我们以前一直在这里吗? ©Getty Images.

我们以前一直在这里吗?

宇宙从137亿年前的灾难爆炸出现在哪个空间,时间和物质都是创造的。所以在我们自己面前存在的宇宙和文明存在的理论上有真相吗?罗伯特马修斯调查

大爆炸通常被认为是一切的开始 - 甚至是空间和时间。但是空间和时间的新理论到一个彻底不同的图片,其中大爆炸真的是早期宇宙的重大反弹。一些理论家甚至声称可能会在大爆炸之前探测,在我们自己之前了解宇宙。这些要求将通过普朗克推出,一个能够检测到宇宙是最新的一系列循环的迹象的轨道观测所。

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大爆炸前发生了什么?这是一个如此令人困惑的问题,即使是斯蒂芬霍金的喜欢已经将其解雇为超越答案。但是,在我们对空间和时间的基本性质的理解中突破正在提示理论家建议,现在可以进入过去,看看宇宙的​​开始 - 甚至在那之前。
现在有一种日益增长的信念,即大爆炸不是一个宇宙第一次出生的那一刻 - 它只是最新的宇宙诞生和死亡周期。如果宇宙在我们面前存在,那么这肯定意味着生活,某种形式也可能存在。
“循环宇宙”的理论即将进行测试,随着普朗克的推出,一个轨道的天文台,将研究大爆炸的后果,以前所未有的细节,寻找关于创造当今宇宙的线索约13.7十亿年前。
许多东部宗教在创作的账户中长期以来包括一个宇宙的想法。现在才被科学家认真对待,即使它差不多是几乎一个世纪以前的可能性。当Albert Einstein应用他的重力理论 - 称为一般相对论(GR) - 到宇宙中,他预计它预测空间是无限的,静态和永恒的。但他的等式揭示了一系列可能的宇宙 - 包括通过无尽周期的人。
这种宇宙为大爆炸前发生的事情提供了解决方案。但是,这个想法在20世纪30年代被美国物理学理查德托尔曼的致命打击造成了明显致命的打击。他声称宇宙内的辐射量会随着每个周期而增长,每个循环都持续更长时间。但是,如果我们的宇宙只是最新的无限数量,那么它现在应该含有无限量的能量 - 它显然没有。
然而,Tolman的论点包含一个至关重要的缺陷。它假设爱因斯坦的等式可以在一个宇宙从另一个宇宙中出现时可以信任 - 他们不能。相反,他们在大爆炸的精确时刻去了Haywire,预测零体积的无限高温的状态称为“奇点” - 非常不可能的条件。因此,没有人可以确定在每个宇宙周期之间发生辐射发生的情况。
理论
两个竞争对手的想法可以解释循环宇宙M-理论
尝试为宇宙中的所有力和粒子创建一个统一的解释,导致我们的四维宇宙是无限多维“膜”的一部分(因此'M') - 或'Brane “短暂。根据这一点,大爆炸不再是整个宇宙挤到单一的时刻,被称为“奇点”当条件达到无限值时,标准理论分解。相反,这一刻被设想是两个布兰内斯碰撞的结果,释放我们称之为大爆炸的巨大能量。除了避免有问题的奇异性,M-理论意味着在大爆炸前发生的问题,以问布兰斯碰撞前发生的事情。一种可能性是有一个无限数量的先前碰撞,每一个触发一个新鲜的大爆炸。

环状量子重力(LQG)
试图统一爱因斯坦的空间,时间和重力与量子理论的另一种结果,环路量子重力导致时空的视野,作为一种由亚底循环组成的织物,以创造我们称之为“力量” '重力。与M-理论一样,当应用于大爆炸时,LQG不再具有麻烦的奇点,这导致传统的重力观点分解。然而,与M-理论相比,LQG似乎可以更清楚地陈述大爆炸前发生的事情,很少需要额外的猜测来带来前一个宇宙的重生。根据LQG的说法,大爆炸实际上只有一个“大弹跳”的一半,在重新扩张之前,以前的宇宙在重新扩展之前崩溃了,以形成新的宇宙。而不是折叠到无限的密度和温度 - 如奇异性 - 它刚刚达到小但有限的尺寸,并且高但有限的温度和密度。

