Syklisk modell av universet: degenerering av materie skjer i det uendelige

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

På begynnelsen av 2000-tallet foreslo to fysikere fra Princeton University en kosmologisk modell, ifølge hvilken Big Bang ikke er en unik hendelse, men romtiden eksisterte lenge før universet ble født.

I den sykliske modellen går universet gjennom en uendelig selvopprettholdende syklus. På 1930-tallet fremmet Albert Einstein ideen om at universet kan oppleve en endeløs syklus av store smell og store kompresjoner. Utvidelsen av universet vårt kan være et resultat av sammenbruddet av det forutgående universet. Innenfor rammen av denne modellen kan vi si at universet ble gjenfødt fra forgjengerens død. I så fall var ikke Big Bang noe unikt, det er bare en liten eksplosjon blant et uendelig antall andre. Syklisk teori erstatter ikke nødvendigvis Big Bang-teorien; snarere prøver den å svare på andre spørsmål: for eksempel, hva skjedde før Big Bang og hvorfor førte Big Bang til en periode med rask ekspansjon?

En av de nye sykliske modellene av universet ble foreslått av Paul Steinhardt og Neil Turok i 2001. Steinhardt beskrev denne modellen i sin artikkel, som ble kalt The Cyclic Model of the Univers. I strengteori er en membran, eller «brane», et objekt som eksisterer i en rekke dimensjoner. I følge Steinhardt og Turok tilsvarer de tre romlige dimensjonene vi ser disse branene. To 3D-braner kan eksistere parallelt, atskilt med en ekstra, skjult dimensjon. Disse brane - de kan betraktes som metallplater - kan bevege seg langs denne ekstra dimensjonen og kollidere med hverandre, og skape Big Bang, og derfor universer (som vårt). Når de kolliderer, utspiller hendelser seg i henhold til standard Big Bang-modellen: varm materie og stråling skapes, rask inflasjon skjer, og så kjøles alt ned - og slike strukturer som galakser, stjerner og planeter dannes. Steinhardt og Turok hevder imidlertid at det alltid er en eller annen interaksjon mellom disse brane, som de kaller inter-brane: det trekker dem sammen, noe som får dem til å kollidere igjen og produsere neste Big Bang.

Steinhardt og Turoks modell utfordrer likevel noen av forutsetningene til Big Bang-modellen. For eksempel, ifølge dem, var ikke Big Bang begynnelsen på rom og tid, men snarere en overgang fra en tidligere fase av evolusjonen. Hvis vi snakker om Big Bang-modellen, så står det at denne hendelsen markerte den umiddelbare begynnelsen av rom og tid som sådan. I tillegg, i denne syklusen av kolliderende braner, må universets storskalastruktur bestemmes av kompresjonsfasen: det vil si at dette skjer før de kolliderer og neste Big Bang inntreffer. I følge Big Bang-teorien bestemmes universets storskalastruktur av en periode med rask ekspansjon (inflasjon), som fant sted kort tid etter eksplosjonen. Dessuten forutsier ikke Big Bang-modellen hvor lenge universet vil eksistere, og i Steinhardt-modellen er varigheten av hver syklus omtrent en billion år.

Det som er bra med den sykliske modellen av universet er at den, i motsetning til Big Bang-modellen, kan forklare den såkalte kosmologiske konstanten. Størrelsen på denne konstanten er direkte relatert til den akselererte ekspansjonen av universet: den forklarer hvorfor verdensrommet ekspanderer så raskt. Ifølge observasjoner er verdien av den kosmologiske konstanten veldig liten. Inntil nylig ble det antatt at verdien er 120 størrelsesordener mindre enn forutsagt av standard Big Bang-teorien. Denne forskjellen mellom observasjon og teori har lenge vært et av de største problemene i moderne kosmologi. Imidlertid ble det for ikke så lenge siden innhentet nye data om utvidelsen av universet, ifølge hvilke det utvider seg raskere enn tidligere antatt. Det gjenstår å vente på nye observasjoner og bekreftelse (eller tilbakevisning) av dataene som allerede er innhentet.

Steven Weinberg, nobelprisvinner fra 1979, prøver å forklare forskjellen mellom å observere og forutsi en modell ved hjelp av det såkalte antropiske prinsippet. Ifølge ham er verdien av den kosmologiske konstanten tilfeldig og varierer i forskjellige deler av universet. Vi bør ikke bli overrasket over at vi bor i et så sjeldent område hvor vi observerer en liten verdi av denne konstanten, siden bare med denne verdien kan stjerner, planeter og liv utvikle seg. Noen fysikere er imidlertid ikke fornøyd med denne forklaringen på grunn av mangelen på bevis for at denne verdien er annerledes i andre regioner i det observerbare universet.

En lignende modell ble utviklet av den amerikanske fysikeren Larry Abbott på 1980-tallet. I hans modell var imidlertid reduksjonen i den kosmologiske konstanten til lave verdier så lang at all materie i universet i løpet av en slik periode ville spre seg i rommet, og la det faktisk være tomt. I følge Steinhardt og Turoks sykliske modell av universet er grunnen til at verdien av den kosmologiske konstanten er så liten at den i utgangspunktet var veldig stor, men over tid, for hver ny syklus, sank den. Med andre ord, med hver store eksplosjon blir mengden materie og stråling i universet "nullet", men ikke den kosmologiske konstanten. Over mange sykluser har verdien falt, og i dag observerer vi nøyaktig denne verdien (5, 98 x 10-10 J / m3).

I et intervju snakket Neil Turok om sin og Steinhardts modell av det sykliske universet som følger:

"Vi har foreslått en mekanisme der superstrengteori og M-teori (våre beste kombinerte teorier om kvantetyngdekraft) lar universet gå gjennom Big Bang. Men for å forstå om antakelsen vår er helt konsistent, er det nødvendig med ytterligere teoretisk arbeid."

Forskere håper at med utviklingen av teknologi, vil det være en mulighet til å teste denne teorien sammen med andre. Så ifølge den standard kosmologiske modellen (ΛCDM), fulgte en periode kjent som inflasjon kort tid etter Big Bang, som fylte universet med gravitasjonsbølger. I 2015 ble det registrert et gravitasjonsbølgesignal, hvis form falt sammen med prediksjonen om generell relativitet for sammenslåingen av to sorte hull (GW150914). I 2017 ble fysikerne Kip Thorne, Rainer Weiss og Barry Barish tildelt Nobelprisen for denne oppdagelsen. Også senere ble gravitasjonsbølger registrert som stammer fra hendelsen av sammenslåingen av to nøytronstjerner (GW170817). Imidlertid er gravitasjonsbølger fra kosmisk inflasjon ennå ikke registrert. Dessuten bemerker Steinhardt og Turok at hvis modellen deres er riktig, vil slike gravitasjonsbølger være for små til å bli «oppdaget».