순환 모형 (우주론)

**순환 모형**(또는 **진동 모형**)은 물질 우주가 무한 또는 무한한 자립 순환을 따르는 여러 우주론적 모형 중 하나이다. 예를 들어, 1930년 알베르트 아인슈타인이 간략하게 고려한 진동 우주 이론은 우주가 빅뱅으로 시작하여 빅 크런치로 끝나는 영원한 일련의 진동을 따르는 것을 이론화했다. 그 사이에 우주는 물질의 중력 인력으로 인해 다시 붕괴되어 바운싱 되기 전까지 일정 기간 동안 팽창하게 된다.
# 개요
1920년대에 이론 물리학자들, 특히 알베르트 아인슈타인은 팽창하는 우주 모형에 대한 (영원한) 대안으로 우주 순환 모형의 가능성을 고려했다. 1922년에 알렉산더 프리드만은 진동하는 우주 이론을 소개했다.확인날짜=2023-09-24 그러나 1934년 리처드 C. 톨먼의 연구에서는 이러한 초기 시도가 순환 문제 때문에 실패했음을 보여주었다. 열역학 제2법칙에 따르면 엔트로피는 증가할 수밖에 없다. lccn=34032023 이는 연속적인 주기가 점점 더 길어지고 커진다는 것을 의미한다. 시간을 거슬러 올라가면 현재 주기 이전의 주기는 점점 더 짧아지고 작아져서 다시 빅뱅으로 정점을 이루므로 대체되지 않다. 이 수수께끼 같은 상황은 최근 발견된 암흑 에너지 성분이 일관된 순환 우주론에 대한 새로운 희망을 제공했던 21세기 초까지 수십 년 동안 지속되었다. 2011년 20만 개의 은하계와 70억년의 우주 시간을 5년간 조사한 결과, "암흑 에너지가 우리 우주를 가속 속도로 분열시키고 있다"는 사실이 확인되었다.확인날짜=2023-08-22저자링크9=Tamara Davis 하나의 새로운 순환 모형은 이전의 에크파이로틱 모형에서 파생된 우주 창조의 막 우주론 모형이다. 2001년 프린스턴 대학교의 폴 스타인하트 와 케임브리지 대학교의 닐 튜록이 제안했다. 이 이론은 우주가 한 번만 폭발하는 것이 아니라 시간이 지남에 따라 반복적으로 존재한다고 설명한다. doi=10.1103/PhysRevD.65.126003 pmid=11976408 이 이론은 우주의 팽창을 가속화하는 우주상수로 알려진 척력적인 형태의 에너지가 표준 빅뱅 모형에서 예측한 것보다 몇 배 더 작은 이유를 잠재적으로 설명할 수 있다. 유령 에너지 개념에 기초한 다른 순환 모형은 2007년 노스캐롤라이나 대학교 채플힐 캠퍼스의 로리스 바움과 폴 프램프턴에 의해 제안되었다. doi=10.1142/S0217732308026170 다른 순환 모형에는 등각 순환 우주론과 루프 양자 우주론이 포함된다.
