แบบจำลองวัฏจักร (หรือแบบจำลองการแกว่ง ) คือ แบบจำลองจักรวาลวิทยาหลายแบบที่จักรวาลดำเนินไปตามวัฏจักรที่ไม่มีที่สิ้นสุดหรือไม่มีกำหนด ซึ่งสามารถดำรงอยู่ได้ด้วยตนเอง ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีจักรวาลแกว่งที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เคยพิจารณาอย่างคร่าวๆ ในปี 1930 ได้ตั้งทฤษฎีว่าจักรวาลดำเนินไปตาม ชุดการแกว่ง ที่ไม่มีที่สิ้นสุดโดยแต่ละชุดเริ่มต้นด้วยบิ๊กแบงและจบลงด้วยบิ๊กครันช์ในระหว่างนั้น จักรวาลจะขยายตัวออกไปในช่วงเวลาหนึ่งก่อนที่แรงดึงดูดของสสารจะทำให้มันยุบตัวกลับเข้ามาและเกิดบิ๊กบาว น์ซ์ ขึ้น

ในปี 1922 อเล็กซานเดอร์ ฟรีดมันน์ได้นำเสนอทฤษฎีจักรวาลที่แกว่งไปมา^{[ 1 ]}อย่างไรก็ตาม งานของริชาร์ด ซี. โทลแมนในปี 1934 แสดงให้เห็นว่าความพยายามในช่วงแรกเหล่านี้ล้มเหลวเนื่องจากปัญหาวัฏจักร: ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เอนโทรปีสามารถเพิ่มขึ้นได้เท่านั้น^{[ 2 ]}ซึ่งหมายความว่าวัฏจักรที่ต่อเนื่องกันจะยาวขึ้นและใหญ่ขึ้น เมื่อย้อนเวลากลับไป วัฏจักรก่อนหน้าวัฏจักรปัจจุบันจะสั้นลงและเล็กลง จนกระทั่งถึงจุดสูงสุดอีกครั้งในบิ๊กแบง และด้วยเหตุนี้จึงไม่ได้แทนที่บิ๊กแบง สถานการณ์ที่น่าฉงนนี้ยังคงอยู่เป็นเวลาหลายทศวรรษ จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 21 เมื่อ องค์ประกอบ พลังงานมืด ที่เพิ่งค้นพบได้ ให้ความหวังใหม่สำหรับจักรวาลวิทยาแบบวัฏจักรที่สอดคล้องกัน^{[ 3 ]}ในปี 2011 การสำรวจกาแล็กซี 200,000 แห่งเป็นเวลาห้าปีและครอบคลุมช่วงเวลาจักรวาล 7 พันล้านปี ยืนยันว่า "พลังงานมืดกำลังผลักดันจักรวาลของเราให้แยกออกจากกันด้วยความเร็วที่เร่งขึ้น" ^{[ 4 ] [ 5 ]}

แบบจำลองวัฏจักรใหม่แบบหนึ่งคือ แบบจำลอง จักรวาลวิทยาแบรนของการสร้างจักรวาลซึ่งได้มาจาก แบบจำลอง เอกไพโรติก ก่อนหน้านี้ แบบจำลอง นี้ได้รับการเสนอในปี 2001 โดยพอล สไตน์ฮาร์ดต์แห่งมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันและนีล ทูโรคแห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ทฤษฎีนี้อธิบายว่าจักรวาลระเบิดออกมาไม่เพียงครั้งเดียว แต่เกิดขึ้นซ้ำๆ ตลอดเวลา^{[ 6 ] [ 7 ]}ทฤษฎีนี้อาจอธิบายได้ว่าทำไมพลังงานรูปแบบผลักดันที่เรียกว่าค่าคงที่จักรวาลวิทยา ซึ่งเร่งการขยายตัวของจักรวาล จึงมีขนาดเล็กกว่าที่ทำนายโดย แบบ จำลอง บิ๊กแบงมาตรฐานหลายอันดับ

ในปี 2550 Lauris Baum และPaul Framptonจากมหาวิทยาลัยนอร์ทแคโรไลนาที่แชเปลฮิลล์ได้ เสนอ แบบจำลองวัฏจักรที่แตกต่างกันโดยอาศัยแนวคิดเรื่องพลังงานผี^{[ 8 ]}

