Циклическая модель

В этой статье слишком много ссылок на первоисточники . Пожалуйста, улучшите эту статью, добавив вторичные или третичные источники . ( Февраль 2013 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Часть серии по
Физическая космология
Большой взрыв  · Вселенная Возраст вселенной Хронология Вселенной
Ранняя вселенная Эпоха Планка Эпоха великого объединения Электрослабая эпоха Кварковая эпоха Адронная эпоха Лептонная эпоха Фотонная эпоха Нуклеосинтез Большого взрыва Инфляция Темные времена Звездная эра Фоны Космический фоновый радиационный фон (CBR) Фон гравитационных волн (ФГВ) Космический микроволновый фон (CMB)  · Космический нейтринный фон (CNB) Космический инфракрасный фон (ИНБ)
Расширение  · Будущее Закон Хаббла  · Красное смещение Расширение Вселенной Ускоряющееся расширение Вселенной Сопутствующие и правильные расстояния Метрика FLRW  · Уравнения Фридмана Неоднородная космология Хронология далекого будущего Будущее расширяющейся Вселенной Конечная судьба вселенной Тепловая смерть вселенной Большой разрыв Большой хруст Большой отскок Распад ложного вакуума
Компоненты  · Структура Составные части Лямбда-CDM модель Барионная материя Экзотическая материя Вырожденная материя Нейтроний Вопрос КХД Странное дело Отрицательное вещество Энергия Отрицательная энергия Нулевая энергия Энергия вакуума Радиация Фоновое излучение Темная энергия Квинтэссенция Фантомная энергия Темная материя Холодная темная материя Теплая темная материя Смешанная темная материя Горячая темная материя Светлая темная материя Самовзаимодействующая темная материя Скалярное поле темная материя Темное излучение Темная жидкость Темный поток Зеркальное дело Структура Форма вселенной Реионизация  · Формирование структуры Формирование галактики Мультивселенная Вселенная Наблюдаемая Вселенная Объем Хаббла Крупномасштабная конструкция Большая группа квазаров Нить галактики Сверхскопление Скопление галактик Группа галактик Местная группа Галактика Ореол темной материи Звездное скопление Солнечная система Планетная система Пустота
Эксперименты Бумеранг Исследователь космического фона (COBE) Обзор темной энергии Евклид Проект Illustris Обсерватория Веры К. Рубин Космическая обсерватория Планка Слоан цифровой обзор неба (SDSS) Обзор красного смещения галактики 2dF ("2dF") ВселеннаяМашина Микроволновый датчик анизотропии Wilkinson (WMAP)
Ученые Ааронсон Альфвен Альфер Бхарадвадж Коперник де Ситтер Дике Эддингтон Элерс Эйнштейн Эллис Фридман Галилео Гамов Guth Хаббл Лемэтр Linde Mather Ньютон Penzias Вбивать в голову Шмидт Шварцшильд Гладкий Старобинский Steinhardt Suntzeff Сюняев Толман Уилсон Зельдович
История темы Открытие космического микроволнового фонового излучения История теории большого взрыва Религиозные интерпретации теории большого взрыва Хронология космологических теорий
Категория  Астрономический портал
v т е

Циклическая модель (или колебательное модель ) представляет собой любое из нескольких космологических моделей , в которых Вселенная вытекает бесконечно, или неопределенную, самоподдерживающееся циклов. Например, теория осциллирующей Вселенной, кратко рассмотренная Альбертом Эйнштейном в 1930 году, предполагала, что Вселенная следует бесконечной серии колебаний, каждое из которых начинается с Большого взрыва и заканчивается Большим сжатием ; тем временем Вселенная будет расширяться в течение некоторого периода времени, прежде чем гравитационное притяжение материи заставит ее снова схлопнуться и отскочить .

