Циклическая модель

Циклическая модель (или колеблющаяся модель )-это любая из нескольких космологических моделей , в которых вселенная следует бесконечным или неопределенным, самоподдерживающимся циклам. Например, теория колеблющейся вселенной, кратко рассмотренную Альбертом Эйнштейном в 1930 году, предположила вселенную после вечной серии колебаний, каждый из которых начался с большого взрыва и заканчивая большим хрустом ; Тем временем вселенная будет расширяться в течение определенного периода времени, прежде чем гравитационное притяжение материи заставит его вернуться назад и подвергнуться отскоку .

Обзор

В 1920 -х годах физики -теоретики, в частности Альберт Эйнштейн , рассматривали возможность циклической модели вселенной как (вечную) альтернативу модели расширяющейся вселенной . В 1922 году Александр Фридманн представил теорию колебательной вселенной. ^{[ 1 ]} Тем не менее, работа Ричарда С. Толмана в 1934 году показала, что эти ранние попытки потерпели неудачу из -за циклической проблемы: согласно второму закону термодинамики , энтропия может только увеличиваться. ^{[ 2 ]} Это подразумевает, что последовательные циклы растут дольше и больше. Экстраполируя во времени, циклы до нынешнего становятся короче и снова становятся все меньше в большом взрыве и, таким образом, не заменяя его. Эта загадочная ситуация оставалась в течение многих десятилетий до начала 21 -го века, когда недавно обнаруженный компонент Dark Energy дал новую надежду на постоянную циклическую космологию. ^{[ 3 ]} В 2011 году пятилетнее обследование 200 000 галактик и 7 миллиардов лет космического времени подтвердило, что «Dark Energy разворачивает нашу вселенную на ускоряющихся скоростях». ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Одна новая циклическая модель - Брэйн космологическая модель , созданная вселенной , полученную из более ранней экпиротической модели. Он был предложен в 2001 году Полом Стейнхардтом из Принстонского университета и Нилом Туроком из Кембриджского университета . Теория описывает вселенную, взрывающуюся не один раз, но и неоднократно с течением времени. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Теория может потенциально объяснить, почему отталкивающая форма энергии, известная как космологическая постоянная , которая ускоряет расширение вселенной, на несколько порядков меньше, чем предсказанная стандартной моделью Большого взрыва .

Другая циклическая модель, полагаясь на представление о призрачной энергии, была предложена в 2007 году Лорис Баум и Пол Фрэмптон из Университета Северной Каролины в Чапел -Хилл . ^{[ 8 ]}

Другие циклические модели включают конформную циклическую космологию и квантовую космологию петли .

Модель Штейнхардта - Турок

В этой циклической модели два параллельных плоскости орбибола или М-бран периодически сталкиваются в более высоком пространстве. ^{[ 9 ]} Видимая четырехмерная вселенная лежит на одном из этих бранов . Столкновения соответствуют обращению от сокращения к расширению или большому кризису , за которым сразу же следует большой взрыв . Вопрос и радиация, которые мы видим сегодня, были получены во время последнего столкновения в шаблоне, продиктованном квантовыми колебаниями, создаваемыми перед Браненами. После миллиардов лет вселенная достигла государства, которое мы наблюдаем сегодня; После дополнительных миллиардов лет он в конечном итоге снова начнет заключать контракт. Темная энергия соответствует силе между бранами и служит решающей роли решения проблем монопола , горизонта и плоскостности . Более того, циклы могут продолжаться бесконечно в прошлое и будущее, а решение - аттрактор , поэтому он может обеспечить полную историю вселенной.

