Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
I ett försök att förstå kosmos natur, föreslår vissa teoretiker att universum expanderar och drar ihop sig i oändliga cykler.
Eftersom detta beteende antas vara evigt, bör universum inte ha någon början och inget slut – bara eviga cykler av tillväxt och krympning som sträcker sig för evigt in i framtiden och för alltid in i det förflutna.
Det är ett tilltalande koncept delvis eftersom det tar bort behovet av ett tillstånd som kallas en singularitet som motsvarar "tidens början" i andra modeller.
Men en ny studie från University at Buffalo fysiker Will Kinney och Nina Stein belyser ett sätt att cykliska eller "studsande" kosmologier faller platt.
Forskningen visar att den senaste versionen av denna teori – en cyklisk modell som löser långvariga farhågor om entropi – introducerar ett nytt problem (eller snarare återgår till ett gammalt). Cykliska universum som beskrivs under denna modell måste ha en början, avslutar Kinney och Stein.
"Folk föreslog studsande universum för att göra universum oändligt in i det förflutna, men vad vi visar är att en av de nyaste typerna av dessa modeller inte fungerar", säger Kinney, Ph.D., professor i fysik vid UB College of Konst och vetenskap. "I denna nya typ av modell, som tar itu med problem med entropi, även om universum har cykler, måste det fortfarande ha en början."
"Det finns många skäl att vara nyfiken på det tidiga universum, men jag tror att min favorit är den naturliga mänskliga tendensen att vilja veta vad som kom innan", säger Stein, en UB Ph.D. student i fysik, angående forskningens betydelse. "Över kulturer och historier har människor berättat historier om skapelsen, om "i början." Vi vill alltid veta var vi kom ifrån."
Studien, finansierad av National Science Foundation, publicerades i juni i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics . Uppsatsen har titeln "Cyklisk kosmologi och geodesisk fullständighet."
Om universum hade en början, hur började det?
Kinney är författare till en bok från 2022 med titeln "An Infinity of Worlds", som berättar den episka historien om kosmisk inflation, en konkurrerande teori om universums ursprung. Enligt denna modell kännetecknades det tidiga universum av en period av snabb expansion från en singularitet, följt av den superheta Big Bang, som formade urelementen som fortsatte att skapa galaxer och stjärnor och planeter, och atomerna i våra kroppar och allt. andra levande varelser.
Kosmisk inflation är en ledande teori. Men det fokuserar på vad som händer under och efter en tidsålder av snabb expansion. Den förklarar inte vad som kom före det, och den beskriver inte villkoren för den ursprungliga singulariteten.
Ett verkligt cykliskt universum skulle kringgå dessa problem:Om universum är engagerat i ändlösa cykler av expansion och sammandragning behöver det inte ha en början alls. Men som Kinney konstaterar, väcker dessa studsande modeller sin egen mängd ohållbara frågor.
"Tyvärr har det varit känt i nästan 100 år att dessa cykliska modeller inte fungerar eftersom störningar, eller entropi, byggs upp i universum över tiden, så varje cykel är annorlunda än den förra. Den är inte riktigt cyklisk", säger Kinney . "En ny cyklisk modell kommer runt detta problem med entropiuppbyggnad genom att föreslå att universum expanderar ett helt gäng med varje cykel, vilket späder ut entropin. Du sträcker ut allt för att bli av med kosmiska strukturer som svarta hål, vilket återställer universum till dess ursprungliga homogena tillstånd innan en annan studs börjar."
"Men", tillägger han, "lång historia kort, vi visade att när man löser entropiproblemet skapar man en situation där universum måste ha en början. Våra bevis visar generellt att varje cyklisk modell som tar bort entropi genom expansion måste ha en början."
"Tanken om att det fanns en tidpunkt innan det inte fanns någonting, ingen tid, stör oss, och vi vill veta vad som fanns innan det - även forskare", säger Stein. "Men så vitt vi kan säga måste det ha funnits en "början". Det finns en punkt där det inte finns något svar på frågan "Vad kom före det?" "
Och, naturligtvis, det finns ytterligare forskningsfrågor, säger Kinney:"Vårt bevis gäller inte en cyklisk modell som föreslås av Roger Penrose, där universum expanderar oändligt i varje cykel. Vi arbetar på den." + Utforska vidare