Обзор [ править ]

В 1920-х годах физики-теоретики, в первую очередь Альберт Эйнштейн , рассматривали возможность циклической модели Вселенной как (вечную) альтернативу модели расширяющейся Вселенной . Однако работа Ричарда Толмена в 1934 году показала, что эти ранние попытки провалились из-за циклической проблемы: согласно второму закону термодинамики энтропия может только возрастать. ^[1] Это означает, что последовательные циклы становятся все длиннее и больше. Если экстраполировать назад во времени, то циклы до настоящего становятся все короче и меньше, достигая кульминации снова в Большом взрыве и, следовательно, не заменяя его. Эта загадочная ситуация сохранялась в течение многих десятилетий до начала 21 века, когда недавно обнаруженныйКомпонент темной энергии дал новую надежду на последовательную циклическую космологию. ^[2] В 2011 году пятилетний обзор 200 000 галактик, охватывающий 7 миллиардов лет космического времени, подтвердил, что «темная энергия разгоняет нашу Вселенную с огромной скоростью». ^{[3] [4]}

Одна из новых циклических моделей - это бранная космологическая модель сотворения Вселенной , производная от более ранней экпиротической модели. Его предложили в 2001 году Пол Стейнхард из Принстонского университета и Нил Турок из Кембриджского университета . Теория описывает вселенную, возникающую не один раз, а неоднократно с течением времени. ^{[5] [6]} Теория потенциально могла бы объяснить, почему отталкивающая форма энергии, известная как космологическая постоянная , которая ускоряет расширение Вселенной, на несколько порядков меньше, чем предсказывает стандартный Большой взрыв модель.

Другая циклическая модель, основанная на понятии фантомной энергии, была предложена в 2007 году Лаурисом Баумом и Полом Фрэмптоном из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл . ^[7]

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

Модель Стейнхардта – Турока [ править ]

В этой циклической модели две параллельные плоскости орбифолда или М-браны периодически сталкиваются в многомерном пространстве. ^[8] Видимая четырехмерная Вселенная лежит на одной из этих бран . Столкновения соответствуют переходу от сжатия к расширению или Большому сжатию, за которым сразу же следует Большой взрыв . Материя и излучение, которые мы видим сегодня, были образованы во время последнего столкновения по схеме, продиктованной квантовыми флуктуациями, созданными до бран. Спустя миллиарды лет Вселенная достигла состояния, которое мы наблюдаем сегодня; через дополнительные миллиарды лет он в конечном итоге снова начнет сокращаться. Темная энергиясоответствует силе между бранами и играет решающую роль в решении проблем монополя , горизонта и плоскостности . Более того, циклы могут продолжаться бесконечно в прошлом и будущем, а решение является аттрактором , поэтому оно может предоставить полную историю Вселенной.

Как показал Ричард Толмен , предыдущая циклическая модель потерпела неудачу, потому что Вселенная подвергнется неизбежной термодинамической тепловой смерти . ^[1] Однако новая циклическая модель избегает этого, имея чистое расширение в каждом цикле, предотвращая накопление энтропии . Однако в модели остаются серьезные нерешенные вопросы. Главная из них заключается в том, что сталкивающиеся браны не понятны теоретикам струн, и никто не знает, будет ли масштабно-инвариантный спектр разрушен большим хрустом. Причем, как и в случае с космической инфляцией , в то время как общий характер сил (в экпиротическомсценарий, сила между бранами), необходимая для создания вакуумных флуктуаций , известна, кандидата от физики элементарных частиц нет . ^[9]

Модель Баума – Фрэмптона [ править ]

Это более поздняя циклическая модель 2007 года предполагает экзотический вид темной энергии называется энергия фантома , ^{[7] [10]} , который обладает отрицательной кинетической энергией и, как правило , причиной вселенной до конца в Большом Rip . Это условие достигается, если во Вселенной преобладает темная энергия с космологическим уравнением параметра состояния , удовлетворяющим условию для плотности энергии и давления p. Напротив, предположение Стейнхардта – Турока . В модели Баума – Фрэмптона септиллионная (или меньше) секунды (т.е. 10 ⁻²⁴${\ displaystyle w}$${\ Displaystyle ш \ экв {\ гидроразрыва {p} {\ rho}} <- 1}$ ${\displaystyle {\rho }}$${\displaystyle w{\geq }-1}$секунд или меньше) до возможного Большого разрыва происходит поворот, и только один причинный патч остается в нашей Вселенной. Стандартный патч не содержит кварков , лептонов или носителей силы ; только темная энергия - и ее энтропия при этом исчезает. Адиабатический процесс сжатия этого гораздо меньшей Вселенная происходит с постоянной исчезающей энтропией и независимо от того , в том числе не черных дыр , которые распались до того поворот.