Как показал Ричард С. Толман , более ранняя циклическая модель потерпела неудачу, потому что вселенная будет подвергаться неизбежной термодинамической тепловой гибели . ^{[ 2 ]} Тем не менее, более новая циклическая модель уклоняется от этого, имея чистое расширение каждый цикл, предотвращая энтропию от наращивания. Тем не менее, в модели остаются основные открытые проблемы. В первую очередь среди них состоит в том, что сталкивающиеся браны не понимаются теоретиками струн, и никто не знает, будет ли масштабный инвариантный спектр разрушен большим хрустом. Более того, как и в случае с космической инфляцией , в то время как общий характер сил (в экпиротическом сценарии, сила между бранами), необходимая для создания вакуумных колебаний , известно, нет кандидата от физики частиц . ^{[ 10 ]}

Модель Баум -Фрэмптона

Эта более недавняя циклическая модель 2007 года предполагает экзотическую форму темной энергии, называемой Phantom Energy , ^{[ 8 ]}^{[ 11 ]} который обладает негативной кинетической энергией и обычно заставляет вселенную заканчиваться большим разрывом . Это условие достигается, если во вселенной преобладают темная энергия с космологическим состояния уравнением параметра $w$ удовлетворение условия $w\equiv {\frac {p}{\rho }}<-1$ , для плотности энергии ${\rho }$ и давление р. Напротив, Штейнхардт -Турок предполагает $w{\geq }-1$ Полем В модели Баум -Фрэмптона, Септиллионс (или меньше) второго (т.е. 10 ⁻²⁴ Секунды или меньше) до потенциального большего разрыва, происходит поворот, и только один причинный участок сохраняется в качестве нашей вселенной. Общий патч не содержит кварка , лептона или оператора силы ; Только темная энергия - и ее энтропия исчезает. Адиабатический процесс сокращения этой гораздо меньшей вселенной происходит с постоянной исчезающей энтропией и, независимо от того, включая черных отверстий , которые распадались до переворота.

Идея о том, что вселенная «возвращается пустой», является центральной новой идеей этой циклической модели и позволяет избежать многих трудностей, противостоящих вопросам на фазе сокращения, таких как чрезмерное образование структуры , пролиферация и расширение черных дыр , а также прохождение фазовых переходов например, из QCD и восстановления симметрии электропроизводства. Любой из них будет стремиться к нежелательному преждевременному отскоку, просто чтобы избежать нарушения второго закона термодинамики . Состояние $w<-1$ может быть логически неизбежным в действительно бесконечно циклической космологии из -за проблемы энтропии. Тем не менее, многие технические расчеты резервного копирования необходимы для подтверждения согласованности подхода. Хотя модель заимствует идеи из теории струн , она не обязательно привержена строкам или более высоким измерениям , однако такие спекулятивные устройства могут предоставить наиболее быстрые методы для исследования внутренней согласованности . Ценность $w$ В модели Баум -Фрамптона может быть сделана произвольно близко, но должна быть меньше, чем, -1.

Другие циклические модели

Конформная циклическая космология - общая теория, основанная на относительности Роджера Пенроуза , в которой вселенная расширяется до тех пор, пока все вопросы не затухает и не станет светом - поэтому во вселенной нет ничего, что имеет какое -то время или шкалу расстояний. Это позволяет ему стать идентичным с большим взрывом, поэтому начинать следующий цикл.
Квантовая космология петли , которая предсказывает «квантовый мост» между сокращением и расширяющимися космологическими ветвями.

Смотрите также

Физические космологии:

Религия:

