Конформная циклическая модель вселенной

Конформная циклическая космология — Conformal cyclic cosmology

Конформная циклическая космология ( CCC ) — это космологическая модель в рамках общей теории относительности , разработанная физиком-теоретиком Роджером Пенроузом . В CCC Вселенная проходит через бесконечные циклы, при этом будущая времениподобная бесконечность каждой предыдущей итерации отождествляется с сингулярностью Большого взрыва следующей. Пенроуз популяризировал эту теорию в своей книге 2010 года « Циклы времени: необычайно новый взгляд на Вселенную» .

СОДЕРЖАНИЕ

Базовая конструкция

Основная конструкция Пенроуза состоит в соединении счетной последовательности открытых пространств-времени Фридмана – Лемэтра – Робертсона – Уокера (FLRW), каждое из которых представляет Большой взрыв, за которым следует бесконечное будущее расширение. Пенроуз заметил, что прошедшая конформная граница одной копии пространства-времени FLRW может быть «прикреплена» к будущей конформной границе другой после соответствующего конформного изменения масштаба . В частности, каждая отдельная метрика FLRW умножается на квадрат конформного множителя, который приближается к нулю на времяподобной бесконечности , эффективно «сдавливая» будущую конформную границу до конформно регулярной гиперповерхности (которая пространственноподобна, если существует положительная космологическая постоянная , как в настоящее время считается). Результатом является новое решение уравнений Эйнштейна, которое Пенроуз использует для представления всей вселенной и которое состоит из последовательности секторов, которые Пенроуз называет «эонами». грамм а б <\ displaystyle g_ > Ω <\ displaystyle \ Omega>

Гипотеза конформной циклической космологии требует, чтобы все массивные частицы в конечном итоге исчезли из существования, включая те, которые стали слишком далеко отделены от всех других частиц, чтобы аннигилировать с ними. Как указывает Пенроуз, возможность распада протона рассматривается в различных умозрительных расширениях Стандартной модели , но никогда не наблюдалась. Более того, все электроны также должны распадаться или терять свой заряд и / или массу, и никакие традиционные предположения не допускают этого.

В своем видео с лекцией о Нобелевской премии Роджер Пенроуз модерировал свое предыдущее требование об отсутствии массы, начиная с 26:30 на видео, позволяя присутствовать некоторым массовым частицам, если их количество незначительно, и почти вся их энергия является кинетической, и в конформной геометрии преобладают фотоны.

Физические последствия

Важной особенностью этой конструкции для физики элементарных частиц является то, что, поскольку бозоны подчиняются законам конформно-инвариантной квантовой теории , они будут вести себя в масштабированных эонах таким же образом, как и в их прежних аналогах FLRW (классически это соответствует структурам светового конуса сохраняется при конформном изменении масштаба). Для таких частиц граница между эонами — это вовсе не граница, а просто пространственноподобная поверхность, которую можно пересечь, как и любую другую. Фермионы , с другой стороны, остаются ограниченными определенным эоном, таким образом обеспечивая удобное решение парадокса информации о черной дыре ; согласно Пенроузу, фермионы должны необратимо превращаться в излучение во время испарения черной дыры, чтобы сохранить гладкость границы между эонами.

Свойства кривизны космологии Пенроуза удобны и для других аспектов космологии. Во-первых, граница между эонами удовлетворяет гипотезе кривизны Вейля , обеспечивая тем самым определенный вид низкоэнтропийного прошлого, как того требует статистическая механика и наблюдения. Во-вторых, Пенроуз подсчитал, что определенное количество гравитационного излучения должно сохраняться через границу между эонами. Пенроуз предполагает, что этого дополнительного гравитационного излучения может быть достаточно, чтобы объяснить наблюдаемое космическое ускорение, не обращаясь к полю материи темной энергии .

