Qu'est-ce que la théorie de l'état stationnaire en cosmologie?

Théorie de l'état stationnaire était une théorie proposée au 20e siècle cosmologie pour expliquer la preuve que l'univers était en expansion mais conservait toujours l'idée centrale que l'univers a toujours la même apparence, et est donc immuable dans la pratique et n'a ni commencement ni fin. Cette idée a été largement discréditée en raison de preuves astronomiques suggérant que l'univers est en fait en train de changer avec le temps.

Quand Einstein créé son théorie de la relativité générale, la première analyse a montré qu'elle créait un univers instable (en expansion ou en contraction) plutôt que l'univers statique qui avait toujours été supposé. Einstein a également soutenu cette hypothèse sur un univers statique, donc il a introduit un terme dans ses équations de champ de relativité générale appelé le constante cosmologique. Cela servait à maintenir l'univers dans un état statique. Cependant, lorsque Edwin Hubble découvert des preuves que des galaxies lointaines s'étaient en fait éloignées de la Terre dans toutes les directions, les scientifiques (y compris Einstein) ont réalisé que l'univers ne semblait pas être statique et le terme était supprimé.

La théorie de l'état stationnaire a été proposée pour la première fois par Sir James Jeans dans les années 1920, mais elle a vraiment pris de l'ampleur en 1948 lorsqu'elle a été reformulée par Fred Hoyle, Thomas Goldet Hermann Bondi. Il y a une histoire douteuse selon laquelle ils ont inventé la théorie après avoir regardé le film "Dead of Night", qui se termine exactement comme il a commencé.

Hoyle est particulièrement devenu un partisan majeur de la théorie, en particulier par opposition à la la théorie du Big Bang. En fait, dans une émission de radio britannique, Hoyle a inventé le terme "big bang" de manière quelque peu dérisoire pour expliquer la théorie opposée.

Dans son livre "Parallel Worlds", physicien Michio Kaku fournit une justification raisonnable du dévouement de Hoyle au modèle de régime permanent et de l'opposition au modèle du big bang:

Un défaut de la théorie du [big bang] était que Hubble, en raison d'erreurs dans la mesure de la lumière provenant de galaxies éloignées, avait mal calculé l'âge de l'univers à 1,8 milliard d'années. Les géologues ont affirmé que la Terre et le système solaire étaient probablement vieux de plusieurs milliards d'années. Comment l'univers pourrait-il être plus jeune que ses planètes?

Dans leur livre "Endless Universe: Beyond the Big Bang", les cosmologistes Paul J. Steinhardt et Neil Turok sont un peu moins sympathiques à la position et aux motivations de Hoyle:

Hoyle, en particulier, a trouvé le big bang odieux parce qu'il était violemment antireligieux et il pensait que l'image cosmologique était étrangement proche du récit biblique. Pour éviter le bang, lui et ses collaborateurs étaient prêts à envisager l'idée que la matière et le rayonnement étaient continuellement créé dans tout l'univers de manière à maintenir la densité et la température constantes comme le l'univers se développe. Cette image en régime permanent a été la dernière position des défenseurs du concept de l'univers immuable, déclenchant une bataille de trois décennies avec les partisans du modèle du big bang.

Comme ces citations l'indiquent, l'objectif principal de la théorie de l'état stationnaire était d'expliquer l'expansion de l'univers sans avoir à dire que l'univers dans son ensemble, il semble différent à différents moments. Si l'univers à un moment donné semble fondamentalement le même, il n'est pas nécessaire de supposer un début ou une fin. Ceci est généralement connu comme le principe cosmologique parfait. Le principal moyen par lequel Hoyle (et d'autres) a pu conserver ce principe était de proposer une situation alors que l'univers se dilatait, de nouvelles particules étaient créées. Encore une fois, comme présenté par Kaku:

Dans ce modèle, des parties de l'univers étaient en fait en expansion, mais de nouvelles matières étaient constamment créées à partir de rien, de sorte que la densité de l'univers restait la même... Pour Hoyle, il semblait illogique qu'un cataclysme enflammé puisse apparaître de nulle part pour envoyer des galaxies dévaler dans toutes les directions; il préférait la création douce de masse à partir de rien. En d'autres termes, l'univers était intemporel. Cela n'avait pas de fin ni de commencement. C'était juste.

Les preuves contre la théorie de l'état stationnaire ont augmenté à mesure que de nouvelles preuves astronomiques étaient détectées. Par exemple, certaines caractéristiques des galaxies éloignées (telles que quasars et les radio-galaxies) n'étaient pas visibles dans les galaxies plus proches. Cela a du sens dans la théorie du big bang, où les galaxies lointaines représentent en fait des galaxies "plus jeunes" et les galaxies plus proches sont plus anciennes, mais la théorie de l'état stationnaire n'a aucun moyen réel de tenir compte de cette différence. En fait, c'est précisément le genre de différence que la théorie a été conçue pour éviter.

Le dernier "clou dans le cercueil" de la cosmologie à l'état stationnaire, cependant, est venu de la découverte de la cosmologie rayonnement de fond micro-ondes, qui avait été prédit dans le cadre de la théorie du big bang mais n'avait absolument aucune raison d'exister dans la théorie de l'état stationnaire.

En 1972, Steven Weinberg a déclaré à propos des preuves opposées à la cosmologie en régime permanent:

Dans un sens, le désaccord est un crédit au modèle; seul parmi toutes les cosmologies, le modèle d'état stationnaire fait des prédictions si précises qu'il peut être réfuté même avec les preuves d'observation limitées à notre disposition.

Il y a encore des scientifiques qui explorent la théorie de l'état stationnaire sous la forme de théorie de l'état quasi stationnaire. Il n'est pas largement accepté par les scientifiques et de nombreuses critiques ont été émises qui n'ont pas été correctement prises en compte.

"Or, Thomas." Dictionnaire complet de la biographie scientifique, Charles Scribner's Sons, Encyclopedia.com, 2008.

Kaku, Michio. "Mondes parallèles: un voyage à travers la création, des dimensions supérieures et l'avenir du cosmos." 1re édition, Doubleday, 28 décembre 2004.

Keim, Brandon. "Le physicien Neil Turok: le Big Bang n'était pas le début." Filaire, 19 février 2008.

"Paul J. Steinhardt. "Département de physique, Université de Princeton, 2019, Princeton, New Jersey.

"Théorie de l'état stable." New World Encyclopedia, 21 octobre 2015.

Steinhardt, Paul J. "Endless Universe: Beyond the Big Bang". Neil Turok, cinquième édition ou édition ultérieure, Doubleday, 29 mai 2007.

Le document. "Fred Hoyle." Scientifiques célèbres, 2019.