La teoria dello stato stazionario o teoria della creazione continua è uno scenario cosmologico non standard basato sul principio cosmologico perfetto che fu proposto nel 1948 da Fred Hoyle, Hermann Bondi, Thomas Gold come alternativa alla teoria del Big Bang. La teoria dello stato stazionario postula che l'universo mantenga le stesse proprietà nello spazio e nel tempo e non abbia né inizio né fine. Essa non deve essere confusa con l'idea di un universo statico: infatti la teoria descrive un universo in espansione come la teoria del Big Bang. Ma poiché l'espansione fa diminuire la densità dell'universo nel corso del tempo, la teoria dello stato stazionario implica la creazione continua di materia per mantenere la densità costante.
Negli anni cinquanta del XX secolo questa teoria ha rappresentato la principale alternativa al Big Bang, ma è stata definitivamente confutata dall'osservazione che l'universo era diverso nel passato e, soprattutto, dalla scoperta della radiazione cosmica di fondo, e dopo gli anni 2000 l'unico sostenitore di rilievo della teoria, in forma riveduta, è stato l'astrofisico Jayant V. Narlikar, direttore del Centro di Astronomia e Astrofisica di Pune. Negli anni '90 lo stesso Hoyle fece un tentativo di conciliazione teorica fra la propria teoria e il Big Bang, la cosiddetta teoria dello stato quasi-stazionario.
Qualche suo elemento (sia dal punto di vista matematico che filosofico) si ritrova comunque nella cosmologia contemporanea.
La teoria originaria La sua base filosofica è il cosiddetto Principio cosmologico perfetto, che afferma che il nostro punto di osservazione dell'Universo non sarebbe per nulla particolare, non solo dal punto di vista della posizione, ma anche da quello temporale: non solo l'uomo, la Terra, il Sole o la Via Lattea non sono al centro dell'Universo (né in alcun'altra posizione privilegiata), ma su scala cosmologica anche l'epoca in cui viviamo non sarebbe significativamente differente da ogni altra. L'universo su grande scala sarebbe quindi eterno, immutato ed immutabile.
La "creazione continua"
Questo principio può essere conciliato con la cosiddetta Legge di Hubble (l'osservazione del moto di recessione delle galassie, le quali si allontanano da noi ad una velocità proporzionale alla loro distanza) assumendo che si abbia una continua creazione di materia, in modo da mantenere costante la densità media. Siccome il tasso a cui la materia dovrebbe essere creata è molto basso (1 atomo di Idrogeno per m³ ogni miliardo di anni) la mancata osservazione (e la non falsificabilità di quest'affermazione) di questo fenomeno non costituiva un vero problema per la teoria (anche se ci furono varie ipotesi, vedi la sezione su Halton Arp).
Per quanto il Big Bang fosse forse la teoria più accreditata, lo stato stazionario rimase una seria alternativa fino alla fine degli anni sessanta, quando furono ottenute osservazioni che dimostravano che le proprietà dell'universo su larga scala evolvono nel tempo: si osservò infatti che la densità "locale" di quasar e radiogalassie era sostanzialmente inferiore a quella che si poteva misurare ad alto redshift, ovvero a grandi distanze, cioè nel lontano passato, dato che la velocità della luce è finita. Questa interpretazione fu contestata da alcuni sostenitori dello stato stazionario (fra cui, di nuovo, Halton Arp), che suggerirono che il redshift dei quasar non fosse di origine cosmologica, ma legato alle proprietà fisiche di questi oggetti (cosa che avrebbe "salvato" lo stato stazionario).
La teoria modificava l'ipotesi di omogeneità del principio cosmologico per introdurla nel tempo e nello spazio. Questo "principio cosmologico perfetto", come sarebbe stato chiamato, prevedeva un universo in espansione, senza però modificare la sua densità. Per ottenere questo risultato, la cosmologia dello stato stazionario ha dovuto postulare un "campo creazione-materia" (il cosiddetto campo-C) che immette materia nell'universo allo scopo di mantenere una densità costante.
