Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ғаламның пайда болуының моделі
Model for the origin of the universe
Үлкен секіру гипотезасы – белгілі ғаламның пайда болуының космологиялық моделі. Бұл гипотеза бастапқыда циклдік модель немесе Ұлы Жарқынның осцилляциялық ғалам түсіндірмесінің бір кезесі ретінде ұсынылды, онда алғашқы космологиялық оқиға бұрынғы ғаламның құлауының нәтижесі болды. 1980-ші жылдардың басында инфляция теориясы пайда болғаннан кейін, бұл гипотезаға көп көңіл бөлді. Инфляция теориясы ғаламның ірі масштабты құрылымын ашып көрсеткен байқаулардың нәтижесінде туған горизонт мәселесіне шешім болды. Инфляция мәңгілік екені анықталды, ол әртүрлі қасиеттері бар шексіз көптеген ғаламдарды құрады, соның салдарынан байқалатын ғаламның қасиеттерінің кездейсоқ екендігі анықталды. Үлкен секіруді қамтитын баламалы концепция горизонт мәселесіне болжамды және жолдан тартуға болатын шешім ретінде қарастырылды. 2022 жылға дейін зерттеулер жалғасты.
The Big Bounce hypothesis is a cosmological model for the origin of the known universe. It was originally suggested as a phase of the cyclic model or oscillatory universe interpretation of the Big Bang, where the first cosmological event was the result of the collapse of a previous universe. It receded from serious consideration in the early 1980s after inflation theory emerged as a solution to the horizon problem, which had arisen from advances in observations revealing the large scale structure of the universe. Inflation was found to be inevitably eternal, creating an infinity of different universes with typically different properties, suggesting that the properties of the observable universe are a matter of chance. An alternative concept that included a Big Bounce was conceived as a predictive and falsifiable possible solution to the horizon problem. Investigation continued as of 2022.
Кеңейту және қысқарту
Үлкен секіру тұжырымдамасы Үлкен жарылысты қысқару кезеңінен кейін кеңею кезеңінің басталуы ретінде қарастырады. Осы көзқарас бойынша, «Ұлы түйісу»ден кейін «Ұлы жарылыс» немесе, тікелей айтқанда, «Үлкен секіру» болуы мүмкін. Бұл тұжырымдама біздің шексіз ғаламдар тізбегінде кез келген нүктеде өмір сүре алатынымызды, немесе керісінше, қазіргі ғаламның алғашқы итерациясы болуы мүмкін екенін ұсынады. Дегенмен, егер «секірістер арасындағы» фазаның жағдайы – «алғашқы атом гипотезасы» – толыққанды жағдайға ие болса, онда мұндай санаудың мәні болмауы мүмкін, себебі бұл жағдай әрбір жағдайда уақыт бойынша сингулярлықты білдіруі мүмкін, егер мұндай мәңгілік қайталаулар (циклдар) абсолютті және ешқандай айырмашылығы болмаса. Үлкен секірудің кванттық теориясының негізгі идеясы – тығыздық шексіздікке жақындағанда кванттық көпіршіктің мінез-құлқы өзгереді. Вакуумдағы жарық жылдамдығын қоса алғанда, барлық фундаментальды физикалық тұрақтылар, Үлкен түйісу кезінде тұрақты болуы міндетті емес, әсіресе өлшеу мүмкін емес уақыт аралығында (шамамен 10−43 секундқа тең Планк уақытының бір бірлігі) иілу нүктесін қамтитын немесе одан өтетін кезде.
The concept of the Big Bounce envisions the Big Bang as the beginning of a period of expansion that followed a period of contraction. In this view, one could talk of a "Big Crunch" followed by a "Big Bang" or, more simply, a "Big Bounce". This concept suggests that we could exist at any point in an infinite sequence of universes, or conversely, the current universe could be the very first iteration. However, if the condition of the interval phase "between bounces"—considered the "hypothesis of the primeval atom"—is taken into full contingency, such enumeration may be meaningless because that condition could represent a singularity in time at each instance if such perpetual repeats (cycles) were absolute and undifferentiated. The main idea behind the quantum theory of a Big Bounce is that, as density approaches infinity, the behavior of quantum foam changes. All the so called fundamental physical constants, including the speed of light in vacuum, need not remain constant during a Big Crunch, especially in the time interval smaller than that in which measurement may never be possible (one unit of Planck time, roughly 10−43 seconds) spanning or bracketing the point of inflection.
