النموذج الدوري

النموذج الدوري (أو النموذج المتذبذب ) هو أحد النماذج الكونية العديدة التي يتبع فيها الكون دورات لا نهائية، أو غير محددة، ذاتية الاستدامة. على سبيل المثال، افترضت نظرية الكون المتذبذب، التي تناولها ألبرت أينشتاين بإيجاز عام 1930، أن الكون يتبع سلسلة أبدية من التذبذبات، تبدأ كل منها بانفجار عظيم وتنتهي بانكماش عظيم ؛ وفي هذه الأثناء، يتمدد الكون لفترة من الزمن قبل أن يتسبب التجاذب الجاذبي للمادة في انهياره وعودته إلى وضعه الأصلي، ليخضع لارتداد عظيم .

في عام 1922، قدّم ألكسندر فريدمان نظرية الكون المتذبذب. ^{[ 1 ]} إلا أن دراسة أجراها ريتشارد سي. تولمان عام 1934 أظهرت فشل هذه المحاولات المبكرة بسبب مشكلة الدورية: فبحسب القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، لا يمكن للإنتروبيا إلا أن تزداد. ^{[ 2 ]} وهذا يعني أن الدورات المتتالية تطول وتزداد حجمًا. وبالرجوع بالزمن إلى الوراء، نجد أن الدورات السابقة للدورة الحالية تصبح أقصر وأصغر، لتنتهي مجددًا بالانفجار العظيم، وبالتالي لا تحل محله. استمر هذا الوضع المحيّر لعقود طويلة حتى أوائل القرن الحادي والعشرين، حين وفّر اكتشاف الطاقة المظلمة حديثًا أملًا جديدًا لنظرية كونية دورية متسقة. ^{[ 3 ]} في عام 2011، أكّد مسحٌ استمر خمس سنوات وشمل 200 ألف مجرة، وامتدّ على مدى 7 مليارات سنة من الزمن الكوني، أن "الطاقة المظلمة تدفع كوننا إلى التباعد بسرعات متسارعة". ^{[ 4 ] [ 5 ]}

أحد النماذج الدورية الجديدة هو نموذج علم الكونيات الغشائي لنشأة الكون ، المشتق من نموذج الانفجار العظيم السابق . وقد اقترحه بول شتاينهارت من جامعة برينستون ونيل تروك من جامعة كامبريدج عام ٢٠٠١. تصف هذه النظرية كونًا ينفجر إلى الوجود ليس مرة واحدة فقط، بل بشكل متكرر عبر الزمن. ^{[ ٦ ] [ ٧ ]} قد تفسر هذه النظرية سبب كون شكل الطاقة التنافري المعروف بالثابت الكوني ، والذي يُسرّع تمدد الكون، أصغر بعدة مراتب من المتوقع وفقًا لنموذج الانفجار العظيم القياسي .

تم اقتراح نموذج دوري مختلف يعتمد على مفهوم الطاقة الوهمية في عام 2007 من قبل لوريس باوم وبول فرامبتون من جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل . ^{[ 8 ]}

وتشمل النماذج الدورية الأخرى علم الكونيات الدوري المطابق ^{[ 9 ]} وعلم الكونيات الكمي الحلقي . ^{[ 10 ]}

استعادت النماذج الدورية الاهتمام بحلول منتصف العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، عندما أثارت التوترات بين تنبؤات نموذج لامدا-سي دي إم وملاحظات رسم خرائط دي إس آي فيما يتعلق بالطاقة المظلمة الديناميكية شكوكًا حول المصير النهائي للكون ، مما ترك إمكانية حدوث ارتداد كبير مفتوحة. ^{[ 11 ]}

في هذا النموذج الدوري، يصطدم مستويان متوازيان من الأغشية المدارية، أو ما يُعرف بالأغشية-M، بشكل دوري في فضاء متعدد الأبعاد. ^{[ 12 ]} يقع الكون المرئي رباعي الأبعاد على أحد هذين الغشاءين . تتوافق هذه التصادمات مع انعكاس من الانكماش إلى التوسع، أو ما يُعرف بالانكماش العظيم الذي يتبعه مباشرةً الانفجار العظيم . وقد تولدت المادة والإشعاع اللذان نراهما اليوم خلال آخر تصادم، وفق نمط تحدده التقلبات الكمومية التي نشأت قبل تكوّن الأغشية. بعد مليارات السنين، وصل الكون إلى الحالة التي نرصدها اليوم؛ وبعد مليارات أخرى من السنين، سيبدأ بالانكماش مجددًا. تُمثل الطاقة المظلمة قوةً بين الأغشية، وتؤدي دورًا حاسمًا في حل مشكلات القطب الأحادي ، والأفق ، والتسطح . علاوة على ذلك، يمكن أن تستمر هذه الدورات إلى ما لا نهاية في الماضي والمستقبل، والحل عبارة عن جاذب ، لذا يُمكنه تقديم تاريخ كامل للكون.

