Ще се изненадате, когато чуете, че нашата Вселена всъщност е доста проста - именно космологичните ни теории се оказват ненужно сложни, казва един от водещите теоретични физици в света. Подобен извод може да изглежда нелогичен: в крайна сметка, за да се разбере истинската сложност на Природата, човек трябва да мисли по-широко, да изучава нещата на по-малки и по-малки скали, да добавя нови променливи към уравнения, да измисля "нова" и "екзотична" физика. Някой ден ще разберем какво е тъмната материя, да добием представа къде се крият необичайните гравитационни вълни - ако само нашите теоретични модели станат по-развити и по-сложни.
Това не е така, казва Нийл Турок, директор на Института за теоретична физика по периметъра в Онтарио, Канада. Според Турок, ако Вселената в най-големите и най-малките мащаби ни казва нещо, става дума за нейната невероятна простота. Но за да разберем напълно това, се нуждаем от революция във физиката.
В интервю за Discovery Турок отбеляза, че големите открития от последните десетилетия потвърждават структурата на Вселената в космологичен и квантов мащаб.
„В голям мащаб картографирахме цялото небе - космическият микровълнов фон - и измервахме еволюцията на Вселената, как тя се промени, как се разшири … и тези открития показват, че Вселената е стряскащо проста“, казва той. "С други думи, можете да опишете структурата на Вселената, нейната геометрия, плътността на материята само с едно число."
Най-вълнуващото извличане от това разсъждение е, че е по-лесно да се опише геометрията на Вселената само с едно число, отколкото да се опише числено най-простият атом, който познаваме, водородния атом. Геометрията на водородния атом се описва с три числа, които следват от квантовите характеристики на електрон в неговата орбита около протона.
„Това ни казва, че Вселената е гладка, но има малко ниво на колебание, което се описва с това число. И това е всичко. Вселената е най-простото нещо, което знаем."
Някъде на противоположния край на скалата се случи нещо подобно, когато физиците изследваха полето Хигс, използвайки най-сложната машина, построена някога от хората, Големият адронов колайдер. Когато физиците исторически откриха посредническата частица на Хигс - Хигсовия бозон през 2012 г., се оказа, че това е най-простият тип, описан от Стандартния модел на частиците.
Промоционално видео:
„Природата използва най-малкото решение, най-малкият механизъм, който може да се представи, за да даде на частиците своята маса, техния електрически заряд и т.н.“, казва Турок.
Физиците от 20 век ни научиха, че ако увеличите точността и задълбочите по-дълбоко в квантовия свят, ще намерите зоопарк от нови частици. Тъй като експерименталните резултати дадоха много квантова информация, теоретичните модели предвиждаха все повече частици и сили. Но сега стигнахме до кръстопът, където много от нашите съвременни теоретични идеи за това, което стои „отвъд”, сегашното ни разбиране на физиката очакват някои експериментални резултати, които ще подкрепят необичайни прогнози.
„Ние сме в странна ситуация, в която Вселената ни говори; това ни казва, че е изключително просто. В същото време популярните (последните 100 години физика) теории стават все по-сложни, произволни и непредсказуеми “, казва той.
Тюркът посочва теорията на струните, която е наречена като "теория за крайно обединение", опаковайки всички тайни на Вселената в чист пакет. И също така да търсите доказателства за инфлацията - бързото разрастване на Вселената, която преживя почти веднага след Големия взрив преди около 14 милиарда години - под формата на първични гравитационни вълни, гравирани на фона на космическия микровълнов, „ехото“на Големия взрив. Но докато търсим експериментални доказателства, хващаме сламки; експерименталните доказателства просто не са съгласни с непоносимо сложните ни теории.
Нашият космически произход
Теоретичната работа на Турок е посветена на произхода на Вселената, тема, която получи много внимание през последните месеци.
Миналата година сътрудничеството BICEP2, което използва телескоп на Южния полюс за изучаване на CMB, обяви откриването на първични сигнали за гравитационна вълна. Това е един вид "свещен граал" на космологията - откриването на гравитационни вълни, генерирани от Големия взрив, може да потвърди инфлационните теории на Вселената. За съжаление на екипа на BICEP2, те обявиха "откритието" още преди Европейският космически телескоп Planck (който също картографира фона на микровълновата) показа, че BICEP2 сигналът е причинен от прах в нашата галактика, а не древни гравитационни вълни.
Какво става, ако първичните гравитационни вълни никога не го намерят? Много теоретици, които възлагат надеждите си на Големия взрив, последван от период на бърза инфлация, могат да бъдат разочаровани, но според Турок „това ще бъде мощен намек“, че Големият взрив (в класическия смисъл) може да не е абсолютното начало на Вселената.
„Най-трудното за мен е да опиша математически самия Голям взрив“, добавя Турок.
Може би един цикличен модел на еволюцията на Вселената - когато нашата Вселена се разпадне и започне отначало - би по-добре да отговаря на наблюденията. Такива необичайни модели не е необходимо да произвеждат първични гравитационни вълни и ако тези вълни не бъдат открити, може би нашите инфлационни теории трябва да бъдат подобрени.
По отношение на гравитационните вълни, предвидени да се генерират от бързото движение на масивни обекти в нашата съвременна Вселена, Турок е уверен, че сме достигнали такава степен на чувствителност, че нашите детектори скоро трябва да ги открият, потвърждавайки едно от прогнозите на Айнщайн за космическото време. "Очакваме да видим гравитационни вълни от сблъскване на черни дупки през следващите пет години."
Следващата революция?
От най-големите мащаби до най-малките, Вселената изглежда „мащабна“- с други думи, независимо от какъв пространствен или енергиен мащаб гледате, няма нищо „специално“в скалата. И този извод говори в полза на факта, че Вселената има много по-опростена природа, отколкото съвременните теории предполагат.
„Това е криза, но криза в най-добрия случай“, казва Турок.
По този начин, за да обясним произхода на Вселената и да се срещнем с някои от най-загадъчните мистерии на нашата Вселена, като тъмна материя и тъмна енергия, може да се наложи да гледаме на пространството напълно различно. Това ще изисква революция в разбирането на физиката, революционен подход, съпоставим по сила с осъзнаването на Айнщайн, че пространството и времето са две страни на една и съща монета, когато се формира общата относителност.
„Нуждаем се от съвсем различен поглед върху фундаменталната физика. Дойде време за коренно нови идеи “, заключава Турок, отбелязвайки, че сега е чудесно време за младите хора да изучават теоретична физика, тъй като именно следващото поколение най-вероятно ще обърне разбирането ни за Вселената.
Иля Кел