# 스타인하트-튜록 모형
이 순환 모형에서는 두 개의 평행한 오비폴드 평면 또는 M-막이 고차원 공간에서 주기적으로 충돌한다. doi=10.1016/j.newar.2005.01.003 눈에 보이는 4차원 우주는 이 막 중 하나에 놓여 있다. 충돌은 수축에서 팽창으로의 역전 또는 빅 크런치 직후 빅뱅에 해당한다. 오늘날 우리가 보는 물질과 방사선은 막 이전에 생성된 양자 요동에 의해 결정된 패턴으로 가장 최근의 충돌 중에 생성되었다. 수십억 년이 지난 후 우주는 오늘날 우리가 관찰하는 상태에 이르렀다. 수십억 년이 더 지나면 결국 다시 수축하기 시작할 것이다. 암흑에너지는 막 사이의 힘에 해당하며, 홀극, 지평, 편평도 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 한다. 더욱이 그 순환은 과거와 미래까지 무한정 계속될 수 있고, 그 해결책은 끌개이므로 우주의 완전한 역사를 제공할 수 있다. 리처드 C. 톨먼이 보여준 것처럼, 초기 순환 모형은 우주가 불가피한 열역학적 열죽음을 겪을 것이기 때문에 실패했다. lccn=34032023 그러나 새로운 순환 모형은 각 순환마다 순 확장을 가해 엔트로피가 축적되는 것을 방지함으로써 이를 회피한다. 그러나 모형에는 아직 해결되지 않은 주요 문제가 남아 있다. 그 중 가장 중요한 것은 끈 이론가들이 충돌하는 막을 이해하지 못하고 규모 불변 스펙트럼이 큰 위기로 인해 파괴될지 아무도 모른다는 것이다. 더욱이 우주 팽창과 마찬가지로 진공 요동을 생성하는 데 필요한 힘( 에크파이로틱 시나리오에서는 막 사이의 힘)의 일반적인 특성이 알려져 있지만 입자 물리학에서는 후보가 없다.isbn=978-0-09-948864-4
# 바움-프렘프턴 모형
보다 최근의 2007년 순환 모형은 팬텀 에너지 라고 불리는 이국적인 형태의 암흑 에너지를 가정한다. doi=10.1142/S0217732308026170 pmid=17359014 이는 음의 운동 에너지를 갖고 있으며 일반적으로 우주가 빅 립으로 끝나게 만든다. 이 조건은 상태 매개변수의 우주 방정식을 사용하여 우주가 암흑 에너지에 의해 지배되는 경우 달성된다. 에너지 밀도 {\rho}, 압력 p일 때 매개변수 w는 조건 w\equiv \frac{p}{\rho} <-1을 만족한다. 대조적으로 스타인하트-튜록은 w {\geq}-1과 같이 가정한다. 바움-프렘프턴 모형에서는 빅 립이 발생하기 10억분의 1초(즉, 10-24 초 이하) 전에 전환이 발생하고 단 하나의 인과 패치만이 우리 우주로 유지된다. 일반 패치에는 쿼크, 렙톤 또는 힘 매개 입자가 포함되어 있지 않다. 오직 암흑에너지 만이 존재하며, 이로써 그 엔트로피는 사라진다. 이 훨씬 더 작은 우주의 단열 수축 과정은 끊임없이 사라지는 엔트로피와 회전 전에 붕괴된 블랙홀을 포함하지 않는 모든 물질에서 발생한다. 우주가 "비워진다"는 생각은 이 순환 모형의 새로운 핵심 아이디어이며, 과도한 구조 형성, 블랙홀의 확산 및 팽창, 위상 전환 등 수축 단계에서 물질이 직면하는 많은 어려움을 피한다. 양자 색역학 및 약한 대칭 복원과 같은 것이다. 이들 중 어떤 것도 단순히 열역학 제2법칙 위반을 피하기 위해 원치 않는 조기 바운스를 생성하는 경향이 있다. 조건 w <-1는 엔트로피 문제로 인해 진정한 무한 순환 우주론에서는 논리적으로 불가피할 수도 있다. 그럼에도 불구하고 접근 방식의 일관성을 확인하려면 많은 기술적 백업 계산이 필요하다. 모형이 끈 이론에서 아이디어를 차용하더라도 반드시 끈이나 더 높은 차원에 적용되는 것은 아니지만 이러한 추측 장치는 내적 일관성을 조사하는 가장 빠른 방법을 제공할 수 있다. 바움-프렘프턴 모형에서 w의 값은 −1에 임의로 가깝게 만들 수 있지만 이보다 작아야 한다.
# 기타 순환 모형
* 등각 순환 우주론(일반 상대성 이론에 기초한 로저 펜로즈의 이론)은 모든 물질이 붕괴되어 빛으로 변할 때까지 우주가 팽창하므로 우주에는 시간이나 거리 규모와 관련된 것은 아무것도 없다. 이를 통해 빅뱅과 동일해지며 다음 주기가 시작된다. * 수축하는 우주 가지와 팽창하는 우주 가지 사이의 "양자 다리"를 예측하는 루프 양자 우주론 .
# 참고문헌
* isbn=978-0-385-50964-0 * lccn=34032023 * pmid=17359014 * 이름4=D. T. * S. W. Hawking and G. F. R. Ellis, *The large-scale structure of space-time* (Cambridge, 1973). * isbn=978-0-224-08036-1