10 alternativ till den konventionella storängsteorin

Terry Pratchett beskrev den konventionella uppfattningen om universums skapande så här: "I början fanns ingenting som exploderade." Den nuvarande huvudbilden av kosmologi är ett expanderande univers som härstammar från big banget, vilket är välunderbyggt genom bevis i form av kosmisk bakgrundsstrålning och skiftet av avlägset ljus mot den röda änden av spektret, vilket tyder på att universum expanderar stadigt.

Men inte alla är övertygade. Under åren har olika alternativa och varierande syn på kosmologin presenterats. Vissa är intressanta spekulationer som förblir tyvärr oförklarliga med vårt nuvarande bevis eller teknik. Andra är missgynnade fantasifigurer, uppror mot det otillräckliga sättet som universum verkar utmana mänskliga begrepp av sunt förnuft.

10 Steady State

Enligt ett nyligen återställt manuskript av Albert Einstein betalade den stora forskaren trovärdighet mot den brittiska astrofysiker Fred Hoyles teori om att rymden kunde fortsätta att expandera i obestämd tid, samtidigt som en konstant densitet behöll om ny materia ständigt introducerades av spontan generation. Under årtionden ansåg många att Hoyle var en vev, men dokumentet föreslår att Einstein åtminstone gav ideerna allvarligt övervägande.

Stabilitetsteorin föreslogs 1948 av Hermann Bondi, Thomas Gold och Fred Hoyle. Det härleddes från den perfekta kosmologiska principen, som säger att universum ser i allt väsentligt ut från varje ställe inom den hela tiden (i makroskopisk mening). Detta var filosofiskt tilltalande, eftersom det föreslog att universum inte har någon början eller slut. Teorin var populärt accepterad av många på 1950-talet och 1960-talet. När man mötte bevis för att universum expanderade, föreslog förespråkare att det fanns ny materia som skapades spontant i en konstant men liten takt - några atomer per kubikmil per år.

Observationen av kvasar i avlägsna (och därmed äldre, ur vår synvinkel) galaxer som inte existerade i vår stellare region dämpade entusiasmen för teorin, och det blev slutligen avvärjd när forskarna lärde sig om kosmisk bakgrundsstrålning. Men medan Hoyle främja sin favoriserade teori gjorde han en serie studier som visade hur atomer tyngre än helium hade dykt upp inom universum. (De skapades av högsta temperaturen och trycket från de första stjärnorna som genomgick deras livscykel.) Han var också ironiskt nog den som skapade termen "big bang".

9 Trött ljus

Edwin Hubble observerade att våglängderna från avlägsna galaxer skiftade mot den röda änden av spektret jämfört med ljus som emitterades av närliggande stjärnkroppar, vilket tyder på att fotonen hade förlorat energi på något sätt. Denna "redshift" förklaras generellt i samband med en post-big bang expansion som en funktion av Doppler-effekten. Förespråkare av steady state-modeller av universum föreslog istället att ljusfotoner förlorade energi gradvis när de reste genom rymden, flyttade till längre våglängd, mindre energiska röda änden av spektret. Denna teori föreslogs först av Fritz Zwicky 1929.

Det finns en mängd problem med tröttsamt ljus. För det första finns det ingen väg att en fotonens energi skulle kunna ändras utan att förändra dess momentum, vilket skulle resultera i en suddig effekt som vi inte observerar. För det andra förklarar den inte observerade mönster av ljusutsläpp från supernova, som i stället närmare matchar modellerna för ett expanderande univers med speciell relativitet som orsakar tidsfördröjning. Slutligen bygger de flesta modeller för tröttsljusteorin på ett icke-expanderande universum, men det leder till ett bakgrundsstrålningsspektrum som inte matchar våra observationer. Med siffrorna, om den trötta ljushypotesen var korrekt, skulle all vår observerade kosmiska bakgrundsstrålning komma från källor som är närmare oss än Andromeda Galaxy M31 (vår närmaste granngalax) och allting utanför det skulle vara osynligt att oss.

