С 1930-х годов благодаря работе Лемэтра и Хаббла мы знаем, что вселенная расширяется.Однако, возникли споры о причинах этого расширения и какая плотность у вселенной была ранее.
В 1948 году возникли две конкурирующие теории. Первая это теория стационарного состояния, сформулированная тремя кембриджскими учеными: Германом Бонди, Томасом Голдом и Фредом Хойлом. Для сторонников этой теории вселенная расширяется, но даже если ее объем увеличивается с течением времени, она всегда имеет одинаковую плотность, потому что происходит непрерывное создание материи.
Вторая - теория первичного нуклеосинтеза , сформулированная тремя американскими учеными: Робертом Германом, Джорджем Гамовым и Ральфом Альфером. Для сторонников этой теории, означало что,поскольку вселенная расширяется, то в прошлом она была намного плотнее и горячее, чем сегодня. \Вселенная ранее была настолько горячей, что там происходили термоядерные реакции, как в середине звезд или во время взрыва бомбы А..
Чтобы высмеять эту теорию первичного нуклеосинтеза, Фред Хойл изобрел в 1950 году название «теории большого взрыва», выражение, которое, несмотря на свою иронию, в конечном итоге обозначило теорию первичного нуклеосинтеза.
Согласно теории первичного нуклеосинтеза (называемого большим взрывом) вселенная постоянно расширяется, плотность её со временем уменьшается. Это означает, что, если мы вернемся во времени назад, мы увидим, что Вселенная была достаточно плотной (и, следовательно, горячей), в ней происходили термоядерные реакции.Именно это состояние вселенной мы называем «большим взрывом».
Теория стационарного состояния, которая в настоящее время считается опровергнутой, задумана как расширяющаяся вселенная, но с непрерывным созданием материи, которая компенсирует это расширение, что делает плотность вселенной постоянной во времени.
Теория стационарного состояния была подвергнута значительной критике со стороны астрономов и физиков, которые видели в ней теорию, основанную на абсурдной гипотезе, которая нарушает все принципы физики: непрерывное создание материи. Интересно, что Бонди, Голд и Хойл использовали аргументы философа науки Карла Поппера, чтобы ответить на эту критику.
По логике научного открытия(1934), Поппер утверждает, что никакая научная теория не может быть логически основана на наблюдениях или экспериментах. Действительно, каждый всегда ведёт наблюдение или экспериментирует на конкретном объекте: например, на звезде или галактике. С другой стороны, научные теории имеют универсальные законы: они описывают, как ведут себя все звезды или все тела, имеющие массу. Поэтому переход от наблюдений к теоретическим законам, которые мы называем индукцией, является выводом из частных случаев к универсальным утверждениям.
Поскольку научные теории не основаны на индукции наблюдений, Поппер признает, что ученые могут выдвинуть любые гипотезы.Но они в основном будут , столь же надуманными, как и гипотеза непрерывного создания материала. Единственным условием для гипотезы является то, что она должна быть научной и продвигать науку.Согласно Попперу эта гипотеза имеет последствия, которые могут быть предметом наблюдений или экспериментов. То есть скажем, что из этой гипотезы можно сделать прогнозы. Если можно представить некоторые экспериментальные обстоятельства, которые могли бы опровергнуть эти предположения, то это и есть научные гипотезы.
Например, предположение о том, что Бог является причиной всего происходящего, не опровергается. Действительно, нельзя представить никаких доказательств обратного, поскольку каждое из этих доказательств могло быть создано Богом. Эта гипотеза, следовательно, не опровергается, что означает для Поппера, что она не научна.
И наоборот, предположение о непрерывном создании материи является опровержимой гипотезой, поскольку мы можем сделать видимые последствия. Например, согласно теории стационарного состояния, вселенная должна всегда иметь одинаковую плотность и, следовательно, всегда иметь одинаковый аспект. Однако в астрономии, чем больше мы наблюдаем отдаленную область вселенной, тем больше эта область изменяется. Действительно, у света нет мгновенной скорости, поэтому для достижения удаленных объектов требуется больше времени, чем для близлежащих объектов. Например, Солнце находится на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли, расстояние, на которое свету уходит восемь минут. Когда мы смотрим на солнце, мы видим его таким, каким оно было восемь минут назад.
Таким образом, теория стационарного состояния является опровержимой теорией, поскольку достаточно взглянуть на отдаленные объекты, чтобы наблюдать вселенную, когда она была моложе, и, таким образом, наблюдать, имела ли она ту же плотность, что и сегодня. , Конечно, это легче сказать, чем сделать, потому что наблюдение объектов на расстояниях в миллионы или даже миллиарды световых лет и измерение их расстояния требуют огромных телескопов, специальных технических средств и образованных астрономов. Но к 1960-м годамнакопилось достаточно доказательств опровергающих теории стационарного состояния. Например, в 1963 году американский астроном Маартен Шмидт открыл звезду нового типа, которую он назвал квазарами. Теперь мы знаем, что это очень массивные ядра галактик, которые очень яркие и находятся очень далеко. Это опровергает гипотезу теории стационарного состояния о том, что вселенная всегда имела один и тот же внешний вид, поскольку квазары существуют только в глубоком космосе, то есть в более ранний период времени.
Открытие в 1965 году космического микроволнового фона, окончательно опровергло теорию стационарного состояния. Космический микроволновый фон - это «первый свет вселенной». Когда вселенная была очень молода, она был настолько плотной, что свет не мог вырваться из материи, он постоянно излучался и поглощался окружающими атомами. Но примерно через 400 000 лет после большого взрыва, плотность Вселенной стала настолько низкой, что фотоны (частицы, из которых состоит свет) смогли вырваться из материала и достичь нас. Но только в 1965 году это излучение было признано тем, чем оно является, то есть светом, излучаемым вселенной, когда он был намного плотнее и горячее, чем сегодня. Это наблюдение прямо противоречит предсказаниям теории стационарных состояний.
Одного этого наблюдения недостаточно для проверки теории большого взрыва, но достаточно для опровержения теории стационарного состояния (по крайней мере, в ее первом варианте). Это хорошая иллюстрация того, как научный прогресс работает в соответствии с философией Поппера: ученые не накапливают наблюдения и научные эксперименты, чтобы подтвердить гипотезы, потому что это невозможно для того что бы кончательно доказать научную гипотезу. С другой стороны, ученые проводят эксперименты и наблюдения, чтобы опровергнуть определенные гипотезы. Действительные гипотезы - это только те, которые еще не опровергнуты, но которые, вероятно, будут опровергнуты в будущем. Таким образом, оставляя место для лучших гипотез, которые смогут объяснить и предсказать больше явлений.