Pemulihan alam semesta: bertentangan dengan Big Bang

Orang selalu terpesona oleh dua teori utama tentang asal-usul alam semesta. "Dalam satu daripada mereka terdapat alam semesta di saat satu ciptaan (seperti dalam asal usul alam semesta Yahudi-Kristian dan Brazil)," tulis ahli kosmologi Mario Novello dan Santiago Perez-Bergliffa pada tahun 2008. Lain - "Alam ini adalah kekal dan terdiri daripada siri tak terhingga kitaran (seperti dalam asal usul alam semesta daripada Babylon dan Mesir)." Pemisahan dalam kosmologi moden "entah bagaimana mengulangi mitos kosmologi," tulis ahli kosmologi.

Pemulihan alam semesta: bertentangan dengan Big Bang

Ia akan kelihatan seolah-olah sedikit konfrontasi tidak dalam beberapa dekad yang lalu. Teori Big Bang, satu topik standard di dalam buku teks dan program televisyen, mendapat sokongan kuat dalam kosmologi moden. Gambar alam semesta yang kekal adalah lebih baik untuk seratus tahun yang lalu, tetapi kehilangan sokongan apabila ahli-ahli astronomi melihat bahawa alam semesta adalah berkembang dan bahawa ia adalah kecil dan mudah 14 bilion tahun yang lalu. Versi moden yang paling popular teori Letupan Besar bermula dengan apa yang dipanggil "inflasi kosmik" yang - pecah pengembangan eksponen, di mana sekeping kecil daripada ruang-masa telah melonjak ke besar, rata, ruang makroskopik, yang sejak itu terus berkembang.

Kini, dengan menggunakan satu bahan sumber (bidang inflaton), model inflasi semula banyak bahagian terkenal kosmos. Tetapi sebagai sejarah asal-usul teori inflasi adalah kehilangan banyak: ia tidak jelas apa yang sebelumnya, dan ia adalah sehingga. Teori ahli percaya bahawa bidang inflaton secara semula jadi perlu dimuatkan ke dalam yang lebih lengkap, walaupun ia tidak diketahui teori asal-usul masa.

Pemulihan alam semesta: bertentangan dengan Big Bang

Sejak beberapa tahun kebelakangan ini semakin ramai ahli kosmologi mula untuk mengkaji dengan teliti alternatif. Mereka mengatakan bahawa Big Bang boleh menjadi ... Big Bounce. Beberapa ahli kosmologi lebih suka melihat gambaran yang lebih besar, di mana alam semesta mengembang dan kontrak seperti cahaya kitaran, memantul dari setiap kali mengecut kepada saiz yang tertentu; lain mencadangkan bahawa kosmos melantun hanya sekali - dan bahawa ia dimampatkan kepada lantunan semula untuk masa yang panjang tak terhingga, dan akan berkembang selama-lamanya selepas itu. Pada bila-bila masa, model itu terus mengalir ke dalam masa lalu dan masa depan tanpa akhir. Dengan sains moden ada harapan untuk menyelesaikan perbahasan purba ini. Dalam tahun-tahun akan datang, teleskop perlu mencari keterangan muktamad mengenai inflasi kosmik. Semasa pertumbuhan ganas pertama - jika ia - riak kuantum dalam fabrik ruang-masa terulur dan dicetak dalam bentuk pusaran kecil di polarisasi dunia kuno - latar belakang gelombang mikro kosmik. Eksperimen yang melibatkan teleskop semasa dan masa depan yang mencari kelainan ini. Jika mereka tidak dapati dalam beberapa dekad akan datang, ia juga tidak akan bermakna bahawa teori inflasi yang salah (selepas semua, kelainan ini terlalu malap), tetapi mengukuhkan kedudukan kosmologi pemulihan, mengikut yang vorteks ini tidak boleh.

