Potrebbe l’universo collassare in una singolarità? Nuovo studio spiega come.
L’universo esiste da sempre? Se è così, forse è stato rimbalzando avanti e indietro in un ciclo senza fine di big bang in cui tutta la materia bolle da una singolarità, seguita da grandi scricchiolii, in cui tutto viene inghiottito di nuovo per formare quel punto denso da cui l’universo è nato di nuovo. E il ciclo continua ancora e ancora e ancora.,
La matematica di queste teorie, tuttavia, non ha mai funzionato in un modo che potrebbe dirci se il nostro universo è ciclico o ha un inizio e una fine. Ma recentemente, un team di teorici ha invocato i poteri della cosiddetta teoria delle stringhe per risolvere alcuni enigmi fondamentali dell’universo primordiale. Il risultato potrebbe darci la spinta teorica necessaria per costruire un universo da zero, e quindi dare supporto a un universo ripetuto.,
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Dipingere l’immagine
Se vuoi costruire il tuo modello teorico privato dell’universo, sii mio ospite. Nessuno ti impedirà mai di creare la tua cosmologia. Ma se si vuole giocare il gioco dell’universo, si deve giocare secondo le sue regole. Ciò significa che non importa quale sia il tuo modello del cosmo contiene, devi affrontare alcune prove osservative fredde e difficili.,
Ad esempio, sappiamo che viviamo in un universo in espansione, in cui galassie e stelle volano via da noi a una velocità sempre crescente. Gli scienziati possono dire che utilizzando diversi tipi di tecniche per calcolare quanto velocemente galassie a diverse distanze da noi si stanno allontanando. Abbiamo anche immagini dell’universo bambino, quando aveva solo 380.000 anni (e intendo davvero “bambino”, dato che l’universo ha attualmente 13,8 miliardi di anni).,
All’interno di quella foto del bambino, vediamo modelli interessanti — piccole macchie e macchie che rivelano l’esistenza di leggere differenze di temperatura e pressione in quel giovane universo.
Siamo in grado di spiegare tutte queste osservazioni (e altro ancora) con la cosiddetta cosmologia del Big Bang, oltre a un’idea aggiuntiva nota come inflazione, che è un processo che pensiamo sia accaduto quando l’universo era meno di un secondo vecchio., Durante quel processo (che a sua volta durò per il più piccolo frammento di un secondo), l’universo divenne molto, molto più grande, prendendo le differenze quantistiche e rendendole più grandi nel processo. Queste differenze alla fine sono cresciute, poiché le patch leggermente più dense avevano una gravità leggermente più forte, rendendole più grandi. Nel corso del tempo, queste differenze sono diventate abbastanza grandi da imprimersi come macchie nell’immagine del bambino dell’universo (e miliardi di anni dopo, cose come stelle e galassie, ma questa è una storia a parte).,
Re dell’universo primordiale
Stanco della Teoria del Big Bang e vuoi la tua versione della cosmologia? Va bene, ma dovrai spiegare cose come l’espansione dell’universo e le macchie nell’immagine del bambino del cosmo. In altre parole, devi fare un lavoro migliore nello spiegare l’universo rispetto all’inflazione.
Sembra facile, ma non lo è., Le differenze di pressione, densità e temperatura nei primi anni dell’universo hanno tormentato molte cosmologie alternative, tra cui una delle idee più popolari di let’s-go-bigger-than-the-big-bang, nota come (sei pronto per questo), Ekpyrotic universe. La parola ekpyrotic deriva dal greco per parola per “conflagrazione”, che si riferisce a un’antica idea filosofica di un universo costantemente ripetuto.
Nello scenario Ekpyrotic, l’universo repeats si ripete costantemente., Sotto questa prospettiva, siamo attualmente in una fase di” bang”, che alla fine (in qualche modo) rallenterà, si fermerà, invertirà e si ridurrà a temperature e pressioni incredibilmente alte. Quindi, l’universo si riprenderà (in qualche modo) e si riaccenderà in una nuova fase di big bang.
Il problema è che è difficile replicare le macchie e le macchie nell’immagine del bambino dell’universo in un universo Ekpyrotic., Quando tentiamo di mettere insieme una fisica vaga per spiegare il ciclo crunch-bounce-bang (e sottolineo “vago” qui, perché questi processi coinvolgono energie e scale che non ci stiamo nemmeno avvicinando alla comprensione con la fisica nota), tutto viene fuori troppo smooth liscio. Niente urti. Non si dimena. Niente macchie. Nessuna differenza di temperatura, pressione o densità.
E questo non significa solo che le teorie non corrispondono alle osservazioni dell’universo primordiale. Significa che queste cosmologie non portano a un universo pieno di galassie, stelle o persino persone.,
Quindi è una specie di rottura.
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La S-brane salva la giornata
Il nome del gioco negli ultimi anni di teorie Ekpyrotic è quello di cercare di abbinare le stesse osservazioni che fa l’inflazione. Nell’ultimo tentativo di superare questo ostacolo e rendere le cosmologie Ekpirotiche almeno un po ‘ rispettabili, un team di ricercatori invoca nientemeno che la S-brane.
A destra. S-brane. Quindi hai sentito parlare di teoria delle stringhe, giusto?, Questo è l’universo della fisica fondamentale in cui ogni particella è davvero una piccola corda vibrante. Ma alcuni anni fa, i teorici si sono resi conto che le stringhe non devono essere unidimensionali. E il nome che danno a una stringa multidimensionale? Una brana.
Per quanto riguarda la parte “S”? Bene, la maggior parte delle brane nella teoria delle stringhe può vagare liberamente attraverso lo spazio e il tempo, ma l’ipotetica S-brane può esistere solo in un istante nel tempo, in condizioni molto speciali.,
In questo nuovo scenario Ekpirotico, quando l’universo era nella sua configurazione più piccola e densa possibile, apparve una S-brane, innescando la ri-espansione di un cosmo pieno di materia e radiazioni (un big bang) e con piccole variazioni di temperatura e pressione (dando origine alle ben note macchie nelle immagini del bambino dell’universo). Questo è ciò che tre fisici propongono in un nuovo documento pubblicato online nel mese di luglio al server di preprint arXiv, il che significa che la carta deve ancora essere peer-reviewed.
Questa idea è corretta? Chi lo sa., La teoria delle stringhe è su ghiaccio teorico sottile di recente, poiché esperimenti come quelli del Large Hadron Collider non sono riusciti a trovare alcun accenno a una teoria nota come supersimmetria, che è un fondamento critico della teoria delle stringhe . E il concetto di S-brane è di per sé un’idea controversa all’interno della comunità della Teoria delle Stringhe, poiché non è esattamente noto se le brane possano esistere solo in un momento nel tempo.,
C’è anche il fatto che non solo l’universo come lo conosciamo si sta espandendo, ma sta accelerando nella sua espansione, senza alcun segno di rallentamento (per non parlare del collasso) in qualunque momento presto. Capire cosa potrebbe farlo colpire i freni e invertire la rotta, quindi, è complicato.
Ancora, Ekpyrotic (e altre) idee vale la pena esplorare, perché i primi momenti dell’universo forniscono alcune delle domande più sconcertanti e stimolanti per la fisica moderna.
Paul M., Sutter è un astrofisico al SUNY Stony Brook e al Flatiron Institute, ospite di Ask a Spaceman e Space Radio e autore di Your Place in the Universe.
Originariamente pubblicato in Live Science.
