빅 바운스

Big Bounce
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빅 바운스는 알려진 우주의 기원에 대한 가설의 우주론 모델이다. 그것은 원래 빅뱅의 순환모델이나 진동 우주 해석의 한 단계로 제시되었는데, 여기서 최초의 우주학적 사건은 이전 우주의 붕괴의 결과였다. 그것은 1980년대 초, 우주의 대규모 구조를 드러내는 관측의 진보에서 생겨난 인플레이션 이론이 수평선 문제에 대한 해결책으로 등장한 이후 진지한 고려에서 벗어났다. 2000년대 초, 인플레이션은 그 다양한 매개변수가 어떤 관측에 적합하도록 조정될 수 있다는 점에서 문제되고 타당하지 않은 것으로 일부 이론가들에 의해 발견되었다. 그래서 관측 가능한 우주의 성질은 운의 문제인 것이다. 빅 바운스를 포함한 대체 사진들은 지평선 문제에 대한 예측 가능하고 위조 가능한 해결책을 제공할 수 있으며, 2017년 현재 활발한 조사를 받고 있다.[1]

팽창 및 수축

빅 바운스의 개념은 빅뱅을 수축기에 이은 팽창기의 시작이라고 생각하고 있다. 이런 관점에서, 사람들은 빅 크런치에 이어 빅뱅, 혹은 더 간단히 빅 바운스에 대해 말할 수 있다. 이것은 우리가 우주의 무한한 순서에서 어느 지점에서나 살 수 있거나 반대로 현재의 우주가 최초의 반복이 될 수 있음을 암시한다. 그러나 '원자의 가정'으로 간주되는 간격 단계 "바운스 사이"의 조건이 완전한 우발상황으로 취해진다면, 그러한 열거는 의미가 없을 수 있다. 왜냐하면 그러한 영구적 복귀가 절대적이고 구별되지 않은 경우, 각 인스턴스마다 그 조건이 시간의 특이성을 나타낼 수 있기 때문이다.

빅 바운스의 양자 이론 이면의 주요 개념은 밀도가 무한에 가까워질수록 양자 거품의 동작이 변화한다는 것이다. 진공에서 빛의 속도를 포함하여 소위 말하는 모든 기본적인 물리적 상수는 빅 크런치 동안 일정하게 유지될 필요가 없으며, 특히 변곡점을 확장하거나 괄호로 묶는 측정(플랑크 시간의 한 단위, 약 10초−43)보다 더 작은 시간 간격에서 더욱 그러하다.

역사

빅 바운스 모델은 윌렘 드 시터, 칼 프리드리히 폰 바이제커, 조지 맥비티, 조지 가모우 등 우주론자들에 의해 주로 미학적 근거에서 승인되었다.[2]

1980년대 초까지, 관측 우주론의 진보된 정밀도와 범위가 우주의 대규모 구조가 평평하고 균질하며 등방성이라는 것을 밝혀냈으며, 이는 후에 약 3억 광년 이상의 척도로 적용되는 우주론적 원리로 받아들여졌다. 빛과 같은 의사소통에 있어 본 적이 없는 우주의 먼 지역이 본질적으로 동일한 성질을 가질 수 있는 방법에 대한 설명을 찾을 필요가 있다고 인식되었다. 해결책은 초기 우주의 기하급수적으로 팽창하는 기간으로, 인플레 이론으로 알려지게 된 것에 대한 근거로서 제안되었다. 짧은 인플레이션 시기에 이어 우주는 계속 팽창하고 있지만 덜 빠른 속도로 팽창하고 있다.

인플레이션 이론의 다양한 공식화와 그 세부적인 함의는 강렬한 이론 연구의 대상이 되었다. 설득력 있는 대안이 없는 상황에서 인플레이션은 지평선 문제의 선도적인 해결책이 되었다. 2000년대 초반, 인플레이션은 미세 조정 문제로 알려진 상황인 어떤 관찰에 적합하도록 다양한 매개변수를 조정할 수 있다는 점에서 일부 이론가들에 의해 문제되고 타당하지 않은 것으로 밝혀졌다. 나아가 인플레이션은 필연적으로 영원할 수밖에 없는 것으로 밝혀져 전형적으로 다른 성질을 가진 서로 다른 우주의 무한성을 만들어내므로 관측할 수 있는 우주의 성질은 운명의 문제라 할 수 있다.[3] 빅바운스(Big Bounce)를 포함한 대안 개념은 지평선 문제에 대한 예측 가능하고 위조 가능한 해결책으로 구상되어 2017년 현재 활발한 조사를 받고 있다.[4][5][1]