两个理论的故事

但现在理论家认为他们已经解决了这个奇点问题,并呼吸了新的生活进入了循环宇宙的想法。这一切都是由于研究突破,旨在通过将其与量子理论相结合来解决爱因斯坦理论的问题 - 亚原子世界的法律。已经证明了这种“统一理论”已经证明远非简单,但到目前为止,两名候选人已经出现了 - M-理论和环路量子重力(见“理论”,左)。
循环模型的复活始于1999年,当时普林斯顿大学教授Paul Steinhardt教授,然后在剑桥大学,建议大爆炸只是预测的多维物体之间无限的一系列碰撞之一由M-理论称为“Branes”。 Steinhardt和Turok计算说,每个'大反弹'避免了奇点状态,也是辐射的积累,这些辐射是循环宇宙的先前理论。
他们称之为ekpyrical宇宙 - 从希腊语“出生于火”。尽管其明显的景点,但理论家们指出,Ekpyrolic Universe理论依赖于M-理论,这本身仍然处于初期阶段,使其具有高度投机性。 “需要解决的一些开放性问题,例如对布兰斯碰撞时的情况更好地了解条件,”加拿大的外围机构博士·帕拉德·辛格博士说。
辛格是探讨大爆炸的奥秘的领导者之一,主要竞争对手对M-理论,称为环量子重力(LQG)。在过去的20年中开发,LQG比M-理论更加严谨,但它产生了一个广泛的大爆炸视图。辛格和他的合作者的计算透露,LQG还会产生一个宇宙,通过无奇点的“大弹跳”。所以似乎循环宇宙的想法不仅仅是M-理论的一些奇怪的怪癖。
但是LQG的更大力量使它能够做更多,打开可能瞥见在大反弹前发生的事情。毫不奇怪,到目前为止的结果仍然是非常有争议的。
最初,理论家希望他们能够掌握一些信心,但沉淀物或“量子”的效果难以识别,并且当大爆炸发生了恰好发生的事情时,这将是重要的时间几乎是不可能的。 “大爆炸附近的猛烈量子效应很重要,决定预先爆炸宇宙可能表现得更加困难,”美国宾州州立大学的LQG理论议员Martin Bojowald说。
在过去的几个月里,辛格和同事的新计算使理论家们通过表明这些量子效应仅为我们的宇宙 - 以及它之前的那个 - 是非常小的。显然我们的宇宙不小。 “这很容易从普通实验室物理学中理解,”辛格说。 “虽然存在量子效应,但它们的相关性是微不足道的。”
那么之前的宇宙是什么样的?如果辛格和他的同事的计算是对的,那么它可能与我们自己的,有星系,行星,也许甚至生活。但Bojowald远非相信,LQG理论可以提供可靠的答案,并相信以前的宇宙可能会与我们不同。
目前,理论家专注于通过表现出那样的遗传 - 它可以产生类似我们自己的宇宙来构建LQG的信心。并通过发现该理论与大多数宇宙主义者认为是我们自己宇宙最重要的特征之一:宇宙通胀的发现。
通货膨胀被广泛坚持成为大爆炸的驱动力。具有强大的防引力效应的子原子力领域,认为已经导致巨型爆炸后早期宇宙的扩展。它的存在解释了我们可以在今天的宇宙中看到的许多现象。
宇宙学家对不包括通货膨胀的理论深感怀疑 - 因此辛格和他的同事们的喜悦呢。这也可能被证明是在斯坦哈特和特罗克的Ekpyric概念上是一个决定性的优势,因为他们的理论没有。他们的理论而不是通货膨胀,而是设想在两个布兰内斯之间的碰撞之后相对悠闲地膨胀。最终结果是一个看起来几乎与通货膨胀预测的宇宙 - 几乎,但不是完全。

升起和降落 循环宇宙:一种人气循环的理论

c400AD
宇宙的印度账户描述了由“众神的戏剧”引发的创作,破坏和重生的无穷无尽的循环1922
俄罗斯数学家亚历山大·弗里德曼揭示了循环宇宙的可能性,在一般相对论的方程中存在,阿尔伯特爱因斯坦的重心

