Rebound Universet: det modsatte af Big Bang

Mennesker har altid været fascineret af de to vigtigste teorier om oprindelsen af Universet. "I en af dem universet forekommer i et enkelt øjeblik af skabelse (som i den Jødisk-Kristne og den Brasilianske kosmogoni)," skrev kosmolog Mario Novello og Santiago Perez af Bergriffe i 2008. I en anden — "universet er evigt, og består af en endeløs serie af cykler (som i kosmogoni af Babylonierne og Ægypterne)". Opdelingen i moderne kosmologi "på en eller anden måde echo cosmogonic myter," skrev kosmologer.

Det Kan synes, at især konfrontation i de sidste par årtier var det ikke. Big Bang-teorien, som er en standard emne i lærebøger og TV-programmer, har stærk opbakning blandt moderne kosmologer. Billedet af en evig univers var at foretrække frem for omtrent hundrede år siden, men mistede opbakning, når astronomerne så, at universet udvider sig, og at det var små og enkle 14 milliarder år siden. I de mest populære moderne version af denne teori Big Bang begyndte med den såkaldte "kosmiske inflation" — brast af eksponentiel udvidelse, hvor uendeligt lille stykke af rum-tid eksploderet i en stor, flad, makroskopiske plads, hvilket har siden fortsat med at udvide sig.

I Dag, ved hjælp af en enkelt kilde ingrediens (inflaton feltet) inflatoriske modeller, der gengiver mange af de kendte detaljer på plads. Men som den oprindelige historie teorien om inflation taber på mange måder: det er uklart, hvad der gik forud for det var før. Mange teoretikere mener, at inflaton feltet skal selvfølgelig også passe ind i en mere komplet, men som endnu ukendt, teori om oprindelsen af tid.

I Løbet af de seneste par år, mere og mere kosmologer begyndte omhyggeligt at overveje de alternative. De siger, at Big Bang kunne være... en Stor Rebound. Nogle kosmologer foretrækker at se et billede, hvor cyklisk univers udvider sig og trækker som et lys, Hoppende, når krymper til en vis størrelse; andre foreslår, at rummet hoppede kun én gang — og at han var skrumpet ind til et rebound i uendeligt lang tid og vil udvide på ubestemt tid, efter at. I hvilken som helst model af tid fortsætter med at flyde i fortid og fremtid uden ende.

Den moderne videnskab er håbet at løse denne gamle debat. I de kommende år, teleskoper er nødt til at finde overbevisende dokumentation for, kosmisk inflation. I løbet af de første vilde vækst — hvis det var quantum krusninger i strukturen af tid og rum var spændt og præget i form af små hvirvler i polariseringen af det gamle lys den kosmiske baggrundsstråling. Forsøgene med nuværende og fremtidige teleskoper søge efter disse hvirvler. Hvis du ikke kan finde dem i løbet af de næste par årtier, er det også vil ikke betyde, at inflationen teori er forkert (i den sidste ende, disse hvirvler kan også dim), men vil føre til en styrkelse af den Hoppende kosmologi, ifølge hvilken af disse hvirvler, bør det ikke være.

Flere grupper af forskere, der samtidig gjort fantastiske fremskridt. I de seneste år, fysikere har identificeret to nye eventuel rebound. En af de modeller, der er beskrevet i det arbejde, der er offentliggjort i Journal of Cosmology and Astroparticle Fysik, blev præsenteret af Anna Ideer, Columbia University, i fortsættelse af hendes tidligere arbejde sammen med kosmolog Paul Steinhardt. Pludselig, endnu en ny løsning med rebound, der er accepteret til publikation i Physical Review D, som foreslået af Peter Graham, David Kaplan og Surdzhit Rajendram velkendte tre forskere, der var involveret i flere spørgsmål i partikelfysik, og var ikke relateret til fællesskabet af kosmologer rebound.

Faktisk, dette spørgsmål har fået en ny betydning i 2001, hvor Steinhardt og tre kosmolog sagde, at en periode med langsom nedgang i Universet kan forklare sin enestående blødhed og fly, som vi ser i dag, selv efter at hoppe, uden at det er nødvendigt for at oprette forbindelse inflation.