แบบจำลองวัฏจักรอื่นๆ ได้แก่จักรวาลวิทยาวัฏจักรแบบคอนฟอร์มอล^{[ 9 ]}และจักรวาลวิทยาควอนตัมแบบลูป^{[ 10 ]}

แบบจำลองวัฏจักรกลับมาได้รับความสนใจอีกครั้งในช่วงกลางทศวรรษ 2020 เมื่อความตึงเครียดระหว่าง การคาดการณ์ของ แบบจำลอง Lambda-CDMและ การสังเกตการณ์การทำแผนที่ DESI เกี่ยวกับ พลังงานมืดแบบไดนามิกทำให้เกิดความสงสัยเกี่ยวกับชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาลทำให้ความเป็นไปได้ของBig Bounce ยังคง เปิดกว้าง^{[ 11 ]}

ในแบบจำลองวัฏจักรนี้ ระนาบ ออร์บิโฟลด์ คู่ขนานสอง ระนาบหรือM-braneจะชนกันเป็นระยะในปริภูมิที่มีมิติสูงกว่า^{[ 12 ]}เอกภพสี่มิติที่มองเห็นได้ตั้งอยู่บนbrane หนึ่งอัน การชนกันสอดคล้องกับการกลับทิศทางจากการหดตัวไปสู่การขยายตัว หรือBig Crunchตามมาด้วยBig Bang ทันที สสารและรังสีที่เราเห็นในปัจจุบันถูกสร้างขึ้นระหว่างการชนกันครั้งล่าสุดในรูปแบบที่กำหนดโดยความผันผวนของควอนตัมที่สร้างขึ้นก่อน brane หลังจากหลายพันล้านปี เอกภพก็มาถึงสถานะที่เราสังเกตเห็นในปัจจุบัน หลังจากนั้นอีกหลายพันล้านปี ในที่สุดมันก็จะเริ่มหดตัวอีกครั้งพลังงานมืดสอดคล้องกับแรงระหว่าง brane และทำหน้าที่สำคัญในการแก้ ปัญหา monopole , horizonและflatnessยิ่งไปกว่านั้น วัฏจักรสามารถดำเนินต่อไปอย่างไม่มีที่สิ้นสุดในอดีตและอนาคต และคำตอบคือattractorดังนั้นจึงสามารถให้ประวัติศาสตร์ที่สมบูรณ์ของเอกภพได้

ดังที่Richard C. Tolmanแสดงให้เห็น แบบจำลองวัฏจักรก่อนหน้านี้ล้มเหลวเนื่องจากจักรวาลจะประสบกับความตายจากความร้อนทางเทอร์โมไดนามิก อย่างหลีกเลี่ยง ไม่ ได้ ^{[ 2 ]}อย่างไรก็ตาม แบบจำลองวัฏจักรใหม่หลีกเลี่ยงสิ่งนี้โดยมีการขยายตัว สุทธิในแต่ละวัฏจักร ป้องกัน ไม่ให้เอนโทรปีสะสมขึ้น อย่างไรก็ตาม ยังคงมีประเด็นสำคัญที่ยังเปิดอยู่ในแบบจำลอง ประเด็นสำคัญที่สุดคือ นักทฤษฎีสตริงยังไม่เข้าใจการชนกันของแบรน และไม่มีใครรู้ว่า สเปกตรัม ที่ไม่ขึ้นกับมาตราส่วนจะถูกทำลายโดยบิ๊กครันช์หรือไม่ ยิ่งไปกว่านั้น เช่นเดียวกับการขยายตัวของจักรวาลในขณะที่ลักษณะทั่วไปของแรง (ใน สถานการณ์ เอกไพโรติกแรงระหว่างแบรน) ที่จำเป็นในการสร้างความผันผวนของสุญญากาศเป็นที่รู้จัก แต่ก็ไม่มีตัวเลือกจากฟิสิกส์อนุภาค^{[ 13 ]}