Ссылки

^ «Вселенная Friedmann | Расширяющаяся вселенная, Big Bang & Dark Energy | Britannica» . www.britannica.com . Получено 2023-09-24 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Толман, RC (1987) [1934]. Относительность, термодинамика и космология . Нью -Йорк: Дувер. ISBN 978-0-486-65383-9 Полем LCCN 34032023 .
^ Frampton, PH (2006). «На циклических вселенных». Arxiv : Astro-ph/0612243 .
^ «Dark Energy разворачивает вселенную: Galaxy Evolution Evolution Evolutor Evolurer считает темную энергию» . Scienceday . Получено 2023-08-22 .
^ Мандельбаум, Рэйчел; Блейк, Крис; Уздечка, Сара; Абдалла, Филипе Б.; Броу, Сара; Колресс, Мэтью; Диван, Уоррик; Крум, Скотт; Дэвис, Тамара ; ДРУГАТА, МИХАИЛ ДЖ.; Форстер, Карл; Глазебрук, Карл; Желе, Бен; Юрек, Рассел Дж.; Li, i-hui; Мадор, Барри; Мартин, Крис; Pimbblet, Kevin; Пул, Грегори Б.; Праси, Майкл; Шарп, Роб; Висниоски, Эмили; Вудс, Дэвид; Уайдер, Тед (2011). «Обзор темной энергии Wigglez: прямые ограничения на внутренние выравнивания синей галактики на промежуточных красных смещениях» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 410 (2): 844–859. Arxiv : 0911.5347 . Bibcode : 2011mnras.410..844m . doi : 10.1111/j.1365-2966.2010.17485.x . S2CID 36510728 .
^ Стейнхардт, PJ; Турок Н. (2002). «Космическая эволюция в циклической вселенной». Физический обзор d . 65 (12): 126003. Arxiv : Hep-th/0111098 . BIBCODE : 2002 PHRVD..65L6003S . doi : 10.1103/physrevd.65.126003 . S2CID 1342094 .
^ Стейнхардт, PJ; Турок Н. (2001). «Циклическая модель вселенной». Наука . 296 (5572): 1436–1439. arxiv : hep-th/0111030 . Bibcode : 2002sci ... 296.1436s . doi : 10.1126/science.1070462 . PMID 11976408 . S2CID 1346107 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Баум, Льюис; Frampton, PH (2008). «Энтропия сокращающейся вселенной в циклической космологии». Современные физические буквы а . 23 (1): 33–36. arxiv : hep-th/0703162 . Bibcode : 2008mpla ... 23 ... 33b . doi : 10.1142/s0217732308026170 . S2CID 719844 .
^ Стейнхардт, PJ; Турок Н. (2005). «Циклическая модель упрощена». Новые обзоры астрономии . 49 (2–6): 43–57. Arxiv : Astro-ph/0404480 . Bibcode : 2005newar..49 ... 43s . doi : 10.1016/j.newar.2005.01.003 . S2CID 16034194 .
^ Woit, Peter (2006). Даже не неправильно . Лондон: случайный дом . ISBN 978-0-09-948864-4 .
^ Baum, L.; Frampton, PH (2007). «Поворот в циклической космологии». Письма о физическом обзоре . 98 (7): 071301. ARXIV : HEP-TH/0610213 . Bibcode : 2007 phrvl..98g1301b . doi : 10.1103/physrevlett.98.071301 . PMID 17359014 . S2CID 17698158 .

Дальнейшее чтение

Стейнхардт, PJ; Турок Н. (2007). Бесконечная вселенная Нью -Йорк, Нью -Йорк: Doubleday. ISBN 978-0-385-50964-0 .
Толман, RC (1987) [1934]. Относительность, термодинамика и космология . Нью -Йорк: Дувер. ISBN 978-0-486-65383-9 Полем LCCN 34032023 .
Baum, L.; Frampton, PH (2007). «Поворот в циклической космологии». Письма о физическом обзоре . 98 (7): 071301. ARXIV : HEP-TH/0610213 . Bibcode : 2007 phrvl..98g1301b . doi : 10.1103/physrevlett.98.071301 . PMID 17359014 . S2CID 17698158 .
Dicke, RH; Пиблс, PJE; Roll, pg; Уилкинсон, Д.Т. (1965). «Космическое излучение черного тела». Астрофизический журнал . 142 : 414. Bibcode : 1965apj ... 142..414d . doi : 10.1086/148306 . ISSN 0004-637X .
SW Hawking и GFR Ellis, крупномасштабная структура пространства-времени (Cambridge, 1973).
Пенроуз, Роджер (2010). Циклы времени: необычайный новый взгляд на вселенную . Лондон: голова Бодли . ISBN 978-0-224-08036-1 .

