Жойқын серпіліс

Жойқын серпіліс (ағылш. Big Bounce) — Циклдік ғалам моделі мен Жойқын жарылыс теориясының бірлігі ретінде әлем пайда болуын ғылыми жорамалдайтын бір космологиялық модель болып, ол ғарыш пайда болуын үздіксіз қайталанатын жойқын жарылыс пен Жойқын сығылудың нәтижесі деп есептейді. Ол циклдік моделі ретінде алғашқы ғарыштық оқиғаны оның алдындағы ғалам күйреуінің нәтижесі деп есептейді. 1980-жылдардың басында бақылаудың дамуы ғаламның Өлшемі алып құрылымын түсіндіріп, инфляция теориясы Көкжиек мәселесінің шешімі ретінде ұсынылған соң, жойқын серпіліс теориясы әлсірей бастады. 2000-шы жылдар басында кей теоретиктер ғарыштық кеңеюді проблемалы және анықталмас деп тапты, өйткені оның әртүрлі параметрлері кез-келген бақылауларға сәйкес келе беруі мүмкін, ондайда бақыланатын ғаламның қасиеттері кездейсоқ болып қалады. Жойқын серпіліс алтернативті түрде көкжиек мәселесіне жорамалдауға болатын және фальсификациялы шешім ұсынуы мүмкін деп есептеліп, 2017 жылдан бастап қайта зерттеле бастады.^[1]

Кеңею және тараю

Жойқын серпіліс тұжырымы бойынша жойқын жарылыс ғаламның тараю кезеңінен кейінгі кеңею кезеңінің басталуы есептеледі. Жойқын жарылыстан кейін ғарышта қайтадан жойқын сығылу орын алады. Бұл біз жаһанның шексіз тәртібінің әрқандай нүктесінде өмір сүре алатынымызды, немесе керісінше қазіргі жаһан ең бірінші қайталаным (итерация) болуы мүмкін екенін білдіреді. Алайда, егер "алғашқы атом гипотезасы" деп есептелетін "серпілулер арасындағы" аралық фазалық алғышарт тұтастай кездейсоқ болса, онда бұл мысал мағынасыз болуы мүмкін. Өйткені егер бұл мәңгілік қайтым (perpetual return) абсолюті және өзгешесіз болса, онда бұл алғышарт әрбір уақыт нүктесінде біртекті болар еді.

Жойқын серпіліс кванттық теориясының негізгі идеясы - тығыздық шексіздікке жақындаған сайын, кванттық көбіктің (the quantum foam) әрекеті өзгереді. Барша аталмыш фундаменталды физиканың тұрақты шамалары, мысалы вакуумдағы жарық жылдамдығы секілділер, әсіресе уақыт интервалы өлшеу аса алмайтын және қамти алмайтын иін (inflection) нүктесінен кіші болғанда (яғни Планк уақытының бір бірлігі, шамамен 10⁻⁴³ секунд), тұрақты шамалар Жойқын сығылу кезінде тұрақты болмауға тиіс.

Тарихы

Жойқын серпіліс моделінің өз тарихы бар және бұл теорияны эстетикалық негізде Виллем де Ситтер, Карл Фридрих фон Вайцзеккер, Джордж МакВитти және Джордж Гамов қатарлы космологтар мақұлдады, (олар "физикалық тұрғыдан алғанда, біз при-күйреу (precollapse) кезеңін толығымен ұмытуға тиіспіз" деп атап өтті).^[2]

1980 жылдар басында космологиялық бақылаудың дәлдігі мен ауқымының үздіксіз артып, ғаламның кең-масштабты құрылымы тегіс, біртекті және изотропты екені анықталды, кейінірек бұл байқау Космологиялық принцип ретінде қабылданып, шамамен 300 млн жарық жылынан асатын аумақты түсіндірді. Жарық секілді (light-like) ақпар тасығыш байланыстар жер бетіне жетпейтін ғаламның аса қиыр аймақтары да мәні ұқсас қасиеттерге ие екеніне түсіндірме табу қажет болды. Алғашқы ғаламның кеңістіктік экспоненциалды кеңею кезеңі шешім ретінде ұсынылып, кейін инфляция теориясының (Inflation theory) негізіне айналды. Қысқа инфляция кезеңнен кейін ғалам төмен жылдамдықпен ңеюін жалғастыруда.

