Náš vesmír je oveľa, oveľa jednoduchší, než sa zdá.

Budete prekvapení, že náš Vesmír je vlastne celkom jednoduchý - naše kozmologické teórie sa ukázali byť neprimerane zložité, hovorí jeden z popredných teoretických fyzikov na svete. Takýto záver sa môže zdať nelogický: nakoniec, aby sme pochopili skutočnú zložitosť Prírody, musíme myslieť širšie, študovať veci na menšom a menšom meradle, pridať nové premenné do rovníc, vymyslieť „novú“ a „exotickú“ fyziku. Jedného dňa zistíme, čo je temná hmota, získajte predstavu o tom, kde sa gravitačné vlny skrývajú - ak sa len naše teoretické modely stanú viac rozvinutými a viac ....

To nie je tento prípad, hovorí Neil Turk, riaditeľ Inštitútu Perimeter pre teoretickú fyziku v Ontáriu v Kanade. Podľa Turoka, ak nám vesmír na najväčšom a najmenšom meradle niečo povie, je to o jeho neuveriteľnej jednoduchosti. Aby sme si to plne uvedomili, potrebujeme revolúciu vo fyzike.

V rozhovore pre Discovery Turk poznamenal, že najväčšie objavy posledných desaťročí potvrdili štruktúru vesmíru na kozmologických a kvantových mierkach..

"Vo veľkom meradle sme zmapovali celú oblohu - kozmické mikrovlnné pozadie - a zmerali sme vývoj vesmíru, proces jeho zmeny, proces jeho expanzie ... a tieto objavy ukazujú, že vesmír je neuveriteľne jednoduchý," hovorí. "Inými slovami, môžete opísať štruktúru vesmíru , jeho geometria, hustota hmoty je len jedno číslo ".

Najzaujímavejším záverom tohto argumentu je, že je jednoduchšie opísať geometriu vesmíru len jedným číslom, než opísať numericky najjednoduchší atóm, o ktorom vieme - atóm vodíka. Geometria atómu vodíka je opísaná tromi číslami, ktoré vyplývajú z kvantovej charakteristiky elektrónu na obežnej dráhe okolo protónu..

"Hovorí nám, že vesmír je hladký, ale má malú úroveň kmitania, čo je opísané týmto číslom. To je všetko. Vesmír je najjednoduchšia vec, ktorú poznáme.".

Niekde na opačnom konci stupnice sa niečo podobné stalo, keď fyzici preskúmali Higgsovo pole s použitím najkomplexnejšieho stroja, aký kedy človek postavil, Large Hadron Collider. Keď fyzici v roku 2012 historicky objavili Higgsovu bozónovú intermediárnu časticu, Higgsov bozón, ukázalo sa, že je to najjednoduchší typ opísaný štandardným modelom častíc..

"Príroda využíva minimálne riešenie, minimálny mechanizmus, ktorý si možno predstaviť len preto, aby dávali časticiam ich hmotnosť, ich elektrický náboj a tak ďalej," hovorí Turk..

Fyzici 20. storočia nás učili, že ak zvýšite presnosť a ponoríte sa do kvantového sveta, nájdete zoo nových častíc. Pretože experimentálne výsledky priniesli množstvo kvantových informácií, teoretické modely predpovedali ešte viac častíc a síl. Ale teraz sme sa dostali na križovatku, keď mnohí z našich pokročilých teoretických myšlienok o tom, čo leží „mimo“ nášho súčasného chápania, fyzici očakávajú nejaké experimentálne výsledky, ktoré potvrdia predpovede..

"Našli sme sa v podivnej situácii, keď k nám vesmír hovorí, hovorí nám, že je to veľmi jednoduché. Súčasne sa teórie, ktoré boli populárne (posledných 100 rokov vývoja fyziky), stávajú zložitejšími, svojvoľnými a nepredvídateľnými" hovorí.

