Har hoppende universer en begyndelse?

I forsøget på at forstå kosmos natur, foreslår nogle teoretikere, at universet udvider sig og trækker sig sammen i endeløse cyklusser.

Fordi denne adfærd antages at være evig, bør universet ikke have nogen begyndelse og ingen ende – kun evige cyklusser af vækst og krympning, der strækker sig for evigt ind i fremtiden og for evigt ind i fortiden.

Det er et tiltalende koncept, delvist fordi det fjerner behovet for en tilstand kaldet en singularitet, der svarer til "tidens begyndelse" i andre modeller.

Men en ny undersøgelse fra University at Buffalo fysikerne Will Kinney og Nina Stein fremhæver én måde, hvorpå cykliske eller "hoppende" kosmologier falder fladt.

Forskningen viser, at den seneste version af denne teori - en cyklisk model, der løser langvarige bekymringer om entropi - introducerer et nyt problem (eller rettere vender tilbage til et gammelt). Cykliske universer beskrevet under denne model skal have en begyndelse, konkluderer Kinney og Stein.

"Folk foreslog hoppende universer for at gøre universet uendeligt ind i fortiden, men hvad vi viser er, at en af ​​de nyeste typer af disse modeller ikke virker," siger Kinney, Ph.D., professor i fysik ved UB College of Kunst og Videnskab. "I denne nye type model, som adresserer problemer med entropi, skal universet stadig have en begyndelse, selvom universet har cyklusser."

"Der er mange grunde til at være nysgerrig på det tidlige univers, men jeg tror, ​​at min favorit er den naturlige menneskelige tendens til at ville vide, hvad der kom før," siger Stein, en UB Ph.D. studerende i fysik, om vigtigheden af ​​forskning. "På tværs af kulturer og historier har mennesker fortalt historier om skabelse, om 'i begyndelsen'." Vi vil altid gerne vide, hvor vi kom fra."

Undersøgelsen, finansieret af National Science Foundation, blev offentliggjort i juni i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics . Artiklen har titlen "Cyclisk kosmologi og geodætisk fuldstændighed."

Hvis universet havde en begyndelse, hvordan begyndte det så?

Kinney er forfatter til en bog fra 2022 med titlen "An Infinity of Worlds", som fortæller den episke historie om kosmisk inflation, en konkurrerende teori om universets oprindelse. Under denne model var det tidlige univers karakteriseret ved en periode med hurtig ekspansion fra en singularitet, efterfulgt af det supervarme Big Bang, som smedede de oprindelige elementer, der fortsatte med at danne galakser og stjerner og planeter, og atomerne i vores kroppe og alt. andre levende ting.

Kosmisk inflation er en førende teori. Men den fokuserer på, hvad der sker under og efter en tidsalder med hurtig ekspansion. Det forklarer ikke, hvad der kom før det, og det beskriver ikke betingelserne for den oprindelige singularitet.

Et virkeligt cyklisk univers ville omgå disse problemer:Hvis universet er involveret i endeløse cyklusser af ekspansion og sammentrækning, behøver det slet ikke at have en begyndelse. Men som Kinney bemærker, rejser disse hoppende modeller deres egen række af uholdbare spørgsmål.

"Desværre har det været kendt i næsten 100 år, at disse cykliske modeller ikke virker, fordi uorden eller entropi opbygges i universet over tid, så hver cyklus er forskellig fra den sidste. Den er ikke rigtig cyklisk," siger Kinney . "En nyere cyklisk model kommer uden om dette entropiopbygningsproblem ved at foreslå, at universet udvider sig en hel masse med hver cyklus, og fortynder entropien. Man strækker alt ud for at slippe af med kosmiske strukturer såsom sorte huller, som returnerer universet til dens oprindelige homogene tilstand, før endnu et spring begynder."

"Men," tilføjer han, "lang historie kort, vi viste, at når man løser entropiproblemet, skaber man en situation, hvor universet skulle have en begyndelse. Vores bevis viser generelt, at enhver cyklisk model, der fjerner entropi ved ekspansion, skal have en begyndelse."

"Ideen om, at der var et tidspunkt før, hvor der ikke var noget, ingen tid, generer os, og vi vil gerne vide, hvad der var før det - videnskabsmænd inkluderet," siger Stein. "Men så vidt vi kan se, må der have været en "begyndelse". Der er et punkt, hvor der ikke er noget svar på spørgsmålet "Hvad kom før det?" "

Og selvfølgelig er der yderligere forskningsspørgsmål, siger Kinney:"Vores bevis gælder ikke for en cyklisk model foreslået af Roger Penrose, hvor universet udvider sig uendeligt i hver cyklus. Vi arbejder på den." + Udforsk yderligere

Brug af hologrammer til at belyse Sitter-rummet