Modelul ciclic al Universului: degenerarea materiei are loc la nesfârșit

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

La începutul anilor 2000, doi fizicieni de la Universitatea Princeton au propus un model cosmologic, conform căruia Big Bang-ul nu este un eveniment unic, dar spațiu-timp a existat cu mult înainte ca universul să se nască.

În modelul ciclic, universul trece printr-un ciclu infinit de auto-susținere. În anii 1930, Albert Einstein a prezentat ideea că universul poate experimenta un ciclu nesfârșit de big bangs și compresiuni mari. Expansiunea universului nostru poate fi rezultatul prăbușirii universului antecedent. În cadrul acestui model, putem spune că Universul a renascut din moartea predecesorului său. Dacă da, atunci Big Bang-ul nu a fost ceva unic, este doar o explozie minoră printre un număr infinit de altele. Teoria ciclică nu înlocuiește neapărat teoria Big Bang; mai degrabă, încearcă să răspundă la alte întrebări: de exemplu, ce s-a întâmplat înainte de Big Bang și de ce a dus Big Bang-ul la o perioadă de expansiune rapidă?

Unul dintre noile modele ciclice ale Universului a fost propus de Paul Steinhardt și Neil Turok în 2001. Steinhardt a descris acest model în articolul său, care a fost numit The Cyclic Model of the Univers. În teoria corzilor, o membrană sau „brană” este un obiect care există într-un număr de dimensiuni. Potrivit lui Steinhardt și Turok, cele trei dimensiuni spațiale pe care le vedem corespund acestor brane. Două brane 3D pot exista în paralel, separate printr-o dimensiune suplimentară, ascunsă. Aceste brane - pot fi considerate plăci de metal - se pot deplasa de-a lungul acestei dimensiuni suplimentare și se pot ciocni unele cu altele, creând Big Bang-ul și, prin urmare, universuri (cum ar fi al nostru). Când se ciocnesc, evenimentele se desfășoară conform modelului standard Big Bang: se creează materie fierbinte și radiații, are loc o inflație rapidă și apoi totul se răcește - și se formează structuri precum galaxii, stele și planete. Cu toate acestea, Steinhardt și Turok susțin că există întotdeauna o anumită interacțiune între aceste brane, pe care le numesc inter-brane: le trage împreună, determinându-le să se ciocnească din nou și să producă următorul Big Bang.

Cu toate acestea, modelul lui Steinhardt și Turok provoacă unele dintre ipotezele modelului Big Bang. De exemplu, potrivit acestora, Big Bang-ul nu a fost începutul spațiului și al timpului, ci mai degrabă o tranziție de la o fază anterioară a evoluției. Dacă vorbim despre modelul Big Bang, atunci se spune că acest eveniment a marcat începutul imediat al spațiului și al timpului ca atare. În plus, în acest ciclu de ciocnire a branelor, structura pe scară largă a Universului trebuie să fie determinată de faza de compresie: adică acest lucru se întâmplă înainte ca acestea să se ciocnească și să aibă loc următorul Big Bang. Conform teoriei Big Bang, structura pe scară largă a universului este determinată de o perioadă de expansiune rapidă (inflație), care a avut loc la scurt timp după explozie. Mai mult, modelul Big Bang nu prezice cât timp va exista universul, iar în modelul Steinhardt durata fiecărui ciclu este de aproximativ un trilion de ani.

Lucrul bun despre modelul ciclic al Universului este că, spre deosebire de modelul Big Bang, poate explica așa-numita constantă cosmologică. Mărimea acestei constante este direct legată de expansiunea accelerată a Universului: ea explică de ce spațiul se extinde atât de rapid. Conform observațiilor, valoarea constantei cosmologice este foarte mică. Până de curând, se credea că valoarea sa este cu 120 de ordine de mărime mai mică decât cea prezisă de teoria standard a Big Bang. Această diferență între observație și teorie a fost mult timp una dintre cele mai mari probleme din cosmologia modernă. Cu toate acestea, nu cu mult timp în urmă, au fost obținute noi date despre expansiunea Universului, conform cărora acesta se extinde mai repede decât se credea anterior. Rămâne de așteptat noi observații și confirmarea (sau infirmarea) datelor deja obținute.

Steven Weinberg, laureat al Premiului Nobel în 1979, încearcă să explice diferența dintre observarea și prezicerea unui model folosind așa-numitul principiu antropic. Potrivit lui, valoarea constantei cosmologice este aleatorie și diferă în diferite părți ale Universului. Nu trebuie să fim surprinși că trăim într-o zonă atât de rară în care observăm o valoare mică a acestei constante, deoarece numai cu această valoare se pot dezvolta stelele, planetele și viața. Unii fizicieni, însă, nu sunt mulțumiți de această explicație din cauza lipsei de dovezi că această valoare este diferită în alte regiuni din Universul observabil.

Un model similar a fost dezvoltat de fizicianul american Larry Abbott în anii 1980. Cu toate acestea, în modelul său, scăderea constantei cosmologice la valori scăzute a fost atât de lungă, încât toată materia din Univers într-o astfel de perioadă s-ar împrăștia în spațiu, lăsând-o, de fapt, goală. Conform modelului ciclic al Universului lui Steinhardt și Turok, motivul pentru care valoarea constantei cosmologice este atât de mică este că inițial a fost foarte mare, dar în timp, cu fiecare nou ciclu, a scăzut. Cu alte cuvinte, cu fiecare explozie mare, cantitatea de materie și radiații din Univers este „la zero”, dar nu constanta cosmologică. Pe parcursul multor cicluri, valoarea sa a scăzut, iar astăzi observăm exact această valoare (5, 98 x 10-10 J / m3).

Într-un interviu, Neil Turok a vorbit despre modelul lui și al lui Steinhardt al universului ciclic, după cum urmează:

„Am propus un mecanism în care teoria superstringurilor și teoria M (cele mai bune teorii ale noastre combinate ale gravitației cuantice) permit universului să treacă prin Big Bang. Dar pentru a înțelege dacă presupunerea noastră este pe deplin consecventă, este nevoie de lucrări teoretice suplimentare.”

Oamenii de știință speră că, odată cu dezvoltarea tehnologiei, va exista o oportunitate de a testa această teorie împreună cu altele. Deci, conform modelului cosmologic standard (ΛCDM), la scurt timp după Big Bang a urmat o perioadă cunoscută sub numele de inflație, care a umplut universul cu unde gravitaționale. În 2015, a fost înregistrat un semnal de undă gravitațională, a cărui formă a coincis cu predicția relativității generale pentru fuziunea a două găuri negre (GW150914). În 2017, fizicienii Kip Thorne, Rainer Weiss și Barry Barish au primit Premiul Nobel pentru această descoperire. Tot ulterior, au fost înregistrate unde gravitaționale emanate de la fuziunea a două stele neutronice (GW170817). Cu toate acestea, undele gravitaționale din inflația cosmică nu au fost încă înregistrate. Mai mult, Steinhardt și Turok notează că, dacă modelul lor este corect, atunci astfel de unde gravitaționale vor fi prea mici pentru a fi „detectate”.