Cyklisk modell av universum: degenerering av materia sker i oändlighet

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

I början av 2000-talet föreslog två fysiker från Princeton University en kosmologisk modell, enligt vilken Big Bang inte är en unik händelse, utan rumtiden existerade långt innan universum föddes.

I den cykliska modellen går universum igenom en oändlig självuppehållande cykel. På 1930-talet lade Albert Einstein fram idén att universum kan uppleva en oändlig cykel av stora smällar och stora kompressioner. Expansionen av vårt universum kan vara resultatet av kollapsen av det föregående universum. Inom ramen för denna modell kan vi säga att universum återföddes från sin föregångares död. Om så är fallet, så var Big Bang inte något unikt, det är bara en mindre explosion bland ett oändligt antal andra. Cyklisk teori ersätter inte nödvändigtvis Big Bang-teorin, utan försöker svara på andra frågor: till exempel vad hände före Big Bang och varför ledde Big Bang till en period av snabb expansion?

En av de nya cykliska modellerna av universum föreslogs av Paul Steinhardt och Neil Turok 2001. Steinhardt beskrev denna modell i sin artikel, som kallades The Cyclic Model of the Univers. I strängteorin är ett membran, eller "bran", ett objekt som finns i ett antal dimensioner. Enligt Steinhardt och Turok motsvarar de tre rumsliga dimensionerna vi ser dessa branar. Två 3D-braner kan existera parallellt, åtskilda av en extra, dold dimension. Dessa branar - de kan ses som metallplattor - kan röra sig längs denna extra dimension och kollidera med varandra och skapa Big Bang, och därför universum (som vårt). När de kolliderar utspelar sig händelser enligt den vanliga Big Bang-modellen: het materia och strålning skapas, snabb uppblåsning sker och sedan kyls allt av - och sådana strukturer som galaxer, stjärnor och planeter bildas. Steinhardt och Turok hävdar dock att det alltid finns någon interaktion mellan dessa brane, som de kallar inter-brane: det drar ihop dem, vilket gör att de kolliderar igen och producerar nästa Big Bang.

Steinhardt och Turoks modell utmanar ändå vissa av antagandena i Big Bang-modellen. Till exempel, enligt dem, var Big Bang inte början på rum och tid, utan snarare en övergång från en tidigare fas av evolutionen. Om vi talar om Big Bang-modellen, så står det att denna händelse markerade den omedelbara början av rum och tid som sådan. Dessutom, i denna cykel av kolliderande branar, måste universums storskaliga struktur bestämmas av kompressionsfasen: det vill säga detta händer innan de kolliderar och nästa Big Bang inträffar. Enligt Big Bang-teorin bestäms universums storskaliga struktur av en period av snabb expansion (inflation), som ägde rum kort efter explosionen. Dessutom förutsäger Big Bang-modellen inte hur länge universum kommer att existera, och i Steinhardt-modellen är varaktigheten av varje cykel ungefär en biljon år.

Det som är bra med den cykliska modellen av universum är att den, till skillnad från Big Bang-modellen, kan förklara den så kallade kosmologiska konstanten. Storleken på denna konstant är direkt relaterad till universums accelererade expansion: den förklarar varför rymden expanderar så snabbt. Enligt observationer är värdet av den kosmologiska konstanten mycket litet. Tills nyligen trodde man att dess värde är 120 storleksordningar mindre än vad som förutspåtts av standard Big Bang-teorin. Denna skillnad mellan observation och teori har länge varit ett av de största problemen inom modern kosmologi. Men för inte så länge sedan erhölls nya data om universums expansion, enligt vilka det expanderar snabbare än man tidigare trott. Det återstår att vänta på nya observationer och bekräftelse (eller vederläggning) av de data som redan erhållits.

Steven Weinberg, Nobelpristagare 1979, försöker förklara skillnaden mellan att observera och förutsäga en modell med hjälp av den så kallade antropiska principen. Enligt honom är värdet på den kosmologiska konstanten slumpmässigt och skiljer sig åt i olika delar av universum. Vi borde inte bli förvånade över att vi bor i ett så sällsynt område där vi observerar ett litet värde av denna konstant, eftersom endast med detta värde kan stjärnor, planeter och liv utvecklas. Vissa fysiker är dock inte nöjda med denna förklaring på grund av bristen på bevis för att detta värde är annorlunda i andra regioner i det observerbara universum.

En liknande modell utvecklades av den amerikanske fysikern Larry Abbott på 1980-talet. Men i hans modell var minskningen av den kosmologiska konstanten till låga värden så lång att all materia i universum under en sådan period skulle spridas i rymden, vilket i själva verket lämnade det tomt. Enligt Steinhardt och Turoks cykliska modell av universum är anledningen till att värdet på den kosmologiska konstanten är så litet att den till en början var väldigt stor, men med tiden minskade den med varje ny cykel. Med andra ord, med varje stor explosion "nollställs mängden materia och strålning i universum", men inte den kosmologiska konstanten. Under många cykler har dess värde sjunkit, och idag observerar vi exakt detta värde (5, 98 x 10-10 J / m3).

I en intervju talade Neil Turok om sin och Steinhardts modell av det cykliska universum enligt följande:

"Vi har föreslagit en mekanism där supersträngteori och M-teori (våra bästa kombinerade teorier om kvantgravitation) tillåter universum att gå igenom Big Bang. Men för att förstå om vårt antagande är helt konsekvent, behövs ytterligare teoretiskt arbete."

Forskare hoppas att med teknikens utveckling kommer det att finnas en möjlighet att testa denna teori tillsammans med andra. Så, enligt den vanliga kosmologiska modellen (ΛCDM), följde en period känd som inflation strax efter Big Bang, som fyllde universum med gravitationsvågor. År 2015 registrerades en gravitationsvågssignal, vars form sammanföll med förutsägelsen av General Relativity för sammanslagning av två svarta hål (GW150914). 2017 tilldelades fysikerna Kip Thorne, Rainer Weiss och Barry Barish Nobelpriset för denna upptäckt. Även senare registrerades gravitationsvågor som härrörde från händelsen av sammanslagning av två neutronstjärnor (GW170817). Men gravitationsvågor från kosmisk inflation har ännu inte registrerats. Steinhardt och Turok noterar dessutom att om deras modell är korrekt kommer sådana gravitationsvågor att vara för små för att "upptäckas".