Budete prekvapení, keď počujete, že náš vesmír je vlastne celkom jednoduchý - hovorí sa, že jeden z popredných svetových teoretických fyzikov je zbytočne zložitý z našich kozmologických teórií. Takýto záver sa môže zdať nelogický: nakoniec, aby sme pochopili skutočnú zložitosť prírody, musíme uvažovať širšie, študovať veci v menších a menších mierkach, pridávať do premenných rovnice nové premenné, vymýšľať „novú“a „exotickú“fyziku. Jedného dňa prídeme na to, čo je temná hmota, získajte predstavu o tom, kde sa skrývajú nezvyčajné gravitačné vlny - ak sa len naše teoretické modely stanú rozvinutejšími a komplexnejšími.
Nie je to tak, hovorí Neil Turok, riaditeľ Perimeter Institute for Teoretical Physics in Ontario, Canada. Podľa Turoka, ak nám vesmír, v najväčšom a najmenšom meradle, niečo povie, ide o jeho neuveriteľnú jednoduchosť. Aby sme to úplne pochopili, potrebujeme revolúciu vo fyzike.
V rozhovore pre Discovery Turok poznamenal, že hlavné objavy posledných desaťročí potvrdili štruktúru vesmíru na kozmologických a kvantových mierkach.
"Vo veľkej miere sme zmapovali celú oblohu - kozmické mikrovlnné pozadie - a zmerali vývoj vesmíru, ako sa zmenilo, ako sa rozšírilo … a tieto objavy ukazujú, že vesmír je prekvapivo jednoduchý," hovorí. "Inými slovami, pomocou jediného čísla môžete opísať štruktúru vesmíru, jeho geometriu, hustotu hmoty."
Najzaujímavejšie s týmto zdôvodnením je to, že je ľahšie opísať geometriu vesmíru iba jedným číslom, ako numericky opísať najjednoduchší atóm, ktorý poznáme, atóm vodíka. Geometria atómu vodíka je opísaná tromi číslami, ktoré vyplývajú z kvantových charakteristík elektrónu na jeho obežnej dráhe okolo protónu.
„Toto nám hovorí, že vesmír je hladký, ale má malú fluktuáciu, ktorá je opísaná týmto číslom. A to je všetko. Vesmír je najjednoduchšia vec, ktorú poznáme. ““
Niekde na opačnom konci stupnice sa stalo niečo podobné, keď fyzici preskúmali pole Higgsov pomocou najkomplikovanejšieho stroja, aký kedy postavili ľudia, Large Hadron Collider. Keď fyzici historicky objavili Higgsovu mediátorovú časticu - Higgsov bozón v roku 2012 - ukázalo sa, že ide o najjednoduchší typ opísaný v štandardnom modeli častíc.
Propagačné video:
„Príroda používa najmenšie riešenie, najmenší predstaviteľný mechanizmus, ktorý dáva časticiam ich hmotnosť, elektrický náboj atď.,“Hovorí Turok.
Fyzici 20. storočia nás naučili, že ak zvýšite presnosť a ponoríte sa hlbšie do kvantového sveta, nájdete zoo nových častíc. Pretože experimentálne výsledky priniesli množstvo kvantových informácií, teoretické modely predpovedali stále viac a viac častíc a síl. Teraz sme však dosiahli križovatku, kde mnoho našich pokročilých teoretických predstáv o tom, čo leží „za“, naše súčasné chápanie fyziky čaká na experimentálne výsledky, ktoré podporia nezvyčajné predpovede.
„Sme v podivnej situácii, keď sa s nami rozpráva vesmír; hovorí nám, že je veľmi jednoduchý. Zároveň sú populárne teórie (posledných 100 rokov fyziky) stále zložitejšie, svojvoľné a nepredvídateľné, “hovorí.
