Il rimbalzo dell'Universo: l'opposto del Big bang

Le Persone hanno sempre affascinato i due principali teorie sull'origine dell'Universo. «In uno di essi l'Universo si verifica in un unico momento della creazione (come in iudeohristianskoy e brasiliana cosmogonia)», hanno scritto i cosmologi Mario Novello e Santiago Perez-Берглиффа nel 2008. In un altro — «l'Universo è eterno ed è composto da una serie infinita di cicli (come nella cosmogonia dei babilonesi e degli egiziani)». La divisione in cosmologia moderna «in qualche modo eco eco космогоническим miti», hanno scritto i cosmologi.

Può sembrare un particolare confronto negli ultimi decenni non è stato. La teoria del Big Bang, il tema standard nei libri di testo e programmi televisivi, gode di un forte sostegno moderni cosmologi. Il quadro dell'universo eterno era preferibile a circa un centinaio di anni fa, ma ha perso il supporto, quando gli astronomi hanno visto che lo spazio si espande e che era piccolo e semplice 14 miliardi di anni fa. Il più popolare versione moderna di questa teoria del Big Bang è iniziato con la cosiddetta «inflazione cosmica» — aumento esponenziale espansione, nel corso del quale infinitamente piccolo pezzo di spazio-tempo come in un enorme piatto, macroscopica spazio, che da allora ha continuato ad espandersi.

Oggi, utilizzando un ingrediente di origine (инфлатонное campo), l'inflazione modelli riproducono molti noti i dettagli dello spazio. Ma come la storia delle origini della teoria dell'inflazione perde in gran parte: non è chiaro che lei ha preceduto ed è stato prima. Molti teorici ritengono che инфлатонное campo deve naturalmente inserisce nel più completo, anche se ancora sconosciuta, teoria dell'origine del tempo.

Negli ultimi anni, sempre più cosmologi acciaio con cautela rivedere un'alternativa. Dicono che il Big Bang potrebbe essere... Un Rimbalzo. Alcuni cosmologi preferiscono vedere un quadro in cui l'Universo si espande e ciclicamente si restringe come se fosse facile, che rimbalza ogni volta che si restringe fino a una certa dimensione; altri suggeriscono che lo spazio rimbalzato solo una volta — e che si spaventarono a rimbalzo a tempo indeterminato di molto tempo e si espanderà a tempo indeterminato dopo. In qualsiasi modello di tempo continua a scorrere in passato e un futuro senza fine.

Con la scienza moderna c'è speranza di risolvere questa antica discussione. Nei prossimi anni telescopi devono trovare una prova convincente inflazione cosmica. Durante il primo crescita inarrestabile — se è stato — quantistica increspature nel tessuto dello spazio-tempo deve durare e contenere in forma di piccoli colpi di polarizzazione dell'antica luce della radiazione cosmica di fondo. Gli esperimenti con la partecipazione di attuali e futuri telescopi sono alla ricerca di questi vortici. Se loro non troveranno per i prossimi decenni, anche questo non significherebbe che la teoria dell'inflazione non è corretta (alla fine, questi vortici possono troppo debole), ma rafforzerà la posizione di cosmologia rimbalzo, per cui questi colpi non dovrebbe essere.

Diversi gruppi di scienziati, contemporaneamente, hanno raggiunto un notevole progresso. L'anno scorso fisica hanno identificato due nuove opzioni di un possibile rimbalzo. Uno dei modelli, descritto in un lavoro apparso nel Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, è stata presentata da Anna Идджас della Columbia university, a seguito del suo precedente lavoro in collaborazione con космологом Marmo Штейнхардтом. Inaspettatamente, ma un altro nuovo la decisione con un rimbalzo, accettato per la pubblicazione su Physical Review D, è stato chiesto di Peter Graham, David Kaplan e Сурджитом Рахендраном, ben noto a tre scienziati che hanno lavorato di più domande di fisica delle particelle e non hanno avuto relazione alla comunità cosmologi rimbalzo.

In Generale, la questione ha assunto un nuovo significato nel 2001, quando Штейнхардт e altri tre космолога ha dichiarato che il periodo di lenta compressione nella storia dell'Universo si può spiegare la sua eccezionale scorrevolezza e il piano che stiamo vedendo oggi, anche dopo il rimbalzo — senza la necessità di collegare l'inflazione.

Impeccabile semplicità dell'universo, il fatto che nessuna zona del cielo non contiene più materia, rispetto a qualsiasi altro, e che lo spazio è così piana, per quanto si può vedere telescopi, tutto questo è incredibile e inspiegabile. Per lo spazio era così uniforme, come è, gli esperti ritengono che, quando lo spazio era un centimetro di diametro, doveva avere la stessa densità ovunque nel raggio di una parte su 100 000. Ma con la crescita di piccole dimensioni, la materia e l'energia dovuto immediatamente комковаться e distorcere lo spazio-tempo. Perché i nostri telescopi non vedono l'universo, devastato dalla forza di gravità?

