순환 모형 (우주론) 문서 원본 보기

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'''순환 모형'''(또는 '''진동 모형''')은 [[물질 우주]]가 무한 또는 무한한 자립 순환을 따르는 여러 [[물리 우주론|우주론적 모형]] 중 하나이다. 예를 들어, 1930년 [[알베르트 아인슈타인]]이 간략하게 고려한 진동 우주 이론은 우주가 [[대폭발|빅뱅]]으로 시작하여 [[대함몰|빅 크런치]]로 끝나는 [[영원 (철학)|영원한]] 일련의 진동을 따르는 것을 이론화했다. 그 사이에 우주는 물질의 중력 인력으로 인해 다시 붕괴되어 [[빅 바운스|바운싱]] 되기 전까지 일정 기간 동안 [[우주팽창|팽창]]하게 된다.

== 개요 ==
1920년대에 이론 물리학자들, 특히 [[알베르트 아인슈타인]]은 [[우주팽창|팽창하는]] 우주 모형에 대한 (영원한) 대안으로 우주 순환 모형의 가능성을 고려했다. 1922년에 [[알렉산드르 프리드만|알렉산더 프리드만]]은 진동하는 우주 이론을 소개했다.<ref>{{웹 인용|url=https://www.britannica.com/science/Friedmann-universe|제목=Friedmann universe {{!}} Expanding Universe, Big Bang & Dark Energy {{!}} Britannica|웹사이트=www.britannica.com|언어=en|확인날짜=2023-09-24}}</ref> 그러나 1934년 [[리처드 C. 톨먼]]의 연구에서는 이러한 초기 시도가 순환 문제 때문에 실패했음을 보여주었다. [[열역학 제2법칙]]에 따르면 엔트로피는 증가할 수밖에 없다.<ref name="Tolman 1934">
{{서적 인용|제목=Relativity, Thermodynamics, and Cosmology|성=Tolman|이름=R. C.|날짜=1987|출판사=Dover|위치=New York|원본연도=1934|isbn=978-0-486-65383-9|lccn=34032023}}</ref> 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.<ref>{{웹 인용|url=https://www.sciencedaily.com/releases/2011/05/110519113152.htm|제목=Dark energy is driving universe apart: NASA's Galaxy Evolution Explorer finds dark energy repulsive|웹사이트=ScienceDaily|언어=en|확인날짜=2023-08-22}}</ref><ref>{{저널 인용|제목=The WiggleZ Dark Energy Survey: Direct constraints on blue galaxy intrinsic alignments at intermediate redshifts|저널=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society|성=Mandelbaum|이름=Rachel|성2=Blake|이름2=Chris|연도=2011|권=410|호=2|쪽=844–859|arxiv=0911.5347|bibcode=2011MNRAS.410..844M|doi=10.1111/j.1365-2966.2010.17485.x|성3=Bridle|이름3=Sarah|성4=Abdalla|이름4=Filipe B.|성5=Brough|이름5=Sarah|성6=Colless|이름6=Matthew|성7=Couch|이름7=Warrick|성8=Croom|이름8=Scott|성9=Davis|이름9=Tamara|저자링크9=Tamara Davis}}</ref>

하나의 새로운 순환 모형은 이전의 [[에크파이로틱 우주|에크파이로틱]] 모형에서 파생된 [[대폭발|우주 창조]]의 막 우주론 모형이다. 2001년 [[프린스턴 대학교]]의 폴 스타인하트 와 [[케임브리지 대학교]]의 닐 튜록이 제안했다. 이 이론은 우주가 한 번만 폭발하는 것이 아니라 시간이 지남에 따라 반복적으로 존재한다고 설명한다.<ref name="Steinhardt, Turok 2001a">
{{저널 인용|제목=Cosmic Evolution in a Cyclic Universe|저널=Physical Review D|성=Steinhardt|이름=P. J.|성2=Turok|이름2=N.|연도=2002|권=65|호=12|쪽=126003|arxiv=hep-th/0111098|bibcode=2002PhRvD..65l6003S|doi=10.1103/PhysRevD.65.126003}}</ref><ref name="Steinhardt, Turok 2001b">
{{저널 인용|제목=A Cyclic Model of the Universe|저널=Science|성=Steinhardt|이름=P. J.|성2=Turok|이름2=N.|날짜=2001|권=296|호=5572|쪽=1436–1439|arxiv=hep-th/0111030|bibcode=2002Sci...296.1436S|doi=10.1126/science.1070462|pmid=11976408}}</ref> 이 이론은 우주의 팽창을 가속화하는 [[우주상수]]로 알려진 척력적인 형태의 에너지가 표준 [[대폭발|빅뱅]] 모형에서 예측한 것보다 몇 배 더 작은 이유를 잠재적으로 설명할 수 있다.

[[유령 에너지]] 개념에 기초한 다른 순환 모형은 2007년 [[노스캐롤라이나 대학교 채플힐|노스캐롤라이나 대학교 채플힐 캠퍼스의]] 로리스 바움과 폴 프램프턴에 의해 제안되었다.<ref name="Baum, Frampton 2007">
{{저널 인용|제목=Entropy of Contracting Universe in Cyclic Cosmology|저널=Modern Physics Letters A|성=Baum|이름=Lewis|성2=Frampton|이름2=P. H.|연도=2008|권=23|호=1|쪽=33–36|arxiv=hep-th/0703162|bibcode=2008MPLA...23...33B|doi=10.1142/S0217732308026170}}</ref>

다른 순환 모형에는 [[등각순환우주론|등각 순환 우주론]]과 [[루프 양자 우주론]]이 포함된다.

== 스타인하트&#x2013;튜록 모형 ==
이 순환 모형에서는 두 개의 평행한 [[오비폴드]] 평면 또는 M-막이 고차원 공간에서 주기적으로 충돌한다.<ref name="Paul J. Steinhardt, Neil Turok 2004">
{{저널 인용|제목=The Cyclic Model Simplified|저널=New Astronomy Reviews|성=Steinhardt|이름=P. J.|성2=Turok|이름2=N.|연도=2005|권=49|호=2–6|쪽=43–57|arxiv=astro-ph/0404480|bibcode=2005NewAR..49...43S|doi=10.1016/j.newar.2005.01.003}}</ref> 눈에 보이는 4차원 우주는 이 막 중 하나에 놓여 있다. 충돌은 수축에서 팽창으로의 역전 또는 [[대함몰|빅 크런치]] 직후 [[대폭발|빅뱅]]에 해당한다. 오늘날 우리가 보는 물질과 방사선은 막 이전에 생성된 [[양자 요동]]에 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. [[암흑 에너지|암흑에너지]]는 막 사이의 힘에 해당하며, [[급팽창 이론|홀극]], [[지평선 문제|지평]], [[편평도 문제]]를 해결하는 데 중요한 역할을 한다. 더욱이 그 순환은 과거와 미래까지 무한정 계속될 수 있고, 그 해결책은 [[끌개]]이므로 우주의 완전한 역사를 제공할 수 있다.

[[리처드 C. 톨먼]]이 보여준 것처럼, 초기 순환 모형은 우주가 불가피한 [[열역학|열역학적]] [[열죽음]]을 겪을 것이기 때문에 실패했다.<ref name="Tolman 1934">
{{서적 인용|제목=Relativity, Thermodynamics, and Cosmology|성=Tolman|이름=R. C.|날짜=1987|출판사=Dover|위치=New York|원본연도=1934|isbn=978-0-486-65383-9|lccn=34032023}}</ref> 그러나 새로운 순환 모형은 각 순환마다 순 확장을 가해 [[엔트로피]]가 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 [[급팽창 이론|우주 팽창]]과 마찬가지로 [[양자 요동|진공 요동]]을 생성하는 데 필요한 힘( 에크파이로틱 시나리오에서는 막 사이의 힘)의 일반적인 특성이 알려져 있지만 [[입자물리학|입자 물리학]]에서는 후보가 없다.<ref>{{서적 인용|제목=Not Even Wrong|성=Woit|이름=Peter|저자링크=Peter Woit|날짜=2006|출판사=[[Random House]]|위치=London|isbn=978-0-09-948864-4}}</ref>

== 바움-프렘프턴 모형 ==
보다 최근의 2007년 순환 모형은 [[유령 에너지|팬텀 에너지]] 라고 불리는 이국적인 형태의 암흑 에너지를 가정한다.<ref name="Baum, Frampton 2007">
{{저널 인용|제목=Entropy of Contracting Universe in Cyclic Cosmology|저널=Modern Physics Letters A|성=Baum|이름=Lewis|성2=Frampton|이름2=P. H.|연도=2008|권=23|호=1|쪽=33–36|arxiv=hep-th/0703162|bibcode=2008MPLA...23...33B|doi=10.1142/S0217732308026170}}</ref><ref name="Baum, Frampton 2006">
{{저널 인용|제목=Turnaround in Cyclic Cosmology|저널=Physical Review Letters|성=Baum|이름=L.|성2=Frampton|이름2=P. H.|날짜=2007|권=98|호=7|쪽=071301|arxiv=hep-th/0610213|bibcode=2007PhRvL..98g1301B|doi=10.1103/PhysRevLett.98.071301|pmid=17359014}}</ref> 이는 음의 운동 에너지를 갖고 있으며 일반적으로 우주가 [[빅 립]]으로 끝나게 만든다. 이 조건은 [[상태 방정식 (우주론)|상태 매개변수의 우주 방정식]]을 사용하여 우주가 암흑 에너지에 의해 지배되는 경우 달성된다. [[에너지 밀도]] <math>{\rho}</math>, [[압력]] p일 때 매개변수 <math>w</math>는 조건 <math>w\equiv \frac{p}{\rho} <-1</math>을 만족한다. 대조적으로 스타인하트-튜록은 <math>w {\geq}-1</math>과 같이 가정한다. 바움-프렘프턴 모형에서는 빅 립이 발생하기 10억분의 1초(즉, <sup>10-24</sup> 초 이하) 전에 전환이 발생하고 단 하나의 인과 패치만이 우리 우주로 유지된다. 일반 패치에는 [[쿼크]], [[렙톤]] 또는 [[매개 입자|힘 매개 입자]]가 포함되어 있지 않다. 오직 [[암흑 에너지|암흑에너지]] 만이 존재하며, 이로써 그 엔트로피는 사라진다. 이 훨씬 더 작은 우주의 단열 수축 [[단열과정|과정]]은 끊임없이 사라지는 엔트로피와 회전 전에 붕괴된 [[블랙홀]]을 포함하지 않는 모든 물질에서 발생한다.

