Циклдік ғалам моделі

Циклдік ғалам моделі (ағылш. Cyclic model, немесе тербелмелі модель) — ғаламды шексіз, қайталанбалы, өздік-сақталатын цикл ретінде түсінетін космологиялық модель. Мысалы, 1930 жылы Альберт Эйнштейн тербелмелі ғалам теориясын ұсынды: ғалам мәңгілік тербелмелі түрде Жойқын жарылыстан басталып, Жойқын сығылуда аяқтайды; оның аралғында ғалам біртіндеп кеңейеді, өйткені заттың гравитациялық тартылысы оның қайтадан ыдырауына және серпілуіне әкеледі.

Жалпы шолу

1920 жылдары теориялық физиктер, әсіресе Альберт Эйнштейн ғаламның (толассыз) кеңею моделіне балама ретінде циклдік модельдің мүмкіндігін қарастырды. Алайда, 1934 жылы Ричард С.Толманның жұмысы циклдік проблемаға байланысты алғашқы талпыныстардың сәтсіз аяқталғанын көрсетті: Термодинамиканың екінші заңына сәйкес энтропия тек артумен болады.^[1] Бұл циклдің ұзағырақ және үлкенірек болатынын білдіреді. Кері қарай экстраполяция жасағанда, қазіргінің алдындағы цикл қысқарақ және кішірек болады да жойқын жарылыста шегіне жетеді. Бұл жұмбақ талай ондаған жыл бойы сақталып келді, тек ХХІ ғ басында ашылған Қараңғы энергия компоненті циклдік космологияға жаңа үміт сыйлады.^[2] 2011 жылғы бесжылдық зерттеу 200 000 галактиканы және 7 млрд жылдық космостық уақытты қамтып, "Қараңғы энергия үдеген жылдамдықпен біздің ғаламды қозғалтып отырғанын" растады.^[3]^[4]

Жаңа бір циклдік модель - бұл алдыңғы экпиротикалық модельден алынған ғалам жаратылысының Брана космологиясы (Brane cosmology) моделі. Оны 2001 жылы Принстон университетінің Пол Стейнхардт пен Кембридж университетінің Нейл Турок ұсынған болатын. Бұл теория ғаламның бір рет емес, бірнеше рет пайда болатынын сипаттайды. Бұл теория космологиялық тұрақты деп аталатын энергияның серпінді формасы қалай ғаламның кеңеюін тездететінін, ал ол жойқын жарылыстың стандартты моделі болжанғанға қарағанда кіші шамада екенін түсіндіруі мүмкін.

Фантомдық энергия ұғымына негізделген басқа циклдік модельді 2007 жылы Чапел Хиллдегі Солтүстік Каролина университетінің профессоры Лорис Баум мен Пол Фрэмптон ұсынды.^[5]

Басқа циклдік модельдерге конформациялық циклдік космология және циклдік кванттық космология жатады.

Стейнхардт-Турок моделі

Ашық желі лер жұп D-Браналарға жалғануы

Стейнхардт-Турок моделі (The Steinhardt–Turok model) деп аталатын бұл циклдық модель бойынша екі параллель орбитальды жазықтық немесе М-Браналар жоғары өлшемді кеңістікте периодты соқтығысады.^[6] Көрінекі төрт-өлшемді ғалам осы Браналардың бірінде жатыр. Соқтығысулар тараюдан кеңеюге немесе бірден Жойқын жарылысқа дейін болған Жойқын сығылуға сәйкес келеді. Біз кезекте көріп тұрған заттар мен радиациялар соңғы соқтығысу барысында пайда болған болып, оның моделін Браналарға дейінгі кванттық толқулар белгіледі. Миллиардтаған жылдардан соң ғалам біз қазір байқаған күйіне жетті; тағы миллиардтаған жылдардан сол ол қайтадан тарая бастайтын болады. Қараңғы энергия Браналар арасындағы күшке сәйкес келеді және монополь, көкжиек және тегіс мәселелерін ғылыми шешім етуде шешуші рөл атқарады. Сондай-ақ, бұл циклдер шексіз-шетсіз түрде өткен мен болашақ ішінде жалғасуы мүмкін, ал шешім - Аттрактор (Attractor) болып, ол ғаламның толық тарихымен қамтамасыз ете алады.

