Returen Universet: det motsatte av Big Bang

Folk har alltid vært fascinert av de to viktigste teorier om opprinnelsen av Universet. "I en av dem universet oppstår i et eneste øyeblikk av skapelse (som i den Jødisk-Kristne og den Brasilianske kosmogoni)," skrev cosmologist Mario Novello, og Santiago Perez av Bergriffe i 2008. I en annen — "universet er evig og består av en endeløs rekke sykluser (som i kosmogoni av Babylonerne og Egypterne)". Divisjonen i moderne kosmologi "liksom echo cosmogonic myter," skrev cosmologists.

Det Kan virke som bestemt konfrontasjon i de siste tiårene var det ikke. Big Bang-teorien, en standard emne i lærebøker og TV-programmer, har sterk støtte blant moderne cosmologists. Bildet av et evig univers var å foretrekke for omtrent hundre år siden, men mistet støtte når astronomene oppdaget at universet ekspanderer, og at det var små og enkle 14 milliarder år siden. I de mest populære moderne versjon av denne teorien om the Big Bang begynte med det såkalte "kosmisk inflasjon" — utbrudd av eksponensiell utvidelse, hvor uendelig liten bit av rom-tid ballooned inn i en stor, flat, makroskopiske plass, som siden har fortsatt å ekspandere.

I Dag, ved hjelp av et enkelt kilde for ingrediensen (inflaton feltet) inflasjonsdrivende modeller gjengi mange av de kjente detaljene på plass. Men som den opprinnelige historien teorien om inflasjon taper på mange måter: det er uklart hva som gikk forut for den var før. Mange teoretikere mener at inflaton feltet bør naturligvis passe inn i en mer fullstendig, men som ennå ukjent, teorien om at opprinnelsen av tid.

I Løpet av de siste årene, og flere og flere cosmologists begynte forsiktig å revurdere alternativ. De sier at Big Bang kan være... en Stor Oppgang. Noen cosmologists foretrekker å se et bilde i hvilke universet er syklisk, utvider og krymper som et lys, Hoppende når krymper til en viss størrelse, mens andre tyder på at plass spratt bare en gang — og at han hadde krympet til en rebound i uendelig lang tid, og vil utvide ubestemt tid etter det. I noen modell av tiden fortsetter å strømme ut i fortid og fremtid uten ende.

Moderne vitenskap er håpet å løse denne gamle debatten. I årene som kommer, teleskoper har for å finne overbevisende bevis av kosmisk inflasjon. I løpet av den første av vill vekst — om det var quantum krusninger i oppbyggingen av rom og tid var strukket, og trykt i form av små swirls i polarisering av gamle lys cosmic microwave background. Forsøkene med nåværende og fremtidige teleskoper søker etter disse virvlene. Hvis du ikke kan finne dem i løpet av de neste tiårene, er det også vil ikke bety at inflasjonen teori er feil (i slutten, disse virvlene kan også dim), men vil styrke posisjonen til de Spretter kosmologi, i henhold til hvilke av disse virvlene burde ikke være.

Flere grupper av forskere samtidig gjort en fantastisk fremgang. I det siste året, fysikere har identifisert to nye mulige rebound. En av modellene som er beskrevet i arbeid, som dukket opp i the Journal of Cosmology Astroparticle og Fysikk, ble presentert av Anna Ideer av Columbia-Universitetet, i forlengelse av hennes tidligere arbeider sammen med cosmologist Paul Steinhardt. Plutselig, enda en ny løsning med returen, akseptert for publisering i Fysisk Gjennomgang D, som er foreslått av Peter Graham, David Kaplan og Surdzhit Rajendram godt kjent tre forskere som var engasjert i flere saker av partikkelfysikk og ikke var relatert til fellesskapet av cosmologists rebound.

Faktisk, dette spørsmålet har fått en ny mening i 2001 da Steinhardt og tre cosmologist sa at en periode med svak nedgang i historien til Universet kan forklare sin eksepsjonell mykhet og fly som vi ser i dag, selv etter returen, uten at du trenger å koble inflasjon.

Feilfri enkelhet av universet, og det faktum at ikke noe område av himmelen inneholder flere spørsmål enn andre, og at området er så flatt, hvordan kan se teleskoper, — alt dette er overraskende og uforklarlig. At rommet var så homogen som det er, eksperter mener at når kosmos var en centimeter i diameter, han måtte ha samme tetthet på hele omfanget av én del per 100 000. Men veksten i mindre størrelser, materie og energi måtte umiddelbart komkovatost og forvrenge rom-tid. Hvorfor kan ikke våre teleskoper se universet ødelagt av tyngdekraften?

