Большой отскок
| Часть серии о |
| Физическая космология |
|---|
 |
Гипотеза Большого Отскока — это космологическая модель происхождения известной Вселенной . Первоначально это было предложено как фаза циклической модели или , интерпретации Большого Взрыва где первое космологическое событие было результатом коллапса предыдущей Вселенной. [1] [2] [3] [4] Она отошла от серьезного рассмотрения в начале 1980-х годов после того, как теория инфляции появилась как решение проблемы горизонта , которая возникла в результате достижений в наблюдениях, раскрывающих крупномасштабную структуру Вселенной.
Было обнаружено, что инфляция неизбежно вечна , создавая бесконечность различных вселенных с типично разными свойствами, что позволяет предположить, что свойства наблюдаемой Вселенной являются вопросом случая. [5] Альтернативная концепция, включающая «Большой отскок», была задумана как прогнозируемое и фальсифицируемое возможное решение проблемы горизонта. [6] Расследование продолжалось по состоянию на 2022 год. [7] [8] [9] [10]
Расширение и сжатие
[ редактировать ]Концепция «Большого отскока» рассматривает Большой взрыв как начало периода расширения , последовавшего за периодом сжатия. [11] С этой точки зрения можно говорить о « Большом сжатии », за которым следует «Большой взрыв» или, проще говоря, «Большой отскок». Эта концепция предполагает, что мы можем существовать в любой точке бесконечной последовательности вселенных или, наоборот, текущая вселенная может быть самой первой итерацией. Однако если условие интервальной фазы «между отскоками» — считающееся «гипотезой первобытного атома» — принять во внимание в полной случайности, такое перечисление может оказаться бессмысленным, поскольку это условие может представлять собой сингулярность во времени в каждом случае, если такие вечные повторы (циклы) были абсолютными и недифференцированными.
Основная идея квантовой теории Большого Отскока заключается в том, что по мере приближения плотности к бесконечности поведение квантовой пены меняется. Все так называемые фундаментальные физические константы , включая скорость света в вакууме, не обязательно должны оставаться постоянными во время Большого сжатия, особенно в интервале времени, меньшем того, в котором измерение никогда не будет возможным (одна единица планковского времени , примерно 10 −43 секунд), охватывающих или заключающих в скобки точку перегиба.
История
[ редактировать ]Модели Большого Отскока были одобрены в основном по эстетическим соображениям космологами, в том числе Виллемом де Ситтером , Карлом Фридрихом фон Вайцзеккером , Джорджем МакВитти и Джорджем Гамовым (которые подчеркивали, что «с физической точки зрения мы должны полностью забыть о периоде перед коллапсом»). [12]
К началу 1980-х годов растущая точность и масштабы наблюдательной космологии показали, что крупномасштабная структура Вселенной плоская , однородная и изотропная . Это открытие позже было принято в качестве космологического принципа , применимого на масштабах, превышающих примерно 300 миллионов световых. годы . Это побудило космологов искать объяснение проблеме горизонта , которая задавалась вопросом, как отдаленные области Вселенной могут иметь одинаковые свойства, даже не находясь в светоподобной связи. Решением было предложено стать периодом экспоненциального расширения пространства в ранней Вселенной, что легло в основу того, что стало известно как теория инфляции . После короткого периода инфляции Вселенная продолжает расширяться более медленными темпами.
Различные формулировки теории инфляции и их подробные следствия стали предметом интенсивного теоретического изучения. Без убедительной альтернативы инфляция стала основным решением проблемы горизонта.
Фраза «Большой отскок» появилась в научной литературе в 1987 году, когда она впервые была использована в названии пары статей (на немецком языке) в журнале Stern und Weltraum Вольфганга Пристера и Ханса-Иоахима Бломе. [13] Оно вновь появилось в 1988 году в книге Иосифа Розенталя «Большой взрыв, большой отскок» , переработанном англоязычном переводе русскоязычной книги (под другим названием), а также в англоязычной статье Пристера и Блома в журнале « Астрономия и астрофизика» 1991 года . Эта фраза возникла как название романа Элмора Леонарда как возросла осведомленность общественности о модели Большого взрыва после открытия космического микроволнового фона Пензиасом в 1969 году, вскоре после того , и Уилсоном в 1965 году.