Эмпирические тесты

В 2010 году Пенроуз и Ваге Гурзадян опубликовали препринт статьи, в которой утверждалось, что наблюдения космического микроволнового фона (CMB), сделанные с помощью зонда Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) и эксперимента BOOMERanG, содержат избыток концентрических кругов по сравнению с моделированием, основанным на стандартная модель космологии Лямбда-CDM , указывающая на 6-сигмальную значимость результата. Однако статистическая значимость заявленного обнаружения с тех пор оспаривается. Три группы независимо пытались воспроизвести эти результаты, но обнаружили, что обнаружение концентрических аномалий не было статистически значимым, поскольку в данных не было больше концентрических кругов, чем при моделировании Lambda-CDM.

Причина разногласий была связана с вопросом о том, как построить симуляции, которые используются для определения значимости: три независимых попытки повторить анализ все использовали симуляции, основанные на стандартной модели Lambda-CDM, в то время как Пенроуз и Гурзадян использовали недокументированный нестандартный подход.

В 2013 году Гурзадян и Пенроуз опубликовали дальнейшее развитие своей работы, представив новый метод, который они назвали «процедурой поворота неба» (не основанный на моделировании), в котором данные WMAP анализируются напрямую; в 2015 году они опубликовали результаты анализа данных Planck, подтверждающие данные WMAP, включая неоднородное распределение этих структур в небе.

В статье, опубликованной 6 августа 2018 г., авторы Даниэль Ан, Кшиштоф Антони Мейснер , Павел Нуровски и Пенроуз представили непрерывный анализ данных реликтового излучения, поскольку им казалось, что «… аномальные точки вносят важный новый вклад в космологию, независимо от того. срока действия CCC ». Они также предположили, что эти аномалии могут быть « точками Хокинга », остаточными сигналами от « испарения Хокинга сверхмассивных черных дыр в эоне до нашего». В исходной версии их статьи утверждалось, что местоположение B-режима, обнаруженное командой BICEP2, было расположено в одной из этих точек Хокинга; эта претензия была удалена в более позднем обновлении. Анализ 2020 года показал, что аномалии не были статистически значимыми. Однако в еще одной статье 2020 года группы Пенроуза приводятся доводы в пользу дополнительных доказательств аномалий реликтового излучения, которые можно объяснить точками Хокинга, а не «нынешней традиционной инфляционной картиной».

CCC и парадокс Ферми

В 2015 году Гурзадян и Пенроуз также обсудили парадокс Ферми , очевидное противоречие между отсутствием доказательств, но высокой вероятностью оценок существования внеземных цивилизаций. В конформной циклической космологии космический микроволновый фон обеспечивает возможность передачи информации от одного эона к другому, в том числе интеллектуальных сигналов в рамках концепции информационной панспермии .

Источник

Конформная циклическая космология и не только: интересные теории о жизни Вселенной

Существует множество теорий, авторы которых пытаются объяснить появление Вселенной и что ждет ее в будущем. Есть версии, которые благодаря своей обоснованности считаются наиболее правдоподобными. Например, теория Большого взрыва. Но говорить о том, что она дает ответы на все вопросы тоже не совсем верно.

Теория Большого взрыва: что в ней не так?

Эта теория стала практически такой же общепринятой, как и постулат о вращении планеты Земля вокруг Солнца.

Эйнштейн изначально категорически отрицал возможность теории Большого взрыва, но открытие Хабблом расширяющейся Вселенной придало ей правдоподобности.

Но скептики, оспаривающие правдоподобность версии, приводят немало аргументов «против» того, что она правильно, в полном объеме объясняет происходящие в космическом пространстве процессы. Среди них:

• пыль, послужившая материалом для образования планет, звезд, была разбросана после взрыва космического масштаба, но что происходило непосредственно перед взрывом – непонятно;
• большинство версий современности об устройстве космического пространства доказывает: полная Вселенная значительно больше части, которую мы видим сейчас (нам доступна часть Земли, до которой дошел свет за 13,8 млрд. лет). Телескопическое оборудование становится лучше, открывается новое пространство и будет ли этому конец, неизвестно;
• после Большого взрыва наблюдается расширение Вселенной со стремительно растущим ускорением (для физиков загадка: что именно вызывает такое ускорение) – теория Большого взрыва не поясняет: сколько будет продолжаться расширение, к чему оно приведет в итоге.

