Modelo cíclico

Este artículo se basa excesivamente en referencias a fuentes primarias . Por favor, mejore este artículo añadiendo fuentes secundarias o terciarias . Buscar fuentes:  «Modelo cíclico» – noticias  · periódicos  · libros  · académico  · JSTOR ( febrero de 2013 ) ( Aprenda cómo y cuándo eliminar este mensaje )

Part of a series on
Physical cosmology
Big Bang · Universe Age of the universe Chronology of the universe
Early universe Inflation · Nucleosynthesis Backgrounds Gravitational wave (GWB) Microwave (CMB) · Neutrino (CNB)
Expansion · Future Hubble's law · Redshift Expansion of the universe FLRW metric · Friedmann equations Inhomogeneous cosmology Future of an expanding universe Ultimate fate of the universe
Components · Structure Components Lambda-CDM model Dark energy · Dark matter Structure Shape of the universe Galaxy filament · Galaxy formation Large quasar group Large-scale structure Reionization · Structure formation
Experiments Black Hole Initiative (BHI) BOOMERanG Cosmic Background Explorer (COBE) Dark Energy Survey Planck space observatory Sloan Digital Sky Survey (SDSS) 2dF Galaxy Redshift Survey ("2dF") Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)
Scientists Aaronson Alfvén Alpher Copernicus de Sitter Dicke Ehlers Einstein Ellis Friedmann Galileo Gamow Guth Hawking Hubble Huygens Kepler Lemaître Mather Newton Penrose Penzias Rubin Schmidt Smoot Suntzeff Sunyaev Tolman Wilson Zeldovich List of cosmologists
Subject history Discovery of cosmic microwave background radiation History of the Big Bang theory Timeline of cosmological theories
Category Astronomy portal
v t e

Un modelo cíclico (o modelo oscilante ) es cualquiera de varios modelos cosmológicos en los que el universo sigue ciclos infinitos o indefinidos que se sostienen por sí mismos. Por ejemplo, la teoría del universo oscilante considerada brevemente por Albert Einstein en 1930 teorizaba que el universo sigue una serie eterna de oscilaciones, cada una de las cuales comienza con un Big Bang y termina con un Big Crunch ; mientras tanto, el universo se expandiría durante un período de tiempo antes de que la atracción gravitatoria de la materia haga que colapse y rebote .

En la década de 1920, los físicos teóricos, en particular Albert Einstein , consideraron la posibilidad de un modelo cíclico para el universo como una alternativa (eterna) al modelo de un universo en expansión . En 1922, Alexander Friedmann introdujo la teoría del universo oscilante. ^[1] Sin embargo, el trabajo de Richard C. Tolman en 1934 mostró que estos primeros intentos fracasaron debido al problema cíclico: según la segunda ley de la termodinámica , la entropía solo puede aumentar. ^[2] Esto implica que los ciclos sucesivos se hacen más largos y más grandes. Extrapolando hacia atrás en el tiempo, los ciclos anteriores al actual se vuelven más cortos y más pequeños, culminando nuevamente en un Big Bang y, por lo tanto, no lo reemplazan. Esta situación desconcertante se mantuvo durante muchas décadas hasta principios del siglo XXI, cuando el componente de energía oscura recientemente descubierto proporcionó nuevas esperanzas para una cosmología cíclica consistente. ^[3] En 2011, un estudio de cinco años de 200.000 galaxias y de 7.000 millones de años de tiempo cósmico confirmó que "la energía oscura está destruyendo nuestro universo a velocidades cada vez mayores". ^{[4] [5]}

Un nuevo modelo cíclico es el modelo de la cosmología de branas de la creación del universo , derivado del modelo ecpirótico anterior . Fue propuesto en 2001 por Paul Steinhardt de la Universidad de Princeton y Neil Turok de la Universidad de Cambridge . La teoría describe un universo que explota en existencia no solo una vez, sino repetidamente a lo largo del tiempo. ^{[6] [7]} La ​​teoría podría explicar potencialmente por qué una forma repulsiva de energía conocida como la constante cosmológica , que está acelerando la expansión del universo, es varios órdenes de magnitud más pequeña que lo predicho por el modelo estándar del Big Bang .

En 2007, Lauris Baum y Paul Frampton de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill propusieron un modelo cíclico diferente basado en el concepto de energía fantasma . ^[8]

Otros modelos cíclicos incluyen la cosmología cíclica conforme y la cosmología cuántica de bucles .

En este modelo cíclico, dos planos orbifold paralelos o M-branas colisionan periódicamente en un espacio de dimensiones superiores. ^[9] El universo de cuatro dimensiones visible se encuentra en una de estas branas . Las colisiones corresponden a una inversión de contracción a expansión, o un Big Crunch seguido inmediatamente por un Big Bang . La materia y la radiación que vemos hoy se generaron durante la colisión más reciente en un patrón dictado por fluctuaciones cuánticas creadas antes de las branas. Después de miles de millones de años, el universo alcanzó el estado que observamos hoy; después de miles de millones de años adicionales, finalmente comenzará a contraerse nuevamente. La energía oscura corresponde a una fuerza entre las branas y cumple el papel crucial de resolver los problemas de monopolo , horizonte y planitud . Además, los ciclos pueden continuar indefinidamente en el pasado y el futuro, y la solución es un atractor , por lo que puede proporcionar una historia completa del universo.