'빅 바운스(Big Bounce)'라는 문구는 1987년 과학 문헌에 등장했는데, 이때 볼프강 프리스터와 한스 요아힘 블롬이 스턴 언트웰트라움(Stern und Weltraum)에서 (독일어로) 한 쌍의 기사 제목에 처음 사용되었다.[6] 1988년 이오시프 로지탈의 빅뱅, 러시아어 책의 영문 번역본(다른 제목에 의한) '빅 바운스', 1991년 《천문학》과 《천체물리학》에서 프리스터와 블롬의 (영어) 기사에 다시 등장했다. (이 구절은 1965년 펜지아스와 윌슨의 우주 마이크로파 배경 발견으로 빅뱅 모델에 대한 대중의 인지도가 높아진 직후인 1969년 엘모어 레너드의 소설 제목에서 유래한 것으로 보인다.)

초창기 우주에 큰 반동이 존재한다는 생각은 루프 양자 중력을 바탕으로 한 작품에서 다양한 지지를 발견했다. 루프 양자 중력의 한 분야인 루프 양자 우주론에서 빅 바운스는 2006년 2월 펜실베이니아 주립대학의 아바이 아쉬테카르, 토마즈 파울로우스키, 파람프라이트 싱에 의해 동위원소 및 동종 모델에서 처음 발견되었다.[7] 이 결과는 여러 그룹에 의해 다양한 다른 모델에 일반화되었으며, 공간 곡률, 우주 상수, 음이소트로피, 포크의 정량화된 비균형성의 경우를 포함한다.[8]

마틴 보조왈드 펜실베이니아 주립대 물리학과 조교수(Martin Bojowald)는 2007년 7월 진동 우주와 빅 바운스 이론에 새로운 무게를 실어줄 빅뱅 이전의 시간을 수학적으로 해결한다고 주장한 루프 양자 중력과 관련된 작업을 상세히 기술한 연구를 발표했다.[9]

빅뱅 이론의 주요 문제점 중 하나는 빅뱅의 순간에는 볼륨 0과 무한한 에너지의 특이점이 존재한다는 것이다. 이것은 일반적으로 우리가 알고 있는 물리학의 종말로 해석된다; 이 경우, 일반 상대성 이론의 경우. 양자 효과가 중요해지고 특이점을 피할 수 있을 것으로 기대하는 이유다.

그러나 루프 양자 우주론 연구는 이전에 존재했던 우주가 특이성의 지점이 아니라 그 이전에 존재했던 우주가 붕괴되어 중력의 양자효과가 매우 강하게 반발하게 되어 우주는 다시 반사되어 새로운 분기를 형성한다는 것을 보여주는 것으로 발표되었다. 이 붕괴와 튕기는 내내 진화는 단일하다.

보조왈드는 또한 우리의 것을 형성하기 위해 붕괴된 우주의 일부 특성도 결정될 수 있다고 주장한다. 그러나 어떤 종류의 불확실성 원리로 인해 이전 우주의 일부 성질은 결정될 수 없다. 이 결과는 불확실성 원리에 따른 변동 제한으로 인해 바운스 전체의 상대적 변동 변화에 강한 제약이 있음을 보여주는 여러 그룹에 의해 논란이 되어왔다.[10][11]

빅 바운스의 존재는 여전히 루프 양자 중력에서 입증되어야 하는 반면, 그것의 주요 특성의 강건성은 루프 양자 우주론에서 고성능 컴퓨팅을 사용한 수치 시뮬레이션과 관련된 정확한 결과와 여러 연구를 통해 확인되었다.

2003년 피터 린즈는 시간이 순환하는 새로운 우주론 모델을 내놓았다. 그의 이론에 따르면 우리 우주는 결국 확장을 멈추고 그 다음엔 수축할 것이다. 특이점이 되기 전에 호킹의 블랙홀 이론에서 예상할 수 있듯이 우주는 튕겨나갈 것이다. 린은 특이점이 열역학 제2법칙을 위반할 것이며 이로 인해 우주가 특이점에 의해 제한되는 것을 막을 수 있다고 주장한다. 새로운 빅뱅으로 빅 크런치를 피할 수 있을 것이다. 린드는 우주의 정확한 역사는 각 사이클마다 영원한 재발로 반복될 것이라고 암시한다. 일부 비평가들은 우주는 순환적이지만, 역사는 모두 변형일 것이라고 주장한다.[citation needed] 린드의 이론은 철학적 고려의 배후에 수학적 모델이 없다는 이유로 주류 물리학자들에 의해 무시되어 왔다.[13]

2006년에는 빅뱅 우주론에 루프 양자중력 기법을 적용하면 순환할 필요가 없는 반동으로 이어질 수 있다는 제안이 나왔다.[14]