Ричард С.Толман (Richard C. Tolman) көрсеткендей, ертеректегі Циклдік ғалам моделі сәтсіз болды, өйткені ғалам термодинамикалық өлімді бастан кешіреді. Ал, жаңа Циклдік ғалам моделінде әрбір циклдегі тор кеңеюі арқылы энтропияның артуына, Ғаламның жылулық өліміне жол берілмеді. Дегенмен, бұл модельде басы ашық маңызды мәселелер бар. Солардың арасындағы ең бастысы, соқтығысатын Браналар Желі теоретиктеріне түсініксіз, ал спектрдің өзгеріссіз шамасы Жойқын сығылудан жойылатын, жойылмайтынын ешкім білмейді. Әсіресе, ғарыштық инфляция жағдайында, вакуумдық тербелістерді жаратуға қажет күштердің жалпы сипаттамасы (экпиротикалық сценарийде, Браналар арасындағы күш) белгілі болған кезде, бөлшек физикасынан кандидат жоқ.^[7]

Баум-Фрамптон моделі

2007 жылғы бұл циклдік модел фантон энергиясы^[5]^[8] деп аталатын қараңғы энергияның экзотикалық түрін болжайды, ол теріс кинетикалық энергияға ие және ғаламның Жойқын жыртылуда аяқтауына себеп болады деп есептеледі. Егер ғаламға қараңғы энергия үстемдік ететін болса, әрі энергия тығыздығы ${\rho }$ , ал қысым p болған, $w\equiv {\frac {p}{\rho }}<-1$ шартын қанағаттандыратын ғаламдық күй теңдеуінің параметрі $w$ болса, бұл шарт орындалады. Керісінше, Стейнхардт-Турок бойынша $w{\geq }-1$ делінеді. Баум-Фрамптон моделі бойынша, Жойқын жыртылутан бұрынғы септиллион (немесе одан да аз) секундтта (яғни 10⁻²⁴ секунд немесе одан да аз) бір айналым жүз беріп, ғаламымызда тек себеп-салдар қосымшасы (patch) ғана қалады. Жалпы қосымша (The generic patch) Кварктерді, лептонды немесе күш тасымалдаушыны қамтымайды; тек энтропиясы жоғалған қараңғы энергия ғана болады. Бұл әлдеқайда кіші ғаламның адиабатикалық процесінде энтропияның үздіксіз жойылуы болады, әрі айналымнан бұрын ыдырап кеткен Қара құрдымды да қамтымайды.

Ғалам "бостыққа оралады" деген идея осы циклдік модельдің негізгі идеясы есептеледі, әрі құрылымның шамадан тыс қалыптасуы, қара тесіктердің кеңеюі және кеңеюі, сондай-ақ фазалық ауысулар сияқты келісім кезеңінде материямен кездесетін көптеген қиындықтардан аулақ болады. мысалы QCD және электроактивті симметрияны қалпына келтіру. Бұлардың кез-келгені термодинамиканың екінші заңын бұзбау үшін ертерек ерте серпіліс тудыруы мүмкін. Шынымен шексіз циклдік космологияда энтропия мәселесіне байланысты $w$ < −1 жағдайы қисынсыз болуы мүмкін. Осыған қарамастан, тәсілдің сәйкестігін растау үшін көптеген резервтік техникалық есептеулер қажет. Модель идеяларды жол теориясынан алса да, ол міндетті түрде жолдарға немесе жоғары өлшемдерге берілмейді, бірақ мұндай алыпсатарлық құрылғылар ішкі консистенцияны зерттеудің ең жедел әдістерін ұсынуы мүмкін. Баум-Фрамптон үлгісіндегі $w$ мәні кездейсоқ жасалуы мүмкін, бірақ −1 ден төмен болуы керек.

Басқа циклді моделдер

Конформды циклдік космология (Conformal cyclic cosmology) - Роджер Пенроуз ұсынған, жалпы салыстырмалылыққа негізделген теория болып, ол бойынша барлық материя ыдырап, жарыққа айналғанша ғалам кеңейе береді, сөйтіп ғаламдағы ешбір нәрсенің қатысты уақыты мен қашықтық шкаласы болмайды. Бұл оны Жойқын жарылыспен бірдей етеді де, келесі циклді бастайды.

Оралымды кванттық космология (Loop quantum cosmology) - бұл теория ғаламның кеңеюі мен тараюы арасындағы "кванттық көпірді" болжайды.

Тағы қара

Физикалық космология:

Дін:

Тағы оқу

P. J. Steinhardt, N. Turok Шексіз ғалам/Endless Universe — Нью-Йорк: Doubleday. — ISBN 978-0-385-50964-0.
R. C. Tolman Салыстырмалық, Термодинамика және Космология/Relativity, Thermodynamics, and Cosmology — Нью-Йорк: Dover. — ISBN 978-0-486-65383-9.
L. Baum and P. H. Frampton (2007). "Циклдік ғалам моделіндегі айналу/Turnaround in Cyclic Cosmology". Physical Review Letters 98 (7): 071301. arXiv:hep-th/0610213. Bibcode 2007PhRvL..98g1301B. doi:10.1103/PhysRevLett.98.071301. PMID 17359014.
Dicke, R. H.; Peebles, P. J. E.; Roll, P. G.; Wilkinson, D. T. (1965). "Ғарыштық қара-дене радиациясы/Cosmic Black-Body Radiation." (in en). The Astrophysical Journal 142: 414. Bibcode 1965ApJ...142..414D. doi:10.1086/148306. ISSN 0004-637X.
S. W. Hawking and G. F. R. Ellis, Кеңістік-Уақыттың үлкен-көлемді құрылымы/The large-scale structure of space-time (Cambridge, 1973).
R. Penrose Циклдік уақыт: Ғарыш туралы аса жаңа көзғарас/Cycles of Time: an extraordinary new view of the universe — Лондон: The Bodley Head. — ISBN 978-0-224-08036-1.

