10 alternativer til den konvensjonelle storangsteorien

Terry Pratchett beskrev den konvensjonelle oppfatningen av universets oppbygging slik: "I begynnelsen var det ingenting som eksploderte." Den nåværende mainstream-visningen av kosmologi er et ekspanderende univers som stammer fra big bang, som er godt støttet ved bevis i form av kosmisk bakgrunnsstråling og skiftet av fjernt lys mot den røde enden av spektret, noe som tyder på at universet er jevnt voksende.

Men ikke alle er overbevist om det. Gjennom årene har ulike alternativer og varierende syn på kosmologi blitt presentert. Noen er interessante spekulasjoner som forblir dessverre uverifiserbare med vårt nåværende bevis eller teknologi. Andre er misguidede fantasifigurer, opprør mot den uutsigelige måten som universet ser ut til å utfordre menneskelige oppfatninger av sunn fornuft.

10 Stabil tilstand

Ifølge et nylig gjenvunnet manuskript av Albert Einstein betalte den store forskeren troen på den britiske astrofysiker Fred Hoyles teori om at rommet kunne fortsette å utvide på ubestemt tid, samtidig som det opprettholdes en konsistent tetthet dersom ny materie ble introdusert kontinuerlig ved spontan generasjon. I flere tiår har mange ansett Hoyle en vev, men dokumentet antyder at Einstein i det minste ga ideene alvorlig vurdering.

Den steady state teorien ble foreslått i 1948 av Hermann Bondi, Thomas Gold, og Fred Hoyle. Det ble avledet fra det perfekte kosmologiske prinsippet, som sier at universet ser i det vesentlige det samme fra alle steder i det til enhver tid (i makroskopisk forstand). Dette var filosofisk tiltalende, da det antydet at universet ikke har noen begynnelse eller slutt. Teorien ble populært akseptert av mange i 1950- og 1960-tallet. Når det gjaldt bevis for at universet vokste, foreslo proponents at det var nytt materie som ble opprettet spontant i en konstant men liten hastighet-noen få atomer per kubikkmiljø per år.

Observasjonen av kvasarer i fjerntliggende (og dermed eldre, fra vårt synspunkt) galakser som ikke eksisterte i vår stellare region, dempet entusiasme for teorien, og det ble til slutt avslørt da forskerne lærte om kosmisk bakgrunnsstråling. Imidlertid, mens Hoyle var fremme hans favoriserte teori, gjorde han en serie studier som viste at atomer tyngre enn helium hadde dukket opp i universet. (De ble skapt av den høye temperaturen og trykket til de første stjernene som gjennomgikk deres livssyklus.) Han var også ironisk nok den som laget termen "big bang".

9 Trøtt lys

Edwin Hubble observerte at bølgelengder av lys fra fjerne galakser skiftet mot den røde enden av spektret sammenlignet med lys utstrålet av nærliggende stjernelegemer, noe som tyder på at fotene hadde mistet energi på en eller annen måte. Denne "redshift" forklares generelt i sammenheng med en post-big bang-utvidelse som en funksjon av Doppler-effekten. Proponenter av steady state-modeller av universet foreslo istedet at lysfotoner mistet energi gradvis ettersom de reiste gjennom rommet, flyttet til lengre bølgelengde, mindre energisk rød ende av spekteret. Denne teorien ble først foreslått av Fritz Zwicky i 1929.

Det er en rekke problemer med slitent lys. For det første er det ingen måte at en fotons energi kan endres uten at det også skifter fart, noe som vil resultere i en uskarp effekt som vi ikke observerer. For det andre forklarer det ikke de observerte mønstrene av lysutslipp fra supernovaer, som i stedet tettere sammen modellene for et ekspanderende univers med spesiell relativitet som forårsaker tidsutvidelse. Til slutt er de fleste modeller for tret lysteori basert på et ikke-ekspanderende univers, men det vil føre til et bakgrunnsstrålingsspekter som ikke stemmer overens med våre observasjoner. Ved tallene, hvis den trette lyshypotesen var riktig, ville all vår observerte kosmiske bakgrunnsstråling måtte komme fra kilder som er nærmere oss enn Andromeda Galaxy M31 (vår nærmeste nabo-galakse), og alt utover det ville være usynlig å oss.

