MIKÄ ON VÄRÄHTELEVÄ UNIVERSUMIN TEORIA? - TIEDE - 2025

Värähtelevä maailmankaikkeus tai syklinen universe teoria esittää, että maailmankaikkeus laajenee ja supistuu loputtomiin. Kalifornian teknillisen instituutin matemaatikko Richard Tolman (1881–1948) ehdotti matemaattisesti perustettua teoriaa sykkivästä universumista vuoden 1930 ympäri.

Mutta ajatus ei ollut uusi Tolmanin ajalta, koska muinaiset vedalaiset pyhät kirjoitukset olivat jo ehdottaneet jotain vastaavaa noin vuonna 1500 eaa.

Kuva 1. Näkymä syväuniversumista Hubblelta. Tällä hetkellä maailmankaikkeus laajenee, mutta värähtelevän maailmankaikkeuden teorian mukaan on aika, jolloin se supistuu. Lähde: Wikimedia Commons.

Edwin Hubblen (1889-1953) ansiosta on todistettu, että maailmankaikkeus laajenee tällä hetkellä, mikä useimpien tähtitieteilijöiden mukaan kiihtyy tällä hetkellä.

Oskilloiva universumin teoriaehdotus

Tolman ehdottaa, että maailmankaikkeuden laajeneminen tapahtuu Ison räjähdyksen alkuimpulssin ansiosta ja pysähtyy, kun mainittu impulssi lakkaa painovoiman vaikutuksesta.

Venäläinen kosmologi Alexander Friedmann (1888–1925) oli todellakin jo esitellyt matemaattisesti vuonna 1922 ajatuksen maailmankaikkeuden kriittisestä tiheydestä, jonka alapuolella se laajenee ilman, että painovoima kykenee estämään sitä, vaikka sen yläpuolella sama Painovoima estää laajentumisen ja aiheuttaa sen supistumisen, kunnes se romahtaa.

No, Tolman ennustaa teoriassaan, että maailmankaikkeuden tiheys saavuttaa pisteen, jossa laajentuminen pysähtyy painovoimajarrun avulla, ja supistumisvaihe, nimeltään Big Crunch, alkaa.

Tämän vaiheen aikana galaksit kasvavat lähemmäksi ja muodostavat valtavan, uskomattoman tiheän massan, mikä aiheuttaa ennustetun romahduksen.

Teoria olettaa myös, että maailmankaikkeudella ei ole tiettyä alkua ja loppua, koska se rakennetaan ja tuhotaan vuorotellen miljoonien vuosien jaksoissa.

Ensisijainen asia

Useimmat kosmologit hyväksyvät Big Bang -teorian maailmankaikkeuden lähtökohtana, joka muodostui suuren alkeisräjähdyksen kautta tietystä aineenmuodosta ja energiasta, jota ei voida käsittää, kuinka tiheä ja valtava lämpötila on.

Tästä suuresta alkuperäisestä atomista syntyi tunnetut perushiukkaset: protonit, elektronit ja neutronit muodossa nimeltään ylem, kreikkalainen sana, jota viisas Aristoteles oli käyttänyt viitaten ensisijaiseen aineeseen, kaiken aineen lähteeseen.

Ylem jäähtyi vähitellen laajentuessaan muuttuen vähemmän tiheäksi joka kerta. Tämä prosessi jätti säteilyjalanjäljen universumiin, joka on nyt havaittu: mikroaaltosäteilyn tausta.

Alkuainehiukkaset alkoivat yhdistyä toistensa kanssa ja muodostaa tietyn asian muutamassa minuutissa. Joten ylem muuttui peräkkäin yhdeksi ja toiseksi aineeksi. Ylem-ajatus on juuri se, joka sai sykkivän maailmankaikkeuden idean.

Sykkivän maailmankaikkeuden teorian mukaan ennen tämän laajentuneen vaiheen saavuttamista, jossa olemme nyt, on mahdollista, että oli olemassa toinen nykyisen kaltainen maailmankaikkeus, joka supistui muodostamaan ylem.

Tai ehkä meidän omamme on ensimmäinen tulevaisuuden syklisistä universumista.

Big Bang, Big Crunch ja entropia

Tolmanin mukaan jokainen maailmankaikkeuden värähtelyjakso alkaa suurella räjähdyksellä, jossa ylem antaa kaiken tiedämämme aineen ja päättyy isolla romahduksella, romahduksella, johon maailmankaikkeus romahtaa.

Yhden ja toisen välisenä aikana maailmankaikkeus laajenee, kunnes painovoima pysäyttää sen.

