Et resirkulert univers


og utvide (2) og kollidere deretter igjen (4). I dette scenariet markerer vårt univers (3) bare en fase i denne uendelige syklusen. Noen spørsmål er urovekkende fordi de kan besvares på bare en av to like oppsiktsvekkende måter. For eksempel er vi de eneste intelligente vesener i universet, eller vil vi finne andre? En

og utvide (2) og kollidere deretter igjen (4). I dette scenariet markerer vårt univers (3) bare en fase i denne uendelige syklusen.

Noen spørsmål er urovekkende fordi de kan besvares på bare en av to like oppsiktsvekkende måter. For eksempel er vi de eneste intelligente vesener i universet, eller vil vi finne andre? En annen ubehagelig doozy er dette: begynte universet på litt fjern tid tidligere, eller var det alltid her?

The Big Bang markerer klart en slags først. Den fryktelige energiblitsen og ekspansjonen av rommet satte i gang alt som våre øyne og teleskoper kan se i dag. Men på egenhånd vil big bang teorien forlate oss i et buet univers, hvor materie og energi ikke er godt blandet. Faktisk vet vi nå at romtid er flatt og at galakser og stråling er jevnt fordelt overalt. For å kaste opp big bang teorien, foreslo kosmologer at universet begynte med en ekspansjonell ekspansjonssprang fra en enkelt jevn patch av rom, hvis stempel forblir på kosmos til denne dagen. Slike inflasjonære kosmologier har jobbet så bra at de har overfylt all konkurransen.

I løpet av det siste året har imidlertid en gruppe forskere begynt å utfordre ideens preeminence, selv om kosmologifeltet ennå ikke er fullstendig tatt med den nye tilnærmingen. På bakgrunn av noen banebrytende men ubevisste forestillinger i partikkelfysikk tolker utfordrerne big bang som en voldelig sammenstøt mellom høyere dimensjonale objekter. I den siste avstanden til sagaen har forfatterne av denne tolkningen funnet en måte å slå den ene sammenstøtningen i en uendelig kamp som reagerer sitt brennende hode hvert trillion år eller så, noe som gjør vårt univers bare en fase i en uendelig syklus av fødsel og gjenfødelse.

Slike sykliske ideer er ikke nye. På 1930-tallet fortalte sent Richard Tolman fra California Institute of Technology hva som ville skje hvis et lukket univers, hvor alt materie og energi, til slutt ble komprimert i en stor crunchwere for å overleve dens lukking og briste ut igjen. Dessverre, som Tolman skjønte, ville universet samle entropi under hver ny syklus; for å kompensere, ville det måtte vokse hver gang som en løpende snøball. Og akkurat som en snøball må begynne på et tidspunkt, så ville også et slikt univers.

Så på 1960-tallet viste fysikere at en stor knase også må kulminere i et singularitetspunkt fylt med uendelig materie og varme der generell relativitet brytes ned. Fysikkloven er dermed oppe. "Ideen om et syklisk univers har eksistert lenge, " sier Andreas Albrecht fra University of California i Davis, en medfinansier for inflasjon, "og det har alltid vært plaget av et grunnleggende problem: hvilken fysikk forårsaker at kollapsende univers for å hoppe tilbake til den ekspanderende fasen? "

String-ularity

FØRSTE STRING. Stringteori har skapt mer enn ett forsøk på å gjøre unna big bang singularity.

En potensiell måte å omgå det problemet ved å anta at elementære partikler som elektroner, fotoner og kvarker er egentlig bare manifestasjoner av små strenger av energi som jiggler i høyere dimensjoner. Saken er at en slik strengteori krever at universet har minst 10 dimensjoner, i motsetning til de vanlige tre i rommet og en gang vi oppfatter. "I strengteori lærer du en ting du er i høyere dimensjoner, " sier strengteoretiker Burt Ovrut fra University of Pennsylvania. "Da er spørsmålet, hvor kommer vår virkelige verden fra? Det er et jævla godt spørsmål."

Banebrytende for et svar i 1995 var Petr Horava, deretter ved Princeton University, og Ed Witten fra Princeton Institute for Advanced Studies, som viste at strenge også kunne eksistere i en mer fundamental, 11-dimensjonell teori. De kollapste en av disse dimensjonene matematisk inn i en minuskulær linje, og ga et 11-dimensjonalt tidsrom, flankert på hver side av to 10-dimensjonale membraner eller braner, farget kalt "ende av verden" -branene. En brane ville ha fysiske lover som vårt eget univers. Derfra begrunnet Ovrut og kollegaer at seks av de ti dimensjonene kunne gjøres ekstremt små, effektivt skjule dem fra hverdagens syn og forlate de tradisjonelle fire dimensjonene av rom og tid.

Tidlig i 2001 satte kosmologene Justin Khoury og Paul Steinhardt fra Princeton, en annen inflasjonspioner, Neil Turok fra University of Cambridge, og Ovrut sine braner for å jobbe på big bang. Ved å snu klokken i strengteori, fant de at når vår universelle brane passerte gjennom sin startende singularitet i omvendt, gikk det plutselig fra en tilstand av intens, men begrenset varme og tetthet til en som var kald, flat og for det meste tom. I prosessen kaster den en annen brane inn i det 11-dimensjonale gapet. Kjør fremover i tiden, det store banget dukket opp som ikke noe mer enn to braner som smacket inn i hverandre som cymbals. De døde denne prosessen den ekpyrotiske modellen, etter den gamle greske "conflagration" -kosmologien der universet er født i og utvikler seg fra en brennende eksplosjon.