8 evig inflation

De allra modernaste modellerna av det tidiga universet ställer en kort period av exponentiell tillväxt (känd som inflation) som orsakas av vakuumenergi, där grannpartiklar snabbt befann sig separerade av stora områden i rymden. Efter denna inflation försvagades vakuumenergin i en het plasmasoppa som så småningom bildade atomer, molekyler och så vidare. I evig inflationsteori slutade aldrig denna inflationsprocess. I stället skulle bubblor av rymden ha slutat blåsa och komma in i ett låg-energiläge och sedan expanderade till det uppblåsbara interiören. Dessa bubblor skulle ha varit som bubblor av ånga i en kokande vattenkanna, utom i denna analogi blir potten alltid större.

I denna teori är vårt universum en bubbla bland många i en multiverse som kännetecknas av kontinuerlig inflation. En aspekt av denna teori som kan testas är att två universer som är nära nog att träffa varandra skulle orsaka störningar i varje universums rymdtid. Det bästa stödet för denna teori skulle vara bevis på en sådan störning som finns i kosmisk bakgrundsstrålning.

Den första inflationsmodellen föreslogs av den sovjetiska forskaren Alexei Starobinksy men blev berömd i väst av fysiker Alan Guth, som teoretiserade att det tidiga universet kunde ha superkylat för att möjliggöra exponentiell tillväxt före big bang. Andrei Linde tog dessa teorier och utvecklade dem till sin "eviga kaotiska expansion" -teori, som föreslog att i stället för att kräva ett big bang, med rätt potentialpotential, kan expansionen ske från vilken punkt som helst i skalärutrymmet och ständigt hölls i hela multiversen.

Enligt Linde: "I stället för ett univers med en enda fysikalisk lag förutspår en evig kaotisk inflation en självreproducerande, evigt existerande multiverse där alla möjligheter kan realiseras."

7 4-D Black Hole Mirage

Standardsmodellen för big bangen säger att universum exploderade ur en oändligt tät singularitet, men det gör det svårt att förklara varför den har en nästan jämn temperatur, med tanke på den korta tiden (kosmiskt sett) som har gått sedan den våldsamma händelsen. Vissa tror att detta kan förklaras av en okänd energiform som gjorde universet växande snabbare än ljusets hastighet. Ett team fysiker från Perimeter Institute for Theoretical Physics föreslog att universum faktiskt kan vara ett 3-D-mirage som genereras vid händelsehorisonten av en fyrdimensionell stjärna som sammanfaller i ett svart hål.

Niayesh Afshordi och hans kollegor tittade på 2000 förslag från ett team på Ludwig Maximilians University i München och hävdade att vårt universum bara var ett membran som existerar inom ett "bulkunivers" med fyra dimensioner. De insåg att om detta massuniversum också innehöll 4-D-stjärnor, kan de uppträda på samma sätt som deras 3-D-motsvarigheter i vårt universum - exploderar i supernova och kollapsar i svarta hål.

Tredimensionella svarta hål är omgivna av en sfärisk yta som kallas en händelsehorisont. Medan ytan på ett 3-D svart håls händelsehorisontyta är tvådimensionellt skulle formen av ett 4-D svart håls händelseshorisont vara tredimensionellt-en hypersfär. När Afshordis lag modellerade en 4-D-stjärnas död fann de att det utstötta materialet bildade ett 3-D-bränn (membran) runt händelsehorisonten och långsamt expanderade. De föreslog sedan att vårt universum i själva verket bara kan vara den mirage som bildas av vraket av de yttre skikten i en fyrdimensionell kollapsande stjärna.

Eftersom 4-D-massuniversumet kan vara mycket äldre, eller till och med oändligt gammalt, förklarar detta den likformiga temperaturen som vi observerar i vårt universum, men vissa data tyder på att det kan finnas skillnader som passar den konventionella modellen bättre.