8 Evig Inflasjon

De mest moderne modellene av det tidlige universet gir en kort periode med eksponensiell vekst (kjent som inflasjon) forårsaket av vakuumenergi, hvor nærliggende partikler raskt fant seg adskilt av store romområder. Etter denne inflasjonen sank vakuumenergien til en varm plasmasuppe som til slutt dannet atomer, molekyler og så videre. I evig inflasjonsteori avsluttet denne prosessen med inflasjon aldri. I stedet ville bobler av plass ha stoppet oppblåsing og gått inn i lav-energitilstand og deretter utvidet til oppblåsingsinnretningen. Disse boblene ville ha vært som bobler av damp i en kokende vannpotte, bortsett fra i denne analogien blir potten alltid større.

I denne teorien er vårt univers en boble blant mange i en multiverse preget av kontinuerlig inflasjon. Et aspekt av denne teorien som kan være testbar, er ideen om at to universer som er nær nok til å møte hverandre, vil forårsake forstyrrelser i hvert universs romtid. Den beste støtten til denne teorien vil være bevis på en slik forstyrrelse som finnes i kosmisk bakgrunnsstråling.

Den første inflasjonsmodellen ble foreslått av sovjetforskeren Alexei Starobinksy, men ble berømt i Vesten av fysikeren Alan Guth, som teoriserte at det tidlige universet kunne ha superkjølt for å tillate eksponensiell vekst før big bang. Andrei Linde tok disse teoriene og utviklet dem til sin "evige kaotiske ekspansjon" -teori, som foreslo at i stedet for å kreve et stort slag, gitt riktig potensiell energi, kan ekspansjon skje fra hvilket som helst punkt i skalarommet og skjer hele tiden gjennom multiverse.

Ifølge Linde: "I stedet for et univers med en enkelt lov av fysikk, forutser evig kaotisk inflasjon en selvforplantende, evig eksisterende multiverse der alle muligheter kan realiseres."

7 4-D Black Hole Mirage

Standardmodellen for big bang sier at universet eksploderte ut av en uendelig tett singularitet, men det gjør det vanskelig å forklare hvorfor den har en nesten jevn temperatur, gitt den korte tiden (kosmisk sett) som har gått siden den voldelige hendelsen. Noen tror at dette kan forklares av en ukjent form for energi som gjorde universet ekspandere raskere enn lysets hastighet. Et team fysikere fra Perimeter Institute for Theoretical Physics foreslo at universet faktisk kan være et 3-D-mirage generert ved hendelseshorisonten til en firedimensjonal stjerne som kollapser inn i et svart hull.

Niayesh Afshordi og hans kollegaer så på 2000 forslag fra et team ved Ludwig Maximilians University i München, og hevdet at vårt univers bare var en membran som eksisterte innenfor et "bulkunivers" som har fire dimensjoner. De innså at hvis dette bulkuniverset også inneholdt 4-D-stjerner, kan de oppføre seg på samme måte som deres 3-D-kolleger i vårt univers, eksploderer i supernovaer og kollapser i svarte hull.

Tredimensjonale sorte hull er omgitt av en sfærisk overflate kalt en hendelseshorisont. Mens overflaten på et 3-D svart hulls hendelseshorisont er todimensjonalt, ville formen på et 4-D svart hulls hendelseshorisont være tredimensjonalt-en hypersfære. Da Afshordi-teamet modellerte en 4-D-stjernes død, fant de at det utkastede materialet dannet en 3-D bran (membran) rundt hendelseshorisonten og sakte utvidet. De foreslo da at vårt univers faktisk kan være bare det mirage som er dannet fra vraket av ytre lag av en firedimensjonal kollapsende stjerne.

Fordi 4-D bulk universet kan være mye eldre, eller til og med uendelig gammelt, forklarer dette den enhetlige temperaturen vi observerer i vårt univers, selv om noen nyere data tyder på at det kan være uoverensstemmelser som passer bedre til den konvensjonelle modellen.

