Model kitaran Alam Semesta: kemerosotan jirim berlaku tanpa henti

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Pada awal 2000-an, dua ahli fizik dari Universiti Princeton mencadangkan model kosmologi, yang menurutnya Big Bang bukanlah peristiwa yang unik, tetapi ruang masa wujud lama sebelum alam semesta dilahirkan.

Dalam model kitaran, alam semesta melalui kitaran pemampan diri yang tidak terhingga. Pada tahun 1930-an, Albert Einstein mengemukakan idea bahawa alam semesta boleh mengalami kitaran letupan besar dan mampatan besar yang tidak berkesudahan. Pengembangan alam semesta kita mungkin hasil daripada keruntuhan alam semesta yang terdahulu. Dalam rangka model ini, kita boleh mengatakan bahawa Alam Semesta dilahirkan semula daripada kematian pendahulunya. Jika ya, maka Big Bang bukanlah sesuatu yang unik, ia hanyalah satu letupan kecil di antara bilangan lain yang tidak terhingga. Teori kitaran tidak semestinya menggantikan teori Big Bang; sebaliknya, ia cuba menjawab soalan lain: contohnya, apa yang berlaku sebelum Big Bang dan mengapa Big Bang membawa kepada tempoh pengembangan pesat?

Salah satu model kitaran baru Alam Semesta telah dicadangkan oleh Paul Steinhardt dan Neil Turok pada tahun 2001. Steinhardt menerangkan model ini dalam artikelnya, yang dipanggil The Cyclic Model of the Univers. Dalam teori rentetan, membran, atau "brane," ialah objek yang wujud dalam beberapa dimensi. Menurut Steinhardt dan Turok, tiga dimensi spatial yang kita lihat sepadan dengan bran ini. Dua bran 3D boleh wujud secara selari, dipisahkan oleh dimensi tambahan yang tersembunyi. Brane ini - ia boleh dianggap sebagai plat logam - boleh bergerak sepanjang dimensi tambahan ini dan berlanggar antara satu sama lain, mencipta Big Bang, dan oleh itu alam semesta (seperti kita). Apabila mereka berlanggar, peristiwa berlaku mengikut model Big Bang standard: bahan panas dan sinaran tercipta, inflasi pesat berlaku, dan kemudian semuanya menjadi sejuk - dan struktur seperti galaksi, bintang dan planet terbentuk. Walau bagaimanapun, Steinhardt dan Turok berhujah bahawa sentiasa terdapat beberapa interaksi antara bran ini, yang mereka panggil antara brane: ia menarik mereka bersama-sama, menyebabkan mereka berlanggar semula dan menghasilkan Big Bang seterusnya.

Model Steinhardt dan Turok bagaimanapun mencabar beberapa andaian model Big Bang. Sebagai contoh, menurut mereka, Big Bang bukanlah permulaan ruang dan masa, sebaliknya merupakan peralihan daripada fasa evolusi yang lebih awal. Jika kita bercakap tentang model Big Bang, maka ia mengatakan bahawa acara ini menandakan permulaan segera ruang dan masa seperti itu. Di samping itu, dalam kitaran bran berlanggar ini, struktur berskala besar Alam Semesta mesti ditentukan oleh fasa mampatan: iaitu, ini berlaku sebelum ia berlanggar dan Big Bang seterusnya berlaku. Menurut teori Big Bang, struktur berskala besar alam semesta ditentukan oleh tempoh pengembangan pesat (inflasi), yang berlaku sejurus selepas letupan. Selain itu, model Big Bang tidak meramalkan berapa lama alam semesta akan wujud, dan dalam model Steinhardt tempoh setiap kitaran adalah kira-kira satu trilion tahun.

