Diverse

Universul s-ar putea prăbuși într-o gaură neagră? Un nou studiu explică cum ar putea face asta

Universul s-ar putea prăbuși într-o gaură neagră? Un nou studiu explică cum ar putea face asta
O ilustrare a Big Bang-ului și a expansiunii universului. (Imagine: © Shutterstock)

Universul a existat dintotdeauna și pentru totdeauna? Dacă este așa, poate că a pendulat într-un ciclu nesfârșit Big Bang în care toată materia face bule dintr-o singularitate, urmată de contracții mari, în care totul este înghițit din nou pentru a forma acel punct dens din care Universul se naște din nou. Și ciclul continuă iar și iar.

Cu toate acestea, matematica acestor teorii nu a funcționat într-un mod care să ne poată spune dacă Universul nostru este ciclic sau are un început și un sfârșit. Dar recent, o echipă de teoreticieni a invocat puterile așa-numitei șiruri de șiruri pentru a rezolva câteva enigme fundamentale ale Universului timpuriu. Rezultatul ne-ar putea oferi forța teoretică necesară pentru a construi un univers de la zero și, prin urmare, să ofere sprijin unui univers care se repetă.

Dacă doriți să vă construiți propriul model teoretic privat al universului, ești liber. Nimeni nu te va opri vreodată să-ți faci propria cosmologie. Dar dacă vrei să joci jocul universului, trebuie să te joci după regulile sale. Asta înseamnă că, indiferent de conținutul modelului tău de cosmos, trebuie să te confrunți cu niște dovezi observaționale reci și dure.

De exemplu, știm că trăim într-un univers în expansiune, în care galaxiile și stelele zboară departe de noi cu o viteză în continuă creștere. Oamenii de știință pot spune asta folosind diferite tipuri de tehnici pentru a calcula cât de repede se îndepărtează galaxiile la diferite distanțe de noi. Avem, de asemenea, imagini ale universului bebeluș, pe când avea doar 380.000 de ani (și chiar „bebeluș”, deoarece Universul are în prezent 13,8 miliarde de ani).

Suntem capabili să explicăm toate aceste observații (și multe altele) cu ceea ce se numește cosmologia Big Bang, plus o idee suplimentară cunoscută sub numele de inflație, care este un proces care credem că s-a întâmplat când universul avea mai puțin de o secundă vechime. În timpul acelui proces (care a durat el însuși pentru cea mai tânără bucată de secundă), universul a devenit mult, mult mai mare, luând diferențe cuantice și făcându-le mai mari în acest proces.

Aceste diferențe au crescut în cele din urmă, deoarece petele ușor mai dense au o greutate puțin mai puternică, făcându-le mai mari. De-a lungul timpului, acele diferențe au devenit suficient de mari pentru a se întipări ca pete în imaginea copilului universului (și miliarde de ani mai târziu, lucruri precum stelele și galaxiile, dar aceasta este o poveste separată).

Regele universului timpuriu

Te-ai săturat de teoria Big Bang-ului și vrei propria ta versiune a cosmologiei? Este în regulă, dar va trebui să explicați lucruri precum expansiunea Universului și petele din imaginea „bebelușului cosmosului”. Cu alte cuvinte, trebuie să faceți o treabă mai bună în explicarea Universului decât inflația.

Acest lucru pare ușor, dar nu este. Diferențele de presiune, densitate și temperatură din primii ani ai universului au dezvăluit multe cosmologii alternative, inclusiv una dintre cele mai populare idei să mergem mai mari decât big-bang-ul, cunoscută sub numele de (sunteți gata pentru asta), Ekpyrotic univers. Cuvântul ekpyrotic provine din grecesc pentru cuvântul „conflagrație”, care se referă la o idee filosofică antică a unui univers care se repetă constant.

În scenariul Ekpyrotic, universul … se repetă constant. În această perspectivă, suntem în prezent într-o fază de „bang”, care în cele din urmă (cumva) va încetini, se va opri, va inversa și va scădea la temperaturi și presiuni incredibil de ridicate. Apoi, universul (oarecum) va reveni și se va aprinde într-o nouă fază de big bang.

Problema este că este greu să replici petele și petele din imaginea copilului universului într-un univers Ekpyrotic. Când încercăm să adunăm niște fizici vagi pentru a explica ciclul crunch-bounce-bang, totul iese pur și simplu… lin. Fără umflături. Fără peruci. Fără despicături. Nu există diferențe de temperatură, presiune sau densitate.

Și asta nu înseamnă doar că teoriile nu se potrivesc cu observațiile universului timpuriu. Înseamnă că aceste cosmologii nu duc la un univers plin de galaxii, stele sau chiar oameni. Deci, asta e un fel de prostie.

S-brane salvează ziua

Numele jocului din ultimii ani al teoriilor Ekpyrotic este acela de a încerca să se potrivească cu aceleași observații pe care le face inflația. În ultima încercare de a depăși acest obstacol și de a face cosmologiile Ekpyrotic cel puțin oarecum respectabile, o echipă de cercetători nu invocă nimeni altul decât S-brane.

S-brane. Deci ai auzit de teoria corzilor, nu? Acesta este universul fizicii fundamentale în care fiecare particulă este într-adevăr un șir mic, vibrator. Dar acum câțiva ani, teoreticienii au realizat că corzile nu trebuie să fie unidimensionale. Și numele pe care îl dau unui șir multidimensional? O brana.

În ceea ce privește partea „S”? Ei bine, majoritatea branurilor din teoria șirurilor pot circula liber prin spațiu și timp, dar ipotetica S-brane poate exista doar într-un moment în timp, în condiții foarte speciale.

În acest nou scenariu Ekpyrotic, când universul era la cea mai mică și cea mai densă configurație posibilă, a apărut o S-brane, declanșând re-expansiunea unui cosmos umplut cu materie și radiații (un Big Bang) și cu mici variații de temperatură și presiune (dând naștere la binecunoscutele pete din imaginile cu bebeluși ale universului). Asta propun trei fizicieni într-o nouă lucrare publicată online în iulie către serverul de preimprimare arXiv, ceea ce înseamnă că hârtia nu a fost încă revizuită de la egal la egal.

Este corectă această idee? Cine știe. Teoria corzilor se află recent pe o gheață teoretică subțire, întrucât experimente precum cele de la Large Hadron Collider nu au reușit să găsească indicii ale unei teorii cunoscute sub numele de supersimetrie, care este un fundament critic al teoriei corzilor. Iar conceptul de S-brane este el însuși o idee controversată în cadrul comunității Teoria șirurilor, deoarece nu se știe exact dacă corzilor li se va permite să existe doar într-un moment în timp.

Există, de asemenea, faptul că universul, așa cum îl știm, se extinde, dar se accelerează în expansiune, fără niciun semn că ar încetini (să nu mai vorbim că poate colapsa) în curând. A afla ce ar putea face să lovească frânele și să meargă înapoi, este dificil.

Totuși, ideile Ekpyrotic (și alte) merită să fie explorate, deoarece primele momente ale universului oferă unele dintre cele mai nedumerite și provocatoare întrebări fizicii moderne.