THÉORIE DE L'ÉTAT D'ÉQUILIBRE: HISTOIRE, EXPLICATION, PRÉSENT - ARTE - 2024

La théorie de l'état stationnaire est un modèle cosmologique dans lequel l'univers est toujours le même, peu importe où et quand il est observé. Cela signifie que même dans les endroits les plus reculés de l'univers, il y a des planètes, des étoiles, des galaxies et des nébuleuses faites avec les mêmes éléments que nous connaissons et dans la même proportion, même si c'est un fait que l'univers est en expansion.

Pour cette raison, on estime que la densité de l'univers diminue de seulement la masse d'un proton par kilomètre cube et par an. Pour compenser cela, la théorie de l'état stationnaire postule l'existence d'une production continue de matière.

Figure 1: Image du champ extrêmement profond prise par le télescope spatial Hubble à 13,2 milliards d'années-lumière. (Crédit: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee et P. Oesch, Université de Californie, Santa Cruz; R. Bouwens, Université de Leiden; et l'équipe HUDF09)

Il affirme également que l'univers a toujours existé et continuera d'exister pour toujours, bien que, comme dit précédemment, il ne nie pas son expansion, ni la séparation conséquente des galaxies, faits pleinement confirmés par la science.

L'histoire

La théorie de l'état stationnaire a été proposée en 1946 par l'astronome Fred Hoyle, le mathématicien et cosmologiste Hermann Bondi et l'astrophysicien Thomas Gold, sur la base d'une idée inspirée du film d'horreur de 1945 Dead of night.

Auparavant, Albert Einstein avait formulé un principe cosmologique dans lequel il déclare que l'univers doit être «invariant sous les traductions spatio-temporelles et sous les rotations». En d'autres termes: il doit être homogène et dépourvu de sens préférentiel.

En 1948, Bondi et Gold ont ajouté ce principe dans le cadre de leur théorie de l'état stationnaire de l'univers, déclarant que la densité de l'univers reste uniforme malgré son expansion continue et éternelle.

Explication

Le modèle stationnaire garantit que l'univers continuera à s'étendre pour toujours, car il y aura toujours des sources de matière et d'énergie qui le maintiendront tel que nous le connaissons aujourd'hui.

De cette manière, de nouveaux atomes d'hydrogène sont continuellement créés pour former des nébuleuses qui finiront par donner naissance à de nouvelles étoiles et galaxies. Le tout à la même vitesse que les anciennes galaxies s'éloignent jusqu'à ce qu'elles deviennent inobservables et que les nouvelles galaxies soient complètement indiscernables des plus anciennes.

Comment savez-vous que l'univers est en expansion? Examen de la lumière des étoiles, qui sont principalement composées d'hydrogène, qui émet des lignes caractéristiques d'émission électromagnétique qui ressemblent à une empreinte digitale. Ce modèle s'appelle un spectre et peut être vu dans la figure suivante:

Figure 2. Spectre d'émission d'hydrogène. La ligne rouge correspond à la longueur d'onde de 656 nm.

Les galaxies sont constituées d'étoiles dont les spectres sont les mêmes que ceux émis par les atomes dans nos laboratoires, à une petite différence près: elles sont décalées vers des longueurs d'onde plus élevées, c'est-à-dire vers le rouge du fait de l'effet Doppler, qui est un signe sans équivoque d'un éloignement.

La plupart des galaxies ont ce redshift dans leurs spectres. Seuls quelques-uns dans le "groupe local de galaxies" à proximité montrent un décalage vers le bleu.

L'un d'eux est la galaxie d'Andromède, qui approche et avec laquelle peut-être, dans de nombreux siècles, la Voie lactée, notre propre galaxie, fusionnera

Les galaxies en recul et la loi de Hubble

Une ligne caractéristique du spectre de l'hydrogène est celle à 656 nanomètres (nm). À la lumière d'une galaxie, cette même ligne s'est déplacée à 660 nm. Par conséquent, il a un décalage vers le rouge de 660 - 656 nm = 4 nm.

En revanche, le quotient entre le décalage de longueur d'onde et la longueur d'onde au repos est égal au quotient entre la vitesse de la galaxie v et la vitesse de la lumière (c = 300000 km / s):

Avec ces données:

v = 0,006c

Autrement dit, cette galaxie s'éloigne à 0,006 fois la vitesse de la lumière: environ 1800 km / s. La loi de Hubble stipule que la distance d'une galaxie d est proportionnelle à la vitesse v avec laquelle elle s'éloigne:

La constante de proportionnalité est l'inverse de la constante de Hubble, notée Ho, dont la valeur est:

Cela signifie que la galaxie dans l'exemple est à une distance de:

Présent

Jusqu'à présent, le modèle cosmologique le plus largement accepté reste la théorie du Big Bang. Cependant, certains auteurs continuent de formuler des théories en dehors de celle-ci et soutiennent la théorie de l'état stationnaire.

Chercheurs en faveur de la théorie de l'état d'équilibre

L'astrophysicien indien Jayant Narlikar, qui a travaillé en collaboration avec l'un des créateurs de la théorie de l'état stationnaire, a publié des publications relativement récentes à l'appui du modèle d'état stationnaire.

Exemples: "Création de la matière et décalage vers le rouge anormal" et "Théories de l'absorption du rayonnement dans les univers en expansion", tous deux publiés en 2002. Ces travaux cherchent des explications alternatives au Big Bang pour expliquer l'expansion de l'univers et le fond de micro-ondes.

L'astrophysicien et inventeur suédois Johan Masreliez est un autre des défenseurs contemporains de la théorie de l'état stationnaire, en proposant l'expansion cosmique à l'échelle, une théorie alternative non conventionnelle au Big Bang.

L'Académie russe des sciences, en reconnaissance de son travail, a publié une monographie de ses contributions en astrophysique en 2015.

Rayonnement de fond cosmique

En 1965, deux ingénieurs de Bell Telephone Laboratories: A. Penzias et R. Wilson, ont découvert un rayonnement de fond qu'ils ne pouvaient pas éliminer de leurs antennes micro-ondes directionnelles.

Le plus curieux, c'est qu'ils n'ont pas pu en identifier une source. Le rayonnement est resté le même quelle que soit la direction dans laquelle l'antenne était dirigée. À partir du spectre de rayonnement, les ingénieurs ont déterminé que sa température était de 3,5 K.

Près d'eux et sur la base du modèle du Big Bang, un autre groupe de scientifiques, cette fois des astrophysiciens, a prédit un rayonnement cosmique de même température: 3,5 K.

Les deux équipes sont arrivées à la même conclusion de manière complètement différente et indépendante, sans connaître le travail de l'autre. Par coïncidence, les deux ouvrages ont été publiés à la même date et dans le même journal.

L'existence de ce rayonnement, appelé rayonnement de fond cosmique, est l'argument le plus fort contre la théorie stationnaire, car il n'y a aucun moyen de l'expliquer à moins qu'il ne s'agisse des restes de rayonnement du Big Bang.

Cependant, les partisans n'ont pas tardé à proposer l'existence de sources de rayonnement dispersées dans tout l'univers, qui diffusaient leur rayonnement avec de la poussière cosmique, bien qu'il n'y ait jusqu'à présent aucune preuve que ces sources existent réellement.

Arguments en faveur

Au moment où elle a été proposée et avec les observations disponibles, la théorie de l'état stationnaire était l'une des plus acceptées par les physiciens et cosmologistes. À ce moment-là - au milieu du 20e siècle - il n'y avait aucune différence entre l'univers le plus proche et le plus éloigné.

Les premières estimations basées sur la théorie du Big Bang, dataient de l'univers à environ 2 milliards d'années, mais à cette époque, on savait que le système solaire avait déjà 5 milliards d'années et la Voie lactée entre 10 et 12 milliards d'années. années.