6 Speil Universe

Et knapt problem for fysikk er at nesten alle aksepterte modeller, inkludert gravitasjon, elektrodynamikk og relativitet, fungerer like bra på å beskrive universet, uansett om tiden går fremover eller bakover. I den virkelige verden vet vi at tiden bare går i en retning, og standardforklaringen for dette er at vår oppfatning av tid bare er et produkt av entropi, i hvilken rekkefølge oppløses i uorden. Problemet med denne teorien er at det antyder at vårt univers begynte i en høy tilstand og en lav tilstand av entropi. Mange forskere er utilfredse med tanken om et tidlig-entropi-tidlig univers som fastsetter tidens retning.

Julian Barbour fra Oxford University, Tim Koslowski ved University of New Brunswick og Flavio Mercati fra Perimeter Institute for Theoretical Physics har utviklet en teori som tyder på at tyngdekraften førte til at retningen for tiden skulle strømme framover. De studerte en datasimulering av 1000 punktlignende partikler som interagerer med hverandre, påvirket av newtonsk tyngdekraft. De fant at partiklene, uansett størrelse eller mengde, til slutt ville danne seg i en lav kompleksitetstilstand med minimumsstørrelse og maksimal tetthet. Da ville partikelsystemet ekspandere i begge retninger, skape to symmetriske og motsatte "piler av tid" og skape mer ordnede og komplekse strukturer på to baner.

Dette ville tyde på at big bang forårsaket skapelsen av ikke en, men to universer, som hver har tid i motsatt retning av den andre. Ifølge Barbour:

Denne to-futuresituasjonen vil utvise en enkelt kaotisk fortid i begge retninger, noe som betyr at det vil være i hovedsak to universer, en på hver side av denne sentrale staten. Hvis de var kompliserte nok, kunne begge sider opprettholde observatører som ville oppleve tiden i motsatt retning. Eventuelle intelligente vesener der ville definere deres pil av tid som å flytte vekk fra denne sentrale staten. De ville tro at vi nå bor i deres dypeste fortid.

5 Conformal Cyclic Cosmology

Sir Roger Penrose, en fysiker fra Oxford University, hevder at big bang ikke var universets begynnelse, men bare en overgang som den går gjennom sykluser av ekspansjon og sammentrekning. Penrose foreslo at geometrikken i rommet endres over tid og blir mer sammenflettet, som beskrevet av en matematisk gjenstand kalt Weyl-krommet tensor, som starter ved null og blir større over tid. Han mener at svarte hull virker for å redusere entropi i universet, og at når universet når slutten av utvidelsen, vil sorte hull gobble opp gjenværende materie og energi og til slutt hverandre. Som materielle fall og de svarte hullene mister sin energi gjennom Hawking-stråling, blir rommet jevnt og fylt med ubrukelig energi.

Dette introduserer et konsept som kalles conformal invariance, en symmetri av geometrier med forskjellige skalaer, men samme form. Da universet ikke lenger ville identifisere forholdene ved begynnelsen, påpeker Penrose at en konformell transformasjon ville føre til at geometrikken i rommet slipper ut og at de nedbrytte partikler går tilbake til en null-entropi tilstand. Universet vil da kollapse i seg selv, klar til å utløse et nytt big bang. Dette ville bety at universet er preget av en repeterende prosess med ekspansjon og sammentrekning, som Penrose deler seg i perioder kalt "aeons".

Penrose og hans partner, Vahe Gurzadyan fra Yerevan Physics Institute i Armenia, samlet NASA satellittdata på kosmisk bakgrunnsstråling og hevdet å ha funnet 12 klare konsentriske ringer i dataene, som de tror å være bevis på gravitasjonsbølger forårsaket av supermassive sorte hull kolliderer på slutten av forrige aeon. Dette er hovedbeviset for teorien om konformell syklisk kosmologi.