1934
美国物理学理查德托尔曼建议热力学定律防止无休止的循环宇宙,因为他们最终充满了无限量的辐射

1999
Paul Steinhardt和Neil Turok的想法与碰撞多维'Branes'作为允许宇宙无穷循环的手段

2005
宾州州立大学的研究人员表明,所谓的环路量子重力理论导致“大弹跳”而不是大爆炸

2008
普朗克轨道观测台预定寻找CMB中大爆炸前的条件的线索 - 爆炸留下的热量

普朗克谈话

这是即将成为激烈研究的焦点的差异,因为普朗克任务开始寻找从大爆炸的辐射中的辐射中的通胀迹象(参见“测试理论”,P58)。被称为宇宙微波背景(CMB),辐射是该原始爆炸的褪色,以十亿年的宇宙扩张拉伸到微波上。
通货膨胀留下了CMB中的热点和冷点模式的表现,我们今天可以观察。麻烦的是,通货膨胀过程使得这种模式非常相似于我们对Ekpyrical宇宙的期望 - 而两者之间的差异是如此微妙的,这将很难得到哪个理论是正确的问题的最终答案。
也就是说,普朗克应该能够获得令人印象深刻的证据,倾向于支持另一个。虽然Planck的乐器能够分析炎热的斑点,但它们可以做得更多。他们检测的辐射还通过大爆炸触发的空间时间织物中的血液中的疤痕。被称为引力波,它们仍然完好无损,数十亿年,并直接证明在大爆炸过程中发生的事情。
预计通货膨胀将产生引力波,与eKPyric理论的锋利碰撞引发的那些相比,在确定这些涟漪在决定哪两个理论中持有最多的水中哪一个。迄今为止,迄今为止,唯一的缺点是没有找到任何类型的宇宙引力波的证据。
由于普朗克,这可能是即将改变,其仪器可以通过它们对CMB的影响来检测这种波。这是一个很长的镜头 - 许多理论家都同意竞争对手理论的最终测试需要使用像大爆炸观察者这样的未来任务直接检测引力波。即便如此,这两个竞争对手关于早期宇宙的两个竞争对手都指向大反弹而不是大爆炸,表明现在必须认真对待循环宇宙的概念,以前在很大程度上被否认。这需要我们宇宙过去和未来的激进重新思考。
到目前为止,宇宙学教科书已经声称宇宙以某种方式出现在137亿年前,膨胀,然后继续膨胀。他们还涂上一张照片,未来数万亿年,扩张将永远将银河系从其他人隔离,并留下缓慢,挥之不去的淡化。
但如果循环宇宙理论是正确的,则必须重新编写教科书。今天的宇宙将是最新的最新系列,从现在开始结束另一个大量的十万亿年,而且新的开始。所以也许未来毕竟是如此沉闷。谁知道 - 也许下次我们会学会利用宇宙的力量并塑造一个真正永恒的宇宙来适合自己。

罗伯特马修斯是阿斯顿大学的访问读者

 

测试理论

调查循环宇宙真相的两种方法

普朗克
由于10月份欧洲航天局普拉斯卫星在10月份发射了一个Ariane 5火箭,旨在观察从前所未有的细节的大爆炸留下的背景热量。循环宇宙的一些理论预测了由在大爆炸之前和之前触发的所谓的量子重力效应引起的这种背景热的模式。这些效果的提示已经看到基于地面的观察者,但需要普朗克来确认它们。
在大爆炸中释放的辐射是在数十年的宇宙扩张中“拉伸”,直到它变成微波炉。 Planck将在160万公里停放在距离地球的引力稳定点,将研究这些微波,这预计将与引力波相互作用 - 时空织物中的涟漪 - 导致它们在某些方向上振动,效果称为极化。在Planck的21个月任务期间聚集的极化信号分析将使理论家可以检查在大爆炸之前发生的事情的竞争理论。
大爆炸观察者
由爱因斯坦的重力理论预测,但从未被直接观察到的引力波是空间和时间结构中的波动,具有能够在大爆炸和之前展示事件的洞察的特性。已经建立了基于地面的重力波检测器,但理论表明,大爆炸创造的波浪只会使用巨大的空间的观察者(如大爆炸观察者(BBO)),其中NASA希望建立一段时间“即将到来的十年”。
BBO将包括三套三套,布置在等边三角形中。两侧将长50,000km长,每组在太阳轨道中形成三角形。由宇宙事件产生的引力波通过太阳系,改变空间时间 - 因此改变卫星之间的距离。在卫星组之间通过的激光束通过干涉的效果来检测重力波,这使得光波相对于彼此移动。分析了在特派团期间收集的数据,看看大爆炸的解释给出了最合适的。

支持和反对

我们应该认真对待循环宇宙理论吗?

是的
美国宾夕法尼亚州立大学Martin Bojowald教授

“标准大爆炸情景的问题在于它似乎预测了在有限的过去的一段时间。这是对爱因斯坦的理论的不正确解释,其实际上只是在所谓的奇点爆炸的大爆炸中突破,并没有告诉我们发生的事情。我们真正需要的是一种没有这种奇点的理论,最简单的替代方案是一个循环宇宙,这简单地扭转了大爆炸的方向 - 所以一个缩小的宇宙萎缩并开始扩张。 “有量子重力效应可以带来这个转变,也可以摆脱奇点问题。但是他们是一把双刃剑,因为我们也最终符合对抗直觉的量子效应,例如对大爆炸前发生的事情的丧失。在大爆炸之前了解宇宙涉及严格的长期外推。虽然理论可能会告诉我们大爆炸前有一个宇宙,但仍有关于其行为的最重要的问题仍有待解决。“

Andreas Albrecht教授,加利福尼亚州大学美国

“基于环路量子重力(LQG)的循环宇宙和模型的主要问题是缺乏关于我们应该使用的基本方程式的知识,以了解大爆炸前发生的事情。没有多少人相信LQG为解决这些问题提供了令人信服的理论框架。 “我也不热衷于Steinhardt和Turok的原始Ekpyric copication,因为它不允许碰撞布兰斯的不同可能的起始条件制作像我们实际观察到的宇宙那样的宇宙。他们试图在他们的循环模型中弥补这一点,但他们仍然将他们解释的基本部分放在大爆炸前,没有人知道如何可靠地计算宇宙通过该事件时发生的事情。 “但是尝试这样的事情就是我们学习的方式,以及新的理论上见解和良好的观察试验的希望肯定会让我对这个领域感到兴奋。”


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