Modelul ciclic (în cosmologie) (sau teoria ciclică) este o ipoteză cosmologică care presupune că materia Universului suferă în mod repetat cicluri succesive de expansiune , trecând prin stadiul Big Bang (starea superdensă și fierbinte) și evoluție cosmologică ulterioară , care a avut loc în Universul nostru observabil (cu posibila excepție a unor astfel de etape ipotetice precum inflația ), inclusiv formarea de elemente chimice , atomi , galaxii , stele , planete și, eventual, viață . În unele modele ciclice, spațiul tridimensional al Universului nostru suferă cicluri nesfârșite de expansiune și contracție, în timp ce în unele modele, spațiul nostru tridimensional este întotdeauna doar în expansiune (dar există cicluri nesfârșite de expansiune și contracție a spațiului în suplimentar, a patra dimensiune).
În cadrul modelului Friedman cosmologic omogen și izotrop , dacă densitatea medie a Universului o depășește pe cea critică , atunci expansiunea sa se va opri mai devreme sau mai târziu și va fi înlocuită de compresie, în urma căreia Universul se va micșora din nou într-un stare singulară , din care și-a început odată expansiunea. În anii 1930, unii fizicieni, inclusiv Albert Einstein, au propus un univers ciclic ca alternativă la expansiunea eternă ( ipoteza morții la căldură ). S-a presupus că, după ce a apărut din singularitatea Big Bang , Universul trece printr-o perioadă de expansiune, după care interacțiunea gravitațională oprește expansiunea și începe compresia inversă a Universului într-o singularitate ( Big Crunch ), iar întregul ciclu se repetă. iar si iar. Astfel, Universul există în perioada dintre două stări singulare într-un ciclu care se repetă constant de expansiuni și prăbușiri. Cu toate acestea, lucrarea lui Richard Tolman , publicată în 1934, a arătat că modelul este inconsecvent din cauza problemei entropiei : conform celei de-a doua legi a termodinamicii , entropia poate doar să crească. Ca urmare, ciclurile succesive cresc în domeniul de aplicare și durată, iar extrapolarea înapoi în timp sugerează că ciclurile anterioare au devenit din ce în ce mai limitate spațial și mai scurte ca durată, convergând la valori zero, adică conducând din nou la Big Bang-ul inițial (dar fără a înlocui. ea).
O nouă etapă în studiul modelelor ciclice a venit la începutul secolului al XXI-lea, odată cu dezvoltarea teoriei M și odată cu apariția conceptelor de materie întunecată și energie întunecată în cosmologie . Unul dintre noile modele ciclice construite de fizicienii teoreticieni de la Universitatea Princeton Paul Steinhardt și Neil Turok și colab. în 2001 se bazează pe teoria branelor [1] și derivat din modelul ekpyrotic anterior . În cadrul teoriei branelor, se presupune că spațiul Universului nostru este o brană tridimensională (3 brane) situată într-un spațiu dimensional superior. În același timp, din formalismul teoriei corzilor și generalizarea acesteia - teoria M - rezultă că toate particulele de materie și particulele purtătoare de interacțiuni fundamentale negravitaționale sunt șiruri cu capete deschise, ca urmare a cărora sunt fixate. pe brană și nu o poate părăsi. Cu toate acestea, gravitonii sunt șiruri închise, fără capete libere, astfel încât pot părăsi brana și se pot propaga între brane. [2] Modelul ciclului branelor presupune că o altă 3-brană poate exista paralel cu 3-brana noastră și că există o atracție gravitațională între ele. Energia interacțiunii gravitaționale dintre brane dă naștere fenomenului de energie întunecată în fiecare dintre brane, determinându-le să se extindă la infinit. În plus, atracția gravitațională face ca branele să fie atrase unele de altele, provocându-le să se ciocnească și să sară unele de altele. Cu toate acestea, forța gravitației încetinește rata retragerii lor și îi face să se apropie din nou unul de celălalt și să se ciocnească, rezultând o repetare nesfârșită a ciclului de atracție, ciocnire și revenire. Fiecare ciocnire duce la crearea de materie superdensa si fierbinte in fiecare brana - exact in aceeasi stare ca la momentul Big Bang-ului. Pe măsură ce brana se extinde și mai mult, această materie se răcește și trece prin întreaga etapă de evoluție cosmologică cunoscută nouă cu formarea galaxiilor, stelelor, planetelor și, eventual, a vieții. Și întregul ciclu se repetă iar și iar. Spre deosebire de modelul mai vechi considerat de Tolman et al., aici repetarea ciclurilor se produce nu datorită unei modificări a expansiunii și contracției spațiului branei în sine (Universul), ci datorită expansiunii și contracției spatiu intre brane intr-o dimensiune suplimentara. Spațiul branelor în sine se extinde mereu. În același timp, deși entropia totală din interiorul fiecărei brane crește tot timpul, din cauza expansiunii infinite a branelor, densitatea acesteia scade și la începutul fiecărui ciclu următor ajunge aproape la zero, adică are loc o revenire completă la starea initiala. Aceasta oferă un mecanism de „resetare” a entropiei în fiecare ciclu. Ca urmare, ciclurile pot continua pentru totdeauna atât în direcția trecutului, cât și în direcția viitorului [3] [4] . Astfel, acest model duce la una dintre variantele multiversului , în care universurile sunt separate în timp.
Un alt model ciclic, bazat pe rolul energiei fantomă , a fost propus în 2007 de către fizicienii Lauris Baum și Paul Frampton de la Universitatea din Carolina de Nord .
Există, de asemenea, un model cosmologic ciclic conform al lui Roger Penrose și Vahagn Gurzadyan[5] , unde în fiecare ciclu anterior (eon) timpul din viitor tinde spre infinit, ceea ce se dovedește a fi o singularitate Big Bang pentru ciclul următor.
In rusa:
În limba engleză: