Циклическая модель - Cyclic model

А циклическая модель (или же колеблющаяся модель) является одним из нескольких космологические модели в которой вселенная следует бесконечным или неопределенным самоподдерживающимся циклам. Например, теория колеблющейся Вселенной, кратко рассмотренная Альберт Эйнштейн в 1930 году теоретизировал Вселенную после вечный серия колебаний, каждое из которых начинается с Большой взрыв и заканчивая Большой хруст; тем временем вселенная расширять в течение периода времени, прежде чем гравитационное притяжение материи заставит ее схлопнуться обратно и подвергнуться подпрыгивать.

Обзор

В 1920-х годах физики-теоретики, прежде всего Альберт Эйнштейн, рассмотрели возможность циклической модели Вселенной как (вечную) альтернативу модели расширяющаяся вселенная. Однако работа Ричард К. Толмен в 1934 году показали, что эти ранние попытки провалились из-за циклической проблемы: согласно Второй закон термодинамики, энтропия может только увеличиваться.^[1] Это означает, что последовательные циклы становятся 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 обнаруженный темная энергия Компонент 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 на все большие скорости».^[3][4]

Одна новая циклическая модель бранная космология модель создание вселенной, полученный из более раннего экпиротический модель. Он был предложен в 2001 г. Пол Стейнхардт из Университет Принстона и Нил Турок из Кембриджский университет. 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, который ускоряет расширение Вселенной, на несколько порядков меньше, чем предсказывает стандартный Большой взрыв модель.

Другая циклическая модель, основанная на понятии фантомная энергия был предложен в 2007 году Лаурисом Баумом и Пол Фрэмптон из Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл.^[7]

Другие циклические модели включают Конформная циклическая космология и Петлевая квантовая космология.

Модель Стейнхардта – Турока.

В этой циклической модели два параллельных орбифолд самолеты или М-браны периодически сталкиваются в многомерном пространстве.^[8] Видимая четырехмерная Вселенная лежит на одной из этих браны. Столкновения соответствуют обращению от сжатия к расширению, или Большой хруст сразу за которым следует Большой взрыв. Материя и излучение, которые мы видим сегодня, были образованы во время последнего столкновения по схеме, продиктованной квантовые флуктуации созданный до бран. Спустя миллиарды лет Вселенная достигла состояния, которое мы наблюдаем сегодня; через дополнительные миллиарды лет он в конечном итоге снова начнет сокращаться. Темная энергия соответствует силе между бранами и играет решающую роль в решении монополь, горизонт, и плоскостность проблемы. Более того, циклы могут продолжаться бесконечно в прошлом и будущем, и решение - это аттрактор, так что он может предоставить полную историю вселенной.

В качестве Ричард К. Толмен показал, что предыдущая циклическая модель потерпела неудачу, потому что Вселенная неизбежно термодинамический тепловая смерть.^[1] Однако новая циклическая модель избегает этого за счет чистого расширения в каждом цикле, предотвращая энтропия от наращивания. Однако в модели остаются серьезные нерешенные вопросы. Самый главный из них - это столкновение браны не понимаются теоретиками струн, и никто не знает, масштабный инвариант спектр будет разрушен большим хрустом. Более того, как и в случае с космическая инфляция, а общий характер сил (в экпиротический сценарий, сила между бранами), необходимые для создания колебания вакуума известно, кандидата от физика элементарных частиц.^[9]

Модель Баума – Фрамптона.

Эта более поздняя циклическая модель 2007 года предполагает экзотическую форму темной энергии, называемую фантомная энергия,^[7][10] который обладает отрицательной кинетической энергией и обычно приводит к тому, что Вселенная заканчивается Большой разрыв. Это условие достигается, если во Вселенной преобладает темная энергия с космологической уравнение состояния параметр ${\displaystyle w}$ удовлетворяющий условию ${\displaystyle w\equiv {\frac {p}{\rho }}<-1}$, за плотность энергии ${\displaystyle {\rho }}$ и давление п. Напротив, Стейнхардт – Турок предполагает, что ${\displaystyle w{\geq }-1}$ . В модели Баума – Фрамптона септиллионная (или меньше) секунды (т.е. 10⁻²⁴ секунд или меньше) до возможного Большого разрыва происходит поворот, и только один причинный патч остается в нашей Вселенной. Универсальный патч не содержит кварк, лептон или же носитель силы; Только темная энергия - и его энтропия при этом исчезает. В адиабатический процесс сжатия этой гораздо меньшей вселенной происходит с постоянной исчезающей энтропией и без черные дыры которые распались перед оборотом.

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, такой как чрезмерная формирование структуры, распространение и расширение черные дыры, а также переживает фазовые переходы такие как КХД и восстановление электрослабой симметрии. Любой из них будет иметь тенденцию вызывать нежелательный преждевременный отскок, просто чтобы избежать нарушения второй закон 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 теория струн, он не обязательно привязан к строкам или высшие измерения, тем не менее, такие умозрительные устройства могут предоставить наиболее быстрые методы исследования Внутренняя согласованность. Значение ${\displaystyle w}$ в модели Баума – Фрэмптона можно сделать сколь угодно близким, но должно быть меньше, чем −1.

