CZYM JEST TEORIA OSCYLUJĄCEGO WSZECHŚWIATA? - NAUKA - 2025

Wszechświat oscylacyjny lub cykliczny wszechświat teoria proponuje, że wszechświat rozszerza się i kurczy w nieskończoność. Richard Tolman (1881-1948), matematyk z California Institute of Technology, zaproponował matematyczną teorię pulsującego wszechświata około 1930 roku.

Ale pomysł nie był nowy w czasach Tolmana, ponieważ starożytne pisma wedyjskie już około 1500 roku pne proponowały coś podobnego, stwierdzając, że cały wszechświat jest zawarty w kosmicznym jajku zwanym Brahmanda.

Rysunek 1. Widok głębokiego wszechświata z Hubble'a. Obecnie Wszechświat się rozszerza, ale zgodnie z teorią Wszechświata oscylacyjnego przychodzi czas, kiedy się kurczy. Źródło: Wikimedia Commons.

Dzięki Edwinowi Hubbleowi (1889-1953) udowodniono, że wszechświat obecnie się rozszerza, który zdaniem większości astronomów obecnie przyspiesza.

Propozycja teorii oscylującego wszechświata

Tolman proponuje, że ekspansja wszechświata następuje dzięki początkowemu impulsowi Wielkiego Wybuchu i zatrzyma się, gdy wspomniany impuls ustanie z powodu działania grawitacji.

Rzeczywiście, rosyjski kosmolog Alexander Friedmann (1888-1925) wprowadził matematycznie już w 1922 r. Ideę krytycznej gęstości Wszechświata, poniżej której rozszerza się on bez grawitacji, która nie byłaby w stanie temu zapobiec, podczas gdy ponad nią ta sama Grawitacja zapobiega rozszerzaniu się i powoduje jego kurczenie, aż się zapadnie.

Cóż, w swojej teorii Tolman przewiduje, że gęstość Wszechświata osiągnie punkt, w którym ekspansja zatrzyma się dzięki hamulcu grawitacyjnemu i rozpocznie się faza skurczu, zwana Wielkim Crunchem.

Podczas tej fazy galaktyki będą się coraz bardziej zbliżać, tworząc ogromną, niewiarygodnie gęstą masę, powodując przewidywane kolaps.

Teoria postuluje również, że wszechświat nie ma określonego początku i końca, ponieważ jest budowany i niszczony naprzemiennie w cyklach milionów lat.

Pierwotna materia

Większość kosmologów przyjmuje teorię Wielkiego Wybuchu jako źródło wszechświata, który powstał w wyniku wielkiej pierwotnej eksplozji z określonej formy materii i energii o niewyobrażalnej gęstości i ogromnej temperaturze.

Z tego wielkiego początkowego atomu wyłoniły się znane nam cząstki elementarne: protony, elektrony i neutrony, w formie zwanej ylem, greckim słowem, którego mądry Arystoteles użył w odniesieniu do pierwotnej substancji, źródła wszelkiej materii.

Ylem stopniowo ochładzał się w miarę rozszerzania, za każdym razem stając się coraz mniej gęsty. Proces ten pozostawił ślad promieniowania we Wszechświecie, który został już wykryty: tło promieniowania mikrofalowego.

W ciągu kilku minut cząsteczki elementarne zaczęły łączyć się ze sobą i tworzyć znaną nam materię. Tak więc ylem sukcesywnie przekształcał się w jedną i drugą substancję. Idea ylem jest dokładnie tym, co dało początek idei pulsującego wszechświata.

Zgodnie z teorią pulsującego wszechświata, przed osiągnięciem tej ekspansywnej fazy, w której obecnie się znajdujemy, możliwe jest, że istniał inny wszechświat podobny do obecnego, który skurczył się, tworząc ylem.

A może nasz jest pierwszym z cyklicznych wszechświatów, które będą miały miejsce w przyszłości.

Big Bang, Big Crunch i entropia

Według Tolmana każda sekwencja oscylacji we wszechświecie zaczyna się od Wielkiego Wybuchu, w którym ylem daje początek całej znanej nam materii i kończy się Wielkim Kryzysem, zapadnięciem się, w które zapada się wszechświat.

W okresie między jednym a drugim wszechświat rozszerza się, dopóki grawitacja go nie zatrzyma.

Jednak, jak sam Tolman zdał sobie sprawę, problem tkwi w drugiej zasadzie termodynamiki, która głosi, że entropia - stopień nieporządku - systemu nigdy się nie zmniejsza.