Инфляция теориясының түрлі формулалары және олардың түбегейлі мәні теориялық зерттеудің түйінді тақырыбына айналды. Сенімді бәсекелес балама болмаған кезде инфляция көкжиек мәселесінің жетекші шешімі болды. 2000 жылдар басында кей теологтар инфляцияны проблемалы және анықталмайтын деп тапты, өйткені оның әртүрлі параметрлері кез-келген бақылауларға сәйкес келе беруі мүмкін. Сондай-ақ, инфляция сөзсіз мәңгілік болады, ол әртүрлі қасиетке ие шексіз әртүрлі ғаламды жаратады, сөйтіп бақыланатын ғаламның қасиеті кездейсоқ болады.^[3] Жойқын серпіліс секілді балама тұжырымдама көкжиек мәселесін щешуде жорамалды және Фальсификациялы болады деп есептеліп^[4], 2017 жылдан бастап зерттеле бастады.^[5]^[1]

«Жойқын серпіліс» тіркесі ғылыми әдебиетте 1987 жылы пайда болды. Ол алғаш рет Неміс тіліндегі "Stern und Weltraum" журналында Вольфганг Прайстер мен Ханс-Йоахим Бломның қос мақаласының атауында қолданылған болатын.^[6] 1988 жылы бұл атау орысша кітаптың ағылшынша аудармасы болған Иосиф Розентальдің Жойқын жарылыс, Жойқын серпіліс кітабында қайта қолданылды; 1991 жылы Астрономия мен Астрофизика бойынша Прайстер мен Бломенің ағылшынша мақаласында қолданылды. (Бұл сөз Эльмор Леонардтың романның атауы ретінде алғаш 1969 жылы пайда болған, соның сәл алдында, 1965 жылы Пензиас пен Уилсон Ғарыш микротолқынды фонын ашқан соң көпшілік Жойқын жарылыс моделін қызу талқылап жатқан болатын).

Мартин Божовальд (Martin Bojowald), Пенсильвания мемлекеттік университетінің физика кафедрасының доценті, 2007 жылы шілдеде үлкен жарылысқа дейінгі уақытты математикалық шешетін Оралымды кванттық космологияға (Loop quantum cosmology) қатысты зерттеу жұмысын жариялап, тербелмелі ғалам және жойқын серпіліс теориясына жаңа мағына қосты.^[7]

Жойқын жарылыс теориясының негізгі бір проблемасы - жойқын жарылыс туылған кезде нөлдік шамадағы сингулярлық және шексіз энергия болды деген тұжырым. Бұл әдетте біз білетін физиканың соңы, яғни жалпы салыстырмалық ретінде түсіндіріледі. Сондықтан адамдар кванттық эффектілерді маңызды санап, сингулярлықтан қашады.

Ал, Оралымды кванттық космология (Loop quantum cosmology) зерттеулері бойынша, осы ғаламның алдындағы ғалам күйреген (collapsed), бірақ ол сингулярлық шегіне жетіп бармай, ол шекке жетуден бұрын гравитацияның кванттық әсерінің аса күшті қақпайында ғалам қайта серпіле оралып, жаңа тармақ қалыптасады. Оснау күйреу мен серпілу кезінде эволюция біртұтас болады.

Божовальд сондай-ақ күйреудің біздің осы ғаламды қалыптастыруының кей қасиеттерін анықтауға болатынын айтады. Дегенмен, белгілі бір анықсыздық ережесіне байланысты алдыңғы ғаламның кей қасиеттерін анықтау мүмкін емес.