«l'Inflazione è scesa dall'idea che la scorrevolezza e il piano dell'universo è una follia», dice il cosmologo Neil turok, direttore dell'Istituto di fisica teorica di Perimetro a Waterloo, Ontario, e co-autore del lavoro 2001 sul tema spaziale di compressione, scritto Штейнхардтом, Justin Хоури e Burt Оврутом. Secondo lo scenario di inflazione, la regione delle dimensioni di un centimetro uscito nel processo di espansione inflazionistica ancora più piccola della regione — una piccola macchia di dimensioni non più di un millesimo di miliardesimo di miliardesimo della quota di centimetri. Si estende in una superficie piana e liscia инфлатонном campo, questa macchia non doveva passare attraverso forti fluttuazioni dello spazio e del tempo e si trascina in una grande e liscia universo come il nostro. Raman Сундрум, fisico teorico dell'Università del Maryland, ha detto che l'inflazione gli piace «tolleranza ai guasti integrata». Se durante la fase di crescita esplosiva ed è stato l'accumulo di energia, che alterato illo spazio-tempo in un determinato luogo, questa concentrazione doveva espandersi rapidamente.

Ma dove esattamente è questo incredibilmente piccola macchia e perché era così liscia e piatta, nessuno lo sa. I teorici hanno trovato un sacco di possibili varianti attivare инфлатонное campo alla teoria delle stringhe, sulla base del quale può essere fondata la teoria quantistica della gravità. Ma non ancora fatti, né dietro, né contro queste idee.

Inflazione Cosmica ha anche controversa conseguenza. La teoria presentata nel 1980 Alan Гутом, Andrei Linde, Alexei Старобинским e Штейнхардтом, quasi automaticamente la porta all'ipotesi che il nostro Universo è casuale bolla in un mare infinito di мультивселенных. Non appena l'inflazione inizia, i calcoli mostrano che durerà per sempre e fermarsi solo luoghi, in «tasca», in cui saranno poi fiorire gli universi per uno stile spiccatamente nostro. La possibilità in continua espansione nel processo di inflazione del multiverso dice che concretamente la nostra bolla può rimanere per sempre incomprensibile, perché tutto ciò è accaduto nel multiverso un numero infinito di volte. Naturalmente, una tale conclusione induce lo stimolo del vomito da parte di esperti. È difficile immaginare che il nostro universo potrebbe essere solo uno dei tanti. Штейнхардт e lui stesso ha chiamato questa l'idea di «stronzate».

Questo è un atteggiamento in parte ha motivato il suo e di altri ricercatori fare отскоками. «Nel modello rimbalzo non c'è un periodo di inflazione», dice il Turco. Invece hanno aggiunto un periodo di compressione prima del big bang, spiega il nostro universo omogeneo. «Come il gas nella vostra camera completamente omogeneo, perché le molecole d'aria di fronte e mescolate, e l'Universo è grande e lentamente ridotta, che le ha dato il tempo di разгладиться».

Anche se i primi modelli сжимающейся dell'Universo erano confuse e imprecise, molti studiosi hanno verificato l'idea di base: che rallentano la compressione può spiegare molte caratteristiche del nostro Universo in espansione. «E poi il collo di bottiglia l'gola è diventato un rimbalzo. La gente ha convenuto che vai in una fase di compressione è molto interessante, ma non in quel caso, se non si può passare in una fase di espansione».

Il Rimbalzo — non è facile. Nel 1960 fisici inglesi Roger Penrose e Stephen Hawking ha dimostrato una serie di cosiddetti «teoremi sulla singolarità», mostrano che nelle condizioni generali di compressione di materia e di energia inevitabilmente si tradurrà infinitamente denso di partenza — singolarità. Questi teoremi con difficoltà possono ospitare un'idea di come сжимающаяся universo, in cui la materia, lo spazio-tempo e l'energia si piegano verso l'interno, evita il collasso a una singolarità — in cui la teoria classica della gravitazione e spazio-tempo di Einstein smette di funzionare e in cui iniziano a lavorare le regole della gravità quantistica. Perché сжимающаяся l'universo sarà in grado di evitare il destino di una stella massiccia, che muore, rannicchiato in un punto, e diventa un buco nero?

