| Часть серии по |
| Физическая космология |
|---|
 |
|
КатегорияБольшой Отскок является гипотетической космологической моделью для происхождения известной вселенной . Первоначально это было предложено как фаза циклической модели или осциллирующей интерпретации Вселенной Большого Взрыва , где первое космологическое событие было результатом коллапса предыдущей Вселенной. Она перестала серьезно рассматриваться в начале 1980-х годов после того, как теория инфляции возникла как решение проблемы горизонта , которая возникла в результате достижений в наблюдениях, раскрывающих крупномасштабную структуру Вселенной. В начале 2000-х годов некоторые теоретики сочли инфляцию проблемной иневозможно подобрать в том смысле, что его различные параметры могут быть приспособлены к любым наблюдениям, так что свойства наблюдаемой Вселенной являются случайностью. Альтернативные изображения, включая Большой отскок, могут предоставить предсказуемое и фальсифицируемое возможное решение проблемы горизонта , и с 2017 года они активно исследуются [1].
Расширение и сжатие [ править ]
В этом разделе не процитировать любые источники . ( Январь 2021 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Концепция большого отскока рассматривает Большой взрыв как начало периода расширения, который следует за периодом сокращения. С этой точки зрения можно говорить о большом сжатии, за которым следует большой взрыв , или, проще говоря, о большом отскоке . Это говорит о том, что мы могли бы жить в любой точке бесконечной последовательности вселенных, или, наоборот, текущая вселенная может быть самой первой итерацией. Однако, если условие фазы интервала «между отскоками», рассматриваемое как «гипотеза первобытного атома», принимается в качестве случайности, такое перечисление может быть бессмысленным, потому что это условие могло бы представлять сингулярность во времени в каждом случае, если такое постоянное возврат был абсолютным и недифференцированным.
Основная идея квантовой теории большого отскока состоит 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, чем тот, в котором измерение никогда не будет возможным (одна единица планковского времени , примерно 10 -43 секунды), охватывая или ограничивая точку перегиба.
История [ править ]
Космологи, включая Виллема де Ситтера , Карла Фридриха фон Вайцзеккера , Джорджа Маквитти и Джорджа Гамова , одобряли модели большого отскока в основном из эстетических соображений (которые подчеркнули, что «с физической точки зрения мы должны полностью забыть о периоде предколлапса»). [2]
К началу 1980-х годов прогрессирующая точность и масштабы наблюдательной космологии показали, что крупномасштабная структура Вселенной плоская , однородная и изотропная , что позже было принято в качестве космологического принципа для применения в масштабах, превышающих примерно 300 миллионов световых лет. . Было признано, что необходимо найти объяснение тому, как далекие регионы Вселенной могут иметь по существу идентичные свойства, даже не будучи в светоподобной связи. Было предложено решение - период экспоненциального расширения пространства в ранней Вселенной в качестве основы для того, что стало известно какТеория инфляции . После короткого периода инфляции Вселенная продолжает расширяться, но с меньшей скоростью.
Различные формулировки теории инфляции и их подробные последствия стали предметом интенсивного теоретического изучения. В отсутствие убедительной альтернативы инфляция стала ведущим решением проблемы горизонта. В начале 2000-х годов некоторые теоретики сочли инфляцию проблематичной и неподдающейся опровержению, поскольку ее различные параметры можно было корректировать в соответствии с любыми наблюдениями - ситуация, известная как проблема тонкой настройки. Более того, было обнаружено, что инфляция неизбежно вечна , создавая бесконечное количество разных вселенных с типично разными свойствами, так что свойства наблюдаемой Вселенной являются случайностью. [3] Альтернативная концепция, включающая большой отскок, была задумана как предсказуемое и фальсифицируемое возможное решение проблемы горизонта.[4] и находится в стадии активного расследования по состоянию на 2017 год. [5] [1]
Фраза «Big Bounce» появилась в научной литературе в 1987 году, когда она впервые была использована в названии пары статей (на немецком языке) Вольфганга Пристера и Ханса-Иоахима Бломе в Stern und Weltraum . [6] Он снова появился в 1988 году в « Большом взрыве» Иосифа Розенталя , «Большой скачок» , переработанном английском переводе русскоязычной книги (под другим названием), а также в статье 1991 года (на английском языке) Пристера и Блома в астрономии. и астрофизика . (Фраза , видимо , возникла как название романа по Элмора Леонарда в 1969 году, вскоре после того, как повышение уровня информированности общественности о Большого Взрыва модели с открытия изреликтовый по Пензиасу и Уилсон в 1965 г.)