Идея существования большого отскока в очень ранней Вселенной нашла разнообразную поддержку в работах, основанных на петлевой квантовой гравитации . В петлевой квантовой космологии , ответвлении петлевой квантовой гравитации, большой отскок был впервые обнаружен в феврале 2006 года для изотропных и однородных моделей Абхаем Аштекаром , Томашем Павловски и Парампритом Сингхом из Университета штата Пенсильвания . [14] Этот результат был обобщен различными группами на различные другие модели и включает случай пространственной кривизны, космологической постоянной, анизотропии и квантованных по Фоку неоднородностей. [15]
Мартин Бойовальд , доцент кафедры физики в Университете штата Пенсильвания, в июле 2007 года опубликовал исследование, подробно описывающее работу, связанную с петлевой квантовой гравитацией, в которой утверждалось, что он математически определил время до Большого взрыва, что придало бы новый вес колебательной Вселенной и Большому Отскоку. теории. [16]
Одна из главных проблем теории Большого взрыва заключается в том, что существует сингулярность в момент Большого взрыва с нулевым объемом и бесконечной энергией. Обычно это интерпретируется как распад физики в том виде, в каком мы ее знаем; в данном случае теории общей относительности . Вот почему можно ожидать, что квантовые эффекты станут важными и позволят избежать сингулярности.
Однако исследования в области петлевой квантовой космологии имели целью показать, что ранее существовавшая Вселенная коллапсирует не до сингулярности, а до точки, в которой квантовые эффекты гравитации становятся настолько сильными отталкивающими, что Вселенная отскакивает назад, образуя новую ветвь. На протяжении всего этого коллапса и отскока эволюция унитарна.
Бойовальд также утверждал, что можно определить некоторые свойства Вселенной, которая сжалась и образовала нашу; однако другие свойства невозможно определить из-за некоторого принципа неопределенности . Этот результат оспаривался различными группами, которые показывают, что из-за ограничений на колебания, вытекающих из принципа неопределенности, существуют сильные ограничения на изменение относительных колебаний поперек отскока. [17] [18]
Хотя существование Большого Отскока еще предстоит продемонстрировать с помощью петлевой квантовой гравитации, надежность его основных свойств была подтверждена с использованием точных результатов. [19] и несколько исследований, включающих численное моделирование с использованием высокопроизводительных вычислений в петлевой квантовой космологии.
В 2006 году было высказано предположение, что применение методов петлевой квантовой гравитации к космологии Большого взрыва может привести к отскоку, который не обязательно должен быть циклическим. [20]
В 2010 году Роджер Пенроуз выдвинул основанную на общей теории относительности теорию, которую он назвал « конформной циклической космологией ». Теория объясняет, что Вселенная будет расширяться до тех пор, пока вся материя не распадется и в конечном итоге не превратится в свет. Поскольку ничто во Вселенной не имеет связанной с ним шкалы времени или расстояния, Вселенная становится идентичной Большому взрыву, что приводит к своего рода Большому сжатию, которое становится следующим Большим взрывом, тем самым увековечивая следующий цикл. [21]
В 2011 году Никодем Поплавский показал, что неособый Большой отскок естественным образом возникает в Эйнштейна – Картана – Шиамы – Киббла. теории гравитации [22] Эта теория расширяет общую теорию относительности, снимая ограничение симметрии аффинной связности и рассматривая ее антисимметричную часть, тензор кручения , как динамическую переменную. Минимальная связь между кручением и спинорами Дирака порождает спин-спиновое взаимодействие, которое существенно в фермионной материи при чрезвычайно высоких плотностях. Такое взаимодействие позволяет избежать нефизической сингулярности Большого взрыва, заменяя ее отскоком, подобным каспу, при конечном минимальном масштабном коэффициенте, до которого Вселенная сжималась. Этот сценарий также объясняет, почему нынешняя Вселенная в крупнейших масштабах кажется пространственно плоской, однородной и изотропной, обеспечивая физическую альтернативу космической инфляции.
В 2012 году новая теория неособого Большого Отскока была построена в рамках стандартной гравитации Эйнштейна. [23] Эта теория сочетает в себе преимущества отскока материи и экпиротической космологии . В частности, в однородном и изотропном фоновом космологическом решении неустойчивость БКЛ неустойчива к росту анизотропного напряжения, что разрешается в этой теории. Более того, возмущения кривизны, возникающие при сжатии материи, могут формировать почти масштабно-инвариантный первичный спектр мощности и, таким образом, обеспечивать последовательный механизм для объяснения наблюдений космического микроволнового фона (CMB).