Cette erreur de calcul est devenue un point en faveur de la théorie de l'état stationnaire, car de toute évidence, l'univers n'aurait pas pu démarrer après la Voie lactée ou le système solaire.

Les calculs actuels basés sur le Big Bang estiment l'âge de l'univers à 13,7 milliards d'années et à ce jour aucun objet n'a été trouvé dans l'univers avant cet âge.

Contre-arguments

Entre les années 1950 et 1960, des sources lumineuses de radiofréquences ont été découvertes: des quasars et des radio-galaxies. Ces objets cosmiques n'ont été trouvés qu'à de très grandes distances, c'est-à-dire dans un passé lointain.

Dans les prémisses du modèle en régime permanent, ces sources intenses de radiofréquences devraient être distribuées plus ou moins uniformément dans l’univers présent et passé, mais les preuves montrent le contraire.

En revanche, le modèle du Big Bang est plus concret avec cette observation, puisque des quasars et des radio-galaxies auraient pu se former à des stades plus denses et plus chauds de l'univers, devenant plus tard des galaxies.

Vues de l'univers

Panorama lointain

La photographie de la figure 1 est l'image en champ profond extrême capturée par le télescope spatial Hubble entre 2003 et 2004.

Il correspond à une toute petite fraction inférieure à 0,1º du ciel sud dans la constellation Fornax, loin de l'éblouissement de la Voie lactée, dans une zone où les télescopes normaux ne captent rien.

Sur la photo, vous pouvez voir des galaxies spirales similaires à la nôtre et à nos proches voisins. La photographie montre également des galaxies rouges diffuses, où la formation d'étoiles a cessé, ainsi que des points qui sont des galaxies encore plus éloignées dans l'espace et dans le temps.

On estime que l'univers a 13,7 milliards d'années et la photographie en champ profond montre des galaxies à 13,2 milliards d'années-lumière. Avant Hubble, les galaxies les plus éloignées observées étaient à 7 milliards d'années-lumière, et l'image était similaire à celle montrée sur la photographie en champ profond.

L'image de l'espace lointain montre non seulement l'univers lointain, elle montre également l'univers passé, car les photons qui ont été utilisés pour construire l'image ont 13,2 milliards d'années. C'est donc l'image d'une portion de l'univers primitif.

Panorama proche et intermédiaire

Le groupe local de galaxies contient la Voie lactée et Andromède voisine, la galaxie Triangle et une trentaine d'autres, à moins de 5,2 millions d'années-lumière.

Cela signifie 2 500 fois moins de distance et de temps que les galaxies en champ profond. Cependant, l'apparence de l'univers et la forme de ses galaxies ressemblent à celles de l'univers lointain et plus ancien.

Figure 3: Groupe de galaxies Hickson-44 dans la constellation du Lion à 60 millions d'années-lumière. (Crédits: MASIL Imaging Team)

La figure 2 est un échantillon de la plage intermédiaire de l'univers exploré. C'est le groupe de galaxies Hickson-44 situé à 60 millions d'années-lumière dans la constellation du Lion.

Comme on peut le voir, l'apparence de l'univers à des distances et à des temps intermédiaires est similaire à celle de l'univers profond 220 fois plus loin et à celle du groupe local, cinq fois plus proche.

Cela conduit à penser que la théorie de l'état stationnaire de l'univers a au moins un fondement observationnel, puisque le panorama de l'univers à différentes échelles spatio-temporelles est très similaire.

Dans le futur, il est possible qu'une nouvelle théorie cosmologique soit créée avec les aspects les plus réussis de la théorie de l'état stationnaire et de celle du Big Bang.

Références

1. Bang - Crunch - Bang. Récupéré de: FQXi.org
2. Encyclopédie en ligne de Britannica. Théorie de l'état d'équilibre. Récupéré de: Britannica.com
3. Neofronters. Modèle à l'état stable. Récupéré de: neofronteras.com
4. Wikipédia. Théorie de l'état d'équilibre. Récupéré de: wikipedia.com
5. Wikipédia. Principe cosmologique. Récupéré de: wikipedia.com