Идея о том, что Вселенная "возвращается пустой", является центральной новой идеей этой циклической модели и позволяет избежать многих трудностей, с которыми сталкивается материя в фазе сжатия, таких как чрезмерное формирование структуры , распространение и расширение черных дыр , а также прохождение фазовых переходов такие как КХД и восстановление электрослабой симметрии. Любой из них может вызвать нежелательный преждевременный отскок, просто чтобы избежать нарушения второго закона термодинамики . Состояние${\displaystyle w}$<−1 может быть логически неизбежным в истинно бесконечно циклической космологии из-за проблемы энтропии. Тем не менее, необходимо выполнить множество дополнительных технических расчетов, чтобы подтвердить последовательность подхода. Хотя модель заимствует идеи из теории струн , она не обязательно привязана к струнам или к более высоким измерениям , тем не менее, такие умозрительные устройства могут обеспечить наиболее быстрые методы исследования внутренней согласованности . Значение в модели Баума – Фрэмптона можно сделать сколь угодно близким, но должно быть меньше, чем -1.${\displaystyle w}$

Другие циклические модели [ править ]

• Конформная циклическая космология - основанная на общей теории относительности теория Роджера Пенроуза, в которой Вселенная расширяется до тех пор, пока вся материя не распадется и не обратится в свет, - так что во Вселенной нет ничего, что связано с какой-либо шкалой времени или расстояния. Это позволяет ему стать идентичным Большому взрыву, так что начинается следующий цикл.
• Петлевая квантовая космология, которая предсказывает «квантовый мост» между сжимающейся и расширяющейся космологической ветвью.

См. Также [ править ]

Физические космологии:

• Большой отскок
• Конформная циклическая космология

Религия:

• Бхавачакра
• Циклы времени в индуизме
• Вечное возвращение
• Историческое повторение
• Калачакра
• Колесо времени

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• П. Дж. Стейнхардт, Н. Турок (2007). Бесконечная вселенная . Нью-Йорк: Doubleday. ISBN 978-0-385-50964-0.
• Р. К. Толмен (1987) [1934]. Относительность, термодинамика и космология . Нью-Йорк: Дувр. ISBN 978-0-486-65383-9. LCCN  34032023 .
• Л. Баум и PH Фрэмптон (2007). «Поворот в циклической космологии». Письма с физическим обзором . 98 (7): 071301. arXiv : hep-th / 0610213 . Bibcode : 2007PhRvL..98g1301B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.98.071301 . PMID  17359014 . S2CID  17698158 .
• Дике, Р.Х .; Пиблз, PJE; Рулон, PG; Уилкинсон, Д. Т. (1965). «Космическое излучение черного тела». Астрофизический журнал . 142 : 414. Bibcode : 1965ApJ ... 142..414D . DOI : 10.1086 / 148306 . ISSN  0004-637X .
• С. В. Хокинг, Г. Ф. Р. Эллис, Крупномасштабная структура пространства-времени (Кембридж, 1973).
• Р. Пенроуз (2010). Циклы времени: необычайно новый взгляд на вселенную . Лондон: Бодли-Хед . ISBN 978-0-224-08036-1.

Внешние ссылки [ править ]

• Пол Дж. Стейнхард , факультет физики Принстонского университета
• Пол Х. Фрэмптон , факультет физики и астрономии, Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл
• «Циклическая вселенная»: беседа с Нилом Туроком
• Роджер Пенроуз - Циклическая модель Вселенной
• Пульсирующая Вселенная как в индуизме