Некоторые источники утверждают, что далекие сверхмассивные черные дыры , большой размер которых трудно объяснить вскоре после Большого взрыва, такие как ULAS J1342+0928 , [24] может быть свидетельством Большого Отскока, поскольку эти сверхмассивные черные дыры образовались до Большого Отскока. [25] [26]
Критики
[ редактировать ]Согласно исследованию, опубликованному в журнале Physical Review Letters 23 мая, Большой Отскок должен был оставить следы в первичном свете, известном как микроволновое фоновое излучение ). ( CMB космическое Вселенная отскочила сама от себя только один раз, эта конкретная сигнатура отскока не была обнаружена. [27]
См. также
[ редактировать ]- Абхай Аштекар – индийско-американский физик-теоретик
- Антропный принцип - Гипотеза о разумной жизни и Вселенной.
- Большое сжатие – теоретический сценарий окончательной судьбы Вселенной.
- Big Freeze – возможная судьба вселенной.
- Большой разрыв - Космологическая модель
- Черная дыра - объект, имеющий невозвратную границу.
- Вечное возвращение - концепция, согласно которой вселенная и все существование постоянно повторяются.
- Ложный вакуум - гипотетический вакуум, менее стабильный, чем истинный вакуум.
- Джон Арчибальд Уиллер – американский физик-теоретик (1911–2008).
- Петлевая квантовая космология - конечная модель петлевой квантовой гравитации с пониженной симметрией.
- Петлевая квантовая гравитация - Теория квантовой гравитации, объединение квантовой механики и общей теории относительности.
- Сверхновая – взрыв звезды в конце ее жизни
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Абелев Б.; Адам, Дж.; Адамова, Д.; Аггарвал, ММ; Альери Ринелла, Г.; Аньелло, М.; Агостинелли, А.; Агравал, Н.; Ахаммед З.; Ахмад, Н.; Ахмед, И.; Ан, СУ; Ан, SA; Аймо, И.; Айола, С. (10 ноября 2014 г.). «Произведение красоты в pp-столкновениях при s = 2,76 ТэВ, измеренное посредством полуэлектронных распадов» (PDF) . Буквы по физике Б. 738 : 97–108. дои : 10.1016/j.physletb.2014.09.026 . ISSN 0370-2693 . S2CID 119489459 .
- ^ Новелло, М.; Берглиаффа, С.Е. Перес (1 июля 2008 г.). «Прыгающие космологии» . Отчеты по физике . 463 (4): 127–213. arXiv : 0802.1634 . Бибкод : 2008PhR...463..127N . дои : 10.1016/j.physrep.2008.04.006 . ISSN 0370-1573 . S2CID 119274449 .
- ^ Финелли, Фабио; Бранденбергер, Роберт (15 мая 2002 г.). «Генерация масштабно-инвариантного спектра адиабатических колебаний в космологических моделях с сжимающейся фазой» . Физический обзор D . 65 (10): 103522. arXiv : hep-th/0112249 . Бибкод : 2002PhRvD..65j3522F . дои : 10.1103/PhysRevD.65.103522 . S2CID 7262222 .
- ^ Аштекар, Абхай; Павловский, Томаш; Сингх, Парамприт (2 октября 2006 г.). «Квантовая природа большого взрыва: Улучшенная динамика» . Физический обзор D . 74 (8): 084003. arXiv : gr-qc/0607039 . Бибкод : 2006PhRvD..74h4003A . дои : 10.1103/PhysRevD.74.084003 . S2CID 34651070 .
- ^ Макки, Мэгги (25 сентября 2014 г.). «Гениально: Пол Дж. Стейнхардт – физик из Принстона о том, что не так с теорией инфляции и его взглядом на Большой взрыв» . Наутилус . № 17. NautilusThink Inc. Архивировано из оригинала 23 января 2017 года . Проверено 31 марта 2017 г.
- ^ Стейнхардт, Пол Дж.; Турок, Нил (2005). «Циклическая модель упрощена». Новые обзоры астрономии . 49 (2–6): 43–57. arXiv : astro-ph/0404480 . Бибкод : 2005НовыйAR..49...43S . дои : 10.1016/j.newar.2005.01.003 . ISSN 1387-6473 . S2CID 16034194 .
- ^ Иджас, Анна; Стейнхардт, Пол Дж. (10 января 2022 г.). «Энтропия, черные дыры и новая циклическая Вселенная» . Буквы по физике Б. 824 : 136823. arXiv : 2108.07101 . Бибкод : 2022PhLB..82436823I . doi : 10.1016/j.physletb.2021.136823 .
- ^ Вуд, Чарли (4 августа 2020 г.). «Моделирование большого отскока бросает вызов Большому взрыву» . Журнал Кванта .
