Вселената е богато и сложно място, но нейната геометрия е изненадващо проста. Може би това ще ни накара да направим следващата голяма революция във физиката на мисленето.
Нашата вселена е всъщност много проста. Той представя нашите космологични теории, които се оказват необосновано сложни. Тази мисъл беше изразена от един от водещите теоретични физици в света.
Това заключение може да изглежда нелогично. В края на краищата, за да разберем истинската сложност на природата, трябва да мислим по-големи, да изучаваме нещата по-детайлно, да добавяме нови променливи уравнения и да създаваме „нова” и „екзотична” физика. Накрая научаваме каква е тъмната материя и разбираме къде се крият тези гравитационни вълни - само ако нашите теоретични модели са по-развити и по-сложни.
"Това не е напълно вярно", казва Нийл Тюрк, директор на Института за теоретична физика "Периметър" в Онтарио, Канада. Според него, Вселената, на нейните най-големи и най-малки скали, ни казва, че всъщност е много проста. Но за да разберем напълно какво означава това, ще трябва да направим революция във физиката.
В интервю за Discovery News Турок отбеляза, че най-големите открития от последните десетилетия са потвърдили структурата на Вселената на космологични и квантови скали.
"В голям мащаб ние начертахме карта на цялото небе - космически микровълнов фон - и измервахме еволюцията на Вселената, докато тя се променя, в зависимост от разширяването ... и тези открития показват, че Вселената е удивително проста", каза той. "С други думи, можете да опишете структурата на Вселената, нейната геометрия и плътността на материята ... можете по същество да опишете всичко с едно число." Най-очарователният резултат от това разсъждение е, че описанието на геометрията на Вселената с едно число всъщност е по-просто от численото описание на най-простия атом, който познаваме - водородния атом. Геометрията на водородния атом описва 3 числа, които произтичат от квантовите характеристики на електрона в орбита около протон.
„Това в общи линии ни казва, че Вселената е гладка, но тя има малко ниво на флуктуации, което този брой описва. И това е всичко. Вселената е най-простото нещо, което познаваме.
От друга страна, нещо подобно се случва, когато физиците провеждат изследвания в областта на Хигс, използвайки най-сложната машина, създавана някога от човечеството - Големия адронен ускорител. Когато през 2012 г. физиците въведоха историческото откритие на частица в полето на Хигс - бозона на Хигс, то се оказа прост тип Хигс, който е описан в стандартния модел на физиката.
"Природата е намерила изход с минимално решение и минимален механизъм, който бихте могли да си представите, за да им дадете частици, електрически заряди и т.н., и така нататък", каза Турк.
Физиците от 20-ти век ни научиха, веднага щом получите по-висока точност и спуснете сондата по-дълбоко в квантовата сфера, ще намерите зоопарк от нови частици. Тъй като експерименталните резултати генерират щедростта на квантовата информация, теоретичните модели предвиждат по-необичайни частици и сили. Но сега достигнахме до кръстопът, където много от най-напредналите теоретични идеи за това, какво се крие зад нашето сегашно разбиране за физиката, се насочват към експериментални резултати, които подкрепят техните прогнози. „Ние сме в такава странна ситуация, когато Вселената ни говори, като ни казва, че тези много прости теории, които са били популярни (през последните 100 години на физиката) стават все по-сложни и произволни”, каза той. ,
Турк посочи теорията на струните, изложена като „окончателна унифицирана теория“, която представя всички тайни на Вселената в чист пакет. В допълнение, търсенето на доказателства за инфлация - бързото разширяване на Вселената веднага след Големия взрив преди около 14 милиарда години - под формата на първични гравитационни вълни, гравирани в космическия микровълнов фон (CMB), или „ехото” на Големия взрив. Но докато търсим експериментални доказателства, ние продължаваме да грабваме поговорката; експерименталните данни просто не са съгласни с нашите непоносимо сложни теории.
Нашият космически произход
Теоретичната работа на турците е съсредоточена около произхода на Вселената, тема, която привлече много внимание през последните месеци.
Миналата година организацията BICEP2, която използва телескоп, разположен на Южния полюс, за да проучи CMB, обяви откриването на първични гравитационни сигнали от ехото на Големия взрив. Всъщност, това е “Светият Граал” на космологията - откриването на гравитационни вълни, които са генерирани от Големия взрив. Това може да потвърди някои инфлационни теории за Вселената. Но за съжаление, за екипа на BICEP2 те обявиха "откритието" преждевременно и космическият телескоп на Планк (който също проследява радиацията на CMB) показа, че сигналът на BICEP2 е причинен от прах в нашата галактика, а не от древни гравитационни вълни. Какво да правите, ако тези първични гравитационни вълни никога не намерят? Много теоретици, които заложиха надеждите си на Големия взрив с последващ бърз инфлационен период, може да са разочаровани, но според турците "това е много силен ключ", че Големият взрив (в класическия смисъл) не може да бъде абсолютното начало на Вселената.
"Най-големият проблем за мен беше описанието на самия Големия взрив математически", добави Турк.
Може би това е цикличен модел на универсална еволюция - където нашата Вселена отново се разпада и се възстановява - може по-добре да отговаря на наблюденията. Тези модели не генерират непременно първични гравитационни вълни и ако тези вълни не бъдат открити, може би нашите теории за инфлацията трябва да бъдат изхвърлени или променени.
Що се отнася до гравитационните вълни, които според прогнозите ще бъдат получени в резултат на бързото движение на масивни обекти в нашата съвременна вселена, Турк е уверен, че ще достигнем сферата на чувствителност, че нашите детектори за гравитационни вълни ще ги открият много скоро, потвърждавайки друго прогноза на Айнщайн-Тайм.
"Очакваме, че гравитационните вълни ще се появят от сблъсъци на черни дупки през следващите 5 години", каза той.
Следващата революция?
От големи скали до малки, Вселената изглежда „без мащаб“. И тази находка всъщност предполага, че Вселената има много по-опростен характер, отколкото настоящите теории предполагат. "Да, това е криза, но това е най-добрата криза", каза Турк.
Така, за да обясним произхода на Вселената и да се примирим с някои от най-загадъчните й тайни, като тъмната материя и тъмната енергия, може да се наложи да погледнем космоса по различен начин. Това изисква революция във физиката.
„Нуждаем се от съвсем различен поглед върху фундаменталната физика. Дошло е време за радикални нови идеи ”, заключава той, отбелязвайки, че това е прекрасно време в човешката история за младите хора да бъдат забелязани в областта на теоретичната физика. Най-вероятно те ще променят начина, по който гледаме на Вселената.