Бұл жұмыс әлі де алғашқы сатысында тұр және оның жорамалдығы басымырақ. Кейінгі ғалымдардың кейбір жетілдірулері Physical Review журналында жарияланды.^[8]

2003 жылы Питер Линдс (Peter Lynds) уақыт циклді болатын жаңа космологиялық моделді ұсынды. Оның теориясы бойынша, біздің Ғалам ақыр аяғы кеңеюін тоқтатып, біртіндеп тараюға өтеді. Бейне Стивен Хокингтің қара құрдым теориясындағыдай, ғалам сингулярлыққа айналмас бұрын серпіліс жасайтын болады. Линдстің ойынша, сингулярлық термодинамиканың екінші заңын бұзады, әрі бұл ғаламның сингулярлықтарға байланып шектелуін тосады. Жойқын сығылу ғаламдағы жаңа Жойқын жарылыс себебінен іске аспейді. Линдс мәңгілік оралудың әр циклінде ғаламның нақты тарихы мәңгі қайталана береді дегенді дәріптеді. Бұл идея Неміс философы Фридрих Ницшенің Мәңгілік қайталаным тұжырымымен бірдей. Кей сыншылар оған қарсы түрде "ғалам циклді болуы мүмкін, алайда тарихтағы оқиғаның бәрі өзгеруі мүмкін" деп есептейді. Линдс теориясын философиялық тұжырымдарының артында математикалық модель болмағаны үшін негізгіжол (mainstream) физиктері жоққа шығарды.

2006 жылы Жойқын жарылыс космологиясында Кванттық айналым гравитациясы техникасын қолдану циклді қажетсінбейтін серпіліс туғызуы мүмкін деген жорамал айтылды.

2011 жылы Никодем Поплавскийдің пікірінше, Эйнштейн-Картан-Схиама-Киббле гравитация теориясында синглярсыз (nonsingular) Жойқын серпіліс табиғи түрде болады.^[9] Бұл теория аффинды (affine) байланыс симметриясын шектеуді алып тастау және оның бұралу тензоры болған антисимметриялық бөлігін өзгерісшең тұрақсыз ретінде қарау арқылы жалпы салыстырмалылықты кеңейтеді. Бұралу мен Дирак айналмасы (spinors) арасындағы минималды бірігу өзіндік айналымдық өзара әрекеттесуді тудырады, мұның өте жоғары тығыздықтағы фермионды заттар үшін маңызы зор. Мұндай өзара әрекеттесу физикалықсыз (unphysical) Жойқын жарылыстың сингулярлығын болдырмайды, оның орнын шексіз кіші өлшем шамасындағы касп тәрізді (cusp-like) серпіліс ауыстырады, ал оған дейін ғалам тарайған күйде болады. Бұл сценарий сондай-ақ қазіргі ғалам ең үлкен көлемде кеңістіктік тегіс, біртекті және изотропты болып көрінуін түсіндіреді және ғарыштық кеңеюге физикалық балама ұсынады.

2012 жылы Эйнштейн гравитациясы стандарты шеңберінде жаңа бір сингулярсыз Жойқын серпіліс теориясы сәтті құрастырылды.^[10] Бұл теория материяның серпілуі мен экпиротикалық космологияның артықшылықтарын біріктіреді. Атап айтқанда, әйгілі BKL тұрақсызы (BKL instability) мәселесін, яғни біртекті және изотропты фондық космологиялық шешім анизотропты кернеудің (anisotropic stress) өсуінде тұрақсыз болуы мәселесін осы теория шешеді. Соныдай-ақ, зат тараюынан болған қисық тербеліс негізінен шамасы өзгермейтін алғашқы күш спектрін қалыптастыра алады және ол ғарыштық микротолқынды фоны (CMB) туралы бақылауларды түсіндірудің дәйекті жүйесін ұсынады.