Uten en bedre forståelse av singulariteten i strengteori, kunne gruppen imidlertid ikke studere hva som ville skje når vår brane ekspanderer etter kollisjonen; Modellen er bare gitt for et kontraktsunivers. Senere i fjor oppdaget gruppen i samarbeid med Nathan Seiberg fra Institute for Advanced Study at singulariteten kunne tolkes som en kollisjon mellom de to "verdensendene", hvor kun gapdimensjonen skiller dem ned til null for et øyeblikk. "Så det ser ut som katastrofalt entall, når du beskriver det som en branekollisjon, er det ikke veldig entall i det hele tatt, " forklarer Turok. Dette scenariet forblir en formodning, Seiberg notater, men er matematisk identisk med beskrivelsen av big bang singularitet i generell relativitet.

Den ekpyrotiske modellen hadde virket litt konstruert til dette punktet, forteller Alan Guth fra Massachusetts Institute of Technology, en annen forfatter av inflasjon. Pre-bang universet måtte være mørkt, flatt og uendelig, tilsynelatende av fiat. Men hvorfor skulle det ha begynt i en slik stat? Svaret, ifølge det siste arbeidet fra Steinhardt og Turok, har å gjøre med mørk energi, kraften som kjører galakser fra hverandre i stadig økende hastigheter.

Drenert Branes

MODERN COSMOLOGY er en relativt ny oppfinnelse.

Når universet akselererer, blir det vanskeligere for lys å reise mellom fjerne hjørner av rom. Over tid vil galakser bli isolert fra sine naboer; stjerner vil blinke ut; Svarte hull vil fordampe kvantemekanisk inn i stråling; selv den strålingen vil bli fortynnet i et hav av rom. Universet kan ende opp mye som ekpyrotiske modellen antyder at den skal vises før big bang.

Steinhardt og Turok har derfor foreslått at den mørke energien, kombinert med den ekpyrotiske modellens mildere singularitet, gir en ryddig måte å sette opp et syklisk univers. Vår brane og motparten ville hoppe av hverandre som vanlig, men i stedet for å gå på egen vei, ville de smake hverandre igjen og igjen som om de var koblet til en vår. Denne attraktive kraften mellom braner ville faktisk være et spesielt tilfelle av den slags kraft som inflasjonære kosmologier stiller til å forklare tidlig universes oppblåsning.

Branernes oscillerende bevegelse ville arbeide for å pumpe rom inn i vårt univers som en bælge, forklarer akselerasjonen vi ser i dag. Så "når du spør hvorfor er universet slik det er, " forklarer Turok, "vel, det er fordi det må være slik for å gjenta neste gang." Og fordi hver brane allerede er uendelig stor og flat, ville det ikke være noen første syklus å bekymre seg for.

Modellen er spennende for å tegne den ultimate sammenhengen mellom tidlig inflasjon og dagens akselerasjon av universet, Albrecht-bemerkninger, men "saken ville være mye mer overbevisende om de virkelig kunne vise at et syklisk univers er mulig." Guth er også uberørt. Han forklarer at selv om han venter på dagen da kosmologi fusjonerer med strengteori, forventer han at inflasjonen skal være den kosmologien. Generelt er det ikke alle fysikere som er overbevist om at kolliderende braner kan generere de små svingningene i materie og energitetthet at inflasjonen nettopp løser. Slike minuttvariasjoner i disse mengdene kreves for å forklare måten stjernene og galakser klumper sammen og de detaljerte egenskapene til den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen.

I den ekpyrotiske modellen skal de nødvendige fluktuasjonene oppstå som branene ripple kvantemekanisk, slik at forskjellige områder vil slå hverandre og ta av å ekspandere først. Den ekpyrotiske leiren er overbevist om at disse krusninger kan generere de eksakte variasjonene vi ser i dag. "Jeg synes det er overraskende hvor bra denne modellen fungerer når det gjelder å reprodusere alt vi ser og likevel være så annerledes, " sier Steinhardt. "Det er ganske sjokkerende, og jeg tror det er viktig, fordi vi trodde vi var konvergerende mot noe som var en unik kosmisk historie."

Men singulariteten forblir som en annen hindring. Til tross for det siste fremskritt, er ingen sikker på om funksjoner som brane ripples faktisk kunne passere uoppdaget fra stor knase til bang. "Hva skjer på singularitet?" Seiberg tenker. "Dette er et stort åpent spørsmål." Så selv om singulariteten i strengteori kan være, som Turok sier, "mildest mulig", er det fortsatt et vill kort.

Handlingen er ikke ferdig, men gjør det for tidlig å si om kolliderende braner vil holde eller kaste seg. Kanskje det vil tiltrekke nye spillere med enda mer fantasifulle ideer. "Jeg synes å tro at den sykliske modellen er en ekte spennende, " sier Steinhardt. "Det har mange nye ingredienser som folk ikke har hatt mulighet til å leke med. Når de spiller, kan de finne andre interessante ting vi savnet." Eller ikke.

Når det kommer til fotosyntese, utfører planter kvantumberegningOceanic Dead Zones Fortsett å spreAstronautene tar første biter av salat vokst i rommetSoaring City SlickersVil fornyet interessen for kjernefysisk kraft gjenopplive uranindustrien?Hva er neste for NASAs nye astronautklasse?Gå FjerdeTopp Sci / Tech Gaver 2003