O que é a teoria do estado estacionário na cosmologia?

Teoria do estado estacionário foi uma teoria proposta no século 20 cosmologia explicar as evidências de que o universo estava se expandindo, mas ainda assim manter a ideia central de que o universo sempre parece o mesmo e, portanto, é imutável na prática e não tem começo nem fim. Essa idéia foi amplamente desacreditada devido a evidências astronômicas que sugerem que o universo está, de fato, mudando ao longo do tempo.

Quando Einstein criou o seu teoria da relatividade geral, a análise inicial mostrou que ele criou um universo instável (em expansão ou contração), em vez do universo estático que sempre fora assumido. Einstein também sustentava essa suposição sobre um universo estático, então ele introduziu um termo em suas equações gerais do campo da relatividade chamado constante cosmológica. Isso serviu ao propósito de manter o universo em um estado estático. No entanto, quando Edwin Hubble descobriram evidências de que galáxias distantes estavam, de fato, se expandindo para longe da Terra em todas as direções, cientistas (incluindo Einstein) perceberam que o universo não parecia estático e o termo era removido.

A teoria do estado estacionário foi proposta pela primeira vez por Sir James Jeans na década de 1920, mas realmente ganhou um impulso em 1948 quando foi reformulada por Fred Hoyle, Thomas Golde Hermann Bondi. Há uma história duvidosa de que eles inventaram a teoria depois de assistir ao filme "Dead of Night", que termina exatamente como começou.

Hoyle tornou-se particularmente um dos principais defensores da teoria, especialmente em oposição à teoria do big bang. De fato, em uma transmissão de rádio britânica, Hoyle cunhou o termo "big bang" de maneira irônica para explicar a teoria oposta.

Em seu livro "Parallel Worlds", físico Michio Kaku fornece uma justificativa razoável para a dedicação de Hoyle ao modelo de estado estacionário e a oposição ao modelo do big bang:

Um defeito na teoria [do big bang] foi que o Hubble, devido a erros na medição da luz de galáxias distantes, calculou mal a idade do universo em 1,8 bilhão de anos. Os geólogos alegaram que a Terra e o sistema solar provavelmente tinham bilhões de anos. Como o universo poderia ser mais jovem que seus planetas?

Em seu livro "Universo sem fim: além do Big Bang", cosmologistas Paul J. Steinhardt e Neil Turok são um pouco menos simpáticos à posição e motivações de Hoyle:

Hoyle, em particular, considerou o big bang abominável porque era veementemente antirreligioso e achou que o quadro cosmológico era perturbadoramente próximo do relato bíblico. Para evitar o estrondo, ele e seus colaboradores estavam dispostos a contemplar a idéia de que matéria e radiação eram continuamente criado em todo o universo, de maneira a manter a densidade e a temperatura constantes como as universo se expande. Essa imagem de estado estacionário foi a última posição para os defensores do conceito imutável do universo, iniciando uma batalha de três décadas com os defensores do modelo do big bang.

Como essas citações indicam, o principal objetivo da teoria do estado estacionário era explicar a expansão do universo sem precisar dizer que o universo como um todo parece diferente em diferentes momentos no tempo. Se o universo em um dado momento parece basicamente o mesmo, não há necessidade de assumir um começo ou um fim. Isso geralmente é conhecido como o princípio cosmológico perfeito. A principal maneira pela qual Hoyle (e outros) foi capaz de manter esse princípio foi propondo uma situação, enquanto o universo se expandia, novas partículas foram criadas. Novamente, como apresentado por Kaku:

Nesse modelo, partes do universo estavam de fato se expandindo, mas novas matérias eram constantemente criadas do nada, de modo que a densidade do universo permanecia a mesma... Para Hoyle, parecia ilógico que um cataclismo de fogo pudesse aparecer do nada para enviar galáxias em todas as direções; ele preferia a criação suave de massa do nada. Em outras palavras, o universo era atemporal. Não teve fim nem começo. Foi apenas.

As evidências contra a teoria do estado estacionário cresceram à medida que novas evidências astronômicas foram detectadas. Por exemplo, certas características de galáxias distantes (como quasares e galáxias de rádio) não eram vistas em galáxias mais próximas. Isso faz sentido na teoria do big bang, onde as galáxias distantes realmente representam galáxias "mais jovens" e galáxias mais próximas são mais antigas, mas a teoria do estado estacionário não tem uma maneira real de explicar essa diferença. De fato, é precisamente o tipo de diferença que a teoria foi projetada para evitar.

A "unha no caixão" final da cosmologia em estado estacionário, no entanto, veio da descoberta da cosmologia radiação de fundo de microondas, que havia sido previsto como parte da teoria do big bang, mas não tinha absolutamente nenhuma razão para existir dentro da teoria do estado estacionário.

Em 1972, Steven Weinberg disse sobre as evidências contrárias à cosmologia do estado estacionário:

Em certo sentido, a discordância é um crédito para o modelo; sozinho entre todas as cosmologias, o modelo de estado estacionário faz previsões tão definidas que pode ser refutado, mesmo com a evidência observacional limitada à nossa disposição.

Ainda existem alguns cientistas que exploram a teoria do estado estacionário na forma de teoria do estado quase-estável. Não é amplamente aceito entre os cientistas e muitas críticas foram feitas que não foram abordadas adequadamente.

"Ouro, Thomas." Dicionário completo de biografia científica, Filhos de Charles Scribner, Encyclopedia.com, 2008.

Kaku, Michio. "Mundos paralelos: uma jornada através da criação, dimensões mais altas e o futuro do cosmos". 1ª Edição, Doubleday, 28 de dezembro de 2004.

Keim, Brandon. "Físico Neil Turok: o Big Bang não foi o começo." Wired, 19 de fevereiro de 2008.

"Paul J. Steinhardt. "Departamento de Física, Universidade de Princeton, 2019, Princeton, Nova Jersey.

"Teoria do estado estacionário". New World Encyclopedia, 21 de outubro de 2015.

Steinhardt, Paul J. "Universo sem fim: além do Big Bang". Neil Turok, quinta edição ou edição posterior, Doubleday, 29 de maio de 2007.

O Doc. "Fred Hoyle." Cientistas famosos, 2019.