Тарих
Үлкен секіру модельдерін негізінен эстетикалық негізде космологтар, соның ішінде Виллем де Ситтер, Карл Фридрих фон Вайцзекер, Джордж МакВити және Джордж Гамов (олар "физикалық тұрғыдан біз құлдырау алдындағы кезеңді толығымен ұмытуымыз керек" деп атап көрсетті) қолдады. 1980 жылдардың басында бақылаулық космологияның алға басуы мен ауқымы ғаламның ірі масштабтағы құрылымы жалпақ, біртекті және изотроптық екенін көрсетті, бұл кейіннен шамамен 300 миллион жарық жылынан тыс масштабтарда қолданылатын космологиялық принцип ретінде қабылданды. Бұл космологтарды көкжиек проблемасына түсінік іздеуге итермеледі, ол ғаламның алыс аймақтарында қалай байланыс сияқты жарықсыз бірдей қасиеттер болуы мүмкін деп күмән келтірді. Шешімнің бірі ғаламның ертедегі экспоненциалды кеңею кезеңі болуы керек еді, бұл инфляция теориясы ретінде белгілі болғанның негізін құрады. Қысқа инфляциялық кезеңнен кейін ғаламның кеңейуі баяу жылдамдықпен жалғасуда. Инфляция теориясының әртүрлі тұжырымдамалары және олардың егжей-тегжейлі әсерлері қарқынды теориялық зерттеудің тақырыбы болды. Басты шешімнің жоқтығы инфляция көкжиек мәселесін шешудің басты жолы болды. "Big Bounce" фразы 1987 жылы ғылыми әдебиетте пайда болды, ол алғаш рет Вольфганг Пристер мен Ханс Йоахим Бломның Stern und Weltraum журналында (неміс тілінде) екі мақаланың атауларында қолданылды. Ол 1988 жылы Иосиф Розенталдың Big Bang, Big Bounce, орыс тіліндегі кітаптың (өзге атаумен) қайта қаралған ағылшын тіліндегі аудармасы және 1991 жылы Priester and Blome in Astronomy and Astrophysics ағылшын тіліндегі мақаласында қайта пайда болды. Бұл сөз тіркесі 1969 жылы Элмор Леонардтың романының атауы ретінде пайда болды, көп ұзамай 1965 жылы Пензиас пен Уилсонның ғаламдық микротолқынды фонды ашуымен Үлкен жарылыс моделі туралы жұртшылықтың хабардарлығы артып кетті. Ерте ғаламда үлкен серпіліс болғаны туралы идея циклдік кванттық гравитацияға негізделген жұмыстарда әртүрлі қолдау тапты. Лүпектік кванттық космологияда, бұл кванттық гравитацияның бір саласы, үлкен серпіліс алғаш рет 2006 жылдың ақпан айында Пенсильвания мемлекеттік университетінің Абхай Аштекар, Томаш Павловски және Парампрет Сингхтермен изотроптық және гомогенді модельдер үшін ашылды. Бұл нәтиже әртүрлі топтар арқылы әртүрлі басқа модельдерге жалпыландырылды және кеңістіктік қисықтық, космологиялық тұрақты, анизотропиялар және Фок кванттық біртектіліксіздігі жағдайын қамтиды. Пенсильвания мемлекеттік университетінің физика профессоры Мартин Божовальд 2007 жылдың шілдесінде loop кванттық гравитациямен байланысты жұмысты егжей-тегжейлі баяндап, Үлкен жарылыстан бұрын математикалық түрде шешуді талап етті, бұл тербелісті ғаламға және Үлкен секіру теорияларына жаңа салмақ береді. Үлкен жарылыс теориясының басты мәселелерінің бірі - Үлкен жарылыс кезінде нөлдік көлем мен шексіз энергияның сингулярлығы бар. Бұл әдетте физиканың, біздің білетініміздей, бұзылуы ретінде түсіндіріледі; бұл жағдайда, жалпы салыстырмалылық теориясы. Сондықтан кванттық эффекттер маңызды болады деп күтіледі және сингулярлықтан аулақ болады. Алайда, циклдік кванттық космологиядағы зерттеулер бұрыннан бар ғаламның сингулярлық емес, гравитацияның кванттық әсерлері қатты