Turk poukazuje na teóriu strún, ktorá bola účtovaná ako „konečná teória zjednotenia“, ktorá zabaluje všetky tajomstvá vesmíru do elegantného balíka. A tiež hľadať dôkazy o inflácii - rýchla expanzia vesmíru, ktorú zažila takmer bezprostredne po Veľkom tresku asi pred 14 miliardami rokov - vo forme praveku gravitačných vĺn vyrytých na kozmickom mikrovlnnom pozadí, „ozveny“Veľkého tresku. Ale keď hľadáme experimentálne dôkazy, uchopíme slamky; experimentálne dôkazy jednoducho nesúhlasia s našimi neúnosne zložitými teóriami.
Naše kozmické pôvody
Turokova teoretická práca je venovaná vzniku vesmíru, téme, ktorej sa v posledných mesiacoch venovala veľká pozornosť.
V minulom roku spolupráca BICEP2, ktorá využíva ďalekohľad na južnom póle na štúdium CMB, oznámila detekciu signálov primárnej gravitácie. Ide o akýsi „svätý grál“kozmológie - objav gravitačných vĺn generovaných Veľkým treskom môže potvrdiť inflačné teórie vesmíru. Nanešťastie pre tím BICEP2 oznámili „objav“ešte predtým, ako európsky vesmírny teleskop European Planck (ktorý mapuje aj mikrovlnné pozadie) ukázal, že signál BICEP2 bol spôsobený prachom v našej galaxii, nie starými gravitačnými vlnami.
Čo ak to prvotné gravitačné vlny nikdy nenájdu? Mnoho teoretikov, ktorí svoje nádeje pripísali na Veľkého tresku nasledované obdobím rýchlej inflácie, môže byť sklamaných, ale podľa Turoka „bude to silný náznak“, že Veľký tresk (v klasickom slova zmysle) nemusí byť absolútnym začiatkom vesmíru.
„Najťažšie je pre mňa matematicky opísať samotný Veľký tresk,“dodáva Turok.
Možno by lepšie vyhovovalo pozorovanie cyklický model vývoja vesmíru - keď sa náš vesmír zrúti a začne znova. Takéto neobvyklé modely nemusia vytvárať prvotné gravitačné vlny, a ak sa tieto vlny nezistia, možno je potrebné zlepšiť naše inflačné teórie.
Pokiaľ ide o gravitačné vlny, o ktorých sa predpokladá, že budú generované rýchlym pohybom veľkých objektov v našom modernom vesmíre, Turok je presvedčený, že sme dosiahli taký stupeň citlivosti, že by ich naše detektory mali čoskoro odhaliť, čo potvrdzuje jednu z Einsteinových predpovedí o časopriestore. „Očakávame, že v najbližších piatich rokoch budú kolízne čierne diery vidieť gravitačné vlny.“
Ďalšia revolúcia?
Od najväčších mierok po najmenšie sa zdá, že vesmír je „bez skalpov“- inými slovami, bez ohľadu na to, na aké priestorové alebo energetické mierky sa pozeráte, na stupnici nie je nič „špeciálne“. A tento záver hovorí v prospech skutočnosti, že vesmír má oveľa jednoduchšiu povahu, ako naznačujú moderné teórie.
„Je to kríza, ale v najlepšom prípade kríza,“hovorí Turok.
Aby sme mohli vysvetliť pôvod vesmíru a vyrovnať sa s niektorými z najzáhadnejších tajomstiev nášho vesmíru, ako je temná hmota a temná energia, možno sa budeme musieť na priestor pozerať úplne inak. Bude si to vyžadovať revolúciu v chápaní fyziky, revolučný prístup porovnateľný v sile s Einsteinovou realizáciou, že priestor a čas sú dve strany tej istej mince, keď sa vytvorila všeobecná relativita.
„Potrebujeme úplne iný pohľad na základnú fyziku. Nastal čas na radikálne nové nápady, “uzatvára Turok a poznamenáva, že teraz je ten najlepší čas na to, aby mladí ľudia študovali teoretickú fyziku, pretože je to ďalšia generácia, ktorá s najväčšou pravdepodobnosťou zmení naše chápanie vesmíru.
Ilja Khel