Кейбір дереккөздер бойынша, Жойқын жарылыс болғаннан кейінгі Алып қара құрдымдардың үлкен көлемін түсіндіру қиын, мысалы ULAS J1342+0928,^[11], демек, бәлкім бұл Жойқын серпілістің дәлелі болар, яғни, бұл Алып қара құрдымдар Жойқын серпіліске дейін бар болған болуы мүмкін.^[12]^[13]

Тағы қараңыз

Абэй Аштекар – Үнді теориялық физигі
Антропологиялық принцип - барлық ғылыми бақылаулар ғалам мен бұл бақылауларды жүргізетін сезімтал организм - адамның үйлесімі деген философиялық алғышарт
Жойқын сығылу - Әлемнің түпкілікті тағдырына арналған теориялық сценарий
Жойқын сөгілу - Кеңеюдің экспоненталық өсу жылдамдығына негізделген космологиялық модель
Жойқын мұздау
Жалған вакуум - гипотетикалық вакуум, нағыз вакуумға қарағанда тұрақты емес
Мәңгілік қайталаным - Әлем және барлық тіршілік үнемі қайталанып отырады деген теория
Джон Арчибальд Уилер - американдық теориялық физик
Кванттық айналым космологиясы - Кванттық айналым гравитациясының шекті, симметриялы кішірейтілген моделі
Кванттық айналым гравитациясы - Кванттық гравитация теориясы, кванттық механика мен жалпы салыстырмалықтың бірлігі
Ғаламатжұлдыз - өз эволюциясының соңғы кезінде жарылып кеткен жұлдыз
Циклдік ғалам моделі
Жойқын жарылыс
Қара құрдым

Жалғасты оқу

Анга, Надер (2001). "Болмыстың кеңеюі мен тараюы" (Expansion & Contraction Within Being (Dahm)). Riverside, CA: M.T.O Shahmaghsoudi Publications. ISBN 0-910735-61-1.
Bojowald, Martin (2008). "Серпілген ғаламға ілесу (Follow the Bouncing Universe)". Scientific American 299 (October 2008): 44–51. Bibcode 2008SciAm.299d..44B. doi:10.1038/scientificamerican1008-44. PMID 18847084.
Magueijo João Жарық жылдамдығынан да тез: ғылыми жорамалды әңгіме (Faster than the Speed of Light: the Story of a Scientific Speculation) — Cambridge, MA: Perseus Publishing, 2003. — ISBN 978-0-7382-0525-0.
Taiebyzadeh, Payam (2017). Желі теориясы; біртұтастандыру теориясы және элемент бөлшектерінің ішкі өлшемдері" (String Theory; A unified theory and inner dimension of elementary particles (BazDahm).) Riverside, Iran: Shamloo Publications Center. ISBN 978-600-116-684-6.

Сыртқы сілтемелер

Overduin, James; Blome, Hans-Joachim; Hoell, Josef (2007). "Wolfgang Priester: Жойқын серпілістен Lambda билеген ғалам дейін (From the big bounce to the $\Lambda$ -dominated universe)". Naturwissenschaften 94 (6): 417–429. arXiv:astro-ph/0608644. Bibcode 2007NW.....94..417O. doi:10.1007/s00114-006-0187-x. PMID 17146687.
physics, Pitts Trevor: Қараңғы материя, антиматерия және уақыт симметриясы (Dark Matter, Antimatter and Time-Symmetry.) 1998
Penn State Researchers Ғаламның туылуын сыртынан қарау (Look Beyond The Birth Of The Universe) (Penn State) May 12, 2006
Жойқын жарылысқа дейін не болған еді? (What Happened Before the Big Bang?) (Penn State) July 1, 2007
Жойқын жарылыстан Жойққын серпіліске (From big bang to big bounce) (Pen State) NewScientist December 13, 2008
Nurgaliev, I. S. (2010). "Үйрілім арқылы сингулярлықтан сақтану (Singularities are averted by vortices)". Gravitation and Cosmology 16 (4): 313–315. Bibcode 2010GrCo...16..313N. doi:10.1134/S0202289310040092.
(ағыл.) Жойқын серпіліс теориясы деген не?