كما أوضح ريتشارد سي. تولمان ، فشل النموذج الدوري السابق لأن الكون كان سيخضع حتمًا لموت حراري ديناميكي حراري . ^{[ 2 ]} مع ذلك، يتجنب النموذج الدوري الأحدث هذا الأمر من خلال حدوث تمدد صافٍ في كل دورة، مما يمنع تراكم الإنتروبيا . ومع ذلك، لا تزال هناك قضايا رئيسية عالقة في هذا النموذج. من أبرزها أن تصادم الأغشية غير مفهوم لدى منظري الأوتار، ولا أحد يعلم ما إذا كان الطيف الثابت المقياس سيُدمر بفعل الانكماش العظيم. علاوة على ذلك، وكما هو الحال مع التضخم الكوني ، فبينما تُعرف الطبيعة العامة للقوى (في سيناريو الإكبيروتيك ، قوة بين الأغشية) اللازمة لخلق تقلبات الفراغ ، لا يوجد مرشح من فيزياء الجسيمات . ^{[ 13 ]}

يفترض هذا النموذج الدوري الأحدث لعام 2007 شكلاً غريباً من الطاقة المظلمة يُسمى طاقة الأشباح ، ^{[ 8 ] [ 14 ]} والتي تمتلك طاقة حركية سالبة، وعادةً ما تتسبب في نهاية الكون بتمزق عظيم . يتحقق هذا الشرط إذا كانت الطاقة المظلمة تُهيمن على الكون، وذلك باستخدام معامل معادلة الحالة الكونية.${\displaystyle w}$استيفاء الشرط${\displaystyle w\equiv {\frac {p}{\rho }}<-1}$، لكثافة الطاقة${\displaystyle {\rho }}$والضغط p. في المقابل، يفترض شتاينهارت- توروك${\displaystyle w{\geq }-1}$في نموذج باوم-فرامبتون، قبل جزء من تريليون من الثانية (أو أقل) (أي 10⁻²⁴ ^ثانية أو أقل) من التمزق العظيم المُحتمل، يحدث انعطاف، ولا يبقى سوى رقعة سببية واحدة تُشكّل كوننا الحالي. لا تحتوي هذه الرقعة على أي كواركات أو لبتونات أو حاملات قوى ؛ بل على طاقة مظلمة فقط ، وبالتالي تتلاشى إنتروبيتها. وتحدث عملية انكماش أديباتية لهذا الكون الأصغر بكثير مع تلاشي إنتروبيته باستمرار، ودون وجود أي مادة، بما في ذلك الثقوب السوداء التي تفككت قبل الانعطاف.

إن فكرة أن الكون "يعود فارغًا" هي فكرة جديدة محورية في هذا النموذج الدوري، وتتجنب العديد من الصعوبات التي تواجه المادة في مرحلة الانكماش، مثل التكوين المفرط للبنية ، وانتشار وتوسع الثقوب السوداء ، بالإضافة إلى المرور بتحولات طورية كتلك الخاصة بنظرية الكروموديناميكا الكمية واستعادة التناظر الكهروضعيف. أي من هذه الأمور من شأنه أن يؤدي بقوة إلى ارتداد مبكر غير مرغوب فيه، وذلك ببساطة لتجنب انتهاك القانون الثاني للديناميكا الحرارية .${\displaystyle w<-1}$قد يكون هذا الأمر حتميًا منطقيًا في علم الكونيات الدوري اللانهائي بسبب مشكلة الإنتروبيا. ومع ذلك، فإن العديد من الحسابات التقنية الداعمة ضرورية لتأكيد اتساق هذا النهج. على الرغم من أن النموذج يستعير أفكارًا من نظرية الأوتار ، إلا أنه ليس ملتزمًا بالضرورة بالأوتار، أو بالأبعاد الأعلى ، ومع ذلك، قد توفر هذه الأدوات التخمينية أسرع الطرق لدراسة الاتساق الداخلي . تكمن قيمة${\displaystyle w}$في نموذج Baum–Frampton يمكن جعلها قريبة بشكل تعسفي من -1، ولكن يجب أن تكون أقل من -1.

