Εκπυρωτικό σύμπαν

Το εκπυρωτικό σύμπαν είναι κοσμολογικό μοντέλο του πρώιμου σύμπαντος που εξηγεί την προέλευση της δομής μεγάλης κλίμακας του Κόσμου . Το μοντέλο έχει επίσης ενσωματωθεί στη θεωρία του κυκλικού σύμπαντος (ή θεωρία του εκπυρωτικού κυκλικού σύμπαντος), η οποία προτείνει μια πλήρη κοσμολογική ιστορία, τόσο στο παρελθόν όσο και στο μέλλον.

Προέλευση 
Το αρχικό εκπυρωτικό μοντέλο εισήχθη από τους Justin Khoury, Burt Ovrut, Paul Steinhardt και Neil Turok το 2001. 
Ο Steinhardt δημιούργησε το όνομα με βάση την αρχαιοελληνική λέξη ἐκπύρωσις (σημαίνει: ολοκληρωτική καύση, εμπρησμός) που  αναφέρεται σε ένα αρχαίο στωικό κοσμολογικό μοντέλο, στο οποίο το σύμπαν παγιδεύεται σε έναν αιώνιο κύκλο πύρινης γέννησης, ψύξης και αναγέννησης.
Η θεωρία αντιμετωπίζει το θεμελιώδες ερώτημα που παραμένει αναπάντητο από το πληθωριστικό μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης, "Τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη;" Η εξήγηση, σύμφωνα με την εκπυρωτική θεωρία, είναι ότι η Μεγάλη Έκρηξη ήταν στην πραγματικότητα μια μεγάλη αναπήδηση, μια μετάβαση από μια προηγούμενη εποχή συστολής στη σημερινή εποχή της επέκτασης που παρατηρήται. Τα βασικά γεγονότα που διαμόρφωσαν το σύμπαν μας συνέβησαν πριν από την αναπήδηση και, σε μια κυκλική εκδοχή, το σύμπαν αναπηδά σε τακτά χρονικά διαστήματα.

Εφαρμογές της θεωρίας 
Τα αρχικά εκπυρωτικά μοντέλα βασίζονταν στη θεωρία χορδών, τις βράνες και τις επιπλέον διαστάσεις, αλλά τα περισσότερα σύγχρονα εκπυρωτικά και κυκλικά μοντέλα χρησιμοποιούν τα ίδια φυσικά συστατικά με τα πληθωριστικά μοντέλα (κβαντικά πεδία που εξελίσσονται στον συνηθισμένο χωροχρόνο).  Όπως και η κοσμολογία του Big Bang, η εκπυρωτική θεωρία έχει περιγράψει με ακρίβεια βασικά χαρακτηριστικά του σύμπαντός μας. Προβλέπει ένα ομοιόμορφο, επίπεδο σύμπαν με μοτίβα θερμών σημείων και ψυχρών σημείων, σε συμφωνία με τις παρατηρήσεις της κοσμικής ακτινοβολίας μικροκυμάτων (CMB), παρατηρήσεις που επιβεβαιώθηκαν με μεγαλύτερη ακρίβεια από τα δορυφορικά πειράματα WMAP και Planck.  Η παρατήρηση  της θεωρείται από καιρό απόδειξη της  Μεγάλης Έκρηξης  αλλά οι υποστηρικτές των εκπυρωτικών και κυκλικών θεωριών υποστηρίζουν ότι η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου  είναι επίσης σύμφωνη με μια Μεγάλη Αναπήδηση όπως υποτίθεται σε αυτά τα μοντέλα.  Άλλοι ερευνητές υποστηρίζουν ότι τα δεδομένα από τις παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου Planck  "περιορίζουν σημαντικά τον βιώσιμο χώρο παραμέτρων των εκπυρωτικών/κυκλικών σεναρίων".  Η ύπαρξη  αρχέγονων βαρυτικών κύματων, στα μοτίβα της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου αν παρατηρηθούν ποτέ, μπορούν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να διακρίνουν διάφορες θεωρίες σχετικά με την προέλευση του σύμπαντος.Τα Βαρυτικά κύματα ,είναι κυματισμοί της καμπυλότητας του χωροχρονικού συνεχούς , κύματα που παράγονται σύμφωνα με την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν  όταν επιταχύνθουν μάζες όπως στον Ηλεκτρομαγνητισμό η επιτάχυνση ηλεκτρικών φορτίων προκαλεί την εκμπομπή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων  πρόβλεψη του μεγάλου φυσικού Μάξγουελ που ενοποίησε τα ηλεκτρικά - μαγνητικά φαινόμενα.Η ταχύτητα διάδοσης ,των βαρυτικών και ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ,ισούται με την ταχύτητα του φωτός (στο κενό).Τα βαρυτικά κύματα παρατηρήθηκαν και επιβεβαιώθηκαν από το L.I.G.O και VIRGO  το 2016 , παρατηρώντας την ενσωμάτωση αστρικών μελανών οπών.Το επόμενο χρόνο οι επικεφαλής βραβεύτηκαν με το βραβείο Νόμπελ.(Οι Rainer Weiss, Kip Thorne and Barry C. Barish.)