2010년에 로저 펜로즈는 "적합한 주기적 우주론"이라고 부르는 일반 상대성 이론에 기반을 둔 이론을 발전시켰다. 이 이론은 우주가 모든 물질이 소멸하고 결국 빛으로 바뀔 때까지 팽창할 것이라고 설명한다. 우주의 어떤 것도 그것과 연관된 시간이나 거리 스케일을 가지고 있지 않을 것이기 때문에, 그것은 빅뱅과 동일해지고, 그 결과 다음 빅뱅이 되는 빅 크런치의 한 종류가 생기게 되고, 따라서 다음 사이클을 지속하게 된다.[15]

2011년 니코뎀 포프워프스키는 아인슈타인-카르탄-시아마-키블 중력 이론에서 비정규적인 빅 바운스가 자연적으로 나타난다는 것을 보여주었다.[16] 이 이론은 아핀 연결부의 대칭의 제약을 제거하고 그것의 비대칭 부분인 비틀림 텐서(torsion tensor)를 동적 변수로 제거함으로써 일반 상대성을 확장한다. 비틀림과 디락 스피너 사이의 최소 결합은 스핀 스핀 스핀 상호작용을 생성하는데, 이는 매우 높은 밀도에서 강체 물질에서 중요하다. 그러한 상호작용은 비물리적 빅뱅 특이성을 피하여, 우주가 수축하기 전에 유한한 최소 척도 인자의 첨두와 같은 반동으로 대체한다. 이 시나리오는 또한 왜 가장 큰 스케일의 현재 우주가 공간적으로 평평하고 동질적이며 등방성이 있는 것으로 나타나 우주 인플레이션에 대한 물리적인 대안을 제공하는지를 설명한다.

2012년, 비정규적인 빅 바운스의 새로운 이론이 표준 아인슈타인 중력의 틀 안에서 성공적으로 구성되었다.[17] 이 이론은 물질 바운스와 에크피로틱 우주론의 장점을 결합한 것이다. 특히 동질적이고 등방성적인 배경 우주론적 솔루션이 비등방성 응력의 성장에 불안정하다는 유명한 BKL 불안정성은 이 이론에서 해결된다. 더욱이 물질 수축에 시드된 곡률 섭동은 거의 스케일 인바리어스 원시 동력 스펙트럼을 형성할 수 있으므로 우주 마이크로파 배경(CMB) 관측을 설명하는 일관된 메커니즘을 제공한다.

몇몇 소식통들은 ULAS J1342+0928과 같이 빅뱅 직후에 큰 크기가 설명하기 어려운 먼 초거대 블랙홀이 [18]빅 바운스 이전에 이러한 초거대 블랙홀이 형성되어 빅 바운스의 증거가 될 수 있다고 주장한다.[19][20]

