W modelu cyklicznym Wszechświat przechodzi przez nieskończony cykl samowystarczalności. W latach 30. Albert Einstein wyraził pogląd, że wszechświat może mieć niekończący się cykl dużych wybuchów i ścisków. W ramach tego modelu można powiedzieć, że Wszechświat zrodził się ze śmierci swojego poprzednika. Jeśli tak, to Wielki Wybuch nie był czymś unikalnym, był tylko niewielką eksplozją wśród nieskończonej liczby innych. Teoria cykliczna niekoniecznie zastępuje teorię Wielkiego Wybuchu: raczej próbuje odpowiedzieć na inne pytania: na przykład, co było przed Wielkim Wybuchem i dlaczego Wielki Wybuch doprowadził do okresu szybkiego rozszerzania?
Jeden z nowych cyklicznych modeli wszechświata zaproponowali Paul Steinhardt i Neil Turok w 2001 roku. Steinhardt opisał ten model w swoim artykule, który został nazwany „Cyklicznym modelem Wszechświata”(The Cyclic Model of the Univers). W teorii strun membrana, lub „brana”, jest obiektem, który istnieje w pewnej liczbie wymiarów. Według Steinhardta i Turoka, trzy widoczne wymiary przestrzenne odpowiadają tym branom (gałęziom). Dwie trójwymiarowe brany mogą istnieć równolegle, oddzielone dodatkowym ukrytym wymiarem. Brany te mogą być postrzegane jako metalowe płytki mogące poruszać się wzdłuż dodatkowego wymiaru zderzając się ze sobą, tworząc wielki wybuch, a zatem i wszechświaty (takie jak nasze). Kiedy się zderzają, wydarzenia rozwijają się zgodnie ze standardowym modelem Wielkiego Wybuchu: powstaje gorąca materia i promieniowanie, następuje szybka inflacja, a następnie wszystko się ochładza – tworzą się takie struktury jak galaktyki, gwiazdy i planety. Jednak Steinhardt i Turok twierdzą, że zawsze istnieje interakcja między tymi branami, którą nazywają międzywymiarową, która przyciąga je do siebie, dlatego ponownie zderzają się i tworzą następny Wielki Wybuch.
Model Steinhardta i Turoka kwestionuje jednak pewne założenia modelu Wielkiego Wybuchu. Na przykład, według nich, Wielki Wybuch nie był początkiem czasu i przestrzeni lecz raczej przejściem z wcześniejszej fazy ewolucji. Jeśli mowa o modelu Wielkiego Wybuchu to głosi on, że wydarzenie to oznaczało natychmiastowe rozpoczęcie przestrzeni i czasu jako takiego. Ponadto w tym cyklu zderzających się bran, wielkoskalowa struktura Wszechświata powinna kształtować się fazą ścisku: tak dzieje się zanim zderzą się i pojawi następny Wielki Wybuch. Zgodnie z teorią Wielkiego Wybuchu, wielkoskalowa struktura Wszechświata kształtuje się przez okres szybkiego rozszerzania (inflacji), który następuje wkrótce po wybuch. Co więcej, model Wielkiego Wybuchu nie przewiduje, jak długo będzie istnieć Wszechświat, a w modelu Steinhardta czas trwania każdego cyklu wynosi około tryliona lat.
Model cyklu wszechświata / © Astronomy Magazine
Cykliczny model wszechświata jest lepszy, ponieważ w przeciwieństwie do modelu Wielkiego Wybuchu potrafi wyjaśnić tak zwaną stałą kosmologiczną. Wielkość tej stałej jest bezpośrednio związana z przyspieszoną ekspansją Wszechświata: wyjaśnia, dlaczego przestrzeń rozszerza się tak szybko. Według obserwacji wartość stałej kosmologicznej jest bardzo mała. Do niedawna wierzono, że jej wartość jest o 120 rzędów wielkości niższa niż przewidywano w standardowej teorii Wielkiego Wybuchu. Ta różnica między obserwacją a teorią od dawna jest jednym z największych problemów we współczesnej kosmologii. Jednak nie tak dawno temu uzyskano nowe dane dotyczące ekspansji Wszechświata, zgodnie z którymi rozwija się on szybciej niż sądzono. Pozostaje czekać na nowe obserwacje i potwierdzenie (lub odrzucenie) danych już uzyskanych.