кері қайтарылатын нүктеге құлап, ғаламның кері қайтып, жаңа тармақты құрайтынын көрсетті. Бұл құлдырау мен серпіліс кезінде эволюция бірлікте жүреді. Божовальд сонымен қатар біздің әлемді қалыптастыру үшін құлаған ғаламның кейбір қасиеттерін анықтауға болады деп мәлімдеді; алайда басқа қасиеттер белгілі бір белгісіздік принципіне байланысты анықталмайды. Бұл нәтиже әртүрлі топтармен таласқа түсті, олар белгісіздік қағидасынан туындайтын ауытқуларға шектеулер салдарынан, кері қайту бойынша салыстырмалы ауытқулардың өзгеруіне күшті шектеулер бар екенін көрсетеді. Үлкен секірудің бар екендігі әлі де циклдік кванттық гравитациядан дәлелденбесе де, оның негізгі ерекшеліктерінің беріктігі циклдік кванттық космологияда жоғары өнімділіктегі есептеулерді қолдана отырып, сандық симуляцияларды қамтитын бірнеше зерттеулер мен нақты нәтижелерді қолдану арқылы расталды. 2006 жылы Үлкен жарылыс космологиясына циклдік кванттық гравитация әдістерін қолдану циклдік болмауы керек болатын секіруге әкелуі мүмкін деп ұсынылды. 2010 жылы Роджер Пенроуз "конформды циклдік космология" деп атаған жалпы салыстырмалылық теориясына негізделген теорияны ұсынды. Теория бойынша, ғалам барлық материя ыдырап, ақырында жарыққа айналғанша кеңейеді. Ғаламда ешнәрсе уақыт немесе қашықтық масштабымен байланысты болмағандықтан, ғалам Үлкен жарылыспен бірдей болады, нәтижесінде Үлкен қысым келесі Үлкен жарылысқа айналады, осылайша келесі цикл жалғасады. 2011 жылы Никодем Поплавски Эйнштейн-Картан-Шиама-Киббл гравитация теориясында табиғи түрде пайда болатын сингулярлық емес Үлкен секіруді көрсетті. Бұл теория жалпы салыстырмалылықты аффиндік байланыстың симметриясының шектеуін алып тастау және оның антисимметриялық бөлігін, бұрылу тензорын, динамикалық айнымалы ретінде қарастыру арқылы кеңейтеді. Бұрылу мен Дирак спиноры арасындағы минималды байланыс фермиондық материядағы өте жоғары тығыздықтарда маңызды болатын спин-спин өзара әрекеттесуін тудырады. Мұндай өзара әрекеттесу физикалық емес Үлкен жарылыс сингулярлығын болдырмайды, оны шектік минималды масштаб факторындағы иіс сияқты секірумен ауыстырады, ал бұрын ғалам қысылып жатқан. Бұл сценарий қазіргі ғаламның ең үлкен масштабтарында кеңістік жазық, біртекті және изотроптық болып көрінуін де түсіндіреді, бұл космостық инфляцияға физикалық балама ұсынады. 2012 жылы стандартты Эйнштейн гравитациясы шеңберінде сингулярлық емес Үлкен секірудің жаңа теориясы құрылды. Бұл теория материялық секіру мен экпиротикалық космологияның артықшылықтарын біріктіреді. Атап айтқанда, гомогенді және изотроптық фоновое космологиялық шешімде БКЛ тұрақсыздығы анизотроптық стрестің өсуіне тұрақсыз, ол осы теорияда шешіледі. Сонымен қатар, материялық қысылуда туындаған қисықтық пертурбациялары дерлік масштабты инвариантты бастапқы қуат спектрін құра алады және осылайша ғаламдық микротолқынды фонды (CMB) бақылауларын түсіндіруге тұрақты механизмді қамтамасыз етеді. Кейбір дереккөздер алыс, өте массивті қара тесіктердің, олардың үлкен өлшемі Үлкен жарылыстан кейін көп ұзамай пайда болуын түсіндіру қиын, мысалы ULAS J1342+0928, Үлкен секірудің дәлелі болуы мүмкін екенін айтады, бұл өте массивті қара тесіктер Үлкен секіруден бұрын қалыптасқан.
Big Bounce models were endorsed on largely aesthetic grounds by cosmologists including Willem de Sitter, Carl Friedrich von Weizsäcker, George McVittie, and George Gamow (who stressed that "from the physical point of view we must forget entirely about the precollapse period"). By the early 1980s, the advancing precision and scope of observational cosmology had revealed that the large scale structure of the universe is flat, homogeneous, and isotropic, a finding later accepted as the cosmological principle to apply at scales beyond roughly 300 million light years. This led cosmologists to seek an explanation to the horizon problem, which questioned how distant regions of the universe could have identical properties without ever being in light like communication. A solution was proposed to be a period of exponential expansion of space in the early universe, which formed the basis of what became known as inflation theory. Following the brief inflationary period, the universe continues to expand at a slower rate. Various formulations of inflation theory and their detailed implications became the subject of intense theoretical study. Without a compelling alternative, inflation became the leading solution to the horizon problem. The phrase "Big Bounce" appeared in scientific literature in 1987, when it was first used in the title of a pair of articles (in German) in Stern und Weltraum by Wolfgang Priester and Hans Joachim Blome. It reappeared in 1988 in Iosif Rozental's Big Bang, Big Bounce, a revised English language translation of a Russian language book (by a different title), and in a 1991 English language article by Priester and Blome in Astronomy and Astrophysics. The phrase originated as the title of a novel by Elmore Leonard in 1969, shortly after increased public awareness of the Big Bang model with of the discovery of the cosmic microwave background by Penzias and Wilson in 1965. The idea of the existence of a big bounce in the very early universe has found diverse support in works based on loop quantum gravity. In loop quantum cosmology, a branch of loop quantum gravity, the big bounce was first discovered in February 2006 for isotropic and homogeneous models by Abhay Ashtekar, Tomasz Pawlowski, and Parampreet Singh at Pennsylvania State University. This result has been generalized to various other models by different groups, and includes the case of spatial curvature, cosmological constant, anisotropies, and Fock quantized inhomogeneities. Martin Bojowald, an assistant professor of physics at Pennsylvania State University, published a study in July 2007 detailing work related to loop quantum gravity that claimed to mathematically solve the time before the Big Bang, which would give new weight to the oscillatory universe and Big Bounce theories. One of the main problems with the Big Bang theory is that there is a singularity of zero volume and infinite energy at the moment of the Big Bang. This is normally interpreted as a breakdown of physics as we know it; in this case, of the theory of general relativity. This is why one expects quantum effects to become important and avoid a singularity. However, research in loop quantum cosmology purported to show that a previously existing universe collapses not to a singularity, but to a point where the quantum effects of gravity become so strongly repulsive that the universe rebounds back out, forming a new branch. Throughout this collapse and bounce, the evolution is unitary. Bojowald also claimed that some properties of the universe that collapsed to form ours can be determined; however, other properties are not determinable due to some uncertainty principle. This result has been disputed by different groups, which show that due to restrictions on fluctuations stemming from the uncertainty principle, there are strong constraints on the change in relative fluctuations across the bounce. While the existence of the Big Bounce has still to be demonstrated from loop quantum gravity, the robustness of its main features has been confirmed using exact results and several studies involving numerical simulations using high performance computing in loop quantum cosmology. In 2006, it was proposed that the application of loop quantum gravity techniques to Big Bang cosmology can lead to a bounce that need not be cyclic. In 2010, Roger Penrose advanced a general relativity based theory which he called the "conformal cyclic cosmology". The theory explains that the universe will expand until all matter decays and ultimately turns to light. Since nothing in the universe would have any time or distance scale associated with it, the universe becomes identical with the Big Bang, resulting in a type of Big Crunch that becomes the next Big Bang, thus perpetuating the next cycle. In 2011, Nikodem Popławski showed that a nonsingular Big Bounce appears naturally in the Einstein–Cartan–Sciama–Kibble theory of gravity. This theory extends general relativity by removing a constraint of the symmetry of the affine connection and regarding its antisymmetric part, the torsion tensor, as a dynamical variable. The minimal coupling between torsion and Dirac spinors generates a spin spin interaction which is significant in fermionic matter at extremely high densities. Such an interaction avoids the unphysical Big Bang singularity, replacing it with a cusp like bounce at a finite minimum scale factor, before which the universe was contracting. This scenario also explains why the present Universe at the largest scales appears spatially flat, homogeneous, and isotropic, providing a physical alternative to cosmic inflation. In 2012, a new theory of a nonsingular Big Bounce was constructed within the frame of standard Einstein gravity. This theory combines the benefits of matter bounce and ekpyrotic cosmology. Particularly, in the homogeneous and isotropic background cosmological solution, the BKL instability is unstable to the growth of anisotropic stress, which is resolved in this theory. Moreover, curvature perturbations seeded in matter contraction can form a nearly scale invariant primordial power spectrum and thus provide a consistent mechanism to explain the cosmic microwave background (CMB) observations. A few sources argue that distant supermassive black holes whose large size is hard to explain so soon after the Big Bang, such as ULAS J1342+0928, may be evidence for a Big Bounce, with these supermassive black holes being formed before the Big Bounce.
Сыншылар
23 мамырда «Physical Review Letters» журналында жарияланған зерттеуге сәйкес, Үлкен серпіліс алғашқы жарықта, яғни ғарыштық микротолқындық фонда (CMB) із қалдыруы тиіс еді. Бірақ «Планк» спутнигінің жүргізген бақылауларын, Ғалам бір рет серпілген жағдайдағы симуляцияланған CMB-мен салыстырғанда, осы серпіліс іздері табылмады.
According to a study published in Physical Review Letters on May 23, the Big Bounce should have left marks in the primordial light, known as the cosmic microwave background (CMB), but comparing observations conducted by the Planck satellite with the simulated CMB in the case the Universe bounced on itself only once, that particular bounce signature was not found.