"Inflasjon kom ut av ideen om at den jevne og planet i universet er galskap," sa cosmologist Neil Turok, Direktør for Institutt for teoretisk fysikk Omkretsen i Waterloo, Ontario, og co-forfatter av 2001, på temaet plass komprimering, skrevet av Steinhardt, Justin av Hori og Burt Avruhom. I henhold til scenario av inflasjon, region størrelsen på en centimeter ut i løpet av de inflasjonsdrivende utvidelse av enda mindre område, som er en liten flekk på størrelse med én billion fra en trillionth av en centimeter. Strekker seg ut i en flat og jevn inflaton feltet, flisen er ikke ment for å passere gjennom den sterke svingninger i rom og tid og strukket ut på den store glatt univers som vårt. Raman Sundrum, en teoretisk fysiker fra University of Maryland, sa at inflasjonen han liker den "innebygde feil toleranse". Hvis det i løpet av den fasen av eksplosiv vekst og opphopning av energi at forvrengtrom-tid på et bestemt sted, denne konsentrasjonen ble raskt utvidet.

Men, hvor det er en utrolig liten plass og hvorfor det var så glatt og flat, ingen vet. Forskere har funnet mange mulige alternativer for å ta inflaton feltet i string-teori, som kan være skapt av en kvante-teori om gravitasjon. Men selv om det er ingen bevis for eller mot disse ideene.

Kosmisk inflasjon har også en kontroversiell effekt. Teorien, som ble introdusert på 1980-tallet, Alan Gut, Andrei Linde, Alexei Starobin og Steinhardt, nesten automatisk fører til hypotesen om at vårt univers er en tilfeldig boble i et endeløst hav av multivers-teorien. Når inflasjonen begynner, og beregninger viser at det vil vare evig og bo bare på steder, i "lommer" som vil blomstre befolket av vår type. Den stadig voksende mulighet i prosessen av inflasjon av multivers tyder på at våre spesifikke boble kan alltid er fortsatt usikker, siden alt i multivers var et uendelig antall ganger. Selvfølgelig, dette konklusjon fører til brekning fra eksperter. Det er vanskelig å forestille seg at vårt univers kan være bare en av mange. Steinhardt selv har kalt denne ideen "tull."

Denne holdningen er delvis motivert ham og andre forskere til å håndtere den spretter. "I en modell av rebound det er ingen periode med inflasjon, sier Turk. I stedet, de har lagt til en periode av sammentrekning før Big Bang forklarer vår homogen universet. "Som gass i rommet er helt homogen, fordi luften molekyler kolliderte og blandet opp og universet var store og langsomt nærmer seg, noe som ga henne tid til å jevne ut".

Selv om den første modellen av en Eøs-Universet var forvirrende og unøyaktig, mange forskere var overbevist om at den grunnleggende ideen: den langsomme komprimering kan forklare mange av funksjonene på våre ekspanderende Universet. "Og så smale en flaskehals var dommer. Folk var enige om at å flytte inn i en fase av komprimering er veldig interessant, men ikke i tilfelle at du er i stand til å flytte inn i en fase av ekspansjon."

Sprette — det er ikke lett. På 1960-tallet av den Britiske fysikere Roger Penrose og Stephen Hawking viste sett av såkalte "singularitet teoremer" viser at det i svært Generelle vilkår for komprimering av materie og energi vil uunngåelig slå inn i en uendelig tett punkt — en singularitet. Disse teoremer kan knapt plass til ideen om hvordan komprimerbar universet der saken, rom-tid og energi til å kaste seg inne, unngår en kollaps til en singularitet der den klassiske teori om gravitasjon og rom-tid albert Einstein opphører å fungere, og som begynner å jobbe reglene for quantum gravity. Hvorfor krymper universet vil være i stand til å unngå den skjebnen av en massiv stjerne som dør, klemme til det punktet, og blir til et svart hull?