L'idea fu quasi subito attaccata dai sostenitori del Big Bang che descrissero il campo-C come contraddittorio con una coerente comprensione della fisica.
Hoyle contro il Big Bang
Hoyle, uno dei sostenitori più accesi del modello di stato stazionario, e un materialista impegnato (nonostante ciò, la sua idea della panspermia, oggi condivisa da molti, lo avrebbe fatto includere - probabilmente a torto e a causa della sua teoria dell'intelligenza universale - nei critici dell'evoluzionismo classico darwiniano), riteneva che il vecchio modello rivale fosse una forzatura in quanto violava i principi filosofici fondamentali sulla natura infinita dell'esistenza, inoltre pensava che il modello standard della cosmologia basato sul Big Bang violasse una legge considerata inviolabile nel mondo naturale, quella di Lavoisier, postulando in alcune formulazioni la nascita di materia dal nulla. Hoyle riteneva che l'universo fosse più vivo di quanto sembri, e vi fossero ovunque virus e batteri nello spazio.
Fred Hoyle ammoniva esplicitamente che il Big Bang veniva sostenuto come un dogma “causa prima” in linea con la teologia occidentale piuttosto che con la scienza. Per attaccare questa relazione, Hoyle diede il via a una campagna pubblica per screditare e liquidare la teoria del Big Bang, coniando appunto il termine "Big Bang", che rimane ancora oggi legato alla teoria cosmologica standard, anche se la qualità descrittiva del nome è stata duramente criticata come fuorviante.Nel anni 1990 si tenne un concorso organizzato dalla rivista Sky & Telescope per rinominare la teoria del Big Bang e ci furono migliaia di proposte. I giudici giunsero alla conclusione che nessuna di esse era migliore del nome attuale. Il termine "Big Bang" fu coniato da Fred Hoyle nel 1949, in senso dispregiativo, riferendosi ad esso come "questa idea del grosso botto" durante una trasmissione radiofonica della BBC Radio del marzo 1949.Comunemente si riferisce che Hoyle intese ciò in senso dispregiativo. Tuttavia, Hoyle in seguito ha negato ciò, dicendo fu solo un'immagine sensazionale intesa ad enfatizzare la differenza tra le due teorie per i radioascoltatori (vedi capitolo 9 di The Alchemy of the Heavens ("L'alchimia dei cieli") di Ken Croswell, Anchor Books, 1995). Successivamente Hoyle diede un valido contributo al tentativo di comprendere il percorso nucleare di formazione degli elementi più pesanti a partire da quelli più leggeri.
Il modello stazionario riscontrò un notevole successo negli anni '50. Una ragione fu forse l'istintiva reazione di diversi scienziati al tentativo di strumentalizzazione delle loro scoperte portato avanti dalla Chiesa cattolica, che volle vedere nella teoria del Big Bang una dimostrazione scientifica della creazione e dell'esistenza di Dio. Il primo propositore era stato infatti Georges Lemaître, fisico e sacerdote cattolico belga nel 1927. Negli anni venti e trenta quasi tutti i maggiori cosmologi preferivano un universo eterno, e molti obiettarono che l'origine del tempo implicita nel Big Bang introduceva concetti religiosi all'interno della fisica; questa obiezione fu più tardi ripresa dai sostenitori della teoria dello stato stazionario.. Lo stesso papa Pio XII, quando fu pubblicata la teoria, si entusiasmò con un personale e lungo commento teologico, nel 1951, improntato sull'Ex nihilo nihil fit ed il Fiat lux. Tuttavia, gli approcci di una qualsivoglia fede spirituale o - in termini filosofici - trascendenza - su tale teoria, possono essere molto aperti, e di vario tipo. Hoyle scelse di opporsi anche alla scientificità del Big Bang stesso.