Дереккөздер

↑ ^a ^b Brandenberger, Robert; Peter, Patrick (2017). "Серпілмелі космологиялар: прогресс және проблемалар (Bouncing Cosmologies: Progress and Problems)". Foundations of Physics 47 (6): 797–850. arXiv:1603.05834. Bibcode 2017FoPh...47..797B. doi:10.1007/s10701-016-0057-0. ISSN 0015-9018.
↑ Kragh Helge Космология — Принстон, NJ: Принстон университеті баспасы, 1996. — ISBN 978-0-691-00546-1.
↑ Ingenious: Paul J. Steinhardt – The Princeton physicist on what's wrong with inflation theory and his view of the Big Bang, Nautilus, NautilusThink Inc. (25 September 2014). Тексерілді 31 наурыздың 2017.
↑ Steinhardt, Paul J.; Turok, Neil (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. ISSN 1387-6473.
↑ Lehners, Jean-Luc; Steinhardt, Paul J. (2013). "Planck 2013 results support the cyclic universe". Physical Review D 87 (12): 123533. arXiv:1304.3122. Bibcode 2013PhRvD..87l3533L. doi:10.1103/PhysRevD.87.123533. ISSN 1550-7998.
↑ Overduin, James; Hans-Joachim Blome; Josef Hoell (June 2007). "Wolfgang Priester: from the big bounce to the Λ-dominated universe". Naturwissenschaften 94 (6): 417–429. arXiv:astro-ph/0608644. Bibcode 2007NW.....94..417O. doi:10.1007/s00114-006-0187-x. ISSN 0028-1042. PMID 17146687.
↑ Bojowald, Martin (2007). "What happened before the Big Bang?". Nature Physics 3 (8): 523–525. Bibcode 2007NatPh...3..523B. doi:10.1038/nphys654. https://zenodo.org/record/896670.
↑ Ashtekar, Abhay; Corichi, Alejandro; Singh, Parampreet (2008). "Robustness of key features of loop quantum cosmology". Physical Review D 77 (2): 024046. arXiv:0710.3565. Bibcode 2008PhRvD..77b4046A. doi:10.1103/PhysRevD.77.024046.
↑ Poplawski, N. J. (2012). "Nonsingular, big-bounce cosmology from spinor-torsion coupling". Physical Review D 85 (10): 107502. arXiv:1111.4595. Bibcode 2012PhRvD..85j7502P. doi:10.1103/PhysRevD.85.107502.
↑ Cai, Yi-Fu; Damien Easson; Robert Brandenberger (2012). "Towards a Nonsingular Bouncing Cosmology". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2012 (8): 020. arXiv:1206.2382. Bibcode 2012JCAP...08..020C. doi:10.1088/1475-7516/2012/08/020.
↑ Found: Most Distant Black Hole. NASA (6 December 2017). — «"This black hole grew far larger than we expected in only 690 million years after the Big Bang, which challenges our theories about how black holes form," said study co-author Daniel Stern of NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California.» Тексерілді, 6 желтоқсан 2017.
↑ Jamie Seidel Black hole at the dawn of time challenges our understanding of how the universe was formed. News Corp Australia (7 December 2017). — «It had reached its size just 690 million years after the point beyond which there is nothing. The most dominant scientific theory of recent years describes that point as the Big Bang—a spontaneous eruption of reality as we know it out of a quantum singularity. But another idea has recently been gaining weight: that the universe goes through periodic expansions and contractions—resulting in a “Big Bounce”. And the existence of early black holes has been predicted to be a key telltale as to whether or not the idea may be valid. This one is very big. To get to its size—800 million times more mass than our Sun—it must have swallowed a lot of stuff. ... As far as we understand it, the universe simply wasn’t old enough at that time to generate such a monster.» Тексерілді, 9 желтоқсан 2017.
↑ Youmagazine staff A Black Hole that is more ancient than the Universe (Greek). You Magazine (Greece) (8 December 2017). — «This new theory that accepts that the Universe is going through periodic expansions and contractions is called "Big Bounce"» Тексерілді, 9 желтоқсан 2017.

[BrandenbergerPeter2017-1] Brandenberger, Robert; Peter, Patrick (2017). "Серпілмелі космологиялар: прогресс және проблемалар (Bouncing Cosmologies: Progress and Problems)". Foundations of Physics 47 (6): 797–850. arXiv:1603.05834. Bibcode 2017FoPh...47..797B. doi:10.1007/s10701-016-0057-0. ISSN 0015-9018.

