Apakah “melompat alam semesta” memiliki awal?

Dalam mencoba memahami sifat alam semesta, beberapa ahli teori mengusulkan bahwa alam semesta mengembang dan mengerut dalam siklus tanpa akhir.

Karena perilaku ini dianggap persisten, semesta seharusnya tidak memiliki awal dan akhir – hanya siklus terus-menerus dari bertambah dan berkurang, membentang selamanya ke masa depan dan selamanya ke masa lalu.

Ini adalah konsep yang menarik sebagian karena menghilangkan kebutuhan akan keadaan yang disebut singularitas, yang sesuai dengan “awal waktu” dalam model lain.

Tetapi sebuah studi baru oleh fisikawan Universitas di Buffalo Will Kinney dan Nina Stein menunjukkan satu cara di mana siklus, atau “melompat”, kosmologi jatuh datar.

Penelitian menunjukkan bahwa versi terbaru dari teori ini — model siklus yang menyelesaikan kekhawatiran lama tentang entropi– memperkenalkan masalah baru (atau lebih tepatnya kembali ke masalah lama). Alam semesta siklik yang dijelaskan di bawah model ini pasti memiliki permulaan, simpul Kinney dan Stein.

“Orang-orang mengusulkan lompatan alam semesta untuk membuat alam semesta tak terbatas di masa lalu, tetapi apa yang kami tunjukkan adalah bahwa salah satu jenis model terbaru ini tidak berfungsi,” kata Kinney, Ph.D., profesor fisika di UB College of arts dan ilmu pengetahuan. “Dalam model jenis baru ini yang menangani masalah entropi, bahkan jika alam semesta memiliki siklus, ia pasti memiliki permulaan.”

“Ada banyak alasan untuk penasaran alam semesta awaltapi menurut saya favorit saya adalah kecenderungan alamiah manusia untuk ingin tahu apa yang terjadi sebelumnya,” kata Stein, mahasiswa PhD bidang fisika UB, tentang pentingnya penelitian. “Di seluruh budaya dan sejarah, orang telah menceritakan kisah tentang penciptaan, tentang “pada awalnya”. Kami selalu ingin tahu dari mana kami berasal.”

Studi yang didanai oleh National Science Foundation ini diterbitkan pada bulan Juni Jurnal Fisika Kosmologi dan Astropartikel. Artikel tersebut berjudul “Kosmologi Siklik dan Kelengkapan Geodesi”.

Jika alam semesta memiliki awal, bagaimana awalnya?

Kinney adalah penulis buku tahun 2022 berjudul An Infinity of Worlds, yang menceritakan kisah epik inflasi kosmik, sebuah teori yang bersaing tentang asal usul alam semesta. Menurut model ini, alam semesta awal dicirikan oleh periode ekspansi cepat dari singularitas, diikuti oleh Big Bang yang sangat panas, yang membentuk elemen primordial yang memunculkan galaksi, bintang dan planet, dan atom dalam tubuh kita. dan semua makhluk hidup lainnya.

Inflasi kosmik adalah teori terkemuka. Tetapi ini berfokus pada apa yang terjadi selama dan setelah Zaman Ekspansi yang Cepat. Itu tidak menjelaskan apa yang terjadi sebelumnya, dan tidak menjelaskan kondisi singularitas awal.

Alam semesta yang benar-benar siklis akan menghindari masalah ini: jika alam semesta terlibat dalam siklus ekspansi dan kontraksi tanpa akhir, ia tidak perlu memiliki awal sama sekali. Tetapi seperti yang dicatat Kinney, model-model goyang ini menimbulkan serangkaian pertanyaan mereka sendiri yang tidak dapat dipertahankan.

“Sayangnya, telah diketahui selama hampir 100 tahun bahwa model siklik ini tidak berfungsi karena penumpukan ketidakteraturan atau entropi di alam semesta dari waktu ke waktu, jadi setiap orang siklus berbeda dari yang terakhir. Ini tidak benar-benar siklus,” kata Kinney. “Model siklis saat ini menghindari masalah pembentukan entropi ini dengan mengusulkan bahwa alam semesta mengembang dengan seluruh bundel dengan setiap siklus, menipiskan entropi. Mereka menjangkau untuk menyingkirkan struktur kosmik seperti lubang hitamyang mengembalikan alam semesta ke keadaan homogen aslinya sebelum lompatan lain dimulai.”

“Tapi,” tambahnya, “singkat cerita, kami telah menunjukkan bahwa dalam memecahkan masalah entropi Anda menciptakan situasi di mana alam semesta harus memiliki awal. Bukti kami menunjukkan secara umum bahwa setiap model siklik yang menghilangkan entropi dengan ekspansi harus memiliki permulaan.”

“Gagasan bahwa ada titik waktu sebelumnya yang tidak ada, tidak ada waktu, mengganggu kami dan kami ingin tahu apa yang terjadi sebelum itu, termasuk para ilmuwan,” kata Stein. “Tapi sejauh yang kami tahu, pasti ada ‘permulaan’.” Ada satu hal yang tidak memiliki jawaban untuk pertanyaan, “Apa yang terjadi sebelum itu?” “

Dan tentu saja ada pertanyaan penelitian lain, kata Kinney: “Bukti kami tidak berlaku untuk individu siklus model diusulkan oleh Roger Penrose, di mana alam semesta mengembang tanpa batas dalam setiap siklus. Kami sedang mengerjakan itu.”