Идея существования большого отскока в очень ранней Вселенной нашла разнообразную поддержку в работах, основанных на петлевой квантовой гравитации . В петлевой квантовой космологии , ветвь петлевой квантовой гравитации, большой скачок был впервые обнаружен в феврале 2006 года, для изотропных и однородных моделях Аштекар , Томаш Павловского и Parampreet Сингх в Университете штата Пенсильвания . [7] Этот результат был обобщен на различные другие модели различными группами и включает случай пространственной кривизны, космологической постоянной, анизотропии и квантованных неоднородностей Фока. [8]
Мартин Боджовальд , доцент кафедры физики Университета штата Пенсильвания , в июле 2007 года опубликовал исследование, в котором подробно описывалась работа, отчасти связанная с петлевой квантовой гравитацией, которая утверждала, что математически решила время до Большого взрыва, что придаст новый вес колебательной Вселенной и Большому взрыву. Теории отказов. [9]
Одна из основных проблем теории Большого взрыва заключается в том, что в момент Большого взрыва существует сингулярность нулевого объема и бесконечной энергии. Обычно это интерпретируется как конец известной нам физики; в данном случае общей теории относительности . Вот почему ожидается, что квантовые эффекты станут важными и позволят избежать сингулярности.
Однако исследования в области петлевой квантовой космологии имели целью показать, что ранее существовавшая Вселенная схлопнулась не до точки сингулярности, а до точки, предшествующей этому, когда квантовые эффекты гравитации становятся настолько сильно отталкивающими, что Вселенная отскакивает обратно, образуя новую ответвляться. На протяжении всего этого коллапса и отскока эволюция происходит унитарно.
Бойовальд также утверждает, что можно определить некоторые свойства Вселенной, которая сжалась и образовала нашу. Однако некоторые свойства предшествующей вселенной невозможно определить из-за какого-то принципа неопределенности. Этот результат оспаривается различными группами, которые показывают, что из-за ограничений на колебания, проистекающих из принципа неопределенности, существуют сильные ограничения на изменение относительных колебаний при отскоке [10] [11]
Хотя существование большого отскока еще предстоит продемонстрировать с помощью петлевой квантовой гравитации , надежность ее основных характеристик была подтверждена с использованием точных результатов [12] и нескольких исследований, включающих численное моделирование с использованием высокопроизводительных вычислений в петлевой квантовой космологии .
В 2003 году Питер Линдс выдвинул новую космологическую модель, в которой время циклично. Согласно его теории, наша Вселенная в конечном итоге перестанет расширяться, а затем сжимается. Прежде чем стать сингулярностью, как и следовало ожидать из теории черной дыры Хокинга, Вселенная должна подпрыгнуть. Линдс утверждает, что сингулярность нарушила бы второй закон термодинамики, и это мешает Вселенной быть ограниченной сингулярностями. Большого сжатия можно было бы избежать с новым Большим взрывом. Линдс предполагает, что точная история Вселенной будет повторяться в каждом цикле в вечном повторении . Некоторые критики утверждают, что, хотя Вселенная может быть цикличной, все истории будут вариантами. [ необходима цитата ]Теория Линдса была отклонена основными физиками из-за отсутствия математической модели, лежащей в основе ее философских соображений. [13]
В 2006 году было предложено, что применение методов петлевой квантовой гравитации к космологии Большого взрыва может привести к отскоку, который не обязательно должен быть циклическим. [14]
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 времени или расстояния связанный с ним масштаб, он становится идентичным Большому взрыву, что, в свою очередь, приводит к типу Большого сжатия, которое становится следующим большим взрывом, таким образом увековечивая следующий цикл. [15]
В 2011 году Никодем Поплавский показал, что неособый Большой отскок естественным образом появляется в теории гравитации Эйнштейна-Картана- Скиамы-Киббла. [16] Эта теория расширяет общую теорию относительности, удаляя ограничение симметрии аффинной связности и касаясь ее антисимметричной части, тензора кручения, как динамическая переменная. Минимальная связь между кручением и спинорами Дирака порождает спин-спиновое взаимодействие, которое важно в фермионной материи при чрезвычайно высоких плотностях. Такое взаимодействие предотвращает нефизическую сингулярность Большого взрыва, заменяя ее отскоком, подобным каспу, с конечным минимальным масштабным фактором, до которого Вселенная сжималась. Этот сценарий также объясняет, почему нынешняя Вселенная в самых больших масштабах кажется пространственно плоской, однородной и изотропной, обеспечивая физическую альтернативу космической инфляции.