Osservazioni contro la teoria Man mano che i dati cosmologici venivano raccolti, i cosmologi cominciarono a rendersi conto che il Big Bang aveva correttamente previsto l'abbondanza di elementi leggeri osservata nel cosmo. Ciò che nel modello di stato stazionario era una proporzione casuale tra idrogeno da una parte e deuterio e elio dall'altra, in quello del Big Bang rappresentava una caratteristica. Inoltre, all'inizio degli anni 1990 misurazioni precise del CMB indicarono che in natura lo spettro elettromagnetico del fondo era più vicino a un corpo nero che qualsiasi altra fonte in natura. I migliori modelli di estinzione interstellare potevano prevedere che fosse una termalizzazione a livello del 10% mentre il satellite COBE misurò la deviazione a livello di una parte su 105. Dopo questa scoperta sensazionale, la maggior parte dei cosmologi si convinse che la teoria dello stato stazionario non poteva spiegare le osservazioni cosmologiche così come faceva il Big Bang. Da quel momento, osservazioni dettagliate della sonda spaziale per l'anisotropia delle microonde (WMAP) hanno isolato un modello Lambda-CDM che mette in relazione le anisotropie della radiazione cosmica di fondo con le caratteristiche dell'universo come la struttura cosmica su larga scala, la natura dettagliata della legge di Hubble, e anche bizzarre caratteristiche come l'inflazione, l'energia oscura e la materia oscura non barionica fredda.
Il declino della teoria fu determinato dalla verifica e dall'accettazione dei fenomeni che sono considerati le grandi prove del Big Bang: la radiazione cosmica di fondo la nucleosintesi primordiale
I sostenitori della teoria (Hoyle, Burbidge e Narlikar) hanno cercato di spiegare altrimenti tali osservazioni.
Secondo Stephen Hawking, la teoria dello stato stazionario non regge principalmente perché non si può provare l'effettiva creazione continua di atomi di materia, in alternativa a un unico Big Bang, con le osservazioni attuali.
Confutazione del Big Bang secondo i teorici dello stato stazionario I sostenitori dello stazionario affermano quindi che i tre "pilastri" del Big Bang non siano così solidi, specialmente il redshift (considerato la prova della legge di Hubble), nutrendo dubbi anche sulla radiazione cosmica di fondo e l'abbondanza di elio-4 derivata da nucleosintesi primordiale. Questi dati si spiegherebbero infatti in maniera alternativa, anche avendo a disposizione nuovi rilevamenti più precisi, ma la scienza maggioritaria sarebbe orientata unicamente verso il Big Bang.Ma quale Big Bang, galileonet.it
La radiazione cosmica
Il dibattito tra il Big Bang e i modelli dello stato stazionario sarebbe durato per 15 anni, con campi quasi equamente divisi, fino alla scoperta della radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB) nel 1964. Questa radiazione è una caratteristica naturale del modello del Big Bang che richiede un "tempo di ultima dispersione", nel quale i fotoni si disaccoppiano dalla materia barionica. Il modello dello stato stazionario propose che questa radiazione potesse essere considerata la cosiddetta estinzione interstellare, che era uno sottofondo causato in parte dal paradosso di Olbers in un universo infinito. Anche la stessa creazione di materia provoca esplosioni e campi gravitazionali percepibili come micro-onde.
Sulla base di alcune anomalie osservate da Planck Surveyor nel 2013 (come una differenza significativa nel segnale osservato nei due emisferi opposti del cielo, e una regione fredda eccessivamente grande, tale da dover accettare l'esistenza di un enorme supervuoto), taluni hanno ipotizzato che la radiazione potesse essere un fenomeno più locale e quindi non un residuo del Big BangRiccardo Scarpa, E se la radiazione di fondo fosse solo un localismo? , Coelum, 170; in passato era stato obiettato che la sua origine fosse nell'estinzione interstellare con presenza di particelle di ferro sullo sfondoJ.V. Narlikar et al., Cosmic iron whiskers: their origin, length distribution and astrophysical consequences (Hoyle, Narlikar, Arp) o una radiazione polarizzata di sincrotrone proveniente da radiogalassie e radiosorgenti lontane e annichilazione materia-antimateria (Cosmologia del plasma).
I baffi di ferro cosmico