El modelo cíclico (en cosmología) (o teoría cíclica) es una hipótesis cosmológica que supone que la materia del Universo experimenta repetidamente ciclos sucesivos de expansión , pasando por la etapa del Big Bang (estado superdenso y caliente) y posterior evolución cosmológica . que tuvo lugar en nuestro Universo observable (con la posible excepción de etapas hipotéticas como la inflación ), incluida la formación de elementos químicos , átomos , galaxias , estrellas , planetas y, posiblemente, vida . En algunos modelos cíclicos, el espacio tridimensional de nuestro Universo experimenta ciclos de expansión y contracción que cambian sin cesar, mientras que en algunos modelos, nuestro espacio tridimensional siempre se expande (pero hay ciclos interminables de expansión y contracción del espacio en el espacio). adicional, cuarta dimensión).
En el marco del modelo cosmológico homogéneo e isotrópico de Friedman , si la densidad promedio del Universo excede la crítica , tarde o temprano su expansión se detendrá y será reemplazada por una compresión, como resultado de lo cual el Universo volverá a contraerse en un estado singular , desde donde comenzó su expansión. En la década de 1930, algunos físicos, incluido Albert Einstein, propusieron un universo cíclico como alternativa a la expansión eterna (la hipótesis de la muerte por calor ). Se suponía que habiendo surgido de la singularidad del Big Bang , el Universo pasa por un período de expansión, después del cual la interacción gravitacional detiene la expansión y comienza la compresión inversa del Universo en una singularidad ( Big Crunch ), y todo este ciclo se repite. una y otra vez. Por lo tanto, el Universo existe en el período entre dos estados singulares en un ciclo de expansión y colapso que se repite constantemente. Sin embargo, el trabajo de Richard Tolman , publicado en 1934, mostró que el modelo era inconsistente debido al problema de la entropía : según la segunda ley de la termodinámica , la entropía solo puede aumentar. Como resultado, los ciclos sucesivos aumentan en alcance y duración, y la extrapolación en el tiempo sugiere que los ciclos anteriores se han vuelto cada vez más limitados espacialmente y de menor duración, convergiendo a valores cero, es decir, conduciendo nuevamente al Big Bang original (pero sin reemplazarlo). eso)
Una nueva etapa en el estudio de los modelos cíclicos llegó a principios del siglo XXI, con el desarrollo de la teoría M y con el advenimiento de los conceptos de materia oscura y energía oscura en la cosmología . Uno de los nuevos modelos cíclicos construidos por los físicos teóricos de la Universidad de Princeton Paul Steinhardt y Neil Turok y otros en 2001 se basa en la teoría de branas [1] y derivado del modelo ekpyrotic anterior . En el marco de la teoría de las branas, se supone que el espacio de nuestro Universo es una brana tridimensional (3-branas) ubicada en un espacio de dimensiones superiores. Al mismo tiempo, del formalismo de la teoría de cuerdas y su generalización, la teoría M , se deduce que todas las partículas de materia y partículas portadoras de interacciones fundamentales no gravitatorias son cuerdas con extremos abiertos, como resultado de lo cual están fijas. en la brana y no puede salir de ella. Sin embargo, los gravitones son cuerdas cerradas sin extremos libres, por lo que pueden salir de la brana y propagarse entre branas. [2] El modelo del ciclo de la brana supone que puede existir otra 3-brana paralela a nuestra 3-brana y que existe una atracción gravitacional entre ellas. La energía de la interacción gravitatoria entre las branas da lugar al fenómeno de la energía oscura en cada una de las branas, haciendo que se expandan indefinidamente. Además, la atracción gravitacional hace que las branas se atraigan entre sí, provocando que choquen y reboten entre sí. Sin embargo, la fuerza de la gravedad reduce la velocidad de su retirada y hace que se acerquen de nuevo y choquen, lo que da como resultado una repetición interminable del ciclo de atracción, colisión y rebote. Cada colisión conduce a la creación de materia superdensa y caliente en cada brana, exactamente en el mismo estado en que se encontraba en el momento del Big Bang. A medida que la brana se expande más, esta materia se enfría y pasa por toda la etapa de evolución cosmológica que conocemos con la formación de galaxias, estrellas, planetas y, posiblemente, vida. Y todo este ciclo se repite una y otra vez. En contraste con el modelo más antiguo considerado por Tolman et al., aquí la repetición de ciclos ocurre no debido a un cambio en la expansión y contracción del espacio de la brana misma (el Universo), sino debido a la expansión y contracción de la espacio entre branas en una dimensión extra. El propio espacio de brana siempre se está expandiendo. Al mismo tiempo, aunque la entropía total dentro de cada brana aumenta todo el tiempo, debido a la expansión infinita de las branas, su densidad disminuye y al comienzo de cada ciclo siguiente llega casi a cero, es decir, hay un retorno completo a el estado inicial. Esto proporciona un mecanismo para "restablecer" la entropía en cada ciclo. Como resultado, los ciclos pueden continuar para siempre tanto en la dirección del pasado como en la dirección del futuro [3] [4] . Así, este modelo da lugar a una de las variantes del multiverso , en la que los universos están separados en el tiempo.
Otro modelo cíclico, basado en el papel de la energía fantasma , fue propuesto en 2007 por los físicos Lauris Baum y Paul Frampton de la Universidad de Carolina del Norte .
También hay un modelo cosmológico cíclico conforme de Roger Penrose y Vahagn Gurzadyan.[5] , donde en cada ciclo anterior (eón) el tiempo en el futuro tiende a infinito, lo que resulta ser una singularidad del Big Bang para el siguiente ciclo.
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