A Universe Daur Ulang


dan memperluas (2) dan kemudian bertabrakan lagi (4). Dalam skenario ini, alam semesta kita (3) menandai hanya satu fase dalam siklus tak terbatas ini. Beberapa pertanyaan membingungkan karena hanya dapat dijawab dengan satu dari dua cara yang sama-sama membingungkan. Misalnya, apakah kita satu-satunya makhluk cerdas di alam semesta, atau akankah kita menemukan orang lain

dan memperluas (2) dan kemudian bertabrakan lagi (4). Dalam skenario ini, alam semesta kita (3) menandai hanya satu fase dalam siklus tak terbatas ini.

Beberapa pertanyaan membingungkan karena hanya dapat dijawab dengan satu dari dua cara yang sama-sama membingungkan. Misalnya, apakah kita satu-satunya makhluk cerdas di alam semesta, atau akankah kita menemukan orang lain? Doozy lain yang tidak menyenangkan adalah ini: apakah alam semesta dimulai pada waktu yang jauh di masa lalu, atau apakah itu selalu ada di sini?

Big bang jelas menandai semacam pertama. Kilasan energi yang menakutkan dan perluasan ruang menggerakkan segala yang dapat dilihat mata dan teleskop kita hari ini. Tetapi dengan sendirinya, teori Dentuman Besar akan meninggalkan kita di alam semesta melengkung di mana materi dan energi tidak tercampur dengan baik. Faktanya, kita sekarang tahu bahwa ruangwaktu itu datar dan bahwa galaksi dan radiasi tersebar merata di seluruh. Untuk menopang teori big bang, kosmolog mengusulkan bahwa alam semesta dimulai dengan ledakan ekspansi eksponensial dari sepetak ruang seragam tunggal, yang capnya tetap di kosmos hingga hari ini. Kosmologi inflasi seperti itu telah bekerja dengan sangat baik sehingga mereka memenuhi semua kompetisi.

Namun, selama setahun terakhir ini, satu kelompok peneliti telah mulai menantang keunggulan gagasan itu, meskipun bidang kosmologi belum sepenuhnya diambil dengan pendekatan baru. Menggambar pada beberapa gagasan mutakhir tetapi tidak terbukti dalam fisika partikel, para penantang menafsirkan big bang sebagai bentrokan keras antara objek dimensi tinggi. Dalam angsuran terbaru untuk saga, para penulis interpretasi ini telah menemukan cara untuk mengubah bentrokan tunggal itu menjadi perjuangan yang tidak pernah berakhir yang membawa kepala berapi-api setiap triliun tahun atau lebih, membuat alam semesta kita hanya satu fase dalam siklus tak terbatas kelahiran dan kelahiran kembali.

Gagasan siklus seperti itu bukanlah hal baru. Pada 1930-an, almarhum Richard Tolman dari California Institute of Technology bertanya-tanya apa yang akan terjadi jika sebuah alam semesta tertutup yang semua materi dan energi akhirnya dipadatkan dalam sebuah crunch besar untuk bertahan dari penutupannya dan meledak lagi. Sayangnya, seperti yang disadari Tolman, alam semesta akan mengumpulkan entropi selama setiap siklus baru; sebagai gantinya, itu harus tumbuh setiap kali seperti bola salju pelarian. Dan seperti halnya bola salju harus dimulai pada suatu titik waktu, demikian juga dengan alam semesta.

Kemudian pada 1960-an, fisikawan membuktikan bahwa krisis besar juga harus berujung pada titik singularitya yang diisi dengan materi tak terbatas dan panas di mana relativitas umum rusak. Dengan demikian, hukum fisika siap diperjuangkan. "Gagasan tentang alam semesta siklik telah ada sejak lama, " kata Andreas Albrecht dari University of California di Davis, seorang co-penemu inflasi, "dan itu selalu diganggu oleh masalah mendasar: apa yang menyebabkan fisika runtuh alam semesta untuk bangkit kembali ke fase ekspansi? "

String-ular

STRING PERTAMA. Teori string telah menelurkan lebih dari satu upaya untuk menghilangkan singularitas big bang.

Salah satu cara potensial untuk mengatasi masalah itu adalah dengan mengandaikan bahwa partikel elementer seperti elektron, foton, dan quark benar-benar hanyalah manifestasi dari rangkaian kecil energi yang bergejolak dalam dimensi yang lebih tinggi. Masalahnya, teori string seperti itu mengharuskan alam semesta memiliki setidaknya 10 dimensi, berbeda dengan tiga dimensi di ruang angkasa dan satu dimensi waktu yang kita rasakan. "Dalam teori string, Anda mempelajari satu hal, Anda berada di dimensi yang lebih tinggi, " kata ahli teori string Burt Ovrut dari University of Pennsylvania. "Lalu pertanyaannya adalah, dari mana dunia nyata kita berasal? Itu pertanyaan yang sangat bagus."

Membuka jalan untuk jawaban pada 1995 adalah Petr Horava, kemudian di Princeton University, dan Ed Witten dari Princeton Institute for Advanced Studies, yang menunjukkan bahwa string juga bisa ada dalam teori 11 dimensi yang lebih mendasar. Mereka runtuh salah satu dimensi ini secara matematis menjadi garis sangat kecil, menghasilkan ruangwaktu 11-dimensi, diapit di kedua sisi oleh dua membran 10-dimensi, atau bekatul, dengan warna dijuluki bekatul "ujung dunia". Satu bran akan memiliki hukum fisik seperti alam semesta kita sendiri. Dari sana, Ovrut dan rekannya beralasan bahwa enam dari 10 dimensi itu bisa dibuat sangat kecil, secara efektif menyembunyikannya dari pandangan sehari-hari dan meninggalkan empat dimensi tradisional ruang dan waktu.

Pada awal tahun 2001, ahli kosmologi Justin Khoury dan Paul Steinhardt dari Princeton, perintis inflasi lainnya, Neil Turok dari Universitas Cambridge, dan Ovrut menggunakan dedak mereka untuk mengerjakan big bang. Dengan memutar mundur jam dalam teori dawai, mereka menemukan bahwa ketika bran universal kita melewati singularitas awalnya secara terbalik, ia tiba-tiba berubah dari keadaan panas dan kerapatan yang intens namun terbatas menjadi keadaan yang dingin, datar, dan sebagian besar kosong. Dalam prosesnya, ia melepaskan jenis bran lain ke dalam celah 11 dimensi. Lari ke depan dalam waktu, big bang muncul sebagai tidak lebih dari dua bunyi serentak menabrak satu sama lain seperti simbal. Mereka membaptis proses ini dengan model ekpyrotic, setelah kosmologi "kebakaran" Yunani kuno di mana alam semesta dilahirkan dan berevolusi dari ledakan yang berapi-api.

Namun, tanpa pemahaman yang lebih baik tentang singularitas dalam teori string, grup tidak dapat mempelajari apa yang akan terjadi ketika bran kita mengembang setelah tabrakan; model hanya disediakan untuk alam semesta yang berkontraksi. Kemudian kemudian tahun lalu, kelompok tersebut menemukan dalam kolaborasi dengan Nathan Seiberg dari Institute for Advanced Study bahwa singularitas dapat diartikan sebagai tabrakan antara dua bekatul "ujung dunia", di mana hanya dimensi celah yang memisahkannya menyusut menjadi nol untuk sekejap. "Jadi apa yang tampak seperti bencana tunggal, ketika Anda menggambarkannya sebagai tabrakan brane, sama sekali tidak singular, " Turok menjelaskan. Skenario ini tetap merupakan dugaan, Seiberg mencatat, tetapi secara matematis identik dengan deskripsi singularitas big bang dalam relativitas umum.

Model ekpyrotic tampaknya sedikit dibuat-buat sampai titik ini, catatan Alan Guth dari Massachusetts Institute of Technology, penulis inflasi lain. Alam semesta pra-bang haruslah gelap, datar, dan tak terbatas, tampaknya dengan fiat. Tetapi mengapa itu harus dimulai dalam keadaan seperti itu? Jawabannya, menurut karya terbaru dari Steinhardt dan Turok, ada hubungannya dengan energi gelap, kekuatan yang mendorong galaksi terpisah dengan kecepatan yang terus meningkat.

Dedak kering

KOSMOLOGI MODERN adalah penemuan yang relatif baru.

Ketika alam semesta berakselerasi, cahaya akan menjadi lebih sulit untuk bergerak di antara sudut-sudut ruang yang jauh. Seiring waktu, galaksi akan menjadi terisolasi dari tetangga mereka; bintang-bintang akan mengering; black hole akan menguapkan kuantum secara mekanis menjadi radiasi; bahkan radiasi itu akan diencerkan dalam lautan ruang. Alam semesta bisa berakhir seperti yang ditunjukkan oleh model ekpyrotik sebelum muncul big bang.