แบบจำลองวัฏจักรล่าสุดในปี 2007 นี้ถือว่ามีพลังงานมืดรูปแบบแปลกใหม่ที่เรียกว่าพลังงานแฟนทอม^{[ 8 ] [ 14 ]}ซึ่งมีพลังงานจลน์เป็นลบและมักจะทำให้จักรวาลสิ้นสุดลงด้วยบิ๊กริปเงื่อนไขนี้เกิดขึ้นได้หากจักรวาลถูกครอบงำด้วยพลังงานมืดโดยมีพารามิเตอร์สมการสถานะ จักรวาลวิทยา ที่ตรงตามเงื่อนไขสำหรับความหนาแน่นของพลังงานและความดัน p ในทางตรงกันข้าม แบบจำลอง Steinhardt–Turok ถือว่าในแบบจำลอง Baum–Frampton หนึ่งในล้านล้านส่วน (หรือน้อยกว่า) ของวินาที (เช่น 10 ⁻²⁴วินาทีหรือน้อยกว่า) ก่อนที่จะเกิดบิ๊กริป การเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้นและมีเพียงแพทช์สาเหตุเดียวเท่านั้นที่ยังคงอยู่เป็นจักรวาลของเรา แพทช์ทั่วไปนี้ไม่มีควาร์กเลปตอนหรือตัวพาแรง มี เพียงพลังงานมืด เท่านั้น และเอนโทรปีของมันจึงหายไป กระบวนการ หดตัวแบบอะเดีย แบติกของเอกภพที่เล็กลงมากนี้เกิดขึ้นโดยมีเอนโทรปีลดลงอย่างต่อเนื่องและปราศจากสสาร รวมถึงไม่มีหลุมดำซึ่งสลายตัวไปก่อนที่จะเกิดการกลับตัว ${\displaystyle w}$${\displaystyle w\equiv {\frac {p}{\rho }}<-1}$${\displaystyle {\rho }}$${\displaystyle w{\geq }-1}$

แนวคิดที่ว่าจักรวาล "กลับคืนสู่สภาพว่างเปล่า" เป็นแนวคิดใหม่ที่สำคัญของแบบจำลองวัฏจักรนี้ และหลีกเลี่ยงความยากลำบากหลายประการที่สสารเผชิญในระยะหดตัว เช่นการก่อตัวของโครงสร้าง ที่มากเกินไป การแพร่กระจายและการขยายตัวของหลุมดำตลอดจนการเปลี่ยนเฟสเช่น การฟื้นฟูสมมาตร QCD และอิเล็กโทรวีค สิ่งเหล่านี้ล้วนมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการกลับคืนสู่สภาพเดิมก่อนกำหนดโดยไม่พึงประสงค์ เพียงเพื่อหลีกเลี่ยงการละเมิดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เงื่อนไขนี้อาจหลีกเลี่ยงไม่ได้ในเชิงตรรกะในจักรวาลวิทยาแบบวัฏจักรที่ไม่มีที่สิ้นสุดอย่างแท้จริงเนื่องจากปัญหาเอนโทรปี อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการคำนวณทางเทคนิคเพิ่มเติมอีกมากมายเพื่อยืนยันความสอดคล้องของแนวทางนี้ แม้ว่าแบบจำลองจะยืมแนวคิดมาจากทฤษฎีสตริงแต่ก็ไม่จำเป็นต้องยึดติดกับสตริงหรือมิติที่สูงกว่าอย่างไรก็ตาม เครื่องมือเชิงคาดการณ์ดังกล่าวอาจเป็นวิธีการที่รวดเร็วที่สุดในการตรวจสอบความสอดคล้องภายในค่าของในแบบจำลอง Baum–Frampton สามารถทำให้ใกล้เคียงกับ ได้มากเท่าใดก็ได้ แต่ต้องน้อยกว่า −1 ${\displaystyle w<-1}$${\displaystyle w}$