Внешние ссылки

Пол Дж. Стейнхардт , кафедра физики, Принстонский университет
Пол Х. Фрэмптон , кафедра физики и астрономии, Университет Северной Каролины в Чапел -Хилл
«Циклическая вселенная»: разговор с Нилом Туроком
Roger Penrose - модель Cyclical Universe

[1] «Вселенная Friedmann | Расширяющаяся вселенная, Big Bang & Dark Energy | Britannica» . www.britannica.com . Получено 2023-09-24 .

[Tolman_1934-2] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Толман, RC (1987) [1934]. Относительность, термодинамика и космология . Нью -Йорк: Дувер. ISBN 978-0-486-65383-9 Полем LCCN 34032023 .

[Frampton_2006-3] Frampton, PH (2006). «На циклических вселенных». Arxiv : Astro-ph/0612243 .

[4] «Dark Energy разворачивает вселенную: Galaxy Evolution Evolution Evolutor Evolurer считает темную энергию» . Scienceday . Получено 2023-08-22 .

[5] Мандельбаум, Рэйчел; Блейк, Крис; Уздечка, Сара; Абдалла, Филипе Б.; Броу, Сара; Колресс, Мэтью; Диван, Уоррик; Крум, Скотт; Дэвис, Тамара ; ДРУГАТА, МИХАИЛ ДЖ.; Форстер, Карл; Глазебрук, Карл; Желе, Бен; Юрек, Рассел Дж.; Li, i-hui; Мадор, Барри; Мартин, Крис; Pimbblet, Kevin; Пул, Грегори Б.; Праси, Майкл; Шарп, Роб; Висниоски, Эмили; Вудс, Дэвид; Уайдер, Тед (2011). «Обзор темной энергии Wigglez: прямые ограничения на внутренние выравнивания синей галактики на промежуточных красных смещениях» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 410 (2): 844–859. Arxiv : 0911.5347 . Bibcode : 2011mnras.410..844m . doi : 10.1111/j.1365-2966.2010.17485.x . S2CID 36510728 .

[Steinhardt,_Turok_2001a-6] Стейнхардт, PJ; Турок Н. (2002). «Космическая эволюция в циклической вселенной». Физический обзор d . 65 (12): 126003. Arxiv : Hep-th/0111098 . BIBCODE : 2002 PHRVD..65L6003S . doi : 10.1103/physrevd.65.126003 . S2CID 1342094 .

[Steinhardt,_Turok_2001b-7] Стейнхардт, PJ; Турок Н. (2001). «Циклическая модель вселенной». Наука . 296 (5572): 1436–1439. arxiv : hep-th/0111030 . Bibcode : 2002sci ... 296.1436s . doi : 10.1126/science.1070462 . PMID 11976408 . S2CID 1346107 .

[Baum,_Frampton_2007-8] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Баум, Льюис; Frampton, PH (2008). «Энтропия сокращающейся вселенной в циклической космологии». Современные физические буквы а . 23 (1): 33–36. arxiv : hep-th/0703162 . Bibcode : 2008mpla ... 23 ... 33b . doi : 10.1142/s0217732308026170 . S2CID 719844 .

[Paul_J._Steinhardt,_Neil_Turok_2004-9] Стейнхардт, PJ; Турок Н. (2005). «Циклическая модель упрощена». Новые обзоры астрономии . 49 (2–6): 43–57. Arxiv : Astro-ph/0404480 . Bibcode : 2005newar..49 ... 43s . doi : 10.1016/j.newar.2005.01.003 . S2CID 16034194 .

[10] Woit, Peter (2006). Даже не неправильно . Лондон: случайный дом . ISBN 978-0-09-948864-4 .

[Baum,_Frampton_2006-11] Baum, L.; Frampton, PH (2007). «Поворот в циклической космологии». Письма о физическом обзоре . 98 (7): 071301. ARXIV : HEP-TH/0610213 . Bibcode : 2007 phrvl..98g1301b . doi : 10.1103/physrevlett.98.071301 . PMID 17359014 . S2CID 17698158 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]