Beberapa kumpulan saintis telah mencapai kemajuan yang luar biasa pada masa yang sama. Pada masa lalu, ahli fizik telah mengenal pasti dua pilihan baru untuk pemulihan yang mungkin. Salah satu model yang diterangkan dalam karya, yang muncul dalam Jurnal Kosmologi dan Astroparticle Fizik, diwakili Anna Iddzhas Universiti Columbia, untuk meneruskan kerja sebelumnya sempena kosmologi Paul Steinhardt itu. Tiba-tiba, satu lagi penyelesaian baru kepada pemulihan, diterima untuk penerbitan dalam Physical Review D, telah dicadangkan oleh Peter Graham, David Kaplan dan Surdzhitom Rahendranom, ketiga-tiga mereka yang terkenal saintis yang terlibat dalam apa-apa soalan yang lebih dalam fizik zarah dan tidak mempunyai berhubung dengan masyarakat kosmologi pulih.

Secara umumnya, isu ini telah mengambil makna baru pada tahun 2001 apabila Steinhardt dan tiga kosmologi menyatakan bahawa tempoh mampatan perlahan dalam sejarah alam semesta dapat dijelaskan oleh kelancaran luar biasa dan pesawat yang kita lihat hari ini, walaupun selepas lantunan - tanpa perlu menyambung inflasi.

Pemulihan alam semesta: bertentangan dengan Big Bang

kesederhanaan Perfect alam semesta, hakikat bahawa bukan kawasan tunggal langit tidak mengandungi lebih perkara daripada yang lain, dan ruang yang begitu rata, seperti yang dapat dilihat teleskop - semua ini adalah mengejutkan dan tidak dapat diterangkan. ruang yang begitu homogen seperti itu, pakar-pakar percaya bahawa apabila kosmos adalah sentimeter di seluruh, dia terpaksa mempunyai ketumpatan yang sama di mana-mana dalam satu bahagian per 100 000. Tetapi dengan pertumbuhan saiz kecil, perkara dan tenaga dapat dihubungi komkovatsya dan memutarbelitkan ruang-masa. Mengapa teleskop kita tidak boleh melihat alam semesta yang musnah oleh graviti? "Inflasi keluar dari idea bahawa kelancaran dan pesawat alam semesta - yang gila," kata ahli kosmologi Neil Turok, Pengarah Institut Teori Fizik Perimeter di Waterloo, Ontario, dan kerjasama pada tahun 2001 pada tema mampatan ruang, yang ditulis oleh Steinhardt, Justin Khoury dan Bert Ovrutom . Menurut senario inflasi, saiz kawasan sentimeter datang dalam perjalanan pengembangan inflasi di rantau ini lebih kurang - satu titik kecil tidak lebih besar daripada trillionth daripada trillionth sentimeter. Regangan dalam bidang inflaton yang rata dan licin, tempat ini tidak perlu melalui ruang dan masa turun naik kuat dan diheret ke dalam alam semesta yang besar dan licin seperti kami. Raman Sundrum, seorang ahli fizik teori di Universiti Maryland, berkata inflasi yang dia suka "terbina dalam toleransi kesilapan." Jika semasa fasa pertumbuhan letupan dan adalah pengumpulan kuasa yang memesongkan ruang-masa di tempat yang tertentu, kepekatan telah berkembang pesat.

Tetapi di mana sebenarnya ia adalah sangat tempat yang kecil dan mengapa ia begitu licin dan rata, tiada siapa tahu. Ahli teori mendapati banyak pilihan termasuk bidang inflaton dalam teori string, di mana ia boleh ditubuhkan teori kuantum graviti. Tetapi setakat ini tidak ada bukti sama ada bagi atau terhadap idea-idea ini.