- ^ Ленерс, Жан-Люк; Стейнхардт, Пол Дж. (2013). «Результаты Планка 2013 года подтверждают цикличность Вселенной». Физический обзор D . 87 (12): 123533. arXiv : 1304.3122 . Бибкод : 2013PhRvD..87l3533L . дои : 10.1103/PhysRevD.87.123533 . ISSN 1550-7998 . S2CID 76656473 .
- ^ Бранденбергер, Роберт; Питер, Патрик (2017). «Прыгающие космологии: прогресс и проблемы». Основы физики . 47 (6): 797–850. arXiv : 1603.05834 . Бибкод : 2017FoPh...47..797B . дои : 10.1007/s10701-016-0057-0 . ISSN 0015-9018 . S2CID 118847768 .
- ^ Крейг, Дэвид Дж. (2018). «Был ли Большой взрыв на самом деле большим отскоком?» . Журнал Колумбия . Колумбийский университет . Проверено 3 июля 2023 г.
- ^ Краг, Хельге (1996). Космология . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета . ISBN 978-0-691-00546-1 .
- ^ Овердуин, Джеймс; Ханс-Йоахим Бломе; Йозеф Хоэлл (июнь 2007 г.). «Вольфганг Священник: от большого скачка к вселенной, в которой доминирует Λ». Naturwissenschaften . 94 (6): 417–429. arXiv : astro-ph/0608644 . Бибкод : 2007NW.....94..417O . дои : 10.1007/s00114-006-0187-x . ПМИД 17146687 . S2CID 9204407 .
- ^ Аштекар, Абхай; Павловский, Томаш; Сингх, Парамприт (12 апреля 2006 г.). «Квантовая природа Большого взрыва» . Письма о физических отзывах . 96 (14): 141301. arXiv : gr-qc/0602086 . Бибкод : 2006PhRvL..96n1301A . doi : 10.1103/PhysRevLett.96.141301 . ПМИД 16712061 . S2CID 3082547 .
- ^ Аштекар, Абхай; Сингх, Парамприт (7 ноября 2011 г.). «Петлевая квантовая космология: отчет о состоянии». Классическая и квантовая гравитация . 28 (21): 213001. arXiv : 1108.0893 . Бибкод : 2011CQGra..28u3001A . дои : 10.1088/0264-9381/28/21/213001 . ISSN 0264-9381 . S2CID 119209230 .
- ^ Бойовальд, Мартин (2007). «Что произошло до Большого взрыва?» . Физика природы . 3 (8): 523–525. Бибкод : 2007NatPh...3..523B . дои : 10.1038/nphys654 .
- ^ Коричи, Алехандро; Сингх, Парамприт (23 апреля 2008 г.). «Квантовый отскок и космическое воспоминание» . Письма о физических отзывах . 100 (16): 161302. arXiv : 0710.4543 . Бибкод : 2008PhRvL.100p1302C . doi : 10.1103/PhysRevLett.100.161302 . ПМИД 18518182 . S2CID 40071231 .
- ^ Каминский, Войцех; Павловский, Томаш (15 апреля 2010 г.). «Космический отзыв и картина рассеяния в петлевой квантовой космологии» . Физический обзор D . 81 (8): 084027.arXiv : 1001.2663 . Бибкод : 2010PhRvD..81h4027K . дои : 10.1103/PhysRevD.81.084027 . S2CID 44771809 .
- ^ Аштекар, Абхай; Коричи, Алехандро; Сингх, Парамприт (2008). «Надежность ключевых особенностей петлевой квантовой космологии». Физический обзор D . 77 (2): 024046. arXiv : 0710.3565 . Бибкод : 2008PhRvD..77b4046A . дои : 10.1103/PhysRevD.77.024046 . S2CID 118674251 .
- ^ «Исследователи штата Пенсильвания выходят за рамки рождения Вселенной» . Наука Дейли . 17 мая 2006 г. Ссылаясь на Аштекар, Абхай; Павловский, Томаш; Сингх, Пармприт (2006). «Квантовая природа Большого взрыва». Письма о физических отзывах . 96 (14): 141301. arXiv : gr-qc/0602086 . Бибкод : 2006PhRvL..96n1301A . doi : 10.1103/PhysRevLett.96.141301 . ПМИД 16712061 . S2CID 3082547 .
- ^ Пенроуз, Р. (2010). Циклы времени: необычайный новый взгляд на Вселенную. Случайный дом
- ^ Поплавски, Нью-Джерси (2012). «Несингулярная космология большого отскока от спинорно-торсионной связи». Физический обзор D . 85 (10): 107502. arXiv : 1111.4595 . Бибкод : 2012PhRvD..85j7502P . дои : 10.1103/PhysRevD.85.107502 . S2CID 118434253 .