[2] Kragh Helge Космология — Принстон, NJ: Принстон университеті баспасы, 1996. — ISBN 978-0-691-00546-1.

[Nautilus2014-3] Ingenious: Paul J. Steinhardt – The Princeton physicist on what's wrong with inflation theory and his view of the Big Bang, Nautilus, NautilusThink Inc. (25 September 2014). Тексерілді 31 наурыздың 2017.

[SteinhardtTurok2005-4] Steinhardt, Paul J.; Turok, Neil (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. ISSN 1387-6473.

[LehnersSteinhardt2013-5] Lehners, Jean-Luc; Steinhardt, Paul J. (2013). "Planck 2013 results support the cyclic universe". Physical Review D 87 (12): 123533. arXiv:1304.3122. Bibcode 2013PhRvD..87l3533L. doi:10.1103/PhysRevD.87.123533. ISSN 1550-7998.

[6] Overduin, James; Hans-Joachim Blome; Josef Hoell (June 2007). "Wolfgang Priester: from the big bounce to the Λ-dominated universe". Naturwissenschaften 94 (6): 417–429. arXiv:astro-ph/0608644. Bibcode 2007NW.....94..417O. doi:10.1007/s00114-006-0187-x. ISSN 0028-1042. PMID 17146687.

[Bojowald2007-7] Bojowald, Martin (2007). "What happened before the Big Bang?". Nature Physics 3 (8): 523–525. Bibcode 2007NatPh...3..523B. doi:10.1038/nphys654. https://zenodo.org/record/896670.

[8] Ashtekar, Abhay; Corichi, Alejandro; Singh, Parampreet (2008). "Robustness of key features of loop quantum cosmology". Physical Review D 77 (2): 024046. arXiv:0710.3565. Bibcode 2008PhRvD..77b4046A. doi:10.1103/PhysRevD.77.024046.

[9] Poplawski, N. J. (2012). "Nonsingular, big-bounce cosmology from spinor-torsion coupling". Physical Review D 85 (10): 107502. arXiv:1111.4595. Bibcode 2012PhRvD..85j7502P. doi:10.1103/PhysRevD.85.107502.

[10] Cai, Yi-Fu; Damien Easson; Robert Brandenberger (2012). "Towards a Nonsingular Bouncing Cosmology". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2012 (8): 020. arXiv:1206.2382. Bibcode 2012JCAP...08..020C. doi:10.1088/1475-7516/2012/08/020.

[NASA-20171206-11] Found: Most Distant Black Hole. NASA (6 December 2017). — «"This black hole grew far larger than we expected in only 690 million years after the Big Bang, which challenges our theories about how black holes form," said study co-author Daniel Stern of NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California.» Тексерілді, 6 желтоқсан 2017.

[News_com-AU_2017-12-07a-12] Jamie Seidel Black hole at the dawn of time challenges our understanding of how the universe was formed. News Corp Australia (7 December 2017). — «It had reached its size just 690 million years after the point beyond which there is nothing. The most dominant scientific theory of recent years describes that point as the Big Bang—a spontaneous eruption of reality as we know it out of a quantum singularity. But another idea has recently been gaining weight: that the universe goes through periodic expansions and contractions—resulting in a “Big Bounce”. And the existence of early black holes has been predicted to be a key telltale as to whether or not the idea may be valid. This one is very big. To get to its size—800 million times more mass than our Sun—it must have swallowed a lot of stuff. ... As far as we understand it, the universe simply wasn’t old enough at that time to generate such a monster.» Тексерілді, 9 желтоқсан 2017.

[YouMagazine2017-12-08a-13] Youmagazine staff A Black Hole that is more ancient than the Universe (Greek). You Magazine (Greece) (8 December 2017). — «This new theory that accepts that the Universe is going through periodic expansions and contractions is called "Big Bounce"» Тексерілді, 9 желтоқсан 2017.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]