Como demostró Richard C. Tolman , el modelo cíclico anterior falló porque el universo sufriría una inevitable muerte térmica termodinámica . ^[2] Sin embargo, el modelo cíclico más nuevo evita esto al tener una expansión neta en cada ciclo, lo que evita que se acumule entropía . Sin embargo, quedan importantes cuestiones abiertas en el modelo. La más importante de ellas es que los teóricos de cuerdas no entienden las branas en colisión, y nadie sabe si el espectro invariante de escala será destruido por el gran crujido. Además, como ocurre con la inflación cósmica , si bien se conoce el carácter general de las fuerzas (en el escenario ecpirótico , una fuerza entre branas) necesarias para crear las fluctuaciones del vacío , no hay ningún candidato de la física de partículas . ^[10]

Este modelo cíclico más reciente de 2007 supone una forma exótica de energía oscura llamada energía fantasma , ^{[8] [11]} que posee energía cinética negativa y normalmente haría que el universo terminara en un Big Rip . Esta condición se logra si el universo está dominado por energía oscura con un parámetro de ecuación de estado cosmológico que satisface la condición , para densidad de energía y presión p. Por el contrario, Steinhardt-Turok suponen . En el modelo de Baum-Frampton, una septillonésima (o menos) de segundo (es decir, 10 ⁻²⁴ segundos o menos) antes del supuesto Big Rip, se produce un cambio de sentido y solo se conserva un parche causal como nuestro universo. El parche genérico no contiene quarks , leptones ni portadores de fuerza ; solo energía oscura , y su entropía, por lo tanto, se desvanece. El proceso adiabático de contracción de este universo mucho más pequeño tiene lugar con una entropía que se desvanece constantemente y sin materia, incluidos los agujeros negros que se desintegraron antes del cambio de sentido.${\displaystyle w}$${\displaystyle w\equiv {\frac {p}{\rho }}<-1}$ ${\displaystyle {\rho }}$${\displaystyle w{\geq }-1}$

La idea de que el universo "regresa vacío" es una nueva idea central de este modelo cíclico, y evita muchas dificultades que enfrenta la materia en una fase de contracción, como la formación excesiva de estructuras , la proliferación y expansión de agujeros negros , así como atravesar transiciones de fase como las de la QCD y la restauración de simetría electrodébil. Cualquiera de estas tendería fuertemente a producir un rebote prematuro no deseado, simplemente para evitar la violación de la segunda ley de la termodinámica . La condición de puede ser lógicamente inevitable en una cosmología verdaderamente infinitamente cíclica debido al problema de la entropía. Sin embargo, son necesarios muchos cálculos técnicos de respaldo para confirmar la consistencia del enfoque. Aunque el modelo toma prestadas ideas de la teoría de cuerdas , no está necesariamente comprometido con las cuerdas o con dimensiones superiores , sin embargo, tales dispositivos especulativos pueden proporcionar los métodos más expeditos para investigar la consistencia interna . El valor de en el modelo de Baum-Frampton puede hacerse arbitrariamente cercano a, pero debe ser menor que, −1.${\displaystyle w<-1}$${\displaystyle w}$

• Cosmología cíclica conforme : teoría de Roger Penrose basada en la relatividad general según la cual el universo se expande hasta que toda la materia se desintegra y se convierte en luz, de modo que no hay nada en el universo que tenga una escala de tiempo o distancia asociada. Esto le permite volverse idéntico al Big Bang, iniciando así el siguiente ciclo.
• Cosmología cuántica de bucles que predice un "puente cuántico" entre ramas cosmológicas en contracción y expansión.

Cosmologías físicas:

• Gran rebote
• Cosmología cíclica conforme

Religión:

• Bhavacakra
• Ciclos del tiempo en el hinduismo
• Retorno eterno
• Recurrencia histórica
• Chacra de Kala
• Rueda del tiempo

• Steinhardt, PJ; Turok, N. (2007). Universo sin fin . Nueva York, Nueva York: Doubleday. ISBN 978-0-385-50964-0.
• Tolman, RC (1987) [1934]. Relatividad, termodinámica y cosmología . Nueva York: Dover. ISBN 978-0-486-65383-9. Código LCCN  34032023.
• Baum, L.; Frampton, PH (2007). "Cambio radical en la cosmología cíclica". Physical Review Letters . 98 (7): 071301. arXiv : hep-th/0610213 . Código Bibliográfico :2007PhRvL..98g1301B. doi :10.1103/PhysRevLett.98.071301. PMID  17359014. S2CID  17698158.
• Dicke, RH; Peebles, PJE; Roll, PG; Wilkinson, DT (1965). "Radiación cósmica del cuerpo negro". The Astrophysical Journal . 142 : 414. Bibcode :1965ApJ...142..414D. doi :10.1086/148306. ISSN  0004-637X.
• SW Hawking y GFR Ellis, La estructura a gran escala del espacio-tiempo (Cambridge, 1973).
• Penrose, Roger (2010). Ciclos del tiempo: una nueva visión extraordinaria del universo . Londres: The Bodley Head . ISBN. 978-0-224-08036-1.

• Paul J. Steinhardt, Departamento de Física, Universidad de Princeton
• Paul H. Frampton, Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill
• "El universo cíclico": una charla con Neil Turok
• Roger Penrose: Modelo cíclico del universo