• علم الكونيات الدوري المطابق - وهي نظرية قائمة على النسبية العامة وضعها روجر بنروز ، حيث يتمدد الكون حتى تتحلل كل المادة وتتحول إلى ضوء - وبالتالي لا يوجد شيء في الكون مرتبط بمقياس زمني أو مكاني. وهذا يسمح له بأن يصبح مطابقًا للانفجار العظيم، ليبدأ بذلك دورة جديدة.
• علم الكون الكمي الحلقي الذي يتنبأ بوجود "جسر كمي" بين الفروع الكونية المتقلصة والمتوسعة.
• نيكولاي غوركافي: "لا مادة مظلمة ولا طاقة مظلمة". الكون المتذبذب - أتاحت الاكتشافات الحديثة في الفيزياء الفلكية الرصدية وعلم الكونيات استبعاد أي حالات غريبة أو افتراضية للكون لتفسير آلية تقلبات حجمه، وذلك استنادًا إلى أعمال نيكولاي غوركافي. وبناءً على النظرية النسبية العامة، يُفترض أنه في كل دورة، يبدأ التوسع نتيجةً لغلبة قوة الجاذبية المضادة، والتي تحدث نتيجةً لانخفاض كتلة النظام أثناء اندماج الثقوب السوداء مع انبعاث موجات الجاذبية (حيث يتحول حوالي 5% من الكتلة الكلية إلى طاقة)، ​​ويحدث الانضغاط نتيجةً لغلبة قوة الجاذبية، والتي تزداد نتيجةً لزيادة كتلة الثقوب السوداء عند امتصاصها لموجات الجاذبية. يفترض المفهوم المقترح، على وجه الخصوص، وجود ثقب أسود عملاق يبلغ حجمه مليار سنة ضوئية في الوقت الحاضر، وأقصى انضغاط للكون في دورة إلى حجم يبلغ حوالي سنة ضوئية، وانتقال بعض الثقوب السوداء من دورة إلى أخرى. ^{[ 15 ]}

النظريات الكونية الفيزيائية:

• ارتداد كبير
• علم الكونيات الدوري المطابق

دِين:

• بهافاشاكرا
• دورات الزمن في الهندوسية
• العودة الأبدية
• تكرار تاريخي
• الجاينية ونظرية عدم الخلق
• كالاتشاكرا
• عجلة الزمن

• ستينهاردت، بيجاي؛ توروك، ن. (2007). الكون الذي لا نهاية له . نيويورك، نيويورك: دوبليداي. رقم ISBN 978-0-385-50964-0.
• تولمان، آر سي (1987) [1934]. النسبية، الديناميكا الحرارية، وعلم الكونيات . نيويورك: دوفر. ISBN 978-0-486-65383-9. إل سي سي إن 34032023 . 
• باوم، ل.؛ فرامبتون، ب. هـ. (2007). "تحول في علم الكونيات الدوري". رسائل المراجعة الفيزيائية . 98 (7) 071301. arXiv : hep-th/0610213 . Bibcode : 2007PhRvL..98g1301B . doi : 10.1103 /PhysRevLett.98.071301 . PMID 17359014. S2CID 17698158 .  
• ديك، آر إتش؛ بيبلز، بي جيه إي؛ رول، بي جي؛ ويلكنسون، دي تي (1965). "إشعاع الجسم الأسود الكوني". المجلة الفيزيائية الفلكية . 142 : 414. رمز Bibcode : 1965ApJ...142..414D . doi : 10.1086/148306 . ISSN 0004-637X . 
• SW Hawking and GFR Ellis, The large-scale structure of space-time (Cambridge, 1973).
• بينروز، روجر (2010). دورات الزمن: رؤية جديدة استثنائية للكون . لندن: ذا بودلي هيد . ISBN 978-0-224-08036-1.

• بول ج. شتاينهارت ، قسم الفيزياء، جامعة برينستون
• بول إتش. فرامبتون ، قسم الفيزياء وعلم الفلك، جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل
• "الكون الدوري": حوار مع نيل تروك
• روجر بنروز - نموذج الكون الدوري