Әлемнің циклдік моделі: материяның деградациясы шексіз жүреді

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

2000-шы жылдардың басында Принстон университетінің екі физигі космологиялық модельді ұсынды, оған сәйкес Үлкен жарылыс бірегей оқиға емес, бірақ ғарыштық уақыт Ғалам дүниеге келгенге дейін болған.

Циклдік модельде ғалам шексіз өзін-өзі қамтамасыз ететін циклден өтеді. 1930 жылдары Альберт Эйнштейн ғалам үлкен жарылыстар мен үлкен қысулардың шексіз циклін бастан кешіре алады деген идеяны алға тартты. Біздің ғаламның кеңеюі бұрынғы ғаламның ыдырауының нәтижесі болуы мүмкін. Бұл модельдің аясында біз Ғалам өзінің алдындағы адамның өлімінен қайта туды деп айта аламыз. Егер солай болса, онда Үлкен жарылыс бірегей нәрсе емес еді, бұл басқа шексіз санының арасындағы бір ғана кішігірім жарылыс. Циклдік теория Үлкен жарылыс теориясын міндетті түрде алмастырмайды, керісінше ол басқа сұрақтарға жауап беруге тырысады: мысалы, Үлкен жарылыс алдында не болды және Үлкен жарылыс неліктен жылдам экспансия кезеңіне әкелді?

Әлемнің жаңа циклдік модельдерінің бірін 2001 жылы Пол Штайнхардт пен Нил Турок ұсынған. Штайнхардт бұл модельді «Универстердің циклдік моделі» деп аталатын мақаласында сипаттады. Жолдар теориясында мембрана немесе «бран» бірнеше өлшемдерде бар объект болып табылады. Штайнхардт пен Туроктың пікірінше, біз көріп отырған үш кеңістіктік өлшем осы браналарға сәйкес келеді. Қосымша жасырын өлшеммен бөлінген екі 3D брус параллель болуы мүмкін. Бұл брандар - оларды металл пластиналар деп санауға болады - осы қосымша өлшемнің бойымен қозғалып, бір-бірімен соқтығысып, Үлкен жарылысты, демек, ғаламдарды (біздікі сияқты) жасай алады. Олар соқтығысқан кезде оқиғалар стандартты Үлкен жарылыс үлгісіне сәйкес дамиды: ыстық материя мен радиация пайда болады, жылдам инфляция пайда болады, содан кейін бәрі суытады - галактикалар, жұлдыздар және планеталар сияқты құрылымдар пайда болады. Дегенмен, Штайнхардт пен Турок бұл брандар арасында әрқашан өзара әрекеттесу бар екенін айтады, оны олар аралық деп атайды: ол оларды біріктіріп, қайтадан соқтығысуға және келесі Үлкен жарылыс жасауға әкеледі.

Стейнхардт пен Турок моделі соған қарамастан Үлкен жарылыс моделінің кейбір болжамдарына қарсы шығады. Мысалы, олардың пікірінше, Үлкен жарылыс кеңістік пен уақыттың басы емес, эволюцияның бұрынғы кезеңінен өтуі болды. Егер біз Үлкен жарылыс моделі туралы айтатын болсақ, онда бұл оқиға кеңістік пен уақыттың бірден басталуын білдіреді. Сонымен қатар, соқтығысатын брондардың осы циклінде Ғаламның ауқымды құрылымы қысу фазасымен анықталуы керек: яғни бұл олар соқтығысқанға дейін және келесі Үлкен жарылыс пайда болғанға дейін болады. Үлкен жарылыс теориясына сәйкес, ғаламның ауқымды құрылымы жарылыстан кейін көп ұзамай болған жылдам кеңею кезеңімен (инфляция) анықталады. Оның үстіне Үлкен жарылыс моделі ғаламның қанша уақыт өмір сүретінін болжамайды, ал Штайнхардт моделінде әрбір циклдің ұзақтығы шамамен триллион жылды құрайды.