Begge de foreslåtte modell av rebound bruke hull i teoremer om singularitet er de som i mange år som syntes å være en blindvei. Cosmologists rebound lenge anerkjent at sprette kan være mulig hvis universet inneholdt et stoff med negativ energi (eller andre kilder av negativt press) som ville forhindre at tyngdekraften og frastøtt av alt. Forskere har prøvd å bruke denne smutthull siden begynnelsen av 2000-x år, men kom alltid til det faktum at tillegg av ingredienser med negativ energi gjør dem ustabile modell av universet, fordi quantum svingninger i positiv og negativ energi kan spontant være født i vakuum plass med null energi. I 2016, den russiske cosmologist Valery Rubakov og hans kolleger selv viste seg å være et teorem, som utelukket en stor klasse av mekanismer for returen.

Så Idgas funnet returen mekanisme som kan omgå dette unntaket. Nøkkelen ingrediens i hennes design — enkel hovedsak, "skalar-feltet", som, i teorien, kunne komme inn i bildet når universet kontrakter og energi var svært konsentrert. Skalar-feltet kan skjule seg i et gravitasjonsfelt på en slik måte for å opprette et negativt press på universet, og som hindrer komprimering og stretching av rom-tid. Arbeid Ideer — "beste forsøk på å dempe eventuelle mulig ustabilitet og for å skape en virkelig stabil modell med denne type stoff", sier Jean-Luc Laners, cosmologist, teoretiker fra Institutt for fysikk gravitasjon max Planck i Tyskland, som også jobbet på varianter av returen.

Graham, Kaplan og Rajendran presenterte sin idé til ikke-entall sprette på papir på nettsiden arxiv.org i September 2017. Arbeidet begynte de med spørsmålet om hvordan kunne den forrige komprimering fase i historien til universet til å forklare verdien av den kosmologiske konstant — er påfallende lite antall, som bestemmer hvor mye mørk energi sydd inn i stoffet av rom-tid, energi, som presser den akselererende utvidelse av universet.

Du Arbeider på den vanskeligste delen — rebound — de tre forskerne brukte et sekund, i stor grad glemt smutthull i den singularitet teoremer. De hentet inspirasjon fra den merkelige modell av universet som er foreslått av logician Kurt gödel i 1949 da han, sammen med Einstein jobbet ved Institute for advanced study i Princeton. Gödel brukt lovene i Generell relativitetsteori for å lage en teori av en roterende universet, rotasjon som holdt det fra gravitasjonelle kollaps er nøyaktig den samme som den bane av Jorden, hindrer det fra å falle påSol. Godel har lagt vekt på det faktum at hans roterende universet tillatt for "lukkede tid-som kurver", som er egentlig en tid loop. Fram til sin død han trodde at universet roterer akkurat som foreslått av modellen. I dag, forskere vet at det er ikke; ellers noen retning og rekkefølge i verdensrommet ville være å foretrekke fremfor den andre. Men Graham og selskapet er å tenke på en liten, virvlende romlige dimensjoner som kan eksistere i rommet, som de seks ekstra dimensjoner postulert av strengteori. Kan krymper universet til å rotere i disse retningene?

Tenk deg at det er bare en av disse krøllet ekstra dimensjoner, en liten sirkel på hvert punkt på plass. Sier Graham, "i hvert punkt i rommet er det en ekstra retning du kan flytte i en fjerde romlig dimensjon, men du kan bare gå et lite stykke og gå tilbake til det sted som startet bevegelsen". Hvis den kompakte ekstra dimensjoner vil være minst tre, deretter komprimering av universet som materie og energi kan begynne å spinne i dem, og målingene i seg selv vil være spinning med materie og energi. Rotasjon i ekstra dimensjoner kan plutselig utløse en rebound. "Alt dette ting som var ment å krympe til en singularitet, på grunn av rotasjon i flere dimensjoner ikke får det," sier Graham. "Alt dette måtte være komprimert i et enkelt punkt, men i stedet vil den fly bort."

Arbeidet til forskere tiltrakk seg oppmerksomheten til folk over den vanlige sirkelen av cosmologists rebound. Sean Carroll, en teoretisk fysiker fra California Institute of technology, er skeptisk til det, men kaller ideen om "smart". Han mener at det er viktig å utvikle alternativer til den tradisjonelle inflasjon historie for å forstå bedre hvordan teorien om inflasjonen vil se i sammenligning — spesielt når den vil bli lansert den nye generasjon teleskoper. Han mener også at hvis en alternativ teori ville være minst 5% sjanse for suksess, det er verdt å sjekke ut. Og dette arbeidet er intet unntak.