Vũ trụ ekpyrotic

Vũ trụ ekpyrotic ( /ˌɛkpaɪˈrɒtɪk/)  là một mô hình vũ trụ học của những năm đầu của vũ trụ để giải thích nguồn gốc của cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ.  Mô hình này cũng đã được kết hợp trong lý thuyết vũ trụ tuần hoàn (hay lý thuyết vũ trụ tuần hoàn ekpyrotic), đề xuất một lịch sử vũ trụ hoàn chỉnh, cả quá khứ và tương lai.

Nguồn gốc

Mô hình ekpyrotic ban đầu được giới thiệu bởi Justin Khoury, Burt Ovrut, Paul Steinhardt và Neil Turok vào năm 2001.  Steinhardt đã tạo ra tên dựa trên từ đầu ekpyrosis (tiếng Hy Lạp cổ đại: ἐκπἐκιύρωσ, ekpyrōsis, "conflagration"); nó đề cập đến một mô hình vũ trụ học Stoic cổ đại, trong đó vũ trụ bị cuốn vào một chu kỳ vĩnh cửu của sự sinh nở, làm mát và tái sinh.
Lý thuyết giải quyết câu hỏi cơ bản vẫn chưa được trả lời bởi mô hình giãn nở vụ nổ lớn: điều gì đã xảy ra trước vụ nổ lớn?  Giải thích, theo lý thuyết ekpyrotic, là vụ nổ lớn thực sự là một cú nảy lớn, một sự chuyển đổi từ một kỷ nguyên co lại trước đó sang kỷ nguyên mở rộng hiện tại.  Các sự kiện quan trọng hình thành vũ trụ của chúng ta xảy ra trước khi nảy, và, trong một phiên bản tuần hoàn, vũ trụ nảy lên đều đặn.

Các ứng dụng của lý thuyết

Các mô hình ekpyrotic gốc dựa trên lý thuyết dây, brane và kích thước thêm, nhưng hầu hết ekpyrotic đương đại và các mô hình theo chu kỳ sử dụng các thành phần vật lý tương tự như mô hình giãn nở (trường lượng tử phát triển trong bình thường không gian-thời gian).  Lý thuyết đã mô tả chính xác những gì được biết cho đến nay về vũ trụ của chúng ta.  Nó dự đoán một vũ trụ đồng đều, phẳng với các mẫu điểm nóng và điểm lạnh hiện có thể nhìn thấy trong bức xạ phông vi sóng vũ trụ (CMB), và đã được xác nhận bởi các thí nghiệm vệ tinh WMAP và Planck.  Khám phá về CMB ban đầu được xem xét  bằng một bài kiểm tra mốc     của vụ nổ lớn, nhưng những người ủng hộ lý thuyết ekpyrotic và chu kỳ đã chỉ ra rằng CMB cũng phù hợp với một cú nảy lớn, như được đưa ra bởi các lý thuyết ekpyrotic và tuần hoàn.  Việc tìm kiếm sóng hấp dẫn nguyên thủy trong CMB có thể giúp các nhà khoa học phân biệt giữa các lý thuyết đối lập, vì các mô hình ekpyrotic và chu kỳ dự đoán rằng không nên quan sát thấy sóng hấp dẫn nguyên thủy.

Ý nghĩa đối với nguồn gốc  vũ trụ học

Một lợi thế của mô hình ekpyrotic và tuần hoàn là chúng không tạo ra đa vũ trụ.  Điều này rất quan trọng bởi vì khi các tác động của biến động lượng tử được đưa vào một cách hợp lý trong mô hình giãn nở vụ nổ lớn, chúng ngăn không cho vũ trụ đạt được sự đồng nhất và bằng phẳng mà các nhà vũ trụ học đang cố gắng giải thích.  Thay vào đó, sự dao động lượng tử bị thổi phồng khiến vũ trụ vỡ ra thành từng mảng với mọi sự kết hợp có thể hiểu được của các tính chất vật lý.  Thay vì đưa ra dự đoán rõ ràng, lý thuyết giãn nở vụ nổ lớn cho phép bất kỳ kết quả nào, do đó các tính chất chúng ta quan sát có thể được xem là cơ hội ngẫu nhiên, xuất phát từ bản vá đặc biệt của đa vũ trụ nơi Trái đất cư trú.  Hầu hết các khu vực của đa vũ trụ sẽ có các thuộc tính rất khác nhau.
Người đoạt giải Nobel Steven Weinberg đã gợi ý rằng nếu đa vũ trụ là sự thật, thì hy vọng tìm được lời giải thích hợp lý cho các giá trị chính xác của khối lượng quark và các hằng số khác của mô hình chuẩn mà chúng ta quan sát được trong vụ nổ lớn của chúng ta là một sự tình cờ của phần đặc biệt của đa vũ trụ nơi chúng ta đang sống.
Ý tưởng rằng các tính chất của vũ trụ của chúng ta là tình cờ và xuất phát từ một lý thuyết cho phép đa vũ trụ và các khả năng khác khó có thể hòa hợp với thực tế là vũ trụ rất đơn giản (đồng đều và phẳng) trên quy mô lớn và các hạt cơ bản dường như được mô tả bằng các đối xứng và tương tác đơn giản.  Ngoài ra, khái niệm tình cờ có thể bị làm sai lệch bởi một thử nghiệm vì bất kỳ thử nghiệm nào trong tương lai có thể được xem là các khía cạnh tình cờ khác.
Trong các mô hình ekpyrotic và tuần hoàn, làm mịn và làm phẳng xảy ra trong thời gian co lại chậm, do đó dao động lượng tử không bị thổi phồng và không thể tạo ra đa vũ trụ.  Do đó, các mô hình ekpyrotic và chu kỳ dự đoán các tính chất vật lý đơn giản phù hợp với bằng chứng thực nghiệm hiện tại mà không tạo ra đa vũ trụ.  Điều này làm cho các mô hình này có giá trị  và đồng thời, dễ bị lung lay vì chúng có thể bị làm sai lệch bởi các thí nghiệm.