• จักรวาลวิทยาแบบวัฏจักรเชิงสอดคล้อง (Conformal cyclic cosmology ) —ทฤษฎีที่อิงตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปโดยโรเจอร์ เพนโรสซึ่งกล่าวว่าจักรวาลจะขยายตัวจนกระทั่งสสารทั้งหมดสลายตัวและกลายเป็นแสง—ดังนั้นจึงไม่มีสิ่งใดในจักรวาลที่มีมาตราส่วนเวลาหรือระยะทางเกี่ยวข้องด้วย สิ่งนี้ทำให้จักรวาลสามารถกลายเป็นหนึ่งเดียวกับบิ๊กแบงได้ จึงเป็นการเริ่มต้นวัฏจักรต่อไป
• จักรวาลวิทยาควอนตัมแบบวงวนซึ่งทำนายถึง "สะพานควอนตัม" ระหว่างสาขาจักรวาลวิทยาที่หดตัวและขยายตัว
• นิโคไล กอร์กาวี กล่าวว่า 'ไม่มีสสารมืดและไม่มีพลังงานมืด' จักรวาลที่แกว่งไปมา - การค้นพบใหม่ๆ ในด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์เชิงสังเกตและจักรวาลวิทยา ทำให้สามารถตัดความเป็นไปได้ของสถานะแปลกประหลาดและสมมติฐานใดๆ ของจักรวาลออกไป เพื่ออธิบายกลไกการผันผวนของปริมาตรโดยอิงจากผลงานของนิโคไล กอร์กาวี โดยอิงจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป สันนิษฐานว่าในแต่ละวัฏจักร การขยายตัวเริ่มต้นขึ้นเนื่องจากแรงต้านแรงโน้มถ่วงมีอิทธิพลเหนือกว่า ซึ่งเกิดขึ้นจากการลดลงของมวลของระบบในระหว่างการรวมตัวของหลุมดำพร้อมกับการปล่อยคลื่นแรงโน้มถ่วง (ประมาณ 5% ของมวลทั้งหมดถูกแปลงเป็นพลังงาน) และการบีอัดเกิดขึ้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงมีอิทธิพลเหนือกว่า ซึ่งเพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากการเพิ่มขึ้นของมวลของหลุมดำเมื่อพวกมันดูดซับคลื่นแรงโน้มถ่วง แนวคิดที่เสนอนี้ตั้งสมมติฐานโดยเฉพาะว่าปัจจุบันมีหลุมดำขนาดยักษ์ที่มีขนาดหนึ่งพันล้านปีแสง การบีบอัดสูงสุดของจักรวาลในวัฏจักรหนึ่งจนมีขนาดประมาณหนึ่งปีแสง และการเปลี่ยนผ่านของหลุมดำบางส่วนจากวัฏจักรหนึ่งไปยังอีกวัฏจักรหนึ่ง^{[ 15 ]}

จักรวาลวิทยาเชิงฟิสิกส์:

• บิ๊กบาวซ์
• จักรวาลวิทยาแบบวงจรเชิงคอนฟอร์มอล

ศาสนา:

• ภวาจักระ
• วัฏจักรแห่งเวลาในศาสนาฮินดู
• การกลับมานิรันดร์
• การเกิดซ้ำทางประวัติศาสตร์
• ศาสนาเชนและลัทธิไม่สร้างโลก
• กาลาจักระ
• ล้อแห่งกาลเวลา

• สไตน์ฮาร์ด, PJ; ทูร็อก, เอ็น. (2007). จักรวาลอันไม่มีที่สิ้นสุด นิวยอร์ก, นิวยอร์ก: ดับเบิลเดย์ไอเอสบีเอ็น 978-0-385-50964-0.
• Tolman, RC (1987) [1934]. สัมพัทธภาพ อุณหพลศาสตร์ และจักรวาลวิทยานิวยอร์ก: Dover. ISBN 978-0-486-65383-9. ลคซีเอ็น 34032023 .
• Baum, L.; Frampton, PH (2007). "การพลิกผันในจักรวาลวิทยาวัฏจักร". Physical Review Letters . 98 (7) 071301. arXiv : hep-th/0610213 . Bibcode : 2007PhRvL..98g1301B . doi : 10.1103/PhysRevLett.98.071301 . PMID  17359014 . S2CID  17698158 .
• Dicke, RH; Peebles, PJE; Roll, PG; Wilkinson, DT (1965). "การแผ่รังสีของวัตถุดำในอวกาศ". วารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์ . 142 : 414. Bibcode : 1965ApJ...142..414D . doi : 10.1086/148306 . ISSN  0004-637X .
• SW Hawking และ GFR Ellis, โครงสร้างขนาดใหญ่ของกาลอวกาศ (เคมบริดจ์, 1973)
• เพนโรส, โรเจอร์ (2010). วัฏจักรแห่งเวลา: มุมมองใหม่ที่น่าทึ่งเกี่ยวกับจักรวาล . ลอนดอน: เดอะ บอดลีย์ เฮด . ISBN 978-0-224-08036-1.

• พอล เจ. สไตน์ฮาร์ดท์ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน
• พอล เอช. แฟรมป์ตันภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยนอร์ทแคโรไลนา แชเปลฮิลล์
• "จักรวาลวัฏจักร": การสนทนากับนีล ทูโรค
• โรเจอร์ เพนโรส—แบบจำลองจักรวาลแบบวัฏจักร