Naš Svemir je mnogo, mnogo jednostavniji nego što se čini.

Iznenadit ćete se kad čujete da je naš Svemir zapravo prilično jednostavan - naše kozmološke teorije su nerazumno složene, kaže jedan od vodećih teoretskih fizičara na svijetu. Takav zaključak može se činiti nelogičnim: na kraju, da bismo razumjeli pravu složenost Prirode, moramo razmišljati šire, proučavati stvari u manjem i manjem opsegu, dodavati nove varijable jednadžbama, izmišljati “novu” i “egzotičnu” fiziku. Jednog dana ćemo saznati što je tamna tvar, dobiti predodžbu o tome gdje se skrivaju gravitacijski valovi - ako samo naši teoretski modeli postanu razvijeniji i više ... složeniji.

To nije slučaj, kaže Neil Turk, direktor Perimetričnog instituta za teorijsku fiziku u Ontariju, Kanada. Prema Turoku, ako nam svemir na najvećoj i najmanjoj ljestvici nešto kaže, riječ je o njegovoj nevjerojatnoj jednostavnosti. Ali da bismo to u potpunosti shvatili, potrebna nam je revolucija u fizici.

U intervjuu za Discovery, Turk je istaknuo da su najveća otkrića posljednjih desetljeća potvrdila strukturu svemira na kozmološkim i kvantnim ljestvicama..

"U velikoj mjeri smo mapirali cijelo nebo - kozmičku mikrovalnu pozadinu - i mjerili evoluciju svemira, proces njegove promjene, proces njezina širenja ... i ta otkrića pokazuju da je svemir nevjerojatno jednostavan", kaže on. Drugim riječima, možete opisati strukturu svemira. , njegova geometrija, gustoća materije je samo jedan broj ".

Najfascinantniji zaključak ovog argumenta je da je lakše opisati geometriju Svemira samo jednim brojem nego opisati brojčano najjednostavniji atom o kojem znamo - atom vodika. Geometrija vodikovog atoma opisana je s tri broja, koji proizlaze iz kvantne karakteristike elektrona u orbiti oko protona..

"To nam govori da je Svemir glatka, ali ima malu razinu oscilacija, koja je opisana ovim brojem. To je sve. Svemir je najjednostavnija stvar koju znamo.".

Negdje na suprotnom kraju ljestvice, nešto slično se dogodilo kada su fizičari istražili Higsovo polje koristeći najsloženiji stroj koji su ikada izgradili ljudi, Veliki hadronski sudarač. Kada su 2012. fizičari povijesno otkrili Higgsovu bozonsku intermedijarnu česticu, Higgsov bozon, ispostavilo se da je to najjednostavniji tip opisan modelom standardnih čestica..

"Priroda koristi minimalno rješenje, minimalni mehanizam koji se može zamisliti samo da bi dao čestice njihovu masu, električni naboj i tako dalje", kaže Turk..

Fizičari 20. stoljeća učili su nas da ako povećate točnost i zakoračite u kvantni svijet, naći ćete zoološki vrt novih čestica. Budući da su eksperimentalni rezultati proizveli mnogo kvantnih informacija, teoretski modeli predvidjeli su sve više i više čestica i sila. Ali sada smo došli do raskrižja, kada mnogi od naših naprednih teorijskih ideja o tome što se nalazi "izvan" našeg sadašnjeg razumijevanja, fizičari očekuju neke eksperimentalne rezultate koji će potvrditi predviđanja..

"Našli smo se u neobičnoj situaciji kada nam svemir govori, govori nam da je vrlo jednostavna. U isto vrijeme, teorije koje su bile popularne (posljednjih 100 godina razvoja fizike) postaju složenije, proizvoljne i nepredvidive" kaže on.

Turk ukazuje na teoriju struna, koja je navedena kao "teorija konačnog ujedinjenja", u tajnosti svih tajni svemira u urednom pakiranju. I također tražiti dokaze o inflaciji - brzom širenju Svemira, koje je doživjela gotovo odmah nakon Velikog praska prije otprilike 14 milijardi godina - u obliku primarnih gravitacijskih valova uklesanih na kozmičkoj mikrovalnoj pozadini, "jeku" Velikog praska. Ali dok tražimo eksperimentalne dokaze, hvatamo se za slamu; eksperimentalni dokazi jednostavno nisu u skladu s našim nepodnošljivo složenim teorijama.

Naše kozmičko porijeklo
Turokov teoretski rad posvećen je podrijetlu Svemira, teme koja je privukla veliku pozornost posljednjih mjeseci..

Prošle godine, suradnja BICEP2, koja koristi teleskop koji se nalazi na južnom polu, radi proučavanja relikvijskog zračenja, najavila je otkrivanje signala primarnih gravitacijskih valova. Ova vrsta "sveti gral" kozmologije - otkriće gravitacijskih valova generiranih Velikim praskom može potvrditi inflatorne teorije Svemira. Ali nažalost za BICEP2 tim, najavili su "otkriće" čak i prije nego što je Europski Planckov svemirski teleskop (koji također mapira mikrovalnu pozadinu) pokazao da je signal BICEP2 uzrokovan prašinom u našoj galaksiji, a ne drevnim gravitacijskim valovima..

Što ako primarni gravitacijski valovi nikada ne pronađu? Mnogi teoretičari koji su svoje nade vezali za Veliki prasak s kasnijim razdobljem brze inflacije mogli bi biti razočarani, ali, prema Turoku, "to će biti snažan nagovještaj" da Veliki prasak (u klasičnom smislu) možda nije apsolutni početak Svemira..

"Najteže mi je opisati sam Veliki prasak matematički", dodaje Turk..

Možda će ciklički model evolucije svemira - kada se naš Svemir sruši i počne iznova - bolje odgovarati opažanjima. Takvi modeli ne proizvode nužno primarne gravitacijske valove, a ako se ti valovi ne otkriju, možda će trebati poboljšati naše inflatorne teorije..

Što se tiče gravitacijskih valova, koji su, prema predviđanjima, proizvedeni brzim kretanjem masovnih objekata u našem modernom Svemiru, Turk je siguran da smo dostigli takav stupanj osjetljivosti da bi ih naši detektori uskoro trebali otkriti, potvrđujući jedan od Einsteinovih predviđanja o temi prostor-vrijeme. "Očekujemo da ćemo vidjeti gravitacijske valove od sudara crnih rupa u sljedećih pet godina".

Sljedeća revolucija?
Čini se da je od najveće skale do najmanjih svemir "bez razmjera" - drugim riječima, bez obzira na prostornu ili energetsku skalu na koju gledate, ne postoji ništa "specijalno" o ljestvici. I ovaj zaključak govori u prilog činjenici da je svemir mnogo jednostavniji od suvremenih teorija..

"Ovo je kriza, ali kriza u najboljem slučaju", kaže Turk.

Dakle, da bismo objasnili porijeklo svemira i pomirili se s nekim od najtajanstvenijih tajni našeg svemira, kao što je tamna tvar i tamna energija, možda ćemo morati promatrati svemir potpuno drugačije. To će zahtijevati revoluciju u razumijevanju fizike, revolucionarni pristup, usporediv po snazi ​​s Einsteinovom spoznajom da su prostor i vrijeme dvije strane istog novčića, kada je formirana opća teorija relativnosti..

"Potreban nam je potpuno drugačiji pogled na temeljnu fiziku. Došlo je vrijeme za radikalno nove ideje", zaključuje Turk, ističući kako je sada dobro vrijeme da se mladi ljudi uključe u teorijsku fiziku, budući da će upravo naša generacija vjerojatno shvatiti svemir.