В 2012 году новая теория неособого большого отскока была успешно построена в рамках стандартной теории гравитации Эйнштейна. [17] Эта теория сочетает в себе преимущества отскока материи и экпиротической космологии . В частности, в этой теории разрешается знаменитая неустойчивость БКЛ, согласно которой однородное и изотропное фоновое космологическое решение неустойчиво к росту анизотропного напряжения. Более того, возмущения кривизны, вызванные сжатием материи, способны формировать почти масштабно-инвариантный первичный спектр мощности и, таким образом, обеспечивают последовательный механизм для объяснения наблюдений космического микроволнового фона (CMB).
Некоторые источники утверждают, что далекие сверхмассивные черные дыры , большие размеры которых трудно объяснить так скоро после Большого взрыва, такие как ULAS J1342 + 0928 , [18], могут свидетельствовать о Большом отскоке, причем эти сверхмассивные черные дыры образовались до Большой отскок. [19] [20]
См. Также [ править ]
- Абхай Аштекар - индийский физик-теоретик
- Антропный принцип - философская предпосылка, согласно которой все научные наблюдения предполагают наличие вселенной, совместимой с появлением разумных организмов, которые производят эти наблюдения.
- Big Crunch - теоретический сценарий окончательной судьбы вселенной
- Big Rip - космологическая модель, основанная на экспоненциально увеличивающейся скорости расширения
- Большая заморозка
- Ложный вакуум
- Вечное возвращение - концепция, согласно которой вселенная и все сущее постоянно повторяются.
- Джон Арчибальд Уиллер - американский физик-теоретик
- Петлевая квантовая космология - конечная модель петлевой квантовой гравитации с уменьшенной симметрией
- Петлевая квантовая гравитация - Теория квантовой гравитации, объединение квантовой механики и общей теории относительности
- Сверхновая - звезда взрывается в конце своей звездной эволюции.
Ссылки [ править ]
- ^ a b Бранденбергер, Роберт; Питер, Патрик (2017). «Отскок космологии: успехи и проблемы». Основы физики . 47 (6): 797–850. arXiv : 1603.05834 . Bibcode : 2017FoPh ... 47..797B . DOI : 10.1007 / s10701-016-0057-0 . ISSN 0015-9018 . S2CID 118847768 .
- ^ Краг, Хельге (1996). Космология . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета . ISBN 978-0-691-00546-1.
- ↑ Макки, Мэгги (25 сентября 2014 г.). «Гениально: Пол Дж. Стейнхардт - физик из Принстона о том, что не так с теорией инфляции и его взгляд на Большой взрыв» . Наутилус (17). NautilusThink Inc . Проверено 31 марта 2017 года .
- ^ Steinhardt, Пол Дж .; Турок, Нил (2005). «Циклическая модель упрощенная». Новые обзоры астрономии . 49 (2–6): 43–57. arXiv : astro-ph / 0404480 . Bibcode : 2005NewAR..49 ... 43S . DOI : 10.1016 / j.newar.2005.01.003 . ISSN 1387-6473 . S2CID 16034194 .