Другие циклические модели

• Конформная циклическая космология - основанная на общей теории относительности теория Роджер Пенроуз в котором Вселенная расширяется до тех пор, пока вся материя не распадется и не превратится в свет, поэтому 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 который предсказывает «квантовый мост» между сжимающейся и расширяющейся космологической ветвью.

Смотрите также

Физические космологии:

• Большой отскок
• Конформная циклическая космология

Религия:

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

Рекомендации

1. Р. К. Толман (1987) [1934]. Относительность, термодинамика и космология. Нью-Йорк: Дувр. ISBN  978-0-486-65383-9. LCCN  34032023.
2. П. Х. Фрэмптон (2006). «О циклических вселенных». arXiv:astro-ph / 0612243.
3. Темная энергия разъединяет Вселенную: Исследователь эволюции галактик НАСА обнаружил, что темная энергия отталкивает
4. Мандельбаум, Рэйчел; Блейк, Крис; Уздечка, Сара; Abdalla, Filipe B .; Бро, Сара; Коллесс, Мэтью; Диван, Уоррик; Крум, Скотт; Дэвис, Тамара; Дринкуотер, Майкл Дж .; Форстер, Карл; Глейзбрук, Карл; Джеллифф, Бен; Юрек, Рассел Дж .; Ли, И-хуэй; Мадор, Барри; Мартин, Крис; Пимблет, Кевин; Пул, Грегори Б.; Прейси, Майкл; Шарп, Роб; Висниоски, Эмили; Вудс, Дэвид; Уайдер, Тед (2011). «Обзор темной энергии WiggleZ: прямые ограничения на внутреннее выравнивание голубой галактики на промежуточных красных смещениях». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 410 (2): 844–859. arXiv:0911.5347. Bibcode:2011МНРАС.410..844М. Дои:10.1111 / j.1365-2966.2010.17485.x. S2CID  36510728.
5. П. Дж. Стейнхард, Н. Турок (2002). «Космическая эволюция в циклической Вселенной». Физический обзор D. 65 (12): 126003. arXiv:hep-th / 0111098. Bibcode:2002ПхРвД..65л6003С. Дои:10.1103 / PhysRevD.65.126003. S2CID  1342094.
6. П. Дж. Стейнхард, Н. Турок (2001). «Циклическая модель Вселенной». Наука. 296 (5572): 1436–1439. arXiv:hep-th / 0111030. Bibcode:2002Sci ... 296.1436S. Дои:10.1126 / science.1070462. PMID  11976408. S2CID  1346107.
7. Л. Баум, П. Х. Фрэмптон (2008). «Энтропия сжимающейся Вселенной в циклической космологии». Буквы A по современной физике. 23 (1): 33–36. arXiv:hep-th / 0703162. Bibcode:2008MPLA ... 23 ... 33B. Дои:10.1142 / S0217732308026170. S2CID  719844.
8. П. Дж. Стейнхардт, Н. Турок (2005). «Упрощенная циклическая модель». Новые обзоры астрономии. 49 (2–6): 43–57. arXiv:Astro-ph / 0404480. Bibcode:2005NewAR..49 ... 43S. Дои:10.1016 / j.newar.2005.01.003. S2CID  16034194.
9. П. Войт (2006). Даже не неправильно. Лондон: Случайный дом. ISBN  978-0-09-948864-4.
10. Л. Баум и П. Х. Фрэмптон (2007). «Поворот в циклической космологии». Письма с физическими проверками. 98 (7): 071301. arXiv:hep-th / 0610213. Bibcode:2007ПхРвЛ..98г1301Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.98.071301. PMID  17359014. S2CID  17698158.

дальнейшее чтение

• П. Дж. Стейнхардт, Н. Турок (2007). Бесконечная Вселенная. Нью-Йорк: Doubleday. ISBN  978-0-385-50964-0.
• Р. К. Толман (1987) [1934]. Относительность, термодинамика и космология. Нью-Йорк: Дувр. ISBN  978-0-486-65383-9. LCCN  34032023.
• Л. Баум и П. Х. Фрэмптон (2007). «Поворот в циклической космологии». Письма с физическими проверками. 98 (7): 071301. arXiv:hep-th / 0610213. Bibcode:2007ПхРвЛ..98г1301Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.98.071301. PMID  17359014. S2CID  17698158.
• Dicke, R.H .; Пиблз, П. Дж. Э .; Roll, P. G .; Уилкинсон, Д. Т. (1965). «Космическое излучение черного тела». Астрофизический журнал. 142: 414. Bibcode:1965ApJ ... 142..414D. Дои:10.1086/148306. ISSN  0004-637X.
• С. В. Хокинг и 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.

внешняя ссылка

• Пол Дж. Стейнхардт, Факультет физики Принстонского университета
• Пол Х. Фрэмптон, Департамент 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