- ^ Цай, И-Фу; Дэмиен Иссон; Роберт Бранденбергер (2012). «К несингулярной прыгающей космологии». Журнал космологии и физики астрочастиц . 2012 (8): 020. arXiv : 1206.2382 . Бибкод : 2012JCAP...08..020C . дои : 10.1088/1475-7516/2012/08/020 . S2CID 118679321 .
- ^ Ландау, Элизабет; Баньядос, Эдуардо (6 декабря 2017 г.). «Найдено: самая далекая черная дыра» . НАСА . Проверено 6 декабря 2017 г.
«Эта черная дыра стала намного больше, чем мы ожидали, всего через 690 миллионов лет после Большого взрыва, что бросает вызов нашим теориям о том, как формируются черные дыры», — сказал соавтор исследования Дэниел Стерн из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния.
- ^ Джейми Зайдел (7 декабря 2017 г.). «Черная дыра на заре времен бросает вызов нашему пониманию того, как образовалась Вселенная» . Новости корпорации Австралии . Проверено 9 декабря 2017 г.
Он достиг своего размера всего через 690 миллионов лет после точки, за которой нет ничего. Самая доминирующая научная теория последних лет описывает эту точку как Большой взрыв — спонтанное извержение реальности, какой мы ее знаем, из квантовой сингулярности. Но в последнее время набирает вес другая идея: Вселенная периодически расширяется и сжимается, что приводит к «большому отскоку». Было предсказано, что ранние черные дыры станут ключевым индикатором того, верна ли эта идея. Этот очень большой. Чтобы достичь своего размера — в 800 миллионов раз больше массы нашего Солнца — ему пришлось поглотить много материала. ... Насколько мы понимаем, Вселенная в то время была недостаточно старой, чтобы породить такого монстра.
- ^ Сотрудники Youmagazine (8 декабря 2017 г.). «Черная дыра, которая древнее Вселенной» (по-гречески). Журнал You (Греция) . Проверено 9 декабря 2017 г.
Эта новая теория, признающая, что Вселенная периодически расширяется и сжимается, называется «Большой отскок».
- ^ [1] PhysRevLett.130.191002
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Анга, Надер (2001). Расширение и сжатие внутри бытия (Дам). Риверсайд, Калифорния: Публикации MTO Shahmaghsoudi. ISBN 0-910735-61-1 .
- Бойовальд, Мартин (2008). «Следуй за прыгающей Вселенной». Научный американец . 299 (октябрь 2008 г.): 44–51. Бибкод : 2008SciAm.299d..44B . doi : 10.1038/scientificamerican1008-44 (неактивен 26 апреля 2024 г.). ПМИД 18847084 .
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на апрель 2024 г. ( ссылка ) - Магейхо, Жуан (2003). Быстрее скорости света: история научного предположения . Кембридж, Массачусетс: Издательство Персей. ISBN 978-0-7382-0525-0 .
- Тайебизаде, Пайам (2017). Теория струн; Единая теория и внутреннее измерение элементарных частиц (БазДам). Риверсайд, Иран: Центр публикаций Шамлу. ISBN 978-600-116-684-6 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Овердуин, Джеймс; Бломе, Ханс-Иоахим; Хоэлл, Йозеф (2007). «Вольфганг Священник: от большого скачка ко вселенной, в которой доминирует $\Lambda$». Naturwissenschaften . 94 (6): 417–429. arXiv : astro-ph/0608644 . Бибкод : 2007NW.....94..417O . дои : 10.1007/s00114-006-0187-x . ПМИД 17146687 . S2CID 9204407 .
- Питтс, Тревор (1998). «Темная материя, антиматерия и временная симметрия». arXiv : физика/9812021v2 .
- Исследователи штата Пенсильвания выходят за рамки рождения Вселенной (штат Пенсильвания), 12 мая 2006 г.
- Что произошло до Большого взрыва? (Пенсильванский штат) 1 июля 2007 г.
- От большого взрыва к большому отскоку (штат Пенсильвания) NewScientist, 13 декабря 2008 г.
- Нургалиев И.С. (2010). «Сингулярности предотвращаются вихрями». Гравитация и космология . 16 (4): 313–315. Бибкод : 2010GrCo...16..313N . дои : 10.1134/S0202289310040092 . S2CID 119982190 .
