Экпиротическая модель Вселенной: альтернатива теории Большого взрыва
Ekpyrotic universe
Экпиротическая Вселенная: альтернатива теории Большого взрыва. Модель объясняет структуру космоса и предлагает цикличную историю Вселенной, ответ на вопрос "Что было до?".
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Космологическая модель
Cosmological model
Экпиротическая вселенная (,/ɛ//k//p//aɪ/'/r//ɒ//t//ɪ//k/) — это космологическая модель ранней Вселенной, объясняющая происхождение крупномасштабной структуры космоса. Эта модель также включена в теорию циклической Вселенной (или теорию экпиротической циклической Вселенной), которая предлагает полную космологическую историю, охватывающую прошлое и будущее.
The ekpyrotic universe (,/ɛ//k//p//aɪ/'/r//ɒ//t//ɪ//k/) is a cosmological model of the early universe that explains the origin of the large scale structure of the cosmos. The model has also been incorporated in the cyclic universe theory (or ekpyrotic cyclic universe theory), which proposes a complete cosmological history, both the past and future.
Происхождение
Оригинальная модель экпиротика была представлена Джастином Хури, Бертом Обрутом, Полом Стейнхардтом и Нилом Туроком в 2001 году. Стейнхардт придумал название, основанное на древнегреческом слове ekpyrosis (ἐκπύρωσις, "конфлаграция"), которое относится к стоической космологической модели, в которой Вселенная заключена в вечный цикл огненного рождения, охлаждения и возрождения. Теория отвечает на фундаментальный вопрос, остающийся без ответа в инфляционной модели Большого взрыва: "Что произошло до Большого взрыва?". Согласно экпиротической теории, объяснение заключается в том, что Большой взрыв был на самом деле большим отскоком – переходом от предыдущей эпохи сжатия к нынешней эпохе расширения. Ключевые события, сформировавшие нашу Вселенную, произошли до отскока, и, в циклической версии, Вселенная испытывает отскоки через регулярные интервалы.
The original ekpyrotic model was introduced by Justin Khoury, Burt Ovrut, Paul Steinhardt and Neil Turok in 2001. Steinhardt created the name based on the Ancient Greek word ekpyrosis (ἐκπύρωσις, "conflagration"), which refers to a Stoic cosmological model in which the universe is caught in an eternal cycle of fiery birth, cooling and rebirth. The theory addresses the fundamental question that remains unanswered by the Big Bang inflationary model, "What happened before the Big Bang?" The explanation, according to the ekpyrotic theory, is that the Big Bang was actually a big bounce, a transition from a previous epoch of contraction to the present epoch of expansion. The key events that shaped our universe occurred before the bounce, and, in a cyclic version, the universe bounces at regular intervals.
Применение теории
Первоначальные экпиротические модели опирались на теорию струн, браны и дополнительные измерения, но большинство современных экпиротических и циклических моделей используют те же физические компоненты, что и инфляционные модели (квантовые поля, эволюционирующие в обычном пространстве-времени). Подобно космологии Большого взрыва, теория экпиротики точно описывает ключевые особенности нашей Вселенной. Она предсказывает однородную, плоскую Вселенную с узорами горячих и холодных пятен, что согласуется с наблюдениями космического микроволнового фона (CMB), подтвержденными с большей точностью экспериментами спутников WMAP и Planck. Наблюдения CMB долгое время считались свидетельством Большого взрыва, однако сторонники экпиротической и циклической теорий утверждают, что CMB также согласуется с Большим отскоком, постулируемым в этих моделях. Другие исследователи считают, что данные наблюдений Planck CMB "существенно ограничивают допустимое пространство параметров экпиротических/циклических сценариев". Обнаружение первичных гравитационных волн, если оно когда-либо произойдет, может помочь ученым различить различные теории о происхождении Вселенной.