Perkara yang baik tentang model kitaran Alam Semesta ialah, tidak seperti model Big Bang, ia boleh menerangkan apa yang dipanggil pemalar kosmologi. Magnitud pemalar ini secara langsung berkaitan dengan pengembangan dipercepatkan Alam Semesta: ia menerangkan mengapa ruang berkembang dengan begitu pantas. Menurut pemerhatian, nilai pemalar kosmologi adalah sangat kecil. Sehingga baru-baru ini, dipercayai bahawa nilainya adalah 120 pesanan magnitud kurang daripada yang diramalkan oleh teori Big Bang standard. Perbezaan antara pemerhatian dan teori ini telah lama menjadi salah satu masalah terbesar dalam kosmologi moden. Walau bagaimanapun, tidak lama dahulu, data baru diperolehi mengenai pengembangan Alam Semesta, yang mana ia berkembang lebih cepat daripada yang difikirkan sebelumnya. Tinggal menunggu pemerhatian baru dan pengesahan (atau penolakan) data yang telah diperolehi.

Steven Weinberg, pemenang Nobel 1979, cuba menjelaskan perbezaan antara memerhati dan meramal model menggunakan prinsip antropik yang dipanggil. Menurutnya, nilai pemalar kosmologi adalah rawak dan berbeza di bahagian yang berlainan di Alam Semesta. Kita tidak perlu terkejut bahawa kita tinggal di kawasan yang jarang berlaku di mana kita melihat nilai kecil pemalar ini, kerana hanya dengan nilai ini bintang, planet dan kehidupan boleh berkembang. Sesetengah ahli fizik, bagaimanapun, tidak berpuas hati dengan penjelasan ini kerana kekurangan bukti bahawa nilai ini berbeza di kawasan lain di Alam Semesta yang boleh diperhatikan.

Model serupa telah dibangunkan oleh ahli fizik Amerika Larry Abbott pada tahun 1980-an. Walau bagaimanapun, dalam modelnya, penurunan pemalar kosmologi kepada nilai rendah adalah begitu lama sehingga semua jirim di Alam Semesta dalam tempoh sedemikian akan berselerak di angkasa, meninggalkannya, sebenarnya, kosong. Menurut model kitaran Alam Semesta Steinhardt dan Turok, sebab mengapa nilai pemalar kosmologi adalah sangat kecil kerana ia pada mulanya sangat besar, tetapi dari masa ke masa, dengan setiap kitaran baru, ia berkurangan. Dalam erti kata lain, dengan setiap letupan besar, jumlah jirim dan sinaran di Alam Semesta adalah "sifar", tetapi bukan pemalar kosmologi. Dalam banyak kitaran, nilainya telah menurun, dan hari ini kita perhatikan betul-betul nilai ini (5, 98 x 10-10 J / m3).

Dalam temu bual, Neil Turok bercakap tentang model alam kitaran beliau dan Steinhardt seperti berikut:

“Kami telah mencadangkan satu mekanisme di mana teori superstring dan teori M (teori gabungan terbaik graviti kuantum kami) membenarkan alam semesta melalui Big Bang. Tetapi untuk memahami sama ada andaian kami konsisten sepenuhnya, kerja teori lanjut diperlukan."

Para saintis berharap dengan perkembangan teknologi, akan ada peluang untuk menguji teori ini bersama-sama dengan yang lain. Jadi, menurut model kosmologi piawai (ΛCDM), tempoh yang dikenali sebagai inflasi diikuti sejurus selepas Big Bang, yang memenuhi alam semesta dengan gelombang graviti. Pada tahun 2015, isyarat gelombang graviti telah direkodkan, bentuknya bertepatan dengan ramalan Relativiti Am untuk penggabungan dua lubang hitam (GW150914). Pada 2017, ahli fizik Kip Thorne, Rainer Weiss dan Barry Barish telah dianugerahkan Hadiah Nobel untuk penemuan ini. Juga selepas itu, gelombang graviti direkodkan berpunca daripada peristiwa penggabungan dua bintang neutron (GW170817). Walau bagaimanapun, gelombang graviti daripada inflasi kosmik masih belum direkodkan. Selain itu, Steinhardt dan Turok menyatakan bahawa jika model mereka betul, maka gelombang graviti sedemikian akan menjadi terlalu kecil untuk "dikesan."