Entrambi i modelli proposti rimbalzo usano falle теоремах di singolarità — quelli che molti anni sembravano fine. I cosmologi rimbalzo da tempo riconosciuto che i contraccolpi possono essere possibili, se l'universo conteneva una sostanza con energia negativa (o altre fonti di pressione negativa), che avrebbe contrastato la gravità e respinse tutti. Gli scienziati hanno cercato di utilizzare questa lacuna con l'inizio degli anni 2000, ma è sempre venuto al fatto che l'aggiunta di ingredienti con energia negativa rende il loro modello di universo instabile, perché le fluttuazioni quantistiche di energia positiva e negativa può nascere spontaneamente nel vuoto dello spazio zero energia. Nel 2016 cosmologo russo Valery Рубаков e i suoi colleghi hanno anche dimostrato il teorema, che ha eliminato la grande classe dei meccanismi di rimbalzo.

Quindi Идджас ha trovato un meccanismo di rimbalzo, che può andare in giro e questa è un'eccezione. Un ingrediente chiave nel suo modello semplice essenza, il «campo scalare», che, in teoria, potrebbe entrare in gioco quando l'universo si è contratto, e l'energia è diventato altamente concentrato. Campo scalare potrebbe nascondersi in un campo gravitazionale così, per esercitare una pressione negativa all'universo, impedendo la compressione e stiramento spazio-tempo. Lavoro Идджас — «il miglior tentativo di sfruttare tutte le possibili instabilità e di creare un vero e stabile modello con questo speciale tipo di sostanza», dice Jean-Luc Лейнерс, cosmologo teorico dell'Istituto di fisica gravitazionale Max Planck in Germania, che ha lavorato anche in variazioni di rimbalzo.

Graham, Kaplan e Рахендран presentato la sua idea di non-singolare rimbalzo nel preprint sul sito arxiv.org nel settembre 2017. Il loro lavoro hanno iniziato con la domanda, se precedente fase di compressione nella storia dell'universo spiegare il valore della costante cosmologica — molto piccolo numero, che determina la quantità di energia oscura, impiantata nel tessuto dello spazio-tempo, energia che spinge fase di accelerazione l'espansione dell'universo.

Lavorando la parte più difficile — rimbalzo — tris di scienziati ha utilizzato la seconda, in gran parte dimenticato una scappatoia in теоремах singolarità. Hanno preso ispirazione da uno strano modello di universo, proposto логиком Kurt Геделем nel 1949, quando, insieme con Einstein ha lavorato presso l'Istituto di studi avanzati di Princeton. Gödel ha usato le leggi della teoria della relatività generale per la creazione della teoria della rotazione dell'universo, rotazione di cui tratteneva il suo da collasso gravitazionale esattamente come l'orbita della Terra non dà cadere sulSole. Gödel soprattutto sottolineato il fatto che la sua rotazione consentiva l'universo «chiuso времениподобные curve», cioè in sostanza cicli di tempo. Fino alla morte egli credeva che l'universo gira esattamente come suggerisce il suo modello. Oggi gli scienziati sanno che non è così; in caso contrario, alcuni di direzione e ordine nello spazio sarebbe preferibile altri. Ma Graham e la società pensando di piccole dimensioni, roteato dimensioni spaziali, che possono esistere nello spazio, come sei ulteriori misure ipotetiche teoria delle stringhe. Se сжимающаяся l'universo a girare in queste direzioni?

Immaginate che c'è solo uno di questi contorti di ulteriori misure, un piccolo cerchio in ogni punto dello spazio. Come dice Graham, «in ogni punto dello spazio un ulteriore rinvio, in cui è possibile muoversi, la quarta dimensione spaziale, ma si può passare solo una piccola distanza e tornare nel luogo da cui è iniziato il movimento». Se compatti ulteriori misure saranno almeno tre, mentre la compressione dell'universo la materia e l'energia possono iniziare a girare in loro, e le stesse misure saranno girare con la materia e l'energia. Rotazione di ulteriori misure può improvvisamente avviare un rimbalzo. «Tutto questo è una sostanza che doveva stare in una singolarità, a causa della rotazione di ulteriori misure non finisce lì», dice Graham. «Tutto questo è la sostanza doveva ridursi a un certo punto, ma invece vola via».

Il Lavoro di scienziati che ha attirato l'attenzione di persone oltre il limite normale cerchio cosmologi rimbalzo. Sean Carroll, fisico teorico del California institute of technology, si riferisce a lei scettico, ma chiama l'idea stessa di «molto intelligente». Egli ritiene che è importante sviluppare alternative alla tradizionale storia di inflazione, per capire meglio la teoria dell'inflazione sarà in un confronto — soprattutto quando saranno lanciati i telescopi di nuova generazione. Egli ritiene inoltre che, se non alternativa teoria sarà almeno il 5% di possibilità di successo, la pena di verificare. E questo lavoro non fa eccezione.