöste.

Wie aus diesen Zitaten hervorgeht, 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 grundsätzlich gleich aussieht, besteht keine Notwendigkeit, einen Anfang oder ein Ende anzunehmen. Dies ist allgemein als das perfekte kosmologische Prinzip bekannt. Die Hauptmethode, mit der Hoyle (und andere) dieses Prinzip beibehalten konnten, bestand darin, eine Situation vorzuschlagen, während sich das Universum ausdehnte und neue Teilchen erzeugt wurden. Nochmals, wie von Kaku vorgestellt:

In diesem Modell dehnten sich Teile des Universums tatsächlich aus, aber aus dem Nichts wurde ständig neue Materie geschaffen, so dass die Dichte des Universums gleich blieb … Für Hoyle schien es unlogisch, dass eine feurige Katastrophe auftreten konnte von nirgendwo 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.

 

Die Steady-State-Theorie widerlegen

Die Beweise gegen die Steady-State-Theorie wuchsen, 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 die entfernten Galaxien tatsächlich „jüngere“ Galaxien darstellen und nähere Galaxien älter sind, aber die Steady-State-Theorie hat keine wirkliche Möglichkeit, diesen Unterschied zu erklären. Tatsächlich ist es genau die Art von Unterschied, die mit der Theorie vermieden werden sollte.

Der letzte „Nagel im Sarg“ der stationären Kosmologie kam jedoch von der 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 gegen die stationäre Kosmologie:

In gewissem Sinne ist die Meinungsverschiedenheit ein Verdienst des Modells; Allein unter allen Kosmologien macht das Steady-State-Modell so eindeutige Vorhersagen, dass es trotz der begrenzten Beobachtungsergebnisse, die uns zur Verfügung stehen, widerlegt werden kann.

 

Quasi-Steady-State-Theorie

Es gibt weiterhin einige Wissenschaftler, die die Steady-State-Theorie in Form einer Quasi-Steady-State-Theorie untersuchen . Es wird von Wissenschaftlern nicht allgemein akzeptiert, und es wurden viele Kritikpunkte vorgebracht, die nicht angemessen behandelt wurden.

 

Quellen

„Gold, Thomas.“ Vollständiges Wörterbuch der wissenschaftlichen Biographie, Charles Scribner’s Sons, Encyclopedia.com, 2008.

Kaku, Michio. „Parallelwelten: Eine Reise durch die Schöpfung, höhere Dimensionen und die Zukunft des Kosmos.“ 1. Auflage, Doubleday, 28. Dezember 2004.

Keim, Brandon. „Physiker Neil Turok: Urknall war nicht der Anfang.“ Wired, 19. Februar 2008.

„Paul J. Steinhardt.“ Institut für Physik, Princeton University, 2019, Princeton, New Jersey.

„Steady-State-Theorie.“ New World Encyclopedia, 21. Oktober 2015.

Steinhardt, Paul J. „Endloses Universum: Jenseits des Urknalls.“ Neil Turok, fünfte oder spätere Ausgabe, Doubleday, 29. Mai 2007.

Der Arzt. „Fred Hoyle.“ Berühmte Wissenschaftler, 2019.

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