ЩО ТАКЕ КОЛИВАЛЬНА ТЕОРІЯ ВСЕСВІТУ? - НАУКА - 2025

Коливання всесвіт або циклічна всесвіт теорія припускає , що Всесвіт розширюється і стискується до нескінченності. Річард Толман (1881-1948), математик Каліфорнійського технологічного інституту, запропонував математичну теорію пульсуючого Всесвіту близько 1930 року.

Але ідея не була новою для Толмана, оскільки стародавні ведичні писання вже пропонували щось подібне близько 1500 р. До н.е., вказуючи, що весь Всесвіт містився в космічному яйці під назвою Брахманда.

Малюнок 1. Вид на глибокий Всесвіт від Хаббла. В даний час Всесвіт розширюється, але відповідно до коливальної теорії Всесвіту настає час, коли він стискається. Джерело: Wikimedia Commons.

Завдяки Едвіну Хабблу (1889-1953) доведено, що Всесвіт в даний час розширюється, що, на думку більшості астрономів, в даний час прискорюється.

Коливальна пропозиція теорії Всесвіту

Толман пропонує те, що розширення Всесвіту відбувається завдяки первинному імпульсу Великого Вибуху і припиниться, коли зазначений імпульс припиниться внаслідок дії сили тяжіння.

Дійсно, російський космолог Олександр Фрідман (1888-1925) вже математично вніс у 1922 р. Ідею критичної щільності Всесвіту, нижче якої вона розширюється, а гравітація не зможе її запобігти, перебуваючи над нею, та сама Гравітація запобігає розширенню і спричиняє її скорочення до руйнування.

Що ж, у своїй теорії Толман передбачає, що щільність Всесвіту досягне точки, в якій розширення припиняється завдяки гравітаційному гальму, і розпочнеться фаза стиснення, що називається Big Crunch.

Під час цієї фази галактики будуть рости все ближче та ближче, утворюючи величезну, неймовірно щільну масу, спричиняючи передбачуваний крах.

Теорія також постулює, що Всесвіт не має конкретного початку і кінця, оскільки він будується і руйнується по черзі протягом циклів мільйонів років.

Первісна матерія

Більшість космологів сприймає теорію Великого вибуху як походження Всесвіту, яке утворилося завдяки великому споконвічному вибуху, із специфічної форми матерії та енергії немислимої щільності та величезної температури.

З цього великого початкового атома виникли елементарні частинки, які ми знаємо: протони, електрони та нейтрони у формі, що називається йлем, грецьке слово, яке мудрий Арістотель використовував для позначення споконвічної речовини, джерела всієї матерії.

Йлем поступово охолоджувався, коли він розширювався, з кожним разом стаючи менш щільним. Цей процес залишив радіаційний слід у Всесвіті, який зараз був виявлений: фон мікрохвильового випромінювання.

Елементарні частинки почали поєднуватися між собою і утворювати відоме нам питання за лічені хвилини. Тож йлем послідовно трансформувався в одну і іншу субстанцію. Ідея ylem - саме те, що породило ідею пульсуючого Всесвіту.

Згідно з пульсуючою теорією Всесвіту, перш ніж досягти цієї експансивної фази, в якій ми зараз перебуваємо, можливо, існувала інша всесвіт, схожа на поточну, яка скоротилася і утворювала йлем.

А може, наш - це перший із циклічних всесвітів, які відбудуться в майбутньому.

Великий вибух, великий хрускіт та ентропія

За Толманом, кожна послідовність коливань у Всесвіті починається з Великого вибуху, в якому йлем породжується вся матерія, про яку ми знаємо, і закінчується Великим кризмом, крахом, в який руйнується Всесвіт.

У проміжку часу між одним і іншим Всесвіт розширюється, поки гравітація не зупинить його.

Однак, як зрозумів сам Толман, проблема полягає в другому законі термодинаміки, де зазначено, що ентропія - ступінь розладу - системи ніколи не зменшується.

Тому кожен цикл повинен був бути довшим попереднього, якби Всесвіт міг зберегти пам'ять про свою попередню ентропію. Збільшуючи тривалість кожного циклу, настане момент, коли Всесвіт прагне розширюватися нескінченно.

Інший наслідок полягає в тому, що згідно з цією моделлю Всесвіт є кінцевим і в якийсь віддалений момент минулого він, мабуть, мав своє походження.

Щоб виправити проблему, Толман заявив, що, включивши релятивістську термодинаміку, такі обмеження зникнуть, що дозволить невизначений ряд скорочень і розширень Всесвіту.

Еволюція Всесвіту

Малюнок 2. Параметр щільності визначає три можливі геометрії Всесвіту. Джерело: NASA через Wikimedia Commons.

Російський космолог Олександр Фрідман, який також був великим математиком, відкрив три рішення рівнянь Ейнштейна. Це 10 рівнянь, які є частиною теорії відносності і описують, як криві простору і часу через наявність речовини і сили тяжіння.

Три рішення Фрідмана приводять до трьох моделей Всесвіту: одна закрита, одна відкрита і третя квартира. Можливості цих трьох рішень:

-Поширення Всесвіту може перестати розширюватися та стискатися знову.

-Всесвіт, що розширюється, може досягти стану рівноваги.

-Поширення може тривати до нескінченності.

Великий розрив

Швидкість розширення Всесвіту і кількість речовини, що знаходиться в ньому, є ключем до визнання правильного рішення серед трьох згаданих.

Фрідманн підрахував, що критична щільність, про яку йдеться на початку, становить плюс-мінус 6 атомів водню на кубічний метр. Пам’ятайте, що водень та гелій є головними продуктами йлема після Великого вибуху та найпоширенішими елементами у Всесвіті.

До цього часу вчені погоджуються, що щільність нинішнього Всесвіту дуже низька, таким чином, що з ним неможливо генерувати силу тяжіння, що уповільнює розширення.

Тоді наш Всесвіт був би відкритим Всесвітом, який міг би закінчитися Великою Сльозою або Великим розривом, де матерія розділена на субатомні частинки, які ніколи не повернуться разом. Це був би кінець Всесвіту, про який ми знаємо.

Темна матерія є ключовою

Але ви повинні врахувати існування темної матерії. Темну матерію не можна побачити або виявити безпосередньо, принаймні поки що. Але його гравітаційні ефекти дійсно, оскільки його наявність пояснює зміни гравітації в багатьох зірках і системах.

Оскільки вважається, що темна речовина займає до 90% Всесвіту, можливо, наш Всесвіт закритий. У такому випадку гравітація змогла б компенсувати розширення, привівши його до Великого кризу, як описано раніше.

У будь-якому випадку, це захоплююча ідея, в якій ще багато місця для спекуляцій. Надалі можливо, що справжня природа темної матерії, якщо вона існує, виявиться.

Для цього вже є експерименти в лабораторіях Міжнародної космічної станції. Тим часом на місцях проводяться також експерименти для отримання темної речовини з нормальної речовини. Результати результатів стануть ключовими для розуміння справжньої природи Всесвіту.

Список літератури

1. Краг, Х. Циклічні моделі релятивістської всесвіту. Відновлено з: arxiv.org.
2. Перес, І. Походження та кінець Всесвіту. Відновлено з: revistaesfinge.com.
3. SC633. Витоки Всесвіту. Відновлено з: sc663b2wood.weebly.com.
4. Віллануєва, Дж. Осцилююча теорія Всесвіту. Відновлено: universetoday.com.
5. Вікіпедія. Циклічна модель. Відновлено з: en.wikipedia.org.
6. Вікіпедія. Форма Всесвіту. Відновлено з: en.wikipedia.org.