6 Mirror Universe

Ett knutigt problem för fysiken är att nästan alla accepterade modeller, inklusive gravitation, elektrodynamik och relativitet, fungerar lika bra för att beskriva universum, oavsett om tiden går framåt eller bakåt. I den verkliga världen vet vi att tiden bara går i en riktning, och standardförklaringen för detta är att vår uppfattning om tid bara är en produkt av entropi, i vilken ordning löses upp i oordning. Problemet med denna teori är att det föreslår att vårt universum började i en hög ordning och en låg entropi. Många forskare är otillfredsställda med tanken om ett tidigt universum med låg entropi som bestämmer tidens riktning.

Julian Barbour vid Oxford University, Tim Koslowski vid University of New Brunswick och Flavio Mercati från Perimeter Institute for Theoretical Physics har utvecklat en teori som tyder på att tyngdkraften orsakade att tidens riktning flyter framåt. De studerade en datorsimulering av 1000 punktliknande partiklar som interagerar med varandra, påverkas av Newtonian gravitation. De fann att oavsett storlek eller mängd, skulle partiklarna så småningom bilda sig i en lågkomplexitetstillstånd med minsta storlek och maximal densitet. Därefter skulle partikelsystemet expandera i båda riktningarna, skapa två symmetriska och motsatta "pilar av tid" och skapa mer ordnade och komplexa strukturer på två vägar.

Detta skulle föreslå att big bang orsakade skapandet av inte en utan två universum, som var och en har tid i motsatsriktning av den andra. Enligt Barbour:

Denna två-terminsituation skulle uppvisa ett enda kaotiskt förflutet i båda riktningarna, vilket innebär att det skulle finnas väsentligen två universum, en på vardera sidan av denna centralstat. Om de var komplicerade nog, kunde båda sidorna uppehålla observatörer som skulle uppfatta tiden i motsatta riktningar. Alla intelligenta varelser där skulle definiera sin pil av tid som att flytta ifrån detta centrala stat. De skulle tro att vi nu bor i sitt djupaste förflutna.

5 konformell cyklisk kosmologi

Sir Roger Penrose, en fysiker från Oxford University, hävdar att big bang inte var universums början utan bara en övergång när den går genom cykler av expansion och sammandragning. Penrose föreslog att rymdens geometri förändras över tid och blir mer trasslig, såsom beskrivs av ett matematiskt objekt som kallas Weyl-krökningstensor, som börjar vid noll och växer större över tiden. Han tror att svarta hål verkar för att minska entropin i universum och att när universum når slutet av utvidgningen kommer de svarta hålen att slå upp den återstående materien och energin och så småningom varandra. När materia försvinner och de svarta hålen förlorar sin energi genom Hawking-strålning blir rymden enhetlig och fylld med värdelös energi.

Detta introducerar ett koncept som kallas conformal invariance, en symmetri av geometrier med olika skalor men samma form. Eftersom universum inte längre skulle kunna identifiera förhållandena i början, antyder Penrose att en konformal transformation skulle leda till att rymdens geometri släcks ut och de nedbrytna partiklarna återgår till ett noll entropi tillstånd. Universum skulle då kollapsa i sig själv, redo att utlösa en ny big bang. Detta skulle innebära att universum kännetecknas av en repetitiv process av expansion och sammandragning, vilken Penrose delar in i perioder som kallas "aeons".

Penrose och hans partner, Vahe Gurzadyan från Yerevan Physics Institute i Armenien, samlade NASAs satellitdata om kosmisk bakgrundsstrålning och hävdade att de hittat 12 klara koncentriska ringar i data som de anser vara bevis på gravitationskvoter orsakade av supermassiva svarta hål kolliderar i slutet av föregående aeon. Detta är huvudbeviset för teorin om konformell cyklisk kosmologi.

