har universum funnits för alltid? Om så är fallet kanske det studsar fram och tillbaka i en oändlig cykel av stora smällar där all materia bubblar ur en singularitet, följt av stora crunches, där allt blir uppslukat igen för att bilda den täta punkten från vilken universum är född igen. Och cykeln fortsätter om och om igen.,

matematiken i dessa teorier har dock aldrig riktigt fungerat på ett sätt som kan berätta om vårt universum är cykliskt eller har en början och en ände. Men nyligen har ett team av teoretiker åberopat kraften i så kallad strängteori för att lösa några grundläggande gåtor i det tidiga universum. Resultatet kan ge oss det teoretiska tryck som behövs för att bygga ett universum från början och därmed ge stöd till ett upprepande universum.,

relaterat: från Big Bang att presentera: ögonblicksbilder av vårt universum genom tiden

måla bilden

om du vill bygga din egen privata teoretiska modell av universum, var min gäst. Ingen kommer någonsin att hindra dig från att göra din egen kosmologi. Men om du vill spela universums spel måste du spela enligt dess regler. Det betyder att oavsett vad din modell av kosmos innehåller, måste du konfrontera några kalla, hårda observationella bevis.,

vi vet till exempel att vi lever i ett expanderande universum, där galaxer och stjärnor flyger bort från oss med en ständigt ökande hastighet. Forskare kan säga att genom att använda olika typer av tekniker för att beräkna hur snabba galaxer på olika avstånd från oss rör sig bort. Vi har också bilder av baby universum, när det var bara 380.000 år gammal (och jag menar verkligen ”baby”, som universum är för närvarande 13.8 miljarder år gammal).,

inom den babybilden ser vi intressanta mönster — små stänk och fläckar som avslöjar förekomsten av små temperatur-och tryckskillnader i det unga universum.

Vi kan förklara alla dessa observationer (och mer) med vad som kallas Big Bang cosmology, plus en ytterligare idé som kallas inflation, vilket är en process som vi tror hände när universum var mindre än en andra gammal., Under den processen (som i sig varade för den kraftigaste slivern i en sekund) blev universum mycket, mycket större, tog kvantskillnader och gjorde dem större i processen. Dessa skillnader växte så småningom, eftersom något tätare fläckar hade något starkare gravitation, vilket gjorde dem större. Med tiden blev dessa skillnader tillräckligt stora för att avtrycka sig som splotches i universums babybild (och miljarder år senare, saker som stjärnor och galaxer, men det är en separat historia).,

King of the early universe

trött på Big Bang-teorin och vill ha din egen version av kosmologi? Det är bra, men du måste förklara saker som universums expansion och splotcherna i babybilden av cosmos. Med andra ord måste du göra ett bättre jobb för att förklara universum än inflationen gör.

detta verkar enkelt, men det är det inte., Trycket, densiteten och temperaturskillnaderna i universums tidiga år har bedeviled många alternativa kosmologier, inklusive en av de mest populära let ’ s-go-bigger-than-the-big-bang-idéerna, kända som (är du redo för detta), ekpyrotiska universum. Ordet ekpyrotic kommer från grekiska för ord för ”konflagration”, som hänvisar till en gammal filosofisk idé om ett ständigt upprepande universum.

i ekpyrotiska scenariot upprepas universum … ständigt., Under det perspektivet befinner vi oss för närvarande i en” bang ” – fas, som så småningom (på något sätt) sakta ner, sluta, vända och knäcka tillbaka till otroligt höga temperaturer och tryck. Då kommer universum (på något sätt) att studsa tillbaka och tända igen i en ny big bang-fas.

problemet är att det är svårt att replikera fläckar och fläckar i babybilden av universum i ett Ekpyrotiskt universum., När vi försöker sätta ihop lite vag fysik för att förklara crunch-bounce-bang-cykeln (och jag betonar ”vag” här, eftersom dessa processer involverar energier och skalor som vi inte ens kommer nära förståelse med känd fysik), kommer allt bara ut för … smidigt. Inga stötar. Inga wiggles. Inga stänk. Inga skillnader i temperatur, tryck eller densitet.

och det betyder inte bara att teorierna inte matchar observationer av det tidiga universum. Det betyder att dessa kosmologier inte leder till ett universum fyllt med galaxer, stjärnor eller till och med människor.,

så det är typ av en besvikelse.

relaterat: hur kommer universum att sluta?

s-brane sparar dagen

spelets namn under de senaste åren av ekpyrotiska teorier är att försöka matcha samma observationer som inflationen gör. I det senaste försöket att övervinna detta hinder och göra ekpyrotiska kosmologier åtminstone något respektabelt, åberopar ett team av forskare ingen annan än S-brane.

höger. S-branes. Så du har hört talas om strängteori, eller hur?, Det är universum av grundläggande fysik där varje partikel är verkligen en liten, vibrerande sträng. Men för några år sedan insåg teoretikerna att strängarna inte behöver vara endimensionella. Och namnet de ger till en flerdimensionell sträng? En brane.

vad gäller ”S” – delen? Väl de flesta branor i strängteori kan ströva runt fritt genom både utrymme och tid, men den hypotetiska s-brane kan existera endast på ett ögonblick i tid, under mycket speciella förhållanden.,

i det här nya ekpyrotiska scenariot, när universum var vid sin minsta och tätaste konfiguration som möjligt, uppträdde en s-brane som utlöste återutvidgningen av ett kosmos fyllt med Materia och strålning (en big bang) och med små variationer i temperatur och tryck (vilket gav upphov till de välkända splotsarna i universums babybilder). Det är vad tre fysiker föreslår i ett nytt papper som publiceras online i Juli till preprint-servern arXiv, vilket betyder att papperet ännu inte har granskats.

är den här idén korrekt? Vem vet., Strängteori är på tunn teoretisk is nyligen, eftersom experiment som de på den stora Hadronkollidern har misslyckats med att hitta några tips av en teori som kallas supersymmetri, vilket är en kritisk grund för strängteori . Och begreppet s-branes är i sig en kontroversiell idé inom Strängteorigemenskapen, eftersom det inte är exakt känt om branes skulle tillåtas att existera endast i ett ögonblick i tid.,

det finns också det faktum att inte bara är universum som vi vet att det expanderar, men det accelererar i sin expansion, utan några tecken på att det saktar ner (än mindre kollapsar) när som helst snart. Att räkna ut vad som kan få det att slå bromsarna och vända kursen är då knepigt.

ändå är ekpyrotiska (och andra) idéer värda att utforska, eftersom de tidigaste ögonblicken i universum ger några av de mest förbryllande och utmanande frågorna till modern fysik.

Paul M., Sutter är en astrofysiker vid SUNY Stony Brook och Flatiron Institutet, mottagande av ställ en Spaceman och Utrymme för Radio och författare av Din Plats i Universum.

ursprungligen publicerad i Live Science.