Gibt es das Universum schon ewig? Wenn ja, ist es vielleicht in einem nie endenden Zyklus von Big Bangs hin und her gesprungen, in dem alle Materie aus einer Singularität sprudelt, gefolgt von großen Crunches, in denen alles wieder verschluckt wird, um den dichten Punkt zu bilden, von dem aus das Universum wiedergeboren wird. Und der Zyklus geht immer wieder weiter.,

Die Mathematik dieser Theorien hat jedoch nie wirklich auf eine Weise funktioniert, die uns sagen könnte, ob unser Universum zyklisch ist oder einen Anfang und ein Ende hat. Aber vor kurzem hat ein Team von Theoretikern die Kräfte der sogenannten Stringtheorie aufgerufen, um einige grundlegende Rätsel des frühen Universums zu lösen. Das Ergebnis könnte uns den theoretischen Schub geben, der erforderlich ist, um ein Universum von Grund auf neu aufzubauen und damit ein sich wiederholendes Universum zu unterstützen.,

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Malen des Bildes

Wenn Sie wollen zu erstellen Sie Ihre eigenen theoretischen Modell des Universums, seien Sie mein Gast. Niemand wird dich jemals davon abhalten, deine eigene Kosmologie zu machen. Aber wenn du das Spiel des Universums spielen willst, musst du nach seinen Regeln spielen. Das heißt, egal was Ihr Modell des Kosmos enthält, Sie müssen sich einigen kalten, harten Beobachtungsbeweisen stellen.,

Zum Beispiel wissen wir, dass wir in einem sich ausdehnenden Universum leben, in dem Galaxien und Sterne immer schneller von uns wegfliegen. Wissenschaftler können dies anhand verschiedener Arten von Techniken feststellen, um zu berechnen, wie schnell sich Galaxien in verschiedenen Entfernungen von uns entfernen. Wir haben auch Bilder des Babyuniversums, als es gerade 380.000 Jahre alt war (und ich meine wirklich „Baby“, da das Universum derzeit 13,8 Milliarden Jahre alt ist).,

In diesem Babybild sehen wir interessante Muster — winzige Flecken und Flecken, die die Existenz leichter Temperatur-und Druckunterschiede in diesem jungen Universum offenbaren.

Wir können all diese Beobachtungen (und mehr) mit der sogenannten Urknallkosmologie erklären, plus eine zusätzliche Idee, die als Inflation bekannt ist, ein Prozess, von dem wir denken, dass er passiert ist, als das Universum weniger als eine Sekunde alt war., Während dieses Prozesses (der selbst den teensiest Splitter einer Sekunde dauerte) wurde das Universum viel, viel größer, nahm Quantenunterschiede und machte sie dabei größer. Diese Unterschiede nahmen schließlich zu, da etwas dichtere Flecken eine etwas stärkere Schwerkraft aufwiesen und sie größer machten. Im Laufe der Zeit wurden diese Unterschiede groß genug, um sich als Flecken im Babybild des Universums zu prägen (und Milliarden von Jahren später Dinge wie Sterne und Galaxien, aber das ist eine andere Geschichte).,

König des frühen Universums

Müde von der Urknalltheorie und wollen Ihre eigene Version der Kosmologie? Das ist in Ordnung, aber Sie müssen Dinge wie die Expansion des Universums und die Flecken im Babybild des Kosmos erklären. Mit anderen Worten, Sie müssen das Universum besser erklären als die Inflation.

Das scheint einfach, ist es aber nicht., Die Druck -, Dichte-und Temperaturunterschiede in den frühen Jahren des Universums haben viele alternative Kosmologien hervorgebracht, darunter eine der beliebtesten Let ‚ s-go-bigger-than-the-Big-Bang-Ideen, bekannt als (are you ready for this), Ekpyrotisches Universum. Das Wort ekpyrotisch kommt aus dem Griechischen für Wort für „Feuersbrunst“, die sich auf eine alte philosophische Idee eines sich ständig wiederholenden Universums bezieht.