inflasi kosmik juga mempunyai kesan yang kontroversi. Teori dibentangkan pada tahun 1980 oleh Alan Guth, Andrei Linde, Alexei Starobinski dan Steinhardt, hampir secara automatik membawa kepada hipotesis bahawa alam semesta kita - ini adalah gelembung rawak dalam laut multiverse tak terhingga. Sekali inflasi bermula, pengiraan menunjukkan bahawa ia akan kekal selama-lamanya dan hanya berhenti di tempat-tempat, dalam "poket", yang kemudiannya akan berkembang alam semesta jenis kami. Kemungkinan proses yang sentiasa berkembang inflasi mencadangkan multiverse, apa sebenarnya gelembung kami boleh kekal selama-lamanya tidak diketahui, kerana segala yang mungkin berlaku dalam bilangan multiverse terhingga kali. Sudah tentu, kesimpulan ini retching pakar. Adalah sukar untuk membayangkan bahawa alam semesta kita mungkin salah satu daripada banyak. Steinhardt dirinya dipanggil idea yang "tidak masuk akal". Sikap ini sebahagiannya mendorong beliau dan penyelidik lain yang pulih. "Dalam model, terdapat tempoh pemulihan inflasi," kata Turk. Sebaliknya, mereka berkata tempoh mampatan sebelum Big Bang, yang menjelaskan alam semesta homogen kami. "Sebagai gas di dalam bilik anda sepenuhnya seragam, kerana molekul udara bertembung dan bercampur-campur, dan alam semesta besar dan perlahan-lahan menyusut, yang memberi masa beliau untuk meratakan."

Walaupun model pertama alam semesta kontrak keliru dan tidak tepat, ramai saintis telah yakin dengan idea asas: bahawa mampatan perlahan dapat menjelaskan banyak ciri-ciri alam semesta berkembang kami. "Dan kemudian kesesakan yang sempit mula pulih. Orang bersetuju bahawa langkah dalam fasa mampatan adalah sangat menarik, tetapi tidak jika anda tidak boleh pergi ke fasa pengembangan. "

Rebound - ia bukan mudah. Pada tahun 1960, ahli fizik British Roger Penrose dan Stephen Hawking telah membuktikan satu set yang dipanggil "teori ketunggalan," menunjukkan bahawa dari segi yang sangat umum mampatan jirim dan tenaga tidak dapat tidak akan bertukar titik tak terhingga padat - ketunggalan. Ini teorem tidak boleh menampung perwakilan sebagai alam semesta yang berkontrak, yang dalamnya perkara, ruang, masa dan tenaga untuk lipat ke arah dalam mengelakkan keruntuhan kepada ketunggalan - di mana teori klasik graviti dan ruang-masa Albert Einstein tidak lagi berfungsi dan yang sudah mula bekerja peraturan graviti kuantum . Mengapa mengecut alam semesta dapat lari nasib seorang bintang besar yang mati, mengecut ke titik, dan menjadi lubang hitam?

Kedua-dua model menggunakan jurang pemulihan yang dicadangkan dalam teorem tentang singulariti - mereka yang selama bertahun-tahun seolah-olah buntu. Kosmologi rebound lama mengetahui bahawa pemulihan boleh dibuat, jika alam semesta mengandungi perkara dengan tenaga negatif (atau lain-lain punca tekanan negatif) yang akan mengatasi graviti dan akan ditolak olehnya. Ahli-ahli sains telah cuba menggunakan kelemahan ini sejak awal tahun 2000, tetapi sentiasa datang kepada fakta bahawa penambahan bahan-bahan dengan tenaga negatif menjadikan mereka model tidak stabil alam semesta, kerana turun naik kuantum tenaga positif dan negatif secara spontan boleh dilahirkan di ruangan vakum dengan tenaga sifar. Pada 2016, seorang ahli kosmologi Rusia Valery Rubakov dan rakan-rakannya telah pun membuktikan teorem, yang dikecualikan mekanisme pemulihan kelas besar. Kemudian Iddzhas mendapati mekanisme pemulihan yang boleh mendapatkan sekitar dan ini adalah satu pengecualian. Bahan utama dalam model - bahan mudah, "medan skalar", yang, dalam teori, boleh mula bermain apabila alam semesta telah dimampatkan dan tenaga menjadi sangat pekat. medan skalar dapat menyembunyikan dirinya dalam medan graviti supaya mempunyai tekanan negatif di bumi, menghalang mampatan dan regangan ruang-masa. kerja Iddzhas - "percubaan terbaik untuk mengekang semua ketidakstabilan yang mungkin dan membuat model yang benar-benar stabil dengan jenis khas ini perkara," kata Jean-Luc Leyners, kosmologi teori di Institut graviti fizik Max Planck di Jerman, yang juga bekerja pada variasi pulih.