4 Cold Big Bang og kontraherende univers

Standardmodellen til big bang setter ut at etter hvert saken eksploderte ut av en singularitet, ballooned den inn i et varmt og tett univers, og begynte da å sakte utvide i tusenvis av år. Singulariteten gir noen problemer når man prøver å passe sammen med teorien om generell relativitet og kvantemekanikk, så kosmologen Christoff Wetterich fra Universitetet i Heidelberg argumenterer i stedet for at universet kan ha begynt som et kaldt og stort sett tomt sted som bare har blitt mer aktivt fordi det er kontraherende, i stedet for å utvide som i standardmodellen.

I denne modellen kan redshiftet observert av astronomer bli forårsaket av en økning i universets masse som den kontraherer. Lys utstrålet fra atomer bestemmes av massen av partikler, med mer energi som lys som beveger seg mot det blå spekteret og mindre energi beveger seg mot lys i det røde spekteret.

Hovedproblemet med Wetterichs teori er at det er umulig å bevise gjennom måling, da vi bare kan sammenligne forholdet mellom forskjellige masser, ikke massene selv. En fysiker klaget over at modellen er som å argumentere for at i stedet for universet utvider, styrer linjalen vi måler med, og krymper. Wetterich har sagt at han ikke anser teorien som en erstatning for big bang; han bemerker bare at det er like konsistent med alle kjente observasjoner av universet og kan være en mer "naturlig" forklaring.

3 Living Universe

Jim Carter er en amatørforsker som utviklet en personlig teori om universet basert på evige hierarkier av "circlons", som er hypotetiske sirkulære mekaniske objekter. Han mener at hele universets historie kan forklares som generasjoner av kretser som kommer opp gjennom reproduksjons- og fissionsprosesser. Han oppdaget konseptet etter å ha observert en perfekt ring av bobler som kommer fra hans pusteapparat mens han dykket for abalone på 1970-tallet og raffinerte sine teorier med eksperimenter som omfattet kontrollerte røykringer laget med søppelkasser og gummistøvler, som han mener er fysiske manifestasjoner av en prosess som kalles circlon synchronicity.

Carter mener at sirklonsynkronisitet danner en bedre forklaring på universets oppbygging enn den store bangteorien. Hans levende universeteori viser at minst ett hydrogenatom alltid har eksistert. I begynnelsen svømte et enkelt atom av antihydrogen i et tredimensjonalt tomrum. Partikkelen hadde samme masse som hele vårt nåværende univers og var sammensatt av en positivt ladet proton og et negativt ladet antiproton. Universet var i fullstendig, perfekt dualitet, men det negative antiprotonet ekspandert gravitasjonelt litt raskere enn det positive protonet, og forårsaket at det mistet relativ masse. De vokste deretter nærmere sammen til den negative partikkelen absorbert den positive, og de dannet antineutronen.

Antineutronen var også ubalansert i masse, men til slutt flyttet tilbake til en likevekt som ville føre til at den splittet seg i to nye partikkel-antipartikkelnutroner. Denne prosessen forårsaket eksponentielt økende antall neutroner for å danne, hvorav noen ikke splittet, men forintetgjorde seg selv til fotoner, som ble grunnlaget for kosmiske stråler. Til slutt ble universet en masse stabile nøytroner som eksisterte en tid før forfall og tillater elektroner å koble med protoner for første gang, danner de første hydrogenatomer og til slutt fylle universet med elektroner og protoner som virker voldsomt for å danne elementene . Etter en periode kalt "The Era of the Great Frozen Fire", fikk vi dannelsen av stjerner, planeter og bevissthet.

De fleste fysikere anser Carters ideer for å være misguidede spekulasjoner som ikke står opp til strenge av empirisk forespørsel. Faktisk ble Carters eksperimenter med røykringer brukt som bevis for den nå-diskrediterte eterteorien for 13 år siden.

2 Plasma Universe

Mens standardkosmologi holder tyngdekraften som hovedstyrkekraften, plasmas cosmologi, eller den elektriske universeteorien, legger i stedet mye vekt på elektromagnetisme. En av de tidligste fortalerne til denne teorien var russisk psykiater Immanuel Velikovsky, som skrev et 1946-papir om emnet "Cosmos Without Gravitation", som hevdet at tyngdekraften er et elektromagnetisk fenomen som oppstår ved samspill mellom atomladninger, gratis ladninger og magnetiske felt av soler og planeter. Disse teoriene ble videreutviklet på 1970-tallet av Ralph Juergens, som hevdet at stjerner ble drevet av elektriske snarere enn termonukleære prosesser.

Det er en rekke forskjellige iterasjoner av teorien, men noen elementer er generelt de samme i hele. Plasma universeteorier hevder at solen og stjernene er elektrisk drevet av drivstrømmer, at noen planetariske overflateegenskaper er forårsaket av "super-lightning", og at kometenhaler, Martian dust devils og dannelsen av galakser er alle elektriske prosesser. Teoriene hevder at dyp rom gjennomsyres med gigantiske filamenter av elektroner og ioner, som vrider på grunn av elektromagnetiske krefter i rommet og skaper fysiske forhold som galakser.Plasma kosmologer antar at universet er uendelig i både størrelse og alder, som har begrenset sin nytte til creationists til tross for sin motstand mot big bang kosmologi.

En av de mest innflytelsesrike bøkene om emnet er Big Bang aldri skjedd, skrevet av Eric J. Lerner i 1991. Han argumenterer for at big bang teorien forkert forutsier tettheten av lyselementer som deuterium, litium-7 og helium-4, at hulrom mellom galakser er for store for å bli forklart med et innlegg -big bang tidsramme, og at overfladens lysstyrke av fjerne galakser har blitt observert som konstant, mens i et ekspanderende univers bør lysstyrken reduseres med avstand på grunn av redshift. Han hevder også at big bang teorien krever for mange hypotetiske (inflasjon, mørk materie og mørk energi) og bryter loven om bevaring av energi, da det har universet som kommer ut av ingenting.

I motsetning hevder han at plasmaprotein forutsetter riktig overflod av lyselementer, den makroskopiske strukturen til universet, og absorpsjonen av radiobølger er årsaken til kosmisk bakgrunnsstråling. Mange kosmologer hevder at Lerners kritikk av big bang kosmologi er basert på forestillinger som var kjent for å være feil når han skrev boken, og hans forklaringer på observasjoner som sikkerhetskopierer big bang kosmologi forårsaker flere problemer enn de kan løse.

1 Bindu-Vipshot

Vi har unngått religiøse eller mytologiske skapningshistorier for universets opprinnelse så langt, men vi kan gjøre et unntak for hinduistiske skapningshistorier, som kan forenes med vitenskapelige teorier med en lethed som unnslipper de fleste andre religiøse kosmologier. Carl Sagan sa en gang: "Det er den eneste religionen der tidsskalaene samsvarer med moderne vitenskapelig kosmologi. Syklusene går fra vår vanlige dag og natt til en dag og natt på Brahma, 8,64 milliarder år lang. Lengre enn jordens eller solens alder og omtrent halvparten av tiden siden storebaren. "

Det nærmeste tradisjonelle konseptet til big bang teorien om universet finnes i det hinduiske konseptet av Bindu-vipshot, som betyr "punkteksplosjon" i sanskrit. Den vediske salmer av det gamle India holdt det Bindu-vipshot produserte lydbølgene i stavelsen "om", som står for Brahman, den ultimate virkeligheten eller guddommen. Ordet "Brahman" kommer fra sanskritroten brh, som betyr "vokse stor", som har noen kobling til big bang, som de gjør med skriften tittelen Shabda Brahman, som kan være knyttet til sphota, eller "eksplosjon". Den primære lyden "om" er tolket som vibrasjonen av big bang påvist av astronomer i form av bakgrunns-kosmisk stråling.

Upanishadene forklarer big bang som den ene (Brahman) som ønsker å bli mange, som han oppnådde gjennom big bang med et uttrykk for vilje. Opprettelsen er av og til avbildet som lila, eller "guddommelig lek", med implikasjonen som universet ble opprettet som en del av et spill, og lanseringen av big bang var en del av det. Ingen spill er morsomt når den allvitende spilleren vet nøyaktig hvordan det skal gå.