- ^ Ленерс, Жан-Люк; Стейнхардт, Пол Дж. (2013). «Результаты Planck 2013 поддерживают циклическую вселенную». Physical Review D . 87 (12): 123533. arXiv : 1304.3122 . Bibcode : 2013PhRvD..87l3533L . DOI : 10.1103 / PhysRevD.87.123533 . ISSN 1550-7998 . S2CID 76656473 .
- ^ Overduin, Джеймс; Ханс-Иоахим Бломе; Йозеф Хоэлл (июнь 2007 г.). «Вольфганг Пристер: от большого скачка к вселенной, в которой доминирует Λ». Naturwissenschaften . 94 (6): 417–429. arXiv : astro-ph / 0608644 . Bibcode : 2007NW ..... 94..417O . DOI : 10.1007 / s00114-006-0187-х . PMID 17146687 . S2CID 9204407 .
- ^ Аштекар, Абхай; Павловский, Томаш; Сингх, Парамприт (12 апреля 2006 г.). «Квантовая природа Большого взрыва» . Письма с физическим обзором . 96 (14): 141301. arXiv : gr-qc / 0602086 . Bibcode : 2006PhRvL..96n1301A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.96.141301 . PMID 16712061 . S2CID 3082547 .
- ^ Аштекар, Абхай; Сингх, Парамприт (2011-11-07). "Петлевая квантовая космология: отчет о состоянии". Классическая и квантовая гравитация . 28 (21): 213001. arXiv : 1108.0893 . Bibcode : 2011CQGra..28u3001A . DOI : 10.1088 / 0264-9381 / 28/21/213001 . ISSN 0264-9381 . S2CID 119209230 .
- ^ Bojowald, Martin (2007). "Что произошло до Большого взрыва?" . Физика природы . 3 (8): 523–525. Bibcode : 2007NatPh ... 3..523B . DOI : 10.1038 / nphys654 .
- ^ Коричи, Алехандро; Сингх, Парамприт (23 апреля 2008 г.). «Квантовый отскок и космическое воспоминание» . Письма с физическим обзором . 100 (16): 161302. arXiv : 0710.4543 . Bibcode : 2008PhRvL.100p1302C . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.100.161302 . PMID 18518182 . S2CID 40071231 .
- ^ Каминский, Войцех; Павловский, Томаш (15.04.2010). «Космический отзыв и картина рассеяния петлевой квантовой космологии» . Physical Review D . 81 (8): 084027. arXiv : 1001.2663 . Bibcode : 2010PhRvD..81h4027K . DOI : 10.1103 / PhysRevD.81.084027 . S2CID 44771809 .
- ^ Аштекар, Абхай; Коричи, Алехандро; Сингх, Парамприт (2008). «Устойчивость ключевых особенностей петлевой квантовой космологии». Physical Review D . 77 (2): 024046. arXiv : 0710.3565 . Bibcode : 2008PhRvD..77b4046A . DOI : 10.1103 / PhysRevD.77.024046 . S2CID 118674251 .
- ↑ Дэвид Адам (14 августа 2003 г.). «Странная история Питера Линдса» . Хранитель .
- ^ "Исследователи штата Пенсильвания смотрят за пределы рождения Вселенной" . Science Daily . 17 мая 2006 г.Ссылаясь на Аштекар, Абхай; Павловский, Томаш; Сингх, Пармприт (2006). «Квантовая природа Большого взрыва». Письма с физическим обзором . 96 (14): 141301. arXiv : gr-qc / 0602086 . Bibcode : 2006PhRvL..96n1301A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.96.141301 . PMID 16712061 . S2CID 3082547 .
- ^ Пенроуз, Р. (2010). Циклы времени: необычайно новый взгляд на Вселенную. Случайный дом
- ^ Поплавский, штат Нью - Джерси (2012). «Неособая космология большого отскока от спинорно-торсионного взаимодействия». Physical Review D . 85 (10): 107502. arXiv : 1111.4595 . Bibcode : 2012PhRvD..85j7502P . DOI : 10.1103 / PhysRevD.85.107502 . S2CID 118434253 .