Den Fejlfri enkelhed af universet, det faktum, at ingen region i himlen indeholder mere stof, end alle andre, og at området er så fladt, hvordan de kan se teleskoper, — alt dette er overraskende og uforklarligt. At rummet var så homogen, som den er, eksperter mener, at når kosmos var en centimeter i diameter, han var nødt til at have den samme tæthed overalt i det omfang, at en del per 100.000. Men væksten i de mindre størrelser, stof og energi, havde straks komkovatost og forvrider rum-tid. Hvorfor kan vores teleskoper ser universet ødelagt af tyngdekraften?

" - Inflation, der kom ud af tanken om, at den glathed og plan i universet, er galskab," sagde kosmolog Neil Turok, Direktør for Institut for teoretisk fysik Omkreds i Waterloo, Ontario, og co-forfatter af 2001, på temaet af rummet kompression, skrevet af Steinhardt, Justin af Hori og Burt Avruhom. I henhold til scenariet om inflation, region størrelsen af en centimeter ud i løbet af den inflatoriske udvidelse af endnu mindre region — en lille plet på størrelse med en trillion fra en trilliontedel af en centimeter. Strækker sig ud i en flad og glat inflaton feltet, splinten er ikke meningen at passere gennem den store udsving i rum og tid, og strakte sig ud på de store glatte univers som vores. Raman Sundrum, en teoretisk fysiker fra University of Maryland, siger, at den inflation kan han godt lide den "indbyggede fejltolerance". Hvis der i løbet af den fase af eksplosiv vækst, og ophobning af energi, der fordrejederum-tid på et bestemt sted, denne koncentration blev hurtigt udvidet.

Dog, hvor præcist det er en utrolig lille sted, og hvorfor det var så glat og flad, ingen kender. Forskere har fundet mange muligheder for at inkludere inflaton feltet i strengteori, som kan være oprettet af en kvanteteori for gravitation. Men mens der er ingen beviser for eller imod disse ideer.

Kosmisk inflation også har en kontroversiel kraft. Teori, der blev indført i 1980, Alan Gut, Andrei Linde, Alexei Starobin og Steinhardt, næsten automatisk fører til den hypotese, at vores univers er en tilfældig boble i en endeløs hav af multivers teori. Når inflationen starter, viser beregninger, at det vil vare for evigt og ophold på steder, i "lommer", som derefter vil blomstre universer af vores type. Den stadigt voksende mulighed for i processen af inflation af multiverset tyder på, at vores specifikke boble kan for evigt forbliver uklare, da alt i multiverset var et uendeligt antal gange. Selvfølgelig, denne konklusion årsager kløgning fra eksperter. Det er svært at forestille sig, at vores univers kan kun være én af mange. Steinhardt selv har kaldt denne idé om "noget sludder."

Denne holdning er dels motiveret ham og andre forskere til at håndtere afvisninger. "I en model af rebound der er ingen periode af inflationen," siger Turk. I stedet, de tilføjet en periode af sammentrækning før Big Bang forklarer vores homogent univers. "Som gas i rummet er helt homogen, fordi den luft molekyler, der kolliderede og blandet op og universet var stort og langsomt lukker i, hvilket gav hende tid til at glatte ud".

Selv om den første model af en Kontraherende Universet var forvirrende og unøjagtige, og mange forskere er overbeviste om, at den grundlæggende idé: den langsomme komprimering kan forklare mange funktioner i vores ekspanderende Univers. "Og så smal en flaskehals, der var rebound. Folk var enige om, at flytte ind i en fase af kompression er meget interessant, men ikke i tilfælde af, at du er i stand til at flytte ind i en fase af udvidelsen."

Bounce — det er ikke nemt. I 1960-erne af den Britiske fysikere Roger Penrose og Stephen Hawking viste, at det sæt af såkaldte "singularity teoremer" viser, at der i meget Generelle vendinger komprimering af stof og energi, vil uundgåeligt blive til et uendeligt tætte punkt — en singularitet. Disse sætninger kan næsten ikke rumme tanken om, hvordan komprimerbar det univers, hvor stof, rum, tid og energi til at folde inde, og undgå et sammenbrud til en singularitet, hvor den klassiske teori for tyngdekraften og rum-tid albert Einstein ophører med at fungere, og som begynder at arbejde reglerne for kvantegravitation. Hvorfor faldende universet vil være i stand til at undgå den skæbne af en massiv stjerne, der dør, klemme til det punkt, og bliver til et sort hul?

