Stor rebound

The Big Bounce er en  kosmologisk hypotese om dannelsen af ​​universet , der stammer fra den cykliske model , eller en fortolkning af Big Bang- teorien , ifølge hvilken fremkomsten af ​​vores univers var resultatet af sammenbruddet af et eller andet "tidligere" univers [ 1] .

Historie

Oprindelsen af ​​"Big Bounce"-konceptet går tilbage til arbejdet af Willem de Sitter , Carl von Weizsäcker , George McVitty og Georgy Gamow (sidstnævnte bemærkede, at "fra et fysiksynspunkt må vi helt glemme perioden før sammenbrud [af universet]" [2] ). Selve udtrykket "Great Rebound" optrådte dog først i den videnskabelige litteratur i 1987. Det dukkede først op i titlerne på to artikler på tysk af Wolfgang Priester og Hans-Joachim Blome i tidsskriftet Stern und Weltraum [3] . Udtrykket dukkede derefter op i Joseph Rosenthals 1988-publikation Big Bang, Big Bounce (en engelsk oversættelse af en russisk bog udgivet under en anden titel) og i en 1991-opgave (på engelsk) af Priester og Blome i Astronomy and Astrophysics .

Selve begrebet stammer tilsyneladende fra titlen på Elmore Leonards roman The Big Bounce fra 1969 (oversat til russisk som "The Big Theft"), efter at det videnskabelige samfund modtog bekræftelse af Big Bang-hypotesen efter Penzias og Wilsons opdagelse i 1965 af mikroovn . baggrundsstråling .

Udvidelse og sammentrækning af universet

Set fra teorien om det oscillerende univers var Big Bang ikke begyndelsen på vores univers – det kunne være blevet dannet som et resultat af en hurtig sammentrækning ("bounce"), styret af de komplekse virkninger af kvantetyngdekraften , hvilket igen gav anledning til en eksplosion. Dette tyder på, at vi lige så godt kan leve både på et hvilket som helst tidspunkt i den uendelige sekvens af nye universer, og omvendt i universets "første iteration".

Hovedideen med kvanteteorien om Big Bounce er, at under forhold, hvor stoffets tæthed har en tendens til uendelig, ændres kvanteskums adfærd . Under betingelser med Big Crunch er alle de såkaldte fundamentale fysiske konstanter , inklusive lysets hastighed i et vakuum , ikke konstante, især i et tidsinterval, der er mindre end det minimum, der er tilgængeligt for måling ( Planck-tid , ca. ≈ 5,4⋅10 − 44 s ). Det følger heraf, analogt med usikkerhedsrelationerne i kvantemekanikken, at universets volumener før og efter "Big Bounce" bliver et "ubestemt par", det vil sige, at det er umuligt nøjagtigt at udlede den ene størrelse fra den anden. .

Big Rebound-modellen forklarer dog ikke, hvordan den nuværende udvidelse af universet vil blive erstattet af dets sammentrækning.

Videreudvikling af teorien

I 2003 fremlagde Peter Linds en ny kosmologisk model, hvor tiden er cyklisk. Ifølge denne model skal vores univers til sidst stoppe med at udvide sig og begynde at trække sig sammen. Samtidig vil forekomsten af ​​en singularitet ifølge Linds' synspunkt føre til en overtrædelse af termodynamikkens anden lov , så universet ikke kan "kollapse" til tilstanden af ​​en singularitet. Linds antager, at universets historie vil gentage sig nøjagtigt i hver cyklus i evig gentagelse . Det videnskabelige samfund deler ikke Linds' teori på grund af det faktum, at en stringent matematisk model er erstattet af filosofiske overvejelser [4] .

I 2007 Martin Bojowald[5] fra University of Pennsylvania udgav et papir om teorien om loop quantum gravity (LQG), hvori han foreslog en ny matematisk model, der beskriver begrebet kvantetilstande som eksisterede før Big Bang og ændrede sig under det, i modsætning til tidligere fremherskende opfattelse, at disse tilstande kun optrådte sammen med vores univers i processen med denne eksplosion [6] .

For at få data om tilstanden før Big Bang (det vil sige karakteristika ved universet, der eksisterede før vores), udviklede Bojowald [7] sin egen tilgang til TPKG. Bojowald lavede en række vellykkede tilnærmelser og omformulerede nogle matematiske kvantegravitationsmodeller, hvilket forenklede TPKG-ligningerne så meget som muligt for at opnå deres analytiske løsninger. Bojowald-ligningerne kræver til gengæld kendskab til en række parametre i det "nuværende" univers for at udlede karakteristikaene for det "tidligere" univers [8] .

I 2008 blev en artikel af Ashtekar , Korika og Singh publiceret i tidsskriftet Physical Review Letters , der udviklede Bojowalds tilgang [9] .

I 2011, Nikodem Poplavskyviste, at det ikke-ental "Big Bounce" følger af Einstein-Cartan-Siama-Kibble-teorien om tyngdekraften [10] . I denne teori falder de resulterende ligninger til at beskrive rum-tid i to klasser. En af dem ligner ligningerne for generel relativitet, med den forskel, at krumningstensoren inkluderer komponenter med affin torsion. Den anden klasse af ligninger definerer forholdet mellem torsionstensoren og spintensoren af ​​stof og stråling. Den minimale kobling mellem torsion og spinorfeltet giver anledning til en frastødende spin-spin interaktion , som spiller en stor rolle i fermionisk stof ved meget høje tætheder. Denne interaktion forhindrer dannelsen af ​​en gravitationel singularitet . I stedet når det kollapsende stof en enorm, men begrænset tæthed og "springer af" og danner den anden side af Einstein-Rosen-broen, som vokser som et nyt univers [11] . Dette scenarie forklarer også, hvorfor det eksisterende univers er ensartet og isotropisk i stor skala, hvilket giver et fysisk alternativ til kosmisk inflation.