Kuten Tolman itse tajusi, ongelma on kuitenkin termodynamiikan toisessa laissa, jonka mukaan järjestelmän entropia - häiriöaste - ei koskaan alene.

Siksi jokaisen syklin olisi oltava pidempi kuin edellinen, jos maailmankaikkeus kykenisi pitämään muistin aiemmasta entroopistaan. Lisäämällä kunkin syklin pituutta saadaan piste, jossa maailmankaikkeudella on taipumus laajentua loputtomiin.

Toinen seuraus on, että tämän mallin mukaan maailmankaikkeus on äärellinen ja jollain kaukaisella aikaisemmalla hetkellä sillä on pitänyt olla alkuperä.

Ongelman ratkaisemiseksi Tolman väitti, että sisällyttämällä relativistinen termodynamiikka tällaiset rajoitukset katoavat, mikä sallii rajoittamattoman sarjan supistumisia ja maailmanlaajuisuuden laajenemisia.

Universumin kehitys

Kuva 2. Tiheysparametri määrittelee universumin kolme mahdollista maantieteellistä muotoa. Lähde: NASA Wikimedia Commonsin kautta.

Venäläinen kosmologi Alexander Friedmann, joka oli myös suuri matemaatikko, löysi kolme ratkaisua Einsteinin yhtälöihin. Nämä ovat 10 yhtälöä, jotka ovat osa suhteellisuusteoriaa ja kuvaavat kuinka avaruusaika käyrää aineen ja painovoiman läsnäolosta johtuen.

Friedmannin kolme ratkaisua johtavat kolmeen maailmankaikkeuden malliin: yksi suljettu, yksi avoin ja kolmas litteä. Näiden kolmen ratkaisun tarjoamat mahdollisuudet ovat:

- Laajentuva maailmankaikkeus voi lopettaa laajentumisen ja supistua uudestaan.

- Laajeneva maailmankaikkeus voi saavuttaa tasapainotilan.

- Laajeneminen voi jatkua äärettömyyteen.

Big Rip

Universumin laajentumisnopeus ja siinä olevan aineen määrä ovat avaimet oikean ratkaisun tunnistamiseksi kolmesta mainitusta.

Friedmann arvioi, että alussa mainittu kriittinen tiheys on plus tai miinus 6 vetyatomia kuutiometriä kohti. Muista, että vety ja helium ovat suuren iskun jälkeen tapahtuneen ylemin päätuotteita ja maailmankaikkeuden runsaimpia elementtejä.

Tähän saakka tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että nykyisen maailmankaikkeuden tiheys on hyvin pieni, joten sen kanssa ei ole mahdollista tuottaa painovoimaa, joka hidastaa laajentumista.

Silloin maailmankaikkeus olisi avoin maailmankaikkeus, joka voisi päättyä suureen kyyneleeseen tai suureen repiäyn, jossa aine on jaettu subatomisiin hiukkasiin, jotka eivät koskaan tule takaisin toisiinsa. Tämä olisi tunnetun universumin loppu.

Tumma aine on avain

Mutta sinun on otettava huomioon tumman aineen olemassaolo. Tummaa ainetta ei voida nähdä tai havaita suoraan, ainakaan toistaiseksi. Mutta sen painovoimavaikutukset tekevät, koska sen läsnäolo selittää gravitaation muutokset monissa tähdessä ja järjestelmissä.

Koska tumman aineen uskotaan miehittävän jopa 90% maailmankaikkeudesta, on mahdollista, että universumimme on suljettu. Tällöin painovoima kykenee kompensoimaan laajenemisen, tuomalla sen Big Crunchiin, kuten aiemmin on kuvattu.

Joka tapauksessa se on kiehtova idea, jolla on vielä paljon tilaa spekulointiin. Jatkossa on mahdollista, että tumman aineen todellinen luonne paljastuu, jos se on olemassa.

Tätä varten on jo tehty kokeita kansainvälisen avaruusaseman laboratorioissa. Samalla kentällä tehdään myös kokeita tumman aineen saamiseksi normaalista aineesta. Tuloksena olevat tulokset ovat avainasemassa maailmankaikkeuden todellisen luonteen ymmärtämiseksi.

Viitteet

1. Kragh, H. Relativistisen maailmankaikkeuden sykliset mallit. Palautettu osoitteesta: arxiv.org.
2. Pérez, I. Universumin alkuperä ja pää. Palautettu osoitteesta: revistaesfinge.com.
3. SC633. Universumin alkuperä. Palautettu osoitteesta: sc663b2wood.weebly.com.
4. Villanueva, J. Oskilloivan universumin teoria. Palautettu: universetoday.com.
5. Wikipedia. Syklinen malli. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Universumin muoto. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org.