우주가 "비워진다"는 생각은 이 순환 모형의 새로운 핵심 아이디어이며, 과도한 구조 형성, [[블랙홀]]의 확산 및 팽창, [[상전이|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 <math>w <-1</math>는 엔트로피 문제로 인해 진정한 무한 순환 우주론에서는 논리적으로 불가피할 수도 있다. 그럼에도 불구하고 접근 방식의 일관성을 확인하려면 많은 기술적 백업 계산이 필요하다. 모형이 [[끈 이론]]에서 아이디어를 차용하더라도 반드시 끈이나 [[차원|더 높은 차원]]에 적용되는 것은 아니지만 이러한 추측 장치는 내적 일관성을 조사하는 가장 빠른 방법을 제공할 수 있다.  바움-프렘프턴 모형에서 <math>w</math>의 값은 −1에 임의로 가깝게 만들 수 있지만 이보다 작아야 한다.

== 기타 순환 모형 ==

* [[등각순환우주론|등각 순환 우주론]](일반 상대성 이론에 기초한 [[로저 펜로즈]]의 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]] .

== 같이 보기 ==
'''물리적 우주론:'''

* [[빅 바운스]]
* [[등각순환우주론|등각 순환 우주론]]

'''종교:'''

* 바바차크라
* 힌두교의 시간주기
* [[영원 회귀|영원회귀]]
* 역사적 재발
* 칼라차크라
* 시간의 수레바퀴

== 각주 ==
{{각주}}

== 참고문헌 ==

* {{서적 인용|url=https://archive.org/details/endlessuniverseb0000stei|제목=Endless Universe|성=Steinhardt|이름=P. J.|성2=Turok|이름2=N.|날짜=2007|출판사=Doubleday|위치=New York, New York|언어=en-us|isbn=978-0-385-50964-0}}
* {{서적 인용|제목=Relativity, Thermodynamics, and Cosmology|성=Tolman|이름=R. C.|날짜=1987|출판사=Dover|위치=New York|원본연도=1934|isbn=978-0-486-65383-9|lccn=34032023}}
* {{저널 인용|제목=Turnaround in Cyclic Cosmology|저널=Physical Review Letters|성=Baum|이름=L.|성2=Frampton|이름2=P. H.|날짜=2007|권=98|호=7|쪽=071301|arxiv=hep-th/0610213|bibcode=2007PhRvL..98g1301B|doi=10.1103/PhysRevLett.98.071301|pmid=17359014}}
* {{저널 인용|제목=Cosmic Black-Body Radiation.|저널=The Astrophysical Journal|성=Dicke|이름=R. H.|성2=Peebles|이름2=P. J. E.|연도=1965|권=142|쪽=414|언어=en|bibcode=1965ApJ...142..414D|doi=10.1086/148306|issn=0004-637X|성3=Roll|이름3=P. G.|성4=Wilkinson|이름4=D. T.}}
* S. W. Hawking and G. F. R. Ellis, ''The large-scale structure of space-time'' (Cambridge, 1973).
* {{서적 인용|제목=Cycles of Time: an extraordinary new view of the universe|성=Penrose|이름=Roger|날짜=2010|출판사=[[The Bodley Head]]|위치=London|언어=en-us|isbn=978-0-224-08036-1}}

== 외부 링크 ==

* [https://web.archive.org/web/20040110024422/http://feynman.princeton.edu/~steinh/ Paul J. Steinhardt], 프린스턴 대학교 물리학과
* [https://web.archive.org/web/20070218172218/http://www.physics.unc.edu/~frampton/ Paul H. Frampton], 채플힐 노스캐롤라이나대학교 물리천문학부
* [https://web.archive.org/web/20070930204426/http://www.edge.org/video/dsl/turok07.html "순환 우주": Neil Turok과의 대화]
* [https://www.youtube.com/watch?v=pEIj9zcLzp0 로저 펜로즈 - 순환 우주 모델]
{{전거 통제}}
[[분류:1920년대 과학]]
[[분류:끈 이론]]
[[분류:물리우주론]]