The original ekpyrotic models relied on string theory, branes and extra dimensions, but most contemporary ekpyrotic and cyclic models use the same physical ingredients as inflationary models (quantum fields evolving in ordinary space time). Like Big Bang cosmology, the ekpyrotic theory has accurately described essential features of our universe. It predicts a uniform, flat universe with patterns of hot spots and cold spots, in agreement with observations of the cosmic microwave background (CMB), observations confirmed to higher precision by the WMAP and Planck satellite experiments. Observation of a CMB has long been considered evidence of the Big Bang, but proponents of the ekpyrotic and cyclic theories contend that the CMB is also consistent with a Big Bounce as posited in those models. Other researchers argue that data from the Planck observations of the CMB "significantly limit the viable parameter space of the ekpyrotic/cyclic scenarios." Primordial gravitational waves, if ever observed, may help scientists distinguish between various theories about the origin of the universe.
Последствия для космологии
Преимущество экпиротических и циклических моделей заключается в том, что они не порождают мультивселенную. Это важно, поскольку при правильном учете эффектов квантовых флуктуаций в инфляционной модели Большого взрыва, они препятствуют достижению Вселенной однородности и плоскостности, которые космологи стремятся объяснить. Вместо этого, усиленные квантовые флуктуации приводят к распаду Вселенной на области с каждой возможной комбинацией физических свойств. Вместо того чтобы делать чёткие предсказания, теория инфляции Большого взрыва допускает любые исходы, так что наблюдаемые нами свойства можно рассматривать как случайность, обусловленную конкретной областью мультивселенной, в которой находится Земля. Большинство областей мультивселенной имели бы совершенно иные свойства. Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг предположил, что если мультивселенная существует, то надежда найти рациональное объяснение точным значениям масс кварков и других констант Стандартной модели, которые мы наблюдаем в нашем Большом взрыве, обречена, поскольку их значения были бы случайностью, обусловленной той частью мультивселенной, в которой мы живем.
An advantage of ekpyrotic and cyclic models is that they do not produce a multiverse. This is important because when the effects of quantum fluctuations are properly included in the Big Bang inflationary model, they prevent the universe from achieving the uniformity and flatness that the cosmologists are trying to explain. Instead, inflated quantum fluctuations cause the universe to break up into patches with every conceivable combination of physical properties. Instead of making clear predictions, the Big Bang inflationary theory allows any outcome, so that the properties we observe may be viewed as random chance, resulting from the particular patch of the multiverse in which the Earth resides. Most regions of the multiverse would have very different properties. Nobel laureate Steven Weinberg has suggested that if the multiverse is true, “the hope of finding a rational explanation for the precise values of quark masses and other constants of the standard model that we observe in our Big Bang is doomed, for their values would be an accident of the particular part of the multiverse in which we live.”
Трудно согласовать идею о том, что свойства нашей Вселенной являются случайностью и проистекают из теории, допускающей существование мультивселенной других возможностей, с тем фактом, что Вселенная необычайно проста (однородна и плоская) в больших масштабах, и что элементарные частицы, по-видимому, описываются простыми симметриями и взаимодействиями. Кроме того, концепция случайности не может быть опровергнута экспериментом, поскольку любые будущие эксперименты можно рассматривать как дополнительные случайные факторы. В экпиротических и циклических моделях сглаживание и выравнивание происходят в период медленного сжатия, поэтому квантовые флуктуации не усиливаются и не могут породить мультивселенную. В результате экпиротические и циклические модели предсказывают простые физические свойства, которые согласуются с текущими экспериментальными данными, не порождая мультивселенную.
The idea that the properties of our universe are an accident and come from a theory that allows a multiverse of other possibilities is hard to reconcile with the fact that the universe is extraordinarily simple (uniform and flat) on large scales and that elementary particles appear to be described by simple symmetries and interactions. Also, the accidental concept cannot be falsified by an experiment since any future experiments can be viewed as yet other accidental aspects. In ekpyrotic and cyclic models, smoothing and flattening occurs during a period of slow contraction, so quantum fluctuations are not inflated and cannot produce a multiverse. As a result, the ekpyrotic and cyclic models predict simple physical properties that are consistent with current experimental evidence without producing a multiverse.