- ^ Цай, И-Фу; Дэмиен Иссон; Роберт Бранденбергер (2012). «К неособой подпрыгивающей космологии». Журнал космологии и физики астрономических частиц . 2012 (8): 020. arXiv : 1206.2382 . Bibcode : 2012JCAP ... 08..020C . DOI : 10.1088 / 1475-7516 / 2012/08/020 . S2CID 118679321 .
- ^ Ландау, Элизабет; Банядос, Эдуардо (6 декабря 2017 г.). «Найдено: Самая далекая черная дыра» . НАСА . Проверено 6 декабря +2017 .
«Эта черная дыра стала намного больше, чем мы ожидали, всего за 690 миллионов лет после Большого взрыва, что ставит под сомнение наши теории о том, как образуются черные дыры», - сказал соавтор исследования Дэниел Стерн из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния.
- ↑ Джейми Зайдель (7 декабря 2017 г.). «Черная дыра на заре времени бросает вызов нашему пониманию того, как была сформирована Вселенная» . News Corp Australia . Проверено 9 декабря 2017 .
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, как мы ее знаем, из квантовой сингулярности. Но в последнее время набирает вес еще одна идея: Вселенная периодически расширяется и сжимается, что приводит к «Большому отскоку». И существование ранних черных дыр было предсказано как ключевой показатель того, верна ли эта идея. Этот очень большой. Чтобы достичь своего размера - в 800 миллионов раз больше массы, чем наше Солнце, - оно должно было проглотить много вещества. ... Насколько мы понимаем, Вселенная в то время просто не была достаточно старой, чтобы породить такого монстра.
- ^ Youmagazine персонала (8 декабря 2017). «Черная дыра древнее Вселенной» (греч.). You Magazine (Греция) . Проверено 9 декабря 2017 .
Эта новая теория, которая допускает, что Вселенная переживает периодические расширения и сжатия, называется "Большой отскок".
Дальнейшее чтение [ править ]
- Анга, Надер (2001). Расширение и сжатие внутри бытия (Дахм). Риверсайд, Калифорния: MTO Shahmaghsoudi Publications. ISBN 0-910735-61-1 .
- Бойовальд, Мартин (2008). «Следуй за подпрыгивающей вселенной». Scientific American . 299 (октябрь 2008 г.): 44–51. Bibcode : 2008SciAm.299d..44B . DOI : 10.1038 / Scientificamerican1008-44 . PMID 18847084 .
- Магуэйо, Жоао (2003). Быстрее скорости света: история научного предположения . Кембридж, Массачусетс: издательство Perseus Publishing. ISBN 978-0-7382-0525-0.
- Тайебизаде, Пайам (2017). Теория струн; Единая теория и внутреннее измерение элементарных частиц (BazDahm). Риверсайд, Иран: Центр публикаций Шамлу. ISBN 978-600-116-684-6 .
Внешние ссылки [ править ]
- Overduin, Джеймс; Бломе, Ханс-Иоахим; Хоэлл, Йозеф (2007). "Вольфганг Пристер: От большого скачка до вселенной, где доминирует $ \ Lambda $". Naturwissenschaften . 94 (6): 417–429. arXiv : astro-ph / 0608644 . Bibcode : 2007NW ..... 94..417O . DOI : 10.1007 / s00114-006-0187-х . PMID 17146687 . S2CID 9204407 .
- Питтс, Тревор (1998). «Темная материя, антивещество и симметрия времени». arXiv : физика / 9812021v2 .
- Исследователи штата Пенсильвания заглядывают за пределы рождения Вселенной (штат Пенсильвания) 12 мая 2006 г.
- Что произошло до Большого взрыва? (Штат Пенсильвания) 1 июля 2007 г.
- От большого взрыва к большому отскоку (Pen State) NewScientist 13 декабря 2008 г.
- Нургалиев, И.С. (2010). «Сингулярности предотвращают вихри». Гравитация и космология . 16 (4): 313–315. Bibcode : 2010GrCo ... 16..313N . DOI : 10.1134 / S0202289310040092 . S2CID 119982190 .