Steinhardt dan Turok karenanya telah mengusulkan bahwa energi gelap, dikombinasikan dengan singularitas yang lebih ringan dari model ekpyrotic, menyediakan cara yang rapi untuk mengatur alam semesta yang bersiklus. Bran kita dan rekannya akan saling memantul seperti biasa, tetapi alih-alih berpisah, mereka akan saling memukul berulang-ulang seolah-olah terhubung oleh pegas. Kekuatan yang menarik di antara dedak ini sebenarnya akan menjadi kasus khusus dari jenis kekuatan yang diajukan oleh kosmologi inflasi untuk menjelaskan ledakan alam semesta awal.

Gerakan osilasi bekatul akan bekerja untuk memompa ruang ke alam semesta kita seperti bellow, menjelaskan percepatan yang kita lihat hari ini. Jadi, "ketika Anda bertanya mengapa alam semesta seperti ini, " Turok menjelaskan, "ya, itu karena harus seperti itu untuk mengulang di waktu berikutnya." Dan karena masing-masing bran sudah besar dan tak terhingga, tidak akan ada siklus pertama yang perlu dikhawatirkan.

Model ini menarik dalam menggambarkan hubungan utama antara inflasi awal dan percepatan alam semesta saat ini, kata Albrecht, tetapi "kasus ini akan jauh lebih menarik jika mereka benar-benar dapat menunjukkan bahwa alam semesta yang bersiklus adalah mungkin." Guth juga tidak tergerak. Dia menjelaskan bahwa walaupun dia menunggu hari ketika kosmologi bergabung dengan teori string, dia mengharapkan inflasi sebagai kosmologi itu. Secara umum, tidak semua fisikawan yakin bahwa tabrakan berbenturan dapat menghasilkan fluktuasi kecil pada materi dan kepadatan energi yang diselesaikan dengan rapi oleh inflasi. Variasi menit yang sangat kecil dalam jumlah ini diperlukan untuk menjelaskan cara bintang dan galaksi berkumpul dan sifat-sifat terperinci dari radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik.

Dalam model ekpyrotik, fluktuasi yang diperlukan seharusnya muncul sebagai bunyi riak merambat secara mekanis, sehingga area yang berbeda akan saling menyerang dan lepas landas mengembang terlebih dahulu. Kamp ekpyrotic yakin riak-riak ini dapat menghasilkan variasi tepat yang kita lihat hari ini. "Saya pikir itu mengejutkan betapa baiknya model ini bekerja dalam hal mereproduksi semua yang kita lihat dan menjadi sangat berbeda, " Steinhardt berkomentar. "Itu cukup mengejutkan dan, saya pikir, penting, karena kami pikir kami sedang mendekati sesuatu yang merupakan kisah kosmik yang unik."

Namun singularitas tetap sebagai rintangan lain. Meskipun ada kemajuan baru-baru ini, tidak ada yang yakin apakah fitur-fitur seperti riak bran dapat benar-benar berlalu tanpa gangguan dari goncangan besar ke ledakan. "Apa yang terjadi di singularitas?" Seiberg merenung. "Ini pertanyaan terbuka besar." Jadi, meskipun singularitas dalam teori string mungkin, seperti yang dikatakan Turok, yang "paling ringan", tetap saja merupakan wild card.

Namun, transaksi tidak dilakukan, terlalu cepat untuk mengatakan apakah tabrakan akan menahan atau melipat. Mungkin itu akan menarik pemain baru dengan ide yang bahkan lebih imajinatif. "Saya kebetulan berpikir bahwa model siklik itu menarik sekali, " kata Steinhardt. "Ada banyak bahan baru yang orang tidak punya kesempatan untuk bermain. Ketika mereka bermain, mereka mungkin menemukan hal-hal menarik lain yang kita lewatkan." Atau tidak.

Film Holografik untuk 3-D, Sans Itu Spesifikasi KonyolBioinformatika: Big Data Versus Big CMoriarty Mereka Tidak: Pelanggar Hukum yang Kikuk Membuat Forensik Tidak PerluARGO Network Senses Ocean ChangesPerlombaan untuk Mengubah Hidrogen Gassy menjadi Logam PadatPinwheel Primordial: Astronom Spot Galaksi Spiral Terkemuka Terlama NamunKerusakan Terakhir dari Tennessee Ash Ash SpillTeori Hilang Einstein Terungkap