Επιπτώσεις στην κοσμολογία 
Ένα πλεονέκτημα των εκπυρωτικών και κυκλικών μοντέλων είναι ότι δεν παράγουν πολυσύμπαν.Αυτό είναι σημαντικό γιατί όταν οι επιπτώσεις των κβαντικών διακυμάνσεων συμπεριλαμβάνονται σωστά στο πληθωριστικό μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης, εμποδίζουν το σύμπαν να επιτύχει την ομοιομορφία και την επιπεδότητα που προσπαθούν να εξηγήσουν οι κοσμολόγοι.  Αντίθετα, οι διογκωμένες κβαντικές διακυμάνσεις προκαλούν το σύμπαν να διασπάται σε κομμάτια με κάθε πιθανό συνδυασμό φυσικών ιδιοτήτων. Αντί για σαφείς προβλέψεις, η πληθωριστική θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης επιτρέπει οποιοδήποτε αποτέλεσμα, έτσι ώστε οι ιδιότητες που παρατηρούμε να θεωρούνται τυχαίες πιθανότητες, που προκύπτουν από το συγκεκριμένο κομμάτι του πολυσύμπαντος στο οποίο κατοικεί η Γη.Οι περισσότερες περιοχές του πολυσύμπαντος θα έχουν πολύ διαφορετικές ιδιότητες.
Ο βραβευμένος με Νόμπελ Στίβεν Γουάινμπεργκ πρότεινε ότι αν το σύμπαν είναι αληθινό, «η ελπίδα να βρούμε μια ορθολογική εξήγηση για τις ακριβείς τιμές των μαζών κουάρκ , λεπτονίων και των άλλων φυσικών σταθερών του τυπικού μοντέλου που παρατηρούμε στο Big Bang είναι καταδικασμένη, διότι οι αξίες τους θα ήταν ένα ατύχημα του συγκεκριμένου μέρους του πολυσύμπαντος στο οποίο ζούμε ». 
Η ιδέα ότι οι ιδιότητες του σύμπαντός μας είναι ένα προιόν τυχαίων αρχικών καταστάσεων (ατύχημα) και προέρχονται από μια θεωρία που επιτρέπει ένα πολυσύμπαν άλλες δυνατότητες είναι δύσκολο να συμβιβαστεί  με το γεγονός ότι το σύμπαν είναι εξαιρετικά απλό (ομοιόμορφο και επίπεδο) σε μεγάλες κλίμακες και ότι τα στοιχειώδη σωματίδια φαίνεται να περιγράφονται με απλές συμμετρίες και αλληλεπιδράσεις. Επίσης, η τυχαία έννοια δεν μπορεί να παραποιηθεί από ένα πείραμα, καθώς οποιαδήποτε μελλοντικά πειράματα μπορούν να θεωρηθούν ως άλλες τυχαίες πτυχές.
Στα εκπυρωτικά και κυκλικά μοντέλα, η εξομάλυνση και η επιπεδοποίηση συμβαίνει κατά τη διάρκεια μιας περιόδου βραδείας συστολής, οπότε οι κβαντικές διακυμάνσεις δεν διογκώνονται και δεν μπορούν να δημιουργήσουν ένα πολυσύμπαν. Ως αποτέλεσμα, τα εκπυρωτικά και κυκλικά μοντέλα προβλέπουν απλές φυσικές ιδιότητες που είναι σύμφωνες με τις τρέχουσες πειραματικές αποδείξεις χωρίς να δημιουργείται ένα πολύσυμπαν.

Δείτε επίσης 
 Κοσμικός πληθωρισμός
 Κυκλικό μοντέλο
 Φυσική κοσμολογία

Σημειώσεις και παραπομπές

Περαιτέρω μελέτη 
 
 Σύντομη Εισαγωγή στο Εκπυρωτικό Σύμπαν του Steinhardt, Paul J., Department of Physics, Princeton University.
 Greene, Brian, The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory, Vintage (2000).
  (το πρώτο έγγραφο που επεσήμανε προβλήματα με τη θεωρία).
 Whitehouse, David, " Before the Big Bang ". BBC News. 10 Απριλίου 2001.
 Discover Magazine, Before the Big Bang τεύχος Φεβρουαρίου 2004.
 Parallel Universes, (BBC Two 9.00μμ Πέμπτη 14 Φεβρουαρίου 2002) .
 Η πρόκληση «Brane-Storm» αποτελεί μέρος της θεωρίας του Big Bang .
 Yi-Fu Cai, Damien A. Easson, Robert Brandenberger, Towards a Nonsingular Bouncing Cosmology, arXiv: 1206.2382, (Ιούνιος 2012).

Σύμπαν
Φυσική κοσμολογία
Αστρονομικές θεωρίες
Κβαντική μηχανική
Αρχές
Επιστημονική φαντασία