Ғаламның циклдік моделінің жақсы жағы - Үлкен жарылыс үлгісінен айырмашылығы, ол космологиялық тұрақты деп аталатынды түсіндіре алады. Бұл тұрақтының шамасы Әлемнің жедел кеңеюіне тікелей байланысты: ол ғарыштың неліктен тез кеңейіп жатқанын түсіндіреді. Бақылаулар бойынша космологиялық тұрақтының мәні өте аз. Соңғы уақытқа дейін оның мәні стандартты Үлкен жарылыс теориясы болжағаннан 120 рет төмен деп есептелді. Бақылау мен теория арасындағы бұл айырмашылық бұрыннан қазіргі космологиядағы ең үлкен мәселелердің бірі болды. Алайда, жақында ғана Ғаламның кеңеюі туралы жаңа деректер алынды, соған сәйкес ол бұрын ойлағаннан да жылдам кеңейеді. Жаңа бақылаулар мен алынған деректерді растауды (немесе теріске шығаруды) күту қалады.

Стивен Вайнберг, 1979 жылғы Нобель сыйлығының лауреаты, антропикалық принцип деп аталатын модельді бақылау мен болжау арасындағы айырмашылықты түсіндіруге тырысады. Оның пікірінше, космологиялық тұрақтының мәні кездейсоқ және Әлемнің әртүрлі бөліктерінде әртүрлі. Біз осы тұрақтының шамалы мәнін байқайтын сирек аймақта өмір сүріп жатқанымызға таң қалмауымыз керек, өйткені тек осы мәнмен жұлдыздар, планеталар және тіршілік дами алады. Кейбір физиктер бұл түсініктемеге қанағаттанбайды, себебі бұл мән бақыланатын Әлемнің басқа аймақтарында әртүрлі екендігі туралы дәлелдер жоқ.

Осыған ұқсас модельді 1980 жылдары американдық физик Ларри Эбботт жасаған. Дегенмен, оның моделінде космологиялық тұрақтының төмен мәндерге дейін төмендеуі соншалықты ұзақ болды, мұндай кезең ішінде Ғаламдағы барлық материя кеңістікте шашырап, оны іс жүзінде бос қалдырады. Штайнхардт пен Туроктың Ғаламның циклдік моделі бойынша космологиялық тұрақты шамасының аз болуының себебі ол бастапқыда өте үлкен болғанымен, уақыт өте келе әрбір жаңа цикл сайын азайып отырды. Басқаша айтқанда, әрбір үлкен жарылыспен Ғаламдағы заттар мен радиацияның мөлшері «нөлге» тең болады, бірақ космологиялық тұрақты емес. Көптеген циклдар ішінде оның мәні төмендеді және бүгін біз дәл осы мәнді (5, 98 x 10-10 Дж / м3) байқаймыз.

Сұхбатында Нил Турок өзінің және Штайнхардттың циклдік ғалам моделі туралы былай деді:

«Біз супержол теориясы мен М-теориясы (біздің кванттық гравитацияның ең жақсы біріктірілген теориялары) ғаламның Үлкен жарылыс арқылы өтуіне мүмкіндік беретін механизмді ұсындық. Бірақ біздің болжамымыз толығымен сәйкес келетінін түсіну үшін қосымша теориялық жұмыс қажет ».

Ғалымдар технологияның дамуымен бұл теорияны басқалармен бірге сынауға мүмкіндік туады деп үміттенеді. Осылайша, стандартты космологиялық модельге (ΛCDM) сәйкес, ғаламды гравитациялық толқындармен толтырған Үлкен жарылыстан кейін көп ұзамай инфляция деп аталатын кезең болды. 2015 жылы гравитациялық толқын сигналы тіркелді, оның пішіні екі қара тесіктің қосылуы үшін жалпы салыстырмалық теориясының болжамымен сәйкес келді (GW150914). 2017 жылы физиктер Кип Торн, Райнер Вайсс және Барри Бариш осы жаңалығы үшін Нобель сыйлығына ие болды. Сондай-ақ кейіннен екі нейтрондық жұлдыздың (GW170817) қосылуынан туындайтын гравитациялық толқындар тіркелді. Дегенмен, ғарыштық инфляциядан болатын гравитациялық толқындар әлі тіркелмеген. Оның үстіне, Штайнхардт пен Турок егер олардың моделі дұрыс болса, онда мұндай гравитациялық толқындар «анықталу» үшін тым кішкентай болатынын атап өтеді.