Сыртқы сілтемелер

Пол Дж.Штайнхардт, Физика департаменті, Принстон университеті
Пол Х. Фрамптон, физика және астрономия кафедрасы, Чапель-Хиллдегі Солтүстік Каролина университеті
"Циклдік ғалам/The Cyclic Universe": Нил Турокпен сұхбат
Роджер Пенроуз - Циклдік ғалам моделі
Индуизмдегі импульсті әлем

Дереккөздер

↑ R. C. Tolman Relativity, Thermodynamics, and Cosmology — New York: Dover. — ISBN 978-0-486-65383-9.
↑ P. H. Frampton: On Cyclic Universes, 0612243, 2006
↑ Dark Energy Is Driving Universe Apart: NASA's Galaxy Evolution Explorer Finds Dark Energy Repulsive
↑ Mandelbaum, Rachel; Blake, Chris; Bridle, Sarah; Abdalla, Filipe B.; Brough, Sarah; Colless, Matthew; Couch, Warrick; Croom, Scott et al. (2011). "The WiggleZ Dark Energy Survey: Direct constraints on blue galaxy intrinsic alignments at intermediate redshifts". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 410 (2): 844–859. arXiv:0911.5347v4. Bibcode 2011MNRAS.410..844M. doi:10.1111/j.1365-2966.2010.17485.x. ISSN 0035-8711.
↑ ^a ^b L. Baum, P. H. Frampton (2008). "Entropy of Contracting Universe in Cyclic Cosmology". Modern Physics Letters A 23 (1): 33–36. arXiv:hep-th/0703162. Bibcode 2008MPLA...23...33B. doi:10.1142/S0217732308026170.
↑ P. J. Steinhardt, N. Turok (2005). "The Cyclic Model Simplified". New Astronomy Reviews 49 (2–6): 43–57. arXiv:astro-ph/0404480. Bibcode 2005NewAR..49...43S. doi:10.1016/j.newar.2005.01.003.
↑ P. Woit Not Even Wrong — London: Random House. — ISBN 978-0-09-948864-4.
↑ L. Baum and P. H. Frampton (2007). "Turnaround in Cyclic Cosmology". Physical Review Letters 98 (7): 071301. arXiv:hep-th/0610213. Bibcode 2007PhRvL..98g1301B. doi:10.1103/PhysRevLett.98.071301. PMID 17359014.

[Tolman_1934-1] R. C. Tolman Relativity, Thermodynamics, and Cosmology — New York: Dover. — ISBN 978-0-486-65383-9.

[2] P. H. Frampton: On Cyclic Universes, 0612243, 2006

[3] Dark Energy Is Driving Universe Apart: NASA's Galaxy Evolution Explorer Finds Dark Energy Repulsive

[4] Mandelbaum, Rachel; Blake, Chris; Bridle, Sarah; Abdalla, Filipe B.; Brough, Sarah; Colless, Matthew; Couch, Warrick; Croom, Scott et al. (2011). "The WiggleZ Dark Energy Survey: Direct constraints on blue galaxy intrinsic alignments at intermediate redshifts". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 410 (2): 844–859. arXiv:0911.5347v4. Bibcode 2011MNRAS.410..844M. doi:10.1111/j.1365-2966.2010.17485.x. ISSN 0035-8711.

[Baum,_Frampton_2007-5] L. Baum, P. H. Frampton (2008). "Entropy of Contracting Universe in Cyclic Cosmology". Modern Physics Letters A 23 (1): 33–36. arXiv:hep-th/0703162. Bibcode 2008MPLA...23...33B. doi:10.1142/S0217732308026170.

[Paul_J._Steinhardt,_Neil_Turok_2004-6] P. J. Steinhardt, N. Turok (2005). "The Cyclic Model Simplified". New Astronomy Reviews 49 (2–6): 43–57. arXiv:astro-ph/0404480. Bibcode 2005NewAR..49...43S. doi:10.1016/j.newar.2005.01.003.

[7] P. Woit Not Even Wrong — London: Random House. — ISBN 978-0-09-948864-4.

[Baum,_Frampton_2006-8] L. Baum and P. H. Frampton (2007). "Turnaround in Cyclic Cosmology". Physical Review Letters 98 (7): 071301. arXiv:hep-th/0610213. Bibcode 2007PhRvL..98g1301B. doi:10.1103/PhysRevLett.98.071301. PMID 17359014.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]