Im ekpyrotischen Szenario wiederholt sich das Universum … ständig., Unter dieser Perspektive befinden wir uns derzeit in einer“ Knall “ – Phase, die sich schließlich (irgendwie) verlangsamen, anhalten, umkehren und auf unglaublich hohe Temperaturen und Drücke zurückfallen wird. Dann wird das Universum (irgendwie) zurückprallen und sich in einer neuen Urknallphase wieder entzünden.

Das Problem ist, es ist schwer, die Flecken und Flecken im Babybild des Universums in einem ekpyrotischen Universum zu replizieren., Wenn wir versuchen, eine vage Physik zusammenzustellen, um den Crunch-Bounce-Bang-Zyklus zu erklären (und ich betone hier „vage“, weil diese Prozesse Energien und Skalen beinhalten, die wir mit bekannter Physik nicht einmal annähernd verstehen), kommt einfach alles heraus zu … glatt. Keine Beulen. Nicht wackelt. Keine Flecken. Keine Unterschiede in Temperatur, Druck oder Dichte.

Und das bedeutet nicht nur, dass die Theorien nicht mit Beobachtungen des frühen Universums übereinstimmen. Es bedeutet, dass diese Kosmologien nicht zu einem Universum führen, das mit Galaxien, Sternen oder sogar Menschen gefüllt ist.,

Also das ist eine Art bummer.

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Der S-Brane rettet den Tag

Der Name des Spiels in den letzten Jahren ekpyrotischer Theorien besteht darin, zu versuchen, den gleichen Beobachtungen wie Inflation zu entsprechen. Im jüngsten Versuch, diese Hürde zu überwinden und ekpyrotische Kosmologien zumindest etwas respektabel zu machen, beruft sich ein Forscherteam auf keinen anderen als den S-Brane.

Rechts. S-branes. Sie haben also von Stringtheorie gehört, oder?, Das ist das Universum der Grundlagenphysik, in dem jedes Teilchen wirklich eine winzige, vibrierende Saite ist. Vor einigen Jahren stellten Theoretiker jedoch fest, dass die Saiten nicht eindimensional sein müssen. Und der Name, den sie einer mehrdimensionalen Zeichenfolge geben? Eine brane.

Wie für den“ S “ – Teil? Nun, die meisten Branes in der Stringtheorie können sich frei durch Raum und Zeit bewegen, aber der hypothetische S-Brane kann nur in einem Augenblick existieren, unter ganz besonderen Bedingungen.,

In diesem neuen ekpyrotischen Szenario, als sich das Universum in seiner kleinsten und dichtesten Konfiguration befand, erschien ein S-Brane, der die Neuausdehnung eines mit Materie und Strahlung gefüllten Kosmos auslöste (ein Urknall) und mit kleinen Temperatur-und Druckschwankungen (was zu den bekannten Flecken in den Babybildern des Universums führte). Das schlagen drei Physiker in einem neuen Papier vor, das im Juli online auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlicht wurde, was bedeutet, dass das Papier noch nicht von Experten überprüft wurde.

Ist diese Idee richtig? Wer weiß., Die Stringtheorie befindet sich in letzter Zeit auf dünnem theoretischem Eis, da Experimente wie die am Large Hadron Collider keine Hinweise auf eine als Supersymmetrie bekannte Theorie gefunden haben, Das ist eine kritische Untermauerung der Stringtheorie . Und das Konzept von S-branes ist selbst eine kontroverse Idee innerhalb der Stringtheorie, da nicht genau bekannt ist, ob Branes nur in einem Moment existieren darf.,

Es gibt auch die Tatsache, dass nicht nur das Universum, wie wir es kennen, expandiert, sondern es beschleunigt sich in seiner Expansion, ohne Anzeichen dafür, dass es sich verlangsamt (geschweige denn kollabiert). Herauszufinden, was es dazu bringen könnte, auf die Bremse zu treten und den Kurs umzukehren, ist schwierig.

Dennoch sind ekpyrotische (und andere) Ideen eine Erkundung wert, da die frühesten Momente des Universums der modernen Physik einige der rätselhaftesten und herausforderndsten Fragen stellen.

Paul M., Sutter ist Astrophysiker bei SUNY Stony Brook und dem Flatiron Institute, Moderator von Ask a Spaceman and Space Radio und Autor von Your Place in the Universe.

Ursprünglich in Live Science veröffentlicht.