참고 항목

참조

  1. ^ a b Brandenberger, Robert; Peter, Patrick (2017). "Bouncing Cosmologies: Progress and Problems". Foundations of Physics. 47 (6): 797–850. arXiv:1603.05834. Bibcode:2017FoPh...47..797B. doi:10.1007/s10701-016-0057-0. ISSN 0015-9018. S2CID 118847768.
  2. ^ Kragh, Helge (1996). Cosmology. Princeton, NJ: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-00546-1.
  3. ^ McKee, Maggie (25 September 2014). "Ingenious: Paul J. Steinhardt – The Princeton physicist on what's wrong with inflation theory and his view of the Big Bang". Nautilus (17). NautilusThink Inc. Retrieved 31 March 2017.
  4. ^ Steinhardt, Paul J.; Turok, Neil (2005). "The cyclic model simplified". New Astronomy Reviews. 49 (2–6): 43–57. arXiv:astro-ph/0404480. Bibcode:2005NewAR..49...43S. doi:10.1016/j.newar.2005.01.003. ISSN 1387-6473. S2CID 16034194.
  5. ^ Lehners, Jean-Luc; Steinhardt, Paul J. (2013). "Planck 2013 results support the cyclic universe". Physical Review D. 87 (12): 123533. arXiv:1304.3122. Bibcode:2013PhRvD..87l3533L. doi:10.1103/PhysRevD.87.123533. ISSN 1550-7998. S2CID 76656473.
  6. ^ Overduin, James; Hans-Joachim Blome; Josef Hoell (June 2007). "Wolfgang Priester: from the big bounce to the Λ-dominated universe". Naturwissenschaften. 94 (6): 417–429. arXiv:astro-ph/0608644. Bibcode:2007NW.....94..417O. doi:10.1007/s00114-006-0187-x. PMID 17146687. S2CID 9204407.
  7. ^ Ashtekar, Abhay; Pawlowski, Tomasz; Singh, Parampreet (2006-04-12). "Quantum Nature of the Big Bang". Physical Review Letters. 96 (14): 141301. arXiv:gr-qc/0602086. Bibcode:2006PhRvL..96n1301A. doi:10.1103/PhysRevLett.96.141301. PMID 16712061. S2CID 3082547.
  8. ^ Ashtekar, Abhay; Singh, Parampreet (2011-11-07). "Loop Quantum Cosmology: A Status Report". Classical and Quantum Gravity. 28 (21): 213001. arXiv:1108.0893. Bibcode:2011CQGra..28u3001A. doi:10.1088/0264-9381/28/21/213001. ISSN 0264-9381. S2CID 119209230.
  9. ^ Bojowald, Martin (2007). "What happened before the Big Bang?". Nature Physics. 3 (8): 523–525. Bibcode:2007NatPh...3..523B. doi:10.1038/nphys654.
  10. ^ Corichi, Alejandro; Singh, Parampreet (2008-04-23). "Quantum Bounce and Cosmic Recall". Physical Review Letters. 100 (16): 161302. arXiv:0710.4543. Bibcode:2008PhRvL.100p1302C. doi:10.1103/PhysRevLett.100.161302. PMID 18518182. S2CID 40071231.
  11. ^ Kamiński, Wojciech; Pawłowski, Tomasz (2010-04-15). "Cosmic recall and the scattering picture of loop quantum cosmology". Physical Review D. 81 (8): 084027. arXiv:1001.2663. Bibcode:2010PhRvD..81h4027K. doi:10.1103/PhysRevD.81.084027. S2CID 44771809.
  12. ^ Ashtekar, Abhay; Corichi, Alejandro; Singh, Parampreet (2008). "Robustness of key features of loop quantum cosmology". Physical Review D. 77 (2): 024046. arXiv:0710.3565. Bibcode:2008PhRvD..77b4046A. doi:10.1103/PhysRevD.77.024046. S2CID 118674251.
  13. ^ David Adam (14 August 2003). "The Strange story of Peter Lynds". The Guardian.
  14. ^ "PennState연구-탄생 우주 중에서 넘어".과학 일보다.2006년 5월 17일.Ashtekar, Abhay, Pawlowski, 토머스, 싱, Parmpreet(2006년)에 대해 최희섭."양자 자연이 빅뱅의".피지컬 리뷰 레터. 96(14):141301.arXiv:gr-qc/0602086.Bibcode:2006PhRvL..96n1301A.doi:10.1103/PhysRevLett.96.141301.PMID 16712061.S2CID 3082547.
  15. ^ 펜로즈, R. (2010) 시간의 순환: 우주에 대한 놀라운 새로운 시각. 랜덤 하우스
  16. ^ Poplawski, N. J. (2012). "Nonsingular, big-bounce cosmology from spinor-torsion coupling". Physical Review D. 85 (10): 107502. arXiv:1111.4595. Bibcode:2012PhRvD..85j7502P. doi:10.1103/PhysRevD.85.107502. S2CID 118434253.
  17. ^ Cai, Yi-Fu; Damien Easson; Robert Brandenberger (2012). "Towards a Nonsingular Bouncing Cosmology". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2012 (8): 020. arXiv:1206.2382. Bibcode:2012JCAP...08..020C. doi:10.1088/1475-7516/2012/08/020. S2CID 118679321.
  18. ^ Landau, Elizabeth; Bañados, Eduardo (6 December 2017). "Found: Most Distant Black Hole". NASA. Retrieved 6 December 2017. "This black hole grew far larger than we expected in only 690 million years after the Big Bang, which challenges our theories about how black holes form," said study co-author Daniel Stern of NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California.
  19. ^ Jamie Seidel (7 December 2017). "Black hole at the dawn of time challenges our understanding of how the universe was formed". News Corp Australia. Retrieved 9 December 2017. It had reached its size just 690 million years after the point beyond which there is nothing. The most dominant scientific theory of recent years describes that point as the Big Bang—a spontaneous eruption of reality as we know it out of a quantum singularity. But another idea has recently been gaining weight: that the universe goes through periodic expansions and contractions—resulting in a “Big Bounce”. And the existence of early black holes has been predicted to be a key telltale as to whether or not the idea may be valid. This one is very big. To get to its size—800 million times more mass than our Sun—it must have swallowed a lot of stuff. ... As far as we understand it, the universe simply wasn’t old enough at that time to generate such a monster.
  20. ^ Youmagazine staff (8 December 2017). "A Black Hole that is more ancient than the Universe" (in Greek). You Magazine (Greece). Retrieved 9 December 2017. This new theory that accepts that the Universe is going through periodic expansions and contractions is called "Big Bounce"

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외부 링크