На самом деле, таких вопросов без ответов значительно больше.

Конформная циклическая космология – в чем суть теории

Согласно конформной циклической космологии окружающий мир подчиняется правилам непрерывного чередования циклов рождения и смерти: у нашей Вселенной были предки и будут потомки.

Предложенная в 2005 году теория конформной циклической космологии получила подтверждение лишь в 2014 году, благодаря зафиксированному излучению черных дыр предыдущей Вселенной.

Что же происходит во Вселенной, по мнению автора теории, физика Роджера Пенроуза? В очень далеком будущем неизбежно следующее:

• все частички необъятной Вселенной, имеющие массу, попадут в огромные черные дыры;
• Вселенная увеличится до экстремальных размеров, а ее составляющими будут только фотоны (безмассовые частицы) и черные дыры;
• черные дыры за миллиарды лет благодаря излучению Хокинга испарятся – исчезнет пространство и время;
• из сингулярности возникнет новая Вселенная, а с ней и новое пространство-время.

Несмотря на то, что сам автор признает наличие трудностей в своей теории, сделанные учеными открытия, предоставили человечеству доказательства в пользу правдоподобности конформной циклической космологии.

Источник

Циклическая модель — Cyclic model

• Категория
• Астрономический портал

Циклическая модель (или колебательное модель ) представляет собой любое из нескольких космологических моделей , в которых Вселенная вытекает бесконечно, или неопределенную, самоподдерживающееся циклов. Например, теория осциллирующей Вселенной, кратко рассмотренная Альбертом Эйнштейном в 1930 году, предполагала, что Вселенная следует бесконечной серии колебаний, каждое из которых начинается с Большого взрыва и заканчивается Большим хрустом ; Тем временем Вселенная будет расширяться на время, прежде чем гравитационное притяжение материи заставит ее снова схлопнуться и отскочить .

СОДЕРЖАНИЕ

Обзор

В 1920-х годах физики-теоретики, в первую очередь Альберт Эйнштейн , рассматривали возможность циклической модели Вселенной как (вечную) альтернативу модели расширяющейся Вселенной . Однако работа Ричарда Толмена в 1934 году показала, что эти ранние попытки потерпели неудачу из-за циклической проблемы: согласно второму закону термодинамики энтропия может только увеличиваться. Это означает, что последовательные циклы становятся все длиннее и больше. Если экстраполировать назад во времени, то циклы до настоящего становятся все короче и меньше, достигая кульминации снова в Большом Взрыве и, таким образом, не заменяя его. Эта загадочная ситуация сохранялась в течение многих десятилетий до начала 21 века, когда недавно обнаруженная компонента темной энергии дала новую надежду на последовательную циклическую космологию. В 2011 году пятилетний обзор 200 000 галактик, охватывающий 7 миллиардов лет космического времени, подтвердил, что «темная энергия разгоняет нашу Вселенную с огромной скоростью».

Одна из новых циклических моделей — это космологическая модель создания Вселенной на основе бран , полученная из более ранней экпиротической модели. Он был предложен в 2001 году Полом Стейнхардтом из Принстонского университета и Нилом Туроком из Кембриджского университета . Теория описывает вселенную, возникающую не один раз, а многократно с течением времени. Теория потенциально могла бы объяснить, почему отталкивающая форма энергии, известная как космологическая постоянная , которая ускоряет расширение Вселенной, на несколько порядков меньше, чем предсказывает стандартная модель Большого взрыва .