Pemulihan alam semesta: bertentangan dengan Big Bang

Graham, Kaplan dan Rahendran membentangkan idea mereka pemulihan bukan tunggal dalam preprint di laman web arxiv.org pada bulan September 2017. kerjanya, mereka bermula dengan persoalan bagaimana boleh fasa mampatan sebelumnya dalam sejarah alam semesta untuk menjelaskan nilai pemalar kosmologi - adalah jumlah yang sungguh menarik ini kecil, yang menentukan jumlah tenaga gelap, dijahit dalam fabrik ruang-masa, tenaga yang menolak pengembangan mempercepatkan alam semesta.

Bekerja di bahagian yang paling sukar - melantun - tiga saintis menggunakan kedua, ruang-ruang yang sebahagian besarnya dilupakan dalam teorem ketunggalan. Mereka mengambil inspirasi daripada alam semesta pelik model yang dicadangkan oleh ahli logik Kurt Gödel pada tahun 1949, apabila dia dan Einstein bekerja di Institut Kajian Lanjutan di Princeton. Gödel digunakan undang-undang relativiti umum untuk mewujudkan teori alam semesta berputar bahawa putaran yang disimpan dari keruntuhan graviti dengan cara yang sama seperti orbit Bumi tidak membenarkan ia jatuh kepada matahari. Gödel telah terutamanya ditekankan oleh fakta bahawa alam semesta yang berputar dibenarkan "keluk masa seperti tertutup" yang sebenarnya gelung masa. Sehingga kematiannya, beliau percaya bahawa alam semesta berputar betul-betul seperti model. Hari ini, ahli-ahli sains tahu bahawa ini tidak begitu; jika tidak, satu arah dan perintah dalam ruang akan menjadi lebih baik kepada orang lain. Tetapi Graham dan syarikat memikirkan kecil, dimensi ruang twisted yang mungkin wujud dalam ruang, seperti enam dimensi tambahan didalilkan oleh teori string. Boleh alam semesta yang mengecut berputar dalam kawasan-kawasan ini? Bayangkan bahawa hanya ada salah satu dimensi tambahan bergulung, bulatan kecil di setiap titik di angkasa. Graham berkata, "di setiap titik dalam ruang mempunyai arahan tambahan di mana anda boleh bergerak dimensi spatial keempat, tetapi anda hanya boleh berjalan jauh dan kembali ke tempat di mana untuk memulakan pergerakan itu." Jika dimensi tambahan padat akan sekurang-kurangnya tiga, kerana mampatan perkara alam semesta dan tenaga boleh mula berputar mereka, dan ukuran itu sendiri berputar dengan jirim dan tenaga. Putaran dalam dimensi tambahan tiba-tiba boleh mencetuskan lantunan semula. "Semua barangan ini yang sepatutnya dimampatkan ke dalam ketunggalan, disebabkan putaran dalam dimensi tambahan tidak akan sampai ke sana," kata Graham. "Semua barangan ini sepatutnya dimampatkan pada satu ketika, tetapi sebaliknya, ia akan terbang."

Kerja-kerja saintis telah menarik perhatian orang di luar bulatan biasa kosmologi semula. Sean Carroll, seorang ahli fizik teori di California Institute of Technology, yang ragu-ragu mengenainya, tetapi panggilan idea "sangat pandai". Beliau percaya bahawa ia adalah penting untuk membangunkan alternatif kepada sejarah tradisional inflasi, untuk lebih memahami bagaimana teori inflasi akan kelihatan dalam perbandingan - terutamanya apabila generasi baru teleskop akan dilancarkan. Beliau juga percaya bahawa jika teori alternatif adalah sekurang-kurangnya peluang 5% kejayaan, ia adalah bernilai check-out. Dan kerja-kerja ini - tidak terkecuali.