Stephen Weinberg, laureat Nagrody Nobla w 1979 r., próbuje wyjaśnić różnicę między obserwacją a przewidywaniem modelu przy użyciu tak zwanej zasady antropicznej. Zgodnie z nim wartość stała kosmologiczna jest losowa i różni się w różnych częściach Wszechświata. Nie powinniśmy się dziwić, że żyjemy w tak rzadkim regionie, w którym obserwujemy niewielką wartość tej stałej, ponieważ tylko przy tej wartości mogą rozwijać się gwiazdy, planety i życie. Niektórzy fizycy nie są jednak zadowoleni z tego wyjaśnienia z powodu braku dowodów, że ta wartość jest inna w innych regionach obserwowalnego Wszechświata.
Inflacyjny multiwszechświat. Bańki o różnych właściwościach tworzą się i rozszerzają na tle wysokoenergetycznym. Żyjemy w jednej z tych baniek i obserwujemy tylko niewielką część całego Wszechświata, w którym przeważają znane nam prawa fizyki / © Scienceexpress
Podobny model opracował amerykański fizyk Larry Abbott w latach 80. XX wieku. Jednak w jego modelu rozpad stałej kosmologicznej na niskie wartości był tak długi, że cała materia we Wszechświecie w takim okresie rozproszyłaby się w przestrzeni, pozostawiając go w zasadzie pustym. Zgodnie z cyklicznym modelem Wszechświata Steinharda i Turoka przyczyną stałej kosmologicznej, że jest tak mała było to, że na początku była ona bardzo duża, ale z czasem, z każdym nowym cyklem malała. Innymi słowy, przy każdym Wielkim Wybuchu ilość materii i promieniowania we Wszechświecie jest „wyzerowana”, ale nie stała kosmologiczna. W ciągu wielu cykli jego wartość spadła, i dziś dokładnie obserwujemy tę wartość (5,98 x 10-10 J / m3).
W jednym z wywiadów Neil Turok mówił o modelu cyklicznego Wszechświata Steinhardta w następujący sposób: „Zaproponowaliśmy mechanizm, w którym teoria superstrun i teoria M (nasze najlepsze połączone teorie grawitacji kwantowej) pozwalają Wszechświatowi przejść przez Wielki Wybuch. Ale aby zrozumieć, czy nasze założenie jest całkowicie spójne, potrzebna jest dalsza praca teoretyczna.”
Każdy skok zabiera coraz więcej czasu, dlatego cały Wszechświat ma znacznie więcej czasu przy najniższej dodatniej wartości Λ (stała kosmologiczna), którą widzimy dzisiaj, niż przy każdej innej wartości / © Physics World
Naukowcy mają nadzieję, że wraz z rozwojem technologii będzie możliwość wypróbowania tej teorii wraz z innymi. Tak więc zgodnie ze standardowym modelem kosmologicznym (ΛCDM), krótko po Wielkim Wybuchu nastąpił okres znany jako inflacja, który wypełnił Wszechświat falami grawitacyjnymi. W 2015 r. zarejestrowano sygnał fali grawitacyjnej, której kształt zbiegł się z przewidywaniem Ogólnej teorii względności dla połączenia dwóch czarnych dziur (GW150914). W 2017 roku za to odkrycie, fizykom Kip Thorne, Reiner Weiss i Barry Barish przyznano Nagrodę Nobla. Fale grawitacyjne pochodzące z fuzji dwóch gwiazd neutronowych (GW170817) zostały zarejestrowane. Jednak jeszcze nie zarejestrowano fal grawitacyjnych pochodzących z kosmicznej inflacji. Co więcej, Steinhardt i Turok zwracają uwagę, że jeśli ich model jest poprawny, to takie fale grawitacyjne będą zbyt małe, aby mogły zostać „zauważone”.
źródło
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz