In een poging de aard van de kosmos te begrijpen, stellen sommige theoretici dat het universum in eindeloze cycli uitzet en inkrimpt.

Omdat wordt aangenomen dat dit gedrag eeuwigdurend is, zou het universum geen begin en geen einde moeten hebben - alleen eeuwige cycli van groeien en krimpen die zich voor altijd uitstrekken tot in de toekomst en voor altijd in het verleden.

Het is een aantrekkelijk concept, deels omdat het de noodzaak wegneemt van een toestand die een singulariteit wordt genoemd en die in andere modellen overeenkomt met 'het begin van de tijd'.

Maar een nieuwe studie van de natuurkundigen Will Kinney en Nina Stein van de Universiteit van Buffalo benadrukt één manier waarop cyclische of "stuiterende" kosmologieën plat vallen.

Het onderzoek toont aan dat de nieuwste versie van deze theorie - een cyclisch model dat al lang bestaande zorgen over entropie oplost - een nieuw probleem introduceert (of liever, terugkeert naar een oud probleem). Cyclische universums die onder dit model worden beschreven, moeten een begin hebben, concluderen Kinney en Stein.

"Mensen stelden voor stuiterende universums om het universum oneindig in het verleden te maken, maar wat we laten zien is dat een van de nieuwste typen van deze modellen niet werkt", zegt Kinney, Ph.D., hoogleraar natuurkunde aan het UB College of Kunsten en Wetenschappen. "In dit nieuwe type model, dat problemen met entropie aanpakt, moet het universum, zelfs als het cycli heeft, toch een begin hebben."

"Er zijn veel redenen om nieuwsgierig te zijn naar het vroege universum, maar ik denk dat mijn favoriet de natuurlijke menselijke neiging is om te willen weten wat er eerder was", zegt Stein, een UB Ph.D. student natuurkunde, over het belang van onderzoek. "Over culturen en geschiedenissen heen hebben mensen verhalen verteld over de schepping, over 'in het begin'. We willen altijd weten waar we vandaan komen."

De studie, gefinancierd door de National Science Foundation, werd in juni gepubliceerd in het Journal of Cosmology and Astroparticle Physics . Het artikel is getiteld "Cyclische kosmologie en geodetische volledigheid."

Als het universum een ​​begin had, hoe is het dan begonnen?

Kinney is auteur van een boek uit 2022 met de titel "An Infinity of Worlds", dat het epische verhaal vertelt van kosmische inflatie, een concurrerende theorie over de oorsprong van het universum. Volgens dit model werd het vroege heelal gekenmerkt door een periode van snelle expansie vanuit een singulariteit, gevolgd door de superhete oerknal, die de oerelementen smeedde die melkwegstelsels en sterren en planeten maakten, en de atomen in ons lichaam en al het andere. andere levende wezens.

Kosmische inflatie is een leidende theorie. Maar het richt zich op wat er gebeurt tijdens en na het tijdperk van snelle expansie. Het verklaart niet wat daaraan voorafging, en het beschrijft niet de voorwaarden van de oorspronkelijke singulariteit.

Een echt cyclisch universum zou deze problemen omzeilen:als het universum zich bezighoudt met eindeloze cycli van uitdijing en samentrekking, hoeft het helemaal geen begin te hebben. Maar zoals Kinney opmerkt, roepen deze stuiterende modellen hun eigen reeks onhoudbare vragen op.

"Helaas is het al bijna 100 jaar bekend dat deze cyclische modellen niet werken omdat wanorde of entropie zich in de loop van de tijd in het universum opbouwt, dus elke cyclus is anders dan de vorige. Het is niet echt cyclisch", zegt Kinney. . "Een recent cyclisch model omzeilt dit entropie-opbouwprobleem door te stellen dat het universum met elke cyclus een hele hoop uitdijt, waardoor de entropie verwatert. Je spant alles uit om kosmische structuren zoals zwarte gaten kwijt te raken, waardoor het universum terugkeert naar zijn oorspronkelijke homogene staat voordat een nieuwe bounce begint."

"Maar", voegt hij eraan toe, "lang verhaal kort, we hebben laten zien dat je bij het oplossen van het entropieprobleem een ​​situatie creëert waarin het universum een ​​begin moest hebben. Ons bewijs laat in het algemeen zien dat elk cyclisch model dat entropie verwijdert door uitdijing, een een begin."

"Het idee dat er een tijd was voordat er niets, geen tijd was, stoort ons, en we willen weten wat er daarvoor was, inclusief wetenschappers", zegt Stein. 'Maar voor zover we kunnen nagaan, moet er een 'begin' zijn geweest. Er is een punt waarop er geen antwoord is op de vraag:"Wat ging daaraan vooraf?" "

En natuurlijk zijn er nog meer onderzoeksvragen, zegt Kinney:"Ons bewijs is niet van toepassing op een cyclisch model voorgesteld door Roger Penrose, waarin het universum in elke cyclus oneindig uitdijt. Daar werken we aan." + Verder verkennen

Hologrammen gebruiken om de Sitter-ruimte te verlichten