Dlatego każdy cykl musiałby być dłuższy niż poprzedni, gdyby Wszechświat był w stanie zachować pamięć o swojej poprzedniej entropii. Zwiększając długość każdego cyklu, nadszedłby moment, w którym wszechświat miałby tendencję do rozszerzania się w nieskończoność.

Inną konsekwencją jest to, że zgodnie z tym modelem wszechświat jest skończony iw pewnym odległym punkcie w przeszłości musiał mieć początek.

Aby rozwiązać ten problem, Tolman stwierdził, że włączając relatywistyczną termodynamikę, takie ograniczenia znikną, umożliwiając nieskończoną serię skurczów i ekspansji Wszechświata.

Ewolucja wszechświata

Rysunek 2. Parametr gęstości określa trzy możliwe geometrie Wszechświata. Źródło: NASA za pośrednictwem Wikimedia Commons.

Rosyjski kosmolog Alexander Friedmann, który był również wielkim matematykiem, odkrył trzy rozwiązania równań Einsteina. Oto 10 równań, które są częścią teorii względności i opisują, jak krzywe czasoprzestrzenne są spowodowane obecnością materii i grawitacji.

Trzy rozwiązania Friedmanna prowadzą do trzech modeli wszechświata: jednego zamkniętego, jednego otwartego i trzeciego płaskiego. Możliwości jakie dają te trzy rozwiązania to:

- Rozszerzający się wszechświat może przestać się rozszerzać i ponownie się kurczyć.

-Rozszerzający się wszechświat może osiągnąć stan równowagi.

-Rozszerzenie może trwać w nieskończoność.

The Big Rip

Szybkość ekspansji wszechświata i ilość obecnej w nim materii są kluczami do rozpoznania właściwego rozwiązania spośród trzech wymienionych.

Friedmann oszacował, że gęstość krytyczna, o której mowa na początku, wynosi plus minus 6 atomów wodoru na metr sześcienny. Pamiętaj, że wodór i hel są głównymi produktami ylemu po Wielkim Wybuchu i najobficiej występującymi we wszechświecie pierwiastkami.

Do tej pory naukowcy zgadzają się, że gęstość obecnego Wszechświata jest bardzo mała, w taki sposób, że nie jest możliwe wygenerowanie siły grawitacji w celu spowolnienia ekspansji.

Zatem nasz wszechświat byłby wszechświatem otwartym, który mógłby zakończyć się Wielką Łzą lub Wielkim Rozdarciem, w którym materia jest rozdzielana na cząstki subatomowe, które nigdy nie wracają do siebie. To byłby koniec wszechświata, który znamy.

Kluczem jest ciemna materia

Ale musisz wziąć pod uwagę istnienie ciemnej materii. Ciemnej materii nie można zobaczyć ani wykryć bezpośrednio, przynajmniej na razie. Ale jego efekty grawitacyjne tak, ponieważ jego obecność wyjaśniłaby zmiany grawitacyjne w wielu gwiazdach i układach.

Ponieważ uważa się, że ciemna materia zajmuje do 90% wszechświata, możliwe jest, że nasz wszechświat jest zamknięty. W takim przypadku grawitacja byłaby w stanie skompensować ekspansję, doprowadzając ją do Wielkiego Kryzysu, jak opisano wcześniej.

W każdym razie jest to fascynujący pomysł, który wciąż ma wiele miejsca na spekulacje. W przyszłości możliwe jest, że prawdziwa natura ciemnej materii, jeśli istnieje, zostanie ujawniona.

W laboratoriach Międzynarodowej Stacji Kosmicznej są już prowadzone w tym celu eksperymenty. W międzyczasie na ziemi przeprowadza się również eksperymenty mające na celu uzyskanie ciemnej materii z normalnej materii. Uzyskane wyniki będą kluczem do zrozumienia prawdziwej natury wszechświata.

Bibliografia

1. Kragh, H. Cykliczne modele relatywistycznego wszechświata. Odzyskany z: arxiv.org.
2. Pérez, I. Pochodzenie i koniec Wszechświata. Odzyskane z: revistaesfinge.com.
3. SC633. Początki Wszechświata. Odzyskany z: sc663b2wood.weebly.com.
4. Villanueva, J. Oscylująca Teoria Wszechświata. Odzyskane: universetoday.com.
5. Wikipedia. Model cykliczny. Odzyskane z: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Kształt Wszechświata. Odzyskane z: en.wikipedia.org.