Den cykliska modellen (i kosmologi) (eller cyklisk teori) är en kosmologisk hypotes som antar att universums materia upprepade gånger genomgår successiva cykler av expansion , passerar genom scenen av Big Bang (superdense och hot state) och ytterligare kosmologisk evolution , som ägde rum i vårt observerbara universum (för med möjliga undantag för sådana hypotetiska stadier som inflation ), inklusive bildandet av kemiska element , atomer , galaxer , stjärnor , planeter och, möjligen, liv . I vissa cykliska modeller genomgår det tredimensionella rymden i vårt universum oändligt föränderliga cykler av expansion och sammandragning, medan i vissa modeller expanderar vårt tredimensionella rum alltid bara (men det finns oändliga cykler av expansion och sammandragning av rymden i ytterligare, fjärde dimensionen).
Inom ramen för den homogena och isotropiska kosmologiska Friedman-modellen , om universums genomsnittliga täthet överstiger den kritiska , kommer dess expansion förr eller senare att sluta och ersättas av kompression, vilket resulterar i att universum återigen kommer att krympa till en singular state , från vilken den en gång började sin expansion. På 1930-talet föreslog några fysiker, inklusive Albert Einstein, ett cykliskt universum som ett alternativ till evig expansion ( värmedödshypotesen ). Det antogs att efter att ha uppstått från Big Bang- singulariteten går universum igenom en period av expansion, varefter gravitationsinteraktionen stoppar expansionen och den omvända komprimeringen av universum till en singularitet ( Big Crunch ) börjar, och hela denna cykel upprepas igen och igen. Således existerar universum i perioden mellan två singulära tillstånd i en ständigt upprepande cykel av expansioner och kollapser. Men Richard Tolmans arbete , publicerat 1934, visade att modellen var inkonsekvent på grund av entropiproblemet : enligt termodynamikens andra lag kan entropin bara öka. Som ett resultat ökar successiva cykler i omfattning och varaktighet, och extrapolering bakåt i tiden tyder på att tidigare cykler har blivit mer och mer spatialt begränsade och kortare i varaktighet, konvergerar till nollvärden, d.v.s. leder igen till den ursprungliga Big Bang (men inte ersätter den) det).
Ett nytt stadium i studiet av cykliska modeller kom i början av 2000-talet, med utvecklingen av M-teorin och med tillkomsten av begreppen mörk materia och mörk energi i kosmologin . En av de nya cykliska modellerna som byggdes av Princeton Universitys teoretiska fysiker Paul Steinhardt och Neil Turok et al. 2001 är baserad på brane-teori [1] och härledd från den tidigare ekpyrotiska modellen . Inom ramen för brane-teorin antas det att vårt universums rymd är en tredimensionell bran (3-bran) belägen i ett högre dimensionellt rum. Samtidigt följer det av strängteorins formalism och dess generalisering - M-teorin - att alla partiklar av materia och partiklar-bärare av icke-gravitationella fundamentala interaktioner är strängar med öppna ändar, som ett resultat av vilka de är fixerade på branen och kan inte lämna den. Emellertid är gravitoner slutna strängar utan fria ändar, så de kan lämna branen och fortplanta sig mellan branen. [2] Brancykelmodellen antar att ytterligare en 3-bran kan existera parallellt med vår 3-bran och att det finns en gravitationsattraktion mellan dem. Energin från gravitationsinteraktionen mellan klorna ger upphov till fenomenet mörk energi i var och en av klorna, vilket får dem att expandera i det oändliga. Dessutom gör gravitationsattraktionen att bränorna attraheras av varandra, vilket gör att de kolliderar och studsar av varandra. Tyngdkraften saktar dock ner hastigheten på deras reträtt och får dem att närma sig varandra igen och kollidera, vilket resulterar i en oändlig upprepning av cykeln av attraktion, kollision och rebound. Varje kollision leder till skapandet av supertät och het materia i varje bran - i exakt samma tillstånd som det var vid tiden för Big Bang. När klian expanderar ytterligare kyls denna materia ner och går igenom hela den kosmologiska utvecklingsstadiet som vi känner till med bildandet av galaxer, stjärnor, planeter och, möjligen, liv. Och hela denna cykel upprepas om och om igen. I motsats till den äldre modellen som betraktas av Tolman et al., uppstår här upprepningen av cykler inte på grund av en förändring i expansionen och sammandragningen av själva utrymmet i själva branen (universum), utan på grund av expansionen och sammandragningen av utrymme mellan branar i en extra dimension. Själva branutrymmet expanderar alltid. Samtidigt, även om den totala entropin inuti varje kli ökar hela tiden, på grund av den oändliga expansionen av kliar, minskar dess densitet och i början av varje nästa cykel når den nästan noll, det vill säga det finns en fullständig återgång till initialtillståndet. Detta tillhandahåller en mekanism för att "återställa" entropin i varje cykel. Som ett resultat kan cykler fortsätta för evigt både i riktning mot det förflutna och i riktning mot framtiden [3] [4] . Således leder denna modell till en av varianterna av multiversum , där universum separeras i tid.
En annan cyklisk modell, baserad på fantomenergins roll , föreslogs 2007 av fysikerna Lauris Baum och Paul Frampton vid University of North Carolina .
Det finns också en konform cyklisk kosmologisk modell av Roger Penrose och Vahagn Gurzadyan[5] , där i varje föregående cykel (eon) tiden i framtiden tenderar mot oändligheten, vilket visar sig vara en Big Bang - singularitet för nästa cykel.
På ryska:
På engelska: