Yeni Araştırmalara Göre Evren Bir Sıçramayla Değil Bir Patlamayla Başladı

Evren nasıl başladı? Büyük bir patlamayla mı başladık yoksa bir sıçrama mı oldu? Evren, sonsuza dek tekrar tekrar bir genişleme ve çöküş döngüsü içinde gelişebilir mi? Şimdi, iki makalede, araştırmacılar sözde zıplayan evrenin farklı modellerinde delikler açarak, etrafımızda gördüğümüz evrenin muhtemelen tek seferlik bir önerme olduğunu ileri sürdüler.

Zıplayan evren savunucuları, evrenimizin kendi kendine yoktan var olmadığını savunuyorlar. Bunun yerine, savunucular, önceki bir evrenin kendi içine çekildiğini ve sonra yeniden içinde yaşadığımız evrene dönüştüğünü iddia ediyor. Bu, bir kez veya bazı teorilere göre sonsuz sayıda gerçekleşmiş olabilir.

Peki hangi senaryo doğru? Evrenin tarihi için en yaygın kabul gören açıklama, evrenin bir büyük patlama ile başlaması ve ardından kozmik şişme olarak bilinen hızlı bir genişleme döneminin gelmesidir. Bu modele göre, evrenin sıcak ve genç olduğu dönemden kalan ve kozmik mikrodalga arka plan (CMB) adı verilen parıltı, hangi yöne bakarsanız bakın hemen hemen aynı görünmelidir. Ancak SPK’yı 2009’dan 2013’e kadar haritalayan Planck uzay gözlemevinden alınan veriler, mikrodalga radyasyonunda beklenmedik farklılıklar gösterdi. Evrenin sıcaklığındaki anlamsız istatistiksel dalgalanmalar olabilirler veya ilginç bir şeylerin olduğunun işaretleri olabilirler.

Bir olasılık, SPK anormalliklerinin evrenin yoktan var olmadığını ima etmesidir. Bunun yerine, önceki bir evren çöküp bugün içinde yaşadığımız uzay ve zamanı yaratmak için geri döndükten sonra ortaya çıktı.

Zıplayan evren modelleri, bu CMB modellerini açıklayabildiği gibi, evrenin kökeni ve evriminin standart tanımıyla ilgili bitip tükenmeyen tartışmaları da açıklayabilir. Bilhassa, evrenin büyük patlama modeli bir tekillikle başlar – yoktan var olan ve evrendeki her şeyin öncüllerini o kadar küçük bir bölgede içeren ve aslında hiçbir boyutu olmayan bir nokta. Buradaki fikir, evrenin tekillikten büyüdüğü ve şiştikten sonra bugün gördüğümüz daha kademeli olarak genişleyen evrene yerleştiğidir. Ancak tekillikler sorunludur çünkü fizik ve matematiğin kendisi, her şey sonsuz küçüklükte bir noktaya sıkıştırıldığında bir anlam ifade etmez. Birçok fizikçi tekilliklerden kaçınmayı tercih eder.

Tekillikleri önleyen ve CMB anormalliklerini biraz daha az anormal hale getiren bir sıçrayan model, döngü kuantum kozmolojisi (LQC) olarak bilinir. Klasik fizik ile kuantum mekaniği arasında döngü kuantum yerçekimi olarak bilinen bir köprüye dayanır; bu, yerçekimi kuvvetinin sonsuza kadar artmak yerine çok küçük mesafelerde azaldığını öne sürer. Cenevre Üniversitesi’nden kozmolog Ruth Durrer, “Kuantum kütle çekimi döngüsünden ilham alan kozmolojik modeller bazı sorunları, özellikle de tekillik sorununu çözebilir” diyor. Durrer, sıçrayan evrenler üzerine iki yeni çalışmadan birinin yazarlarından biridir. İçinde, o ve meslektaşları astronomik şeyler aradılar. bu tür modellerin işaretleri.

Bir LQC modelinde, evrenimizin bir öncüsü, son derece kompakt hale gelene kadar yerçekimi kuvveti altında büzüşmüş olabilir. Sonunda kuantum mekaniği devralacaktı. Evren, bir tekilliğe çökmek yerine yeniden genişlemeye başlardı ve hatta birçok kozmologun bizimkinin de öyle olduğuna inandığı gibi, bir şişme evresinden geçmiş olabilirdi.

Louisiana Eyalet Üniversitesi’nden fizikçi Ivan Agullo, eğer bu gerçekleşmişse, evrende bir iz bırakması gerektiğini söylüyor. Son analizlerin hiçbirine bağlı olmayan Agullo, işaretin SPK verilerinde “bispectrum” olarak bilinen bir özellikte ortaya çıkar. zıplayan bir senaryoda evrenin farklı bölümlerinin nasıl etkileşime gireceğinin bir ölçüsü. Bispectrum, CMB’nin bir görüntüsünde belirgin olmayacaktı, ancak eski CMB mikrodalgalarındaki frekans analizlerinde ortaya çıkacaktı.

Agullo, “Gözlemlenirse,” diyor, iki spektrum “bir patlama yerine bir sıçramanın varlığı için dumanı tüten bir silah görevi görür.” Agullo’nun grubu daha önce bispektrum hesaplandı kozmik bir sıçramadan 400.000 yıl sonra ortaya çıkacağı gibi. Durrer ve meslektaşları hesaplamayı daha da ileri götürdüler, ancak bunu günümüz Planck SPK verileriyle karşılaştırdıklarında, iki spektrumlu bir baskıya dair önemli bir işaret yoktu.