I 2012 konstruerede Kai, Isson og Robert Brandenberger med succes en ny ikke-enkelt "Big Bounce" teori inden for den standard Einsteinske tyngdekraftsteori [12] . Denne teori giver os mulighed for at kombinere begreberne Big Rebound og det ekpyrotiske scenarie , og giver os især mulighed for at løse problemet med Belinsky-Khalatnikov-Lifshitz-ustabilitet .

I 2020 beregnede Robert Brandenberger og Zivey Wang fra McGill University (Canada) matematisk tidspunktet for "Big Rebound", hvor vores univers holder op med at udvide sig og omvendt krymper til et utroligt lille punkt og vender tilbage til "Big Bang"-tilstanden. Før Big Bang var der således det samme univers som vores, men det "døde" - hele rumtiden, hvor intet var tilbage som følge af maksimal entropi, voksede over 100 centillioner år, begyndte at krympe til en singularitet med et center ved hvad -noget "sort hul", som blev til et "universelt sort hul" ( Lee Smolins teori ). Efter komprimering blev singulariteten opvarmet til en kritisk temperatur, og vores univers blev født . Men hun vil ende sit liv på samme måde som det forrige - som følge af "Den Store Kompression". Ifølge denne model er dette sket og vil ske et uendeligt antal gange [13] .

Se også

Noter

  1. Penn State-forskere ser ud over universets fødsel , Science Daily  (17. maj 2006). Arkiveret fra originalen den 7. november 2017. Med henvisning til Ashtekar Abhay, Pawlowski Tomasz, Singh Parmpreet. Quantum Nature of the Big Bang  (engelsk)  // Physical Review Letters  : tidsskrift. - 2006. - Bd. 96 , nr. 14 . — S. 141301 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.96.141301 . - . - arXiv : gr-qc/0602086 . — PMID 16712061 .
  2. Kragh, Helge. Kosmologi . — Princeton, NJ, USA: Princeton University Press , 1996. — ISBN 0-691-00546-X .
  3. Overduin, James; Hans-Joachim Blome; Joseph Hoell. Wolfgang Priester: fra det store opspring til det Λ-dominerede  univers //  Naturwissenschaften : journal. - 2007. - Juni ( bind 94 , nr. 6 ). - S. 417-429 . - doi : 10.1007/s00114-006-0187-x . - . - arXiv : astro-ph/0608644 .
  4. David Adam . Den mærkelige historie om Peter Lynds  (14. august 2003). Arkiveret fra originalen den 22. januar 2008. Hentet 23. november 2015.
  5. Bojowald, M. I jagten på et galopperende univers / M. Bojowald // I videnskabens verden. - 2009. - N 1. - S. 18 - 26.
  6. Bojowald, Martin. Hvad skete der før Big Bang? (engelsk)  // Nature Physics  : tidsskrift. - 2007. - Bd. 3 , nr. 8 . - S. 523-525 . doi : 10.1038 / nphys654 . - .
  7. I jagten på et galopperende univers / Martin Bojowald; om. O. S. Sazhina // I videnskabens verden. - 2009. - N 1. - S. 18-24: 4 fig., 3 graf. — Bibliografi: s. 24 (3 titler). — ISSN 0208-0621
  8. Universets forhistorie . Hentet 23. november 2015. Arkiveret fra originalen 24. november 2015.
  9. Ashtekar Abhay, Corichi Alejandro, Singh Parampreet. Robusthed af nøgletræk ved loop quantum kosmologi  (engelsk)  // Physical Review D  : journal. - 2008. - Bd. 77 , nr. 2 . — P. 024046 . - doi : 10.1103/PhysRevD.77.024046 . - . - arXiv : 0710.3565 .
  10. Poplawski, N.J.Ikke-singular, big-bounce-kosmologi fra spinor-torsionskobling  (engelsk)  // Physical Review D  : journal. - 2012. - Bd. 85 . — S. 107502 . - doi : 10.1103/PhysRevD.85.107502 . - . - arXiv : 1111.4595 .
  11. Popławski, NJ Kosmologi med torsion: Et alternativ til kosmisk inflation   // Fysik bogstaver B : journal. - 2010. - Bd. 694 , nr. 3 . - S. 181-185 . - doi : 10.1016/j.physletb.2010.09.056 . — . - arXiv : 1007.0587 .
  12. Cai Yi-Fu, Easson Damien, Brandenberger Robert. Towards a Nonsingular Bouncing Cosmology  //  Journal of Cosmology and Astroparticle Physics : journal. - 2012. - Bd. 08 . — S. 020 . - doi : 10.1088/1475-7516/2012/08/020 . - . - arXiv : 1206.2382 .
  13. Brandenberger, Robert, Ziwei Wang. Ikke-singular ekpyrotisk kosmologi med et næsten skala-invariant spektrum af kosmologiske forstyrrelser og gravitationsbølger  // Fysisk gennemgang D  : tidsskrift  . — Bd. 101 , nr. 6 . - doi : 10.1103/PhysRevD.101.063522 . - arXiv : 2001.00638 .

Litteratur

Links