4 Kall storvång och kontraherande universum

Standardmodellen av big bangen innebär att allt materia exploderade ur en singularitet, det ballongade i ett varmt och tätt universum och började sedan sakta expandera i miljarder år. Singulariteten ställer vissa problem när man försöker passa med teorin om generell relativitet och kvantmekanik. Så kosmologen Christoff Wetterich från Heidelbergs universitet argumenterar istället för att universum kan ha börjat som en kall och i stort sett tom plats som bara blivit mer aktiv eftersom den är kontrakterande snarare än att expandera som i standardmodellen.

I denna modell kan den redshift som astronomerna observerar orsakas av en ökning av universums massa som den kontraherar. Ljus som emitteras från atomer bestäms av partikelmassan, med mer energi som framträder som lättflyttande mot det blå spektrumet och mindre energi rör sig mot ljus i det röda spektrat.

Huvudproblemet med Wetterichs teori är att det är omöjligt att bevisa genom mätning, eftersom vi bara kan jämföra förhållandet mellan olika massor, inte själva massorna själva. En fysiker klagade över att modellen är som att man argumenterar för att i stället för att universum expanderar linjalen vi mäter den med krymper. Wetterich har sagt att han inte anser att hans teori är en ersättare för big bang; han noterar bara att det är lika överensstämmande med alla kända observationer av universum och kan vara en mer "naturlig" förklaring.

3 Living Universe

Jim Carter är en amatörforskare som utvecklat en personlig teori om universum baserat på eviga hierarkier av "cirklons", som är hypotetiska cirkulära mekaniska objekt. Han tror att universums historia kan förklaras som generationer av cirklar som kommer fram genom reproduktions- och fissionsprocesser. Han kom fram till konceptet efter att ha observerat en perfekt ring av bubblor som kom ifrån sin andningsapparat medan han drog för abalone på 1970-talet och förfinade sina teorier med experiment som omfattade kontrollerade rökringar gjorda med soptunnor och gummilagor, vilket han anser är fysiska manifestationer av en process som heter circlon synchronicity.

Carter anser att circlon synkronicitet bildar en bättre förklaring till universums skapelse än vad big bang-teorin gör. Hans levande universumsteori innebär att minst en väteatom alltid har funnits. I början flöt en enda atom av antihydrogen i en tredimensionell tomrum. Partikeln hade samma massa som hela vårt nuvarande universum och bestod av en positivt laddad proton och en negativt laddad antiproton. Universum var i komplett, perfekt dualitet, men det negativa antiprotonet växte gravitationellt något snabbare än det positiva protonet, vilket orsakade att det förlorade relativ massa. De växte sedan närmare varandra tills den negativa partikeln absorberade den positiva och de bildade antineutronen.

Antineutronen var också obalanserad i massa men flyttade så småningom tillbaka till en jämvikt som skulle göra att den kunde delas in i två nya partikel-antipartikelnutroner. Denna process orsakade exponentiellt ökande antal neutroner att bilda, av vilka några inte splittrade sig, men förstörde sig i fotoner, som blev grunden för kosmiska strålar. Så småningom blev universum en massa stabila neutroner, som existerade en tid före förfall och låter elektroner koppla med protoner för första gången, bilda de första väteatomerna och slutligen fylla universum med elektroner och protoner som interagerar kraftigt för att bilda elementen . Efter en period kallad "The Era of the Great Frozen Fire", fick vi bildandet av stjärnor, planeter och medvetande.

De flesta fysiker anser Carters idéer vara missgynnade spekulationer som inte stämmer överens med empiriska undersökningar. Faktum är att Carters experiment med rökringar användes som bevis för den nu diskrediterade eterteorin för 13 år sedan.

2 Plasma Universum

Medan standard kosmologi håller tyngdkraften som huvudstyrande kraft, ställer plasmakosmologi eller el-teorin i stället en mycket större tonvikt på elektromagnetism. En av de tidigaste förespråkare av denna teori var den ryska psykiateren Immanuel Velikovsky, som skrev ett 1946-papper om ämnet "Cosmos Without Gravitation", som hävdade att gravitationen är ett elektromagnetiskt fenomen som härrör från interaktion mellan atomavgifter, kostnadsfria laddningar och magnetiska fält av soler och planeter. Dessa teorier utvecklades vidare på 1970-talet av Ralph Juergens, som hävdade att stjärnorna drevs av elektriska snarare än termonukleära processer.