Turk poukazuje na teóriu strun, ktorá bola uvedená ako "konečná teória zjednotenia", ktorá zabalila všetky tajomstvá vesmíru do úhľadného obalu. A tiež hľadať dôkazy o inflácii - rýchla expanzia vesmíru, ktorú zažila takmer okamžite po Veľkom tresku asi pred 14 miliardami rokov - vo forme primárnych gravitačných vĺn vyrytých na kozmickom mikrovlnnom pozadí, „ozveny“ Veľkého tresku. Ale keď hľadáme experimentálne dôkazy, spojíme sa so slamou; experimentálne dôkazy jednoducho nie sú v súlade s našimi nesmierne zložitými teóriami.

Náš kozmický pôvod
Teoretická práca Turoka je venovaná vzniku vesmíru, čo je téma, ktorá v posledných mesiacoch priťahovala veľkú pozornosť..

V minulom roku, BICEP2 spolupráca, ktorá používa ďalekohľad umiestnený na južnom póle, na štúdium relic žiarenia, oznámila detekciu signálov primárnych gravitačných vĺn. Tento druh "svätého grálu" kozmológie - objav gravitačných vĺn generovaných Veľkým treskom môže potvrdiť inflačné teórie Vesmíru. Bohužiaľ pre tím BICEP2 oznámili „objav“ ešte predtým, ako európsky Planck Space Telescope (ktorý tiež mapuje mikrovlnné pozadie) ukázal, že signál BICEP2 bol spôsobený prachom v našej galaxii a nie starými gravitačnými vlnami.

Čo ak primárne gravitačné vlny nikdy nenájdu? Mnohí teoretici, ktorí pritiahli svoje nádeje na Veľký tresk s následným obdobím rýchlej inflácie, môžu byť sklamaní, ale podľa Turoka „toto bude silný náznak“, že Veľký tresk (v klasickom zmysle) nemusí byť absolútnym začiatkom vesmíru..

"Najťažšie pre mňa je popísať samotný Veľký tresk," dodáva Turk..

Možno, že cyklický model vývoja vesmíru - keď sa náš vesmír zrúti a začne znovu - bude vhodnejší pre pozorovania. Takéto modely nemusia nevyhnutne produkovať primárne gravitačné vlny, a ak tieto vlny nie sú detegované, naše inflačné teórie môžu byť potrebné zlepšiť..

Čo sa týka gravitačných vĺn, ktoré sú podľa predpovedí produkované rýchlym pohybom masívnych objektov v našom modernom vesmíre, Turk si je istý, že sme dosiahli taký stupeň citlivosti, že by ich detektory mali čoskoro odhaliť, čo potvrdzuje jednu z Einsteinových predpovedí na tému vesmírneho času. "Očakávame gravitačné vlny z kolízií čiernych dier v nasledujúcich piatich rokoch".

Ďalšia revolúcia?
Zdá sa, že z najväčšieho meradla na najmenšieho je vesmír „bezrozmerný“ - inými slovami, bez ohľadu na to, na akú priestorovú alebo energetickú stupnicu sa pozeráte, na stupnici nie je nič „zvláštne“. A tento záver hovorí v prospech skutočnosti, že vesmír má oveľa jednoduchšiu povahu, než naznačujú moderné teórie..

"Je to kríza, ale kríza v jej najlepšom prípade," hovorí Turk.

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 pozerať na vesmír úplne inak. To si bude vyžadovať revolúciu v chápaní fyziky, revolučnom prístupe, porovnateľne silnom s Einsteinovým uvedomením, že priestor a čas sú dve strany tej istej mince, keď bola vytvorená všeobecná teória relativity..

"Potrebujeme úplne iný pohľad na základnú fyziku. Nastal čas na radikálne nové myšlienky," uzatvára Turk a poznamenáva, že teraz je skvelý čas pre mladých ľudí, aby sa zapojili do teoretickej fyziky, pretože je to ďalšia generácia, ktorá s najväčšou pravdepodobnosťou zmení naše chápanie vesmíru..