Sikliese model van die heelal: die degenerasie van materie vind eindeloos plaas

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

In die vroeë 2000's het twee fisici van Princeton Universiteit 'n kosmologiese model voorgestel, waarvolgens die Oerknal nie 'n unieke gebeurtenis is nie, maar ruimtetyd bestaan het lank voor die heelal gebore is.

In die sikliese model gaan die heelal deur 'n oneindige selfonderhoudende siklus. In die 1930's het Albert Einstein die idee gestel dat die heelal 'n eindelose siklus van oerknalle en groot kompressies kan ervaar. Die uitbreiding van ons heelal kan die gevolg wees van die ineenstorting van die antesedente heelal. Binne die raamwerk van hierdie model kan ons sê dat die Heelal uit die dood van sy voorganger hergebore is. Indien wel, dan was die Oerknal nie iets unieks nie, dit is net een klein ontploffing tussen 'n oneindige aantal ander. Sikliese teorie vervang nie noodwendig die Oerknal-teorie nie; dit probeer eerder ander vrae beantwoord: byvoorbeeld, wat het voor die Oerknal gebeur en hoekom het die Oerknal tot 'n tydperk van vinnige uitbreiding gelei?

Een van die nuwe sikliese modelle van die Heelal is in 2001 deur Paul Steinhardt en Neil Turok voorgestel. Steinhardt het hierdie model beskryf in sy artikel, wat The Cyclic Model of the Univers genoem is. In snaarteorie is 'n membraan, of "braan", 'n voorwerp wat in 'n aantal dimensies bestaan. Volgens Steinhardt en Turok stem die drie ruimtelike dimensies wat ons sien ooreen met hierdie brane. Twee 3D-brane kan parallel bestaan, geskei deur 'n bykomende, versteekte dimensie. Hierdie brane - hulle kan as metaalplate beskou word - kan langs hierdie ekstra dimensie beweeg en met mekaar bots, wat die Oerknal skep, en dus heelalle (soos ons s'n). Wanneer hulle bots, ontvou gebeure volgens die standaard Oerknal-model: warm materie en straling word geskep, vinnige inflasie vind plaas, en dan koel alles af – en sulke strukture soos sterrestelsels, sterre en planete word gevorm. Steinhardt en Turok voer egter aan dat daar altyd een of ander interaksie tussen hierdie brane is, wat hulle inter-brane noem: dit trek hulle saam, wat veroorsaak dat hulle weer bots en die volgende Oerknal produseer.

Steinhardt en Turok se model daag nietemin sommige van die aannames van die Oerknal-model uit. Volgens hulle was die Oerknal byvoorbeeld nie die begin van ruimte en tyd nie, maar eerder 'n oorgang van 'n vroeëre fase van evolusie. As ons oor die Oerknal-model praat, dan sê dit dat hierdie gebeurtenis die onmiddellike begin van ruimte en tyd as sodanig was. Boonop moet die grootskaalse struktuur van die Heelal in hierdie siklus van botsende brane deur die kompressiefase bepaal word: dit wil sê, dit gebeur voordat hulle bots en die volgende Oerknal plaasvind. Volgens die Oerknal-teorie word die grootskaalse struktuur van die heelal bepaal deur 'n tydperk van vinnige uitbreiding (inflasie), wat kort ná die ontploffing plaasgevind het. Boonop voorspel die Oerknal-model nie hoe lank die heelal sal bestaan nie, en in die Steinhardt-model is die duur van elke siklus ongeveer 'n triljoen jaar.

Die goeie ding van die sikliese model van die Heelal is dat, anders as die Oerknal-model, dit die sogenaamde kosmologiese konstante kan verklaar. Die grootte van hierdie konstante hou direk verband met die versnelde uitbreiding van die Heelal: dit verklaar hoekom ruimte so vinnig uitbrei. Volgens waarnemings is die waarde van die kosmologiese konstante baie klein. Tot onlangs is geglo dat die waarde daarvan 120 ordes minder is as wat deur die standaard Oerknal-teorie voorspel is. Hierdie verskil tussen waarneming en teorie is lank reeds een van die grootste probleme in die moderne kosmologie. Nie so lank gelede nie is egter nuwe data oor die uitbreiding van die Heelal verkry, waarvolgens dit vinniger uitbrei as wat voorheen gedink is. Dit bly om te wag vir nuwe waarnemings en bevestiging (of weerlegging) van die data wat reeds verkry is.

Steven Weinberg, 1979 Nobelpryswenner, probeer om die verskil tussen waarneming en voorspelling van 'n model te verduidelik deur die sogenaamde antropiese beginsel te gebruik. Volgens hom is die waarde van die kosmologiese konstante lukraak en verskil dit in verskillende dele van die Heelal. Ons moet nie verbaas wees dat ons in so 'n seldsame gebied woon waar ons 'n klein waarde van hierdie konstante waarneem nie, aangesien slegs met hierdie waarde sterre, planete en lewe kan ontwikkel. Sommige fisici is egter nie tevrede met hierdie verduideliking nie weens die gebrek aan bewyse dat hierdie waarde anders is in ander streke in die waarneembare Heelal.

'n Soortgelyke model is in die 1980's deur die Amerikaanse fisikus Larry Abbott ontwikkel. In sy model was die afname in die kosmologiese konstante tot lae waardes egter so lank dat alle materie in die heelal oor so 'n tydperk in die ruimte sou verstrooi, wat dit in werklikheid leeg sou laat. Volgens Steinhardt en Turok se sikliese model van die Heelal is die rede waarom die waarde van die kosmologiese konstante so klein is dat dit aanvanklik baie groot was, maar mettertyd, met elke nuwe siklus, afgeneem het. Met ander woorde, met elke groot ontploffing word die hoeveelheid materie en straling in die Heelal "ge-nul", maar nie die kosmologiese konstante nie. Oor baie siklusse het die waarde daarvan gedaal, en vandag neem ons presies hierdie waarde waar (5, 98 x 10-10 J / m3).

Neil Turok het in 'n onderhoud soos volg oor sy en Steinhardt se model van die sikliese heelal gepraat:

“Ons het’n meganisme voorgestel waarin superstringteorie en M-teorie (ons beste gekombineerde teorieë van kwantumswaartekrag) die heelal toelaat om deur die Oerknal te gaan. Maar om te verstaan of ons aanname ten volle konsekwent is, is verdere teoretiese werk nodig."

Wetenskaplikes hoop dat daar met die ontwikkeling van tegnologie 'n geleentheid sal wees om hierdie teorie saam met ander te toets. Dus, volgens die standaard kosmologiese model (ΛCDM), het 'n tydperk bekend as inflasie gevolg kort ná die Oerknal, wat die heelal met gravitasiegolwe gevul het. In 2015 is 'n gravitasiegolfsein aangeteken, waarvan die vorm saamgeval het met die voorspelling van Algemene Relatiwiteit vir die samesmelting van twee swart gate (GW150914). In 2017 is fisici Kip Thorne, Rainer Weiss en Barry Barish met die Nobelprys vir hierdie ontdekking bekroon. Ook daarna is gravitasiegolwe aangeteken wat voortspruit uit die gebeurtenis van die samesmelting van twee neutronsterre (GW170817). Swaartekraggolwe van kosmiese inflasie is egter nog nie aangeteken nie. Boonop merk Steinhardt en Turok op dat as hul model korrek is, sulke gravitasiegolwe te klein sal wees om "bespeur" te word.