Det finns en mängd olika iterationer av teorin, men vissa element är i allmänhet samma i hela. Plasma universums teorier hävdar att solen och stjärnorna är elektriskt drivna av driftströmmar, att några planets ytfunktioner orsakas av "super-lightning" och att kometen svansar, Martian dust devils och bildandet av galaxer är alla elektriska processer. Teorierna hävdar att djupt utrymme genomträngs med jättefilament av elektroner och joner, som vrids på grund av elektromagnetiska krafter i rymden och skapar fysikalisk materia som galaxer.Plasma kosmologer förutsätter att universum är oändligt i både storlek och ålder, vilket har begränsat sin användbarhet för creationists trots sin motstånd mot big bang kosmologi.

En av de mest inflytelserika böckerna om ämnet är Big Bang har aldrig hänt, skrivet av Eric J. Lerner 1991. Han hävdar att big bang teorin felaktigt förutspår densiteten av ljuselement som deuterium, litium-7 och helium-4, att hålrummen mellan galaxerna är för stora för att förklaras med en post -big bang tidsram, och att ytan ljusstyrkan av avlägsna galaxer har observerats som konstant, medan i ett expanderande universum bör ljusstyrkan minska med avstånd på grund av redshift. Han hävdar också att big bang-teorin kräver alltför många hypotetiska egenskaper (inflation, mörk materia och mörk energi) och strider mot energibesparingslagen, eftersom universum kommer fram ur ingenting.

Däremot argumenterar han för att plasmteori förutspår rättvisa överflöd av ljuselement, universets makroskopiska struktur och absorptionen av radiovågor är orsaken till kosmisk bakgrundsstrålning. Många kosmologer hävdar att Lerners kritik av Big Bang-kosmologin bygger på begrepp som var kända för att vara felaktiga när han skrev boken och hans förklaringar av observationer som backar upp big bang kosmologi orsakar mer problem än de kan lösa.

1 Bindu-Vipshot

Vi har hittills undvikit religiösa eller mytologiska skapningsberättelser för universums ursprung, men vi kan göra undantag för hinduiska skapningsberättelser, som kan försonas med vetenskapliga teorier med en lätthet som rymmer de flesta andra religiösa kosmologier. Carl Sagan sa en gång: "Det är den enda religionen där tidsskalorna motsvarar dem som är av modern vetenskaplig kosmologi. Dess cykler går från vår vanliga dag och natt till en dag och natt av Brahma, 8,64 miljarder år lång. Längre än jordens eller solens ålder och ungefär hälften sedan Big Bang. "

Det närmaste traditionella konceptet till universums big-teoristeori finns i det hinduiska konceptet om bindu-vipshot, vilket betyder "punktexplosion" i sanskrit. Vediska hymnen i det antika Indien höll det bindu-vipshot producerade ljudvågorna i stavelsen "om", som står för Brahman, Ultimate Reality eller Godhead. Ordet "Brahman" kommer från sanskritroten brh, som betyder "växa stor", som har en länk till big bang, som de gör med skriften titeln Shabda Brahman, som kan vara kopplad till sphota, eller "explosion". Det primära ljudet "om" har tolkats som vibrationen av big bang som detekteras av astronomer i form av bakgrunds-kosmisk strålning.

Upanishaderna förklarar Big Bang som den (Brahman) som önskar bli många, som han uppnådde genom Big Bang med ett uttryck av vilja. Skapelsen avbildas ibland som lila, eller "gudomlig lek" med implikationen att universum skapades som en del av ett spel, och lanseringen av big bang var en del av det. Inget spel är kul när den allvetna spelaren vet exakt hur det ska gå.