Naše vesolje je veliko, veliko preprostejše kot se zdi.

Presenečeni boste, ko slišite, da je naš vesolje dokaj preprost - naše kozmološke teorije se izkažejo za nerazumno kompleksne, pravi eden od vodilnih teoretičnih fizikov na svetu. Takšen zaključek se zdi nelogičen: na koncu, da bi razumeli resnično kompleksnost narave, moramo razmišljati širše, preučevati stvari v manjšem in manjšem obsegu, dodajati nove spremenljivke, izumiti »novo« in »eksotično« fiziko. Nekega dne bomo izvedeli, kakšna je temna snov, dobili predstavo o tem, kje se skrivajo gravitacijski valovi - če bi samo naši teoretični modeli postali bolj razviti in bolj ... kompleksni.

To ni tako, pravi Neil Turk, direktor Inštituta za teoretično fiziko Perimeter v Ontariu v Kanadi. Turok pravi, da če nam Universe na največjih in najmanjših lestvicah nekaj pove, gre za njegovo neverjetno preprostost. Da bi to v celoti spoznali, potrebujemo revolucijo v fiziki.

Turk je v intervjuju za Discovery ugotovil, da so največja odkritja zadnjih desetletij potrdila strukturo vesolja na kozmoloških in kvantnih lestvicah..

"V velikem obsegu smo preslikali celotno nebo - kozmično mikrovalovno ozadje - in izmerili razvoj vesolja, proces njegove spremembe, proces njegove širitve ... in ta odkritja kažejo, da je vesolje presenetljivo preprosto," pravi. "Z drugimi besedami, lahko opišete strukturo vesolja. , njegova geometrija, gostota snovi je samo ena številka ".

Najbolj fascinanten zaključek tega argumenta je, da je lažje opisati geometrijo vesolja s samo enim številom, kot pa opisati numerično najpreprostejši atom, ki ga poznamo - atom vodika. Geometrija vodikovega atoma je opisana s tremi številkami, ki izhajajo iz kvantne karakteristike elektrona v orbiti okoli protona..

"To nam pove, da je vesolje gladko, vendar ima majhno stopnjo nihanja, ki je opisana s to številko. To je vse. Vesolje je najpreprostejša stvar, ki jo poznamo.".

Nekje na nasprotnem koncu lestvice se je nekaj podobnega zgodilo, ko so fiziki raziskali Higsovo polje z uporabo najbolj zapletenega stroja, ki so ga kdajkoli zgradili ljudje, Veliki hadronski trkalnik. Ko so fiziki leta 2012 zgodovinsko odkrili vmesni delček Higgsovega bozona, Higgsov bozon, se je izkazalo, da je to najpreprostejši tip, ki ga opisuje model standardnih delcev..

"Narava uporablja minimalno rešitev, minimalen mehanizem, ki si ga lahko predstavljamo le tako, da daje delce njihovo maso, njihov električni naboj in tako naprej," pravi Turk..

Fiziki 20. stoletja so nas naučili, da če povečate natančnost in se poglobite v kvantni svet, boste našli živalski vrt novih delcev. Ker so eksperimentalni rezultati dali veliko kvantnih informacij, so teoretični modeli napovedali še več delcev in sil. Zdaj pa smo dosegli razpotje, ko mnogi naši napredni teoretični zamisli o tem, kaj leži »onstran našega sedanjega razumevanja, fiziki pričakujejo eksperimentalne rezultate, ki bodo potrdili napovedi..

"Našli smo se v nenavadni situaciji, ko nam vesolje govori, nam pove, da je zelo preprosto. Hkrati pa so teorije, ki so bile priljubljene (zadnjih 100 let razvoja fizike) postale bolj zapletene, samovoljne in nepredvidljive." pravi.

Turk opozarja na teorijo nizov, ki je bila označena kot "končna teorija poenotenja", ki skriva vse skrivnosti vesolja v čisti embalaži. In tudi za iskanje dokazov o inflaciji - hitre ekspanzije vesolja, ki jo je doživela skoraj takoj po Velikem poku pred približno 14 milijardami let - v obliki primarnih gravitacijskih valov, vrezanih na kozmičnem mikrovalovnem ozadju, »odmev« Velikega poka. Toda, ko iščemo eksperimentalne dokaze, se združimo pri slamici; eksperimentalni dokazi preprosto niso skladni z našimi neznosno zapletenimi teorijami.

Naš kozmični izvor
Turokovo teoretično delo je posvečeno izvoru Univerzuma, temi, ki je v zadnjih mesecih pritegnila veliko pozornosti..

V lanskem letu je sodelovanje BICEP2, ki uporablja teleskop na južnem polu, za proučevanje žarišča sevanja, napovedalo odkrivanje signalov primarnih gravitacijskih valov. Tovrstna "sveti gral" kozmologije - odkritje gravitacijskih valov, ki jih generira Big Bang, lahko potrdi inflacijske teorije o vesolju. Toda na žalost za ekipo BICEP2 so napovedali »odkritje« še preden je evropski vesoljski teleskop Planck (ki prav tako preslika mikrovalovno ozadje) pokazal, da je signal BICEP2 povzročil prah v naši galaksiji, ne pa starodavni gravitacijski valovi..

Kaj, če primarni gravitacijski valovi nikoli ne najdejo? Mnogi teoretiki, ki so svoje upanje pripisali velikemu poku s poznejšim obdobjem hitre inflacije, bi lahko bili razočarani, toda po Turoku "bo to močan namig", da Big Bang (v klasičnem smislu) morda ni absolutni začetek Vesolja..

"Zame je najtežja stvar, da matematično opišem Big Bang", dodaja Turk..

Morda bo ciklični model evolucije vesolja - ko se bo naše vesolje znova zrušilo in začelo - bolj primerna za opazovanja. Takšni modeli ne proizvajajo nujno primarnih gravitacijskih valov, in če se ti valovi ne odkrijejo, bo morda treba izboljšati naše inflacijske teorije..

Kar se tiče gravitacijskih valov, ki jih po napovedih proizvaja hitro gibanje masivnih objektov v našem sodobnem vesolju, je Turk prepričan, da smo dosegli takšno stopnjo občutljivosti, da jih morajo detektorji kmalu zaznati, kar potrjuje enega od Einsteinovih napovedi o temi prostor-čas. "Pričakujemo, da bomo videli gravitacijske valove pred trki črnih lukenj v naslednjih petih letih".

Naslednja revolucija?
Od največjega merila do najmanjšega, se zdi, da je vesolje "brez lestvice" - z drugimi besedami, ne glede na prostorsko ali energetsko lestvico, ki jo gledate, ni nič posebnega glede lestvice. In ta zaključek govori v prid dejstvu, da ima vesolje mnogo preprostejšo naravo, kot kažejo moderne teorije..

"To je kriza, vendar kriza v najboljšem primeru," pravi Turk.

Da bi pojasnili izvor Vesolja in se sprijaznili z nekaterimi najbolj skrivnostnimi skrivnostmi našega vesolja, kot je temna snov in temna energija, bomo morda morali pogledati vesolje povsem drugače. To bo zahtevalo revolucijo v razumevanju fizike, revolucionarni pristop, primerljiv po moči z Einsteinovo spoznanjem, da sta prostor in čas dve strani istega kovanca, ko je nastala splošna teorija relativnosti..

"Potrebujemo povsem drugačen pogled na temeljno fiziko. Prišel je čas za radikalno nove ideje," zaključuje Turk in ugotavlja, da je zdaj velik čas za mlade, da se vključijo v teoretično fiziko, saj bo naslednja generacija najverjetneje spremenila naše razumevanje vesolja..