Diğer pek çok sıçrayan kozmos modeli hala uygulanabilir olsa da, önemli bir iki spektrum bulunamaması, CMB’deki anormalliklerle başa çıkmak için LQC’ye dayanan modellerin göz ardı edilebileceği anlamına gelir. Zıplayan bir evrenin somut kanıtlarını bulma konusunda büyük umutları olan Agullo için üzücü bir sonuç. Ancak kozmoloji doktorası olan Paola Delgado. Durrer’in ortak yazdığı yeni analiz üzerinde çalışan Polonya’daki Jagiellonian Üniversitesi’nden aday, bir potansiyel olumlu taraf olduğunu söylüyor. “Uzun zamandır duydum ki [attempts to merge quantum physics and cosmology] test edilemez,” diyor Delgado. “Bazı model sınıfları için hala gözlemlerle bir miktar temasınızın olduğunu görmek gerçekten güzeldi.”

Planck verilerinde LQC güdümlü kozmik sıçrama belirtilerini dışlamak, CMB anormalliklerinin açıklanamadığı anlamına gelir. Ancak daha da büyük bir kozmik mesele askıda kalıyor: Evrenin bir başlangıcı var mıydı? Büyük patlamanın savunucularına göre öyle oldu. Ama bu bizi her şeyi başlatan anlaşılmaz tekillikle baş başa bırakıyor.

Alternatif olarak, sözde döngüsel kozmoloji teorilerine göre, evren ölümsüzdür ve sonsuz sıçramalardan geçmektedir. Zıplayan bir evren bir veya daha fazla döngü yaşayabilse de, gerçekten döngüsel bir evrenin başlangıcı ve sonu yoktur. Sonsuz sayıda döngü için geri giden ve sonsuz sayıda daha devam edecek olan bir dizi sıçramadan oluşur. Ve böyle bir evrenin başlangıcı olmadığı için, büyük patlama ve tekillik de yoktur.

Durrer ve Delgado’nun birlikte yazdığı çalışma, ölümsüz döngüsel kozmolojileri dışlamıyor. Pek çok teori, böylesine sıçrayan bir evreni, Planck SPK verilerine bakarak “büyük patlama artı enflasyon” modelinden ayırt etmenin zor veya imkansız olduğu şekillerde tanımlar.

Ancak Buffalo Üniversitesi’nden fizikçi William Kinney’e göre, son zamanlarda yapılan ikinci analizin yazarlarından biri, sonsuza kadar döngüsel bir evren fikrinde kritik bir kusurun pusuda beklediğini söylüyor. Bu kusur, bir evren sıçradıkça oluşan entropidir. Genellikle bir sistemdeki düzensizlik miktarı olarak düşünülen entropi, sistemin yararlı enerji miktarıyla ilişkilidir: entropi ne kadar yüksek olursa, o kadar az enerji bulunur. Evren her sıçramada entropi ve düzensizlik içinde artıyorsa, kullanılabilir enerji miktarı her seferinde azalır. Bu durumda, kozmos daha önceki çağlarda daha büyük miktarlarda faydalı enerjiye sahip olacaktı. Yeterince geriye doğru tahminde bulunursanız, bu, daha sonra döngüsel sıçramalardan geçen bir evren için bile, sonsuz küçük miktarda entropi ile büyük patlamaya benzer bir başlangıç ​​anlamına gelir. (Bu senaryonun enerjinin korunumu yasasını nasıl ihlal etmediğini merak ediyorsanız, mevcut enerji. Evrendeki toplam enerji miktarı durağan kalsa da, faydalı işler yapabilen miktar artan entropi ile azalır.)

Kinney ve meslektaşlarından birinin bulduğu yeni döngüsel modeller, evrenin her döngüde çok genişlediğini gerektirerek sorunun üstesinden geliyor. Genişleme, evrenin tekrar çökmeden önce entropiyi dağıtarak düzleşmesini sağlar. Bu açıklama entropi problemini çözse de, araştırmacılar son makalelerinde çözümün kendisinin evren ölümsüz değil. Kinney, “Evren hakkında temel bir şeyi kanıtlamış gibi hissediyorum,” diyor, “ki bu da evrenin muhtemelen bir başlangıcı olduğudur.” Bu, bir noktada büyük bir patlamanın meydana geldiği anlamına gelir, bu olay zıplayan birçok evren önce gerçekleşmiş olsa bile, bu da her şeyin ilk etapta devam etmesi için bir tekilliğin gerekli olduğunu gösterir.

Kinney’nin makalesi, döngüsel evrenler hakkındaki tartışmanın en sonuncusudur, ancak başlangıcı veya sonu olmayan bir evrenin savunucuları, bilimsel literatürde henüz yanıt vermemiştir. Döngüsel bir evrenin önde gelen iki savunucusu, Princeton Üniversitesi’nden astrofizikçiler Paul Steinhardt ve New York Üniversitesi’nden Anna Ijjas, bu makale için yorum yapmaktan kaçındı. Eğer tartışmanın tarihi herhangi bir göstergediryine de, yakında Kinney’nin analizine karşı bir çözüm yolu duyabiliriz.

Brezilya Fizik Araştırmaları Merkezi’nden zıplama ve diğer döngüsel modeller üzerinde çalışmış kozmolog Nelson Pinto-Neto, Planck verilerinin döngü kuantum kozmolojisi altında bir sıçramayı muhtemelen dışladığını kabul ediyor, ancak döngüsel bir evren sorusu konusunda daha iyimser. “Varoluş bir gerçektir. Hepimiz şimdi ve buradayız. Yokluk, insan zihninin bir soyutlamasıdır” diyor Nelson. “Bence bu yüzden bir [cyclic universe]her zaman var olan, yaratılmış olandan daha basittir. Ancak bir bilim insanı olarak her iki olasılığa da açık olmalıyım.”