Både den foreslåede model for rebound bruge huller i sætningerne om singulariteten er dem, der i mange år syntes at være en blindgyde. Kosmologer rebound længe erkendt, at bounce kan være muligt, hvis universet indeholdt et stof med negativ energi (eller andre kilder af negative pressure), der ville forhindre, at tyngdekraften og frastødt af det hele. Forskere har forsøgt at bruge dette smuthul siden begyndelsen af 2000-x år, men kom altid til det faktum, at tilsætning af ingredienser med negativ energi, der gør dem ustabile model af universet, fordi quantum udsving i positiv og negativ energi, der spontant kan være født i vakuum af rummet med nul energi. I 2016, den russiske kosmolog Valery Rubakov og hans kolleger selv viste en sætning, som har udelukket en stor klasse af mekanismer for rebound.

Så Idgas fundet rebound mekanisme, der kan omgå denne undtagelse. Den vigtigste ingrediens i hendes designs — enkel essens, "skalar felt", der, i teorien, kunne komme i spil, når universet kontrakter, og den energi, der var meget koncentreret. Skalar felt kunne skjule sig i et tyngdefelt på en sådan måde, at skabe en negativ pres på universet, forebygge komprimering og afretning af rum-tid. Arbejde Idéer — "bedste forsøg på at dæmme op for en eventuel ustabilitet og for at skabe en virkelig stabil model med denne særlige type af stoffer", siger Jean-Luc Laners, kosmolog, teoretiker fra Institut for gravitational physics max Planck i Tyskland, som også arbejdede på variationer af rebound.

Graham, Kaplan og Rajendran præsenterede sin idé til den ikke-ental hoppe på papir på hjemmesiden arxiv.org i September 2017. Det arbejde, de begyndte med spørgsmålet om, hvordan kunne den tidligere kompression fase i universet til at forklare værdien af den kosmologiske konstant — er forbavsende lille antal, der bestemmer mængden af mørk energi syet i stof af rum-tid, energi, der skubber den accelererende udvidelse af universet.

Arbejde på den mest vanskelige del — rebound — de tre forskere, der anvendes af et andet, stort set glemt hul i den singularitet teoremer. De trak inspiration fra den mærkelige model af universet, der er foreslået af logician Kurt gödel i 1949, da han sammen med Einstein arbejdede på Institute for advanced study i Princeton. Gödel de love, der anvendes af den Generelle relativitetsteori, til at skabe en teori om en roterende univers, rotation, der holdt det fra gravitationel kollaps er præcis den samme som Jordens bane forhindrer det fra at falde påSun. Godel har understreget det faktum, at hans roterende univers, der er tilladt for "lukkede tid-ligesom kurver", der er væsentlige i en tid loop. Indtil sin død, at han mente, at universet roterer præcist som foreslået af modellen. I dag er forskerne ved, at det ikke; ellers nogle retninger, og for i det ydre rum, ville være at foretrække frem for den anden. Men Graham og virksomheden tænker på en lille, hvirvlende rumlige dimensioner, som kan findes i rummet, som de seks ekstra dimensioner, som postuleret af strengteori. Kan faldende universet til at rotere i disse retninger?

Forestil dig, at der er kun én af disse krøllet ekstra dimensioner, en lille cirkel på hvert punkt i rummet. Siger Graham, "i hvert eneste punkt af rummet er der en ekstra retning, du kan bevæge sig i en fjerde rumlige dimension, men du kan kun gå et lille stykke og vende tilbage til det sted fra, som startede bevægelsen". Hvis kompakt ekstra dimensioner, vil der være mindst tre, så komprimering af universet, at stof og energi kan begynde at dreje på dem, og de målinger, der selv vil være spinning med stof og energi. Rotation i de ekstra dimensioner kan pludselig udløse en rebound. "Alle de her ting, der skulle til at skrumpe ind til en singularitet, på grund af rotationen i de ekstra dimensioner ikke komme der," siger Graham. "Alle de her ting skulle være komprimeret i et enkelt punkt, men i stedet vil det flyve væk."

Arbejde af forskere tiltrukket sig opmærksomhed fra folk ud over det sædvanlige kreds af kosmologer rebound. Sean Carroll, en teoretisk fysiker fra California Institute of technology, er skeptisk over for det, men kalder ideen "meget smart". Han mener, at det er vigtigt at udvikle alternativer til de traditionelle inflation historie for bedre at forstå, hvordan teorien om inflation vil se i forhold — især når der vil blive lanceret den nye generation af teleskoper. Han mener også, at hvis en alternativ teori ville være mindst en 5% chance for succes, det er værd at tjekke ud. Og dette arbejde er ingen undtagelse.