Другая циклическая модель, основанная на понятии фантомной энергии, была предложена в 2007 году Лаурисом Баумом и Полом Фрэмптоном из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл .

Модель Стейнхардта – Турока.

В этой циклической модели две параллельные плоскости орбифолда или М-браны периодически сталкиваются в многомерном пространстве. Видимая четырехмерная Вселенная лежит на одной из этих бран . Столкновения соответствуют переходу от сжатия к расширению или Большому сжатию, за которым сразу же следует Большой взрыв . Материя и излучение, которые мы видим сегодня, были созданы во время последнего столкновения по схеме, продиктованной квантовыми флуктуациями, созданными до бран. Спустя миллиарды лет Вселенная достигла состояния, которое мы наблюдаем сегодня; через дополнительные миллиарды лет он в конечном итоге снова начнет сокращаться. Темная энергия соответствует силе между бранами и играет решающую роль в решении проблем монополя , горизонта и плоскостности . Более того, циклы могут продолжаться бесконечно в прошлом и будущем, а решение является аттрактором , поэтому оно может предоставить полную историю Вселенной.

Как показал Ричард Толмен , предыдущая циклическая модель потерпела неудачу, потому что Вселенная подвергнется неизбежной термодинамической тепловой смерти . Однако новая циклическая модель избегает этого, имея чистое расширение в каждом цикле, предотвращая накопление энтропии . Однако в модели остаются серьезные нерешенные вопросы. Главная из них — то, что сталкивающиеся браны не понятны теоретикам струн, и никто не знает, будет ли масштабно-инвариантный спектр разрушен большим хрустом. Более того, как и в случае с космической инфляцией , хотя общий характер сил (в экпиротическом сценарии, сила между бранами), необходимых для создания вакуумных флуктуаций , известен, от физики элементарных частиц нет кандидата .

Модель Баума – Фрэмптона.

Эта более поздняя циклическая модель 2007 года предполагает экзотическую форму темной энергии, называемую фантомной энергией , которая обладает отрицательной кинетической энергией и обычно приводит к тому, что Вселенная заканчивается Большим разрывом . Это условие достигается, если во Вселенной преобладает темная энергия с космологическим уравнением параметра состояния , удовлетворяющим условию для плотности энергии и давления p. Напротив, предположение Стейнхардта – Турока . В модели Баума-Фрэмптона, за септиллионную (или меньше) секунды (т.е. 10 -24 секунды или меньше) до потенциального Большого разрыва происходит поворот, и только один причинный участок сохраняется в качестве нашей Вселенной. Стандартный патч не содержит кварков , лептонов или носителей силы ; только темная энергия — и ее энтропия при этом исчезает. Адиабатический процесс сжатия этого гораздо меньшей Вселенная происходит с постоянной исчезающей энтропией и независимо от того , в том числе не черных дыр , которые распались до того поворот. ш <\ displaystyle w> ш ≡ п ρ — 1 <\ Displaystyle ш \ экв <\ гидроразрыва

<\ rho>> ρ <\ displaystyle <\ rho>> ш ≥ — 1 <\ Displaystyle ш <\ geq>-1>

Идея о том, что Вселенная «возвращается пустой», является центральной новой идеей этой циклической модели и позволяет избежать многих трудностей, с которыми сталкивается материя в фазе сжатия, таких как чрезмерное формирование структуры , распространение и расширение черных дыр , а также фазовые переходы такие как КХД и восстановление электрослабой симметрии. Любой из них будет иметь тенденцию вызывать нежелательный преждевременный отскок, просто чтобы избежать нарушения второго закона термодинамики . Условие теории струн , она не обязательно привязана к струнам или к более высоким измерениям , однако такие умозрительные устройства могут предоставить наиболее быстрые методы исследования внутренней согласованности . Значение в модели Баума – Фрэмптона можно сделать произвольно близким к −1, но оно должно быть меньше. ш <\ displaystyle w> ш <\ displaystyle w>

Источник