Náš vesmír je mnohem, mnohem jednodušší, než se zdá.

Budete překvapeni, když uslyšíte, že náš Vesmír je vlastně docela jednoduchý - naše kosmologické teorie se zdají být nepřiměřeně složité, říká jeden z předních teoretických fyziků na světě. Takový závěr se může zdát nelogický: nakonec, abychom pochopili skutečnou složitost přírody, člověk musí myslet v širším smyslu, studovat věci na menším a menším měřítku, přidávat do rovnic nové proměnné, vymyslet „novou“ a „exotickou“ fyziku. Jednoho dne zjistíme, co je to temná hmota, získejme představu o tom, kde se gravitační vlny skrývají - pokud se naše teoretické modely stanou více rozvinutými a komplexnějšími.

To není tento případ, říká Neil Turk, ředitel Institutu perimetru pro teoretickou fyziku v kanadském Ontariu. Podle Turoka, pokud nám vesmír na největších a nejmenších stupnicích něco řekne, je to o jeho neuvěřitelné jednoduchosti. Abychom si to však plně uvědomili, potřebujeme revoluci ve fyzice.

V rozhovoru pro Discovery poznamenal, že největší objevy posledních desetiletí potvrdily strukturu vesmíru na kosmologických a kvantových stupnicích..

"Ve velkém měřítku jsme zmapovali celou oblohu - kosmické mikrovlnné pozadí - a změřili vývoj vesmíru, proces jeho změny, proces jeho expanze ... a tyto objevy ukazují, že vesmír je úžasně jednoduchý," říká. „Jinými slovy, můžete popsat strukturu vesmíru. , jeho geometrie, hustota hmoty je pouze jedno číslo ".

Nejzajímavějším závěrem tohoto argumentu je, že je jednodušší popsat geometrii vesmíru jen jedním číslem, než popsat numericky nejjednodušší atom, o kterém víme - atom vodíku. Geometrie atomu vodíku je popsána třemi čísly, která vyplývají z kvantové charakteristiky elektronu na oběžné dráze kolem protonu..

"Říká nám, že vesmír je hladký, ale má malou úroveň kmitání, které je popsáno tímto číslem. To je vše. Vesmír je nejjednodušší věc, kterou známe.".

Někde na opačném konci stupnice se něco podobného stalo, když fyzici zkoumali Higgsovo pole s použitím nejsložitějšího stroje, jaký kdy člověk vytvořil, Large Hadron Collider. Když fyzici v roce 2012 historicky objevili Higgsovu bosonovou intermediární částici, Higgsův boson, ukázalo se, že je to nejjednodušší typ popsaný standardním modelem částic..

"Příroda používá minimální řešení, minimální mechanismus, který si lze představit, že dávají částice jejich hmotnost, elektrický náboj a tak dále," říká Turk..

Fyzici 20. století nás učili, že pokud zvýšíte přesnost a ponoříte se do kvantového světa, najdete zoo nových částic. Vzhledem k tomu, že experimentální výsledky přinesly mnoho kvantových informací, teoretické modely předpovídaly ještě více částic a sil. Ale nyní jsme dosáhli křižovatky, kdy mnoho našich pokročilých teoretických představ o tom, co leží „mimo“ našeho současného chápání, fyzici očekávají nějaké experimentální výsledky, které potvrdí předpovědi..

"Našli jsme se v podivné situaci, když k nám vesmír mluví, říká nám, že je to velmi jednoduché. Současně se teorie, které byly populární (posledních 100 let vývoje fyziky), stávají složitějšími, svévolnějšími a nepředvídatelnými" říká.

Turk poukazuje na teorii strun, která byla uvedena jako „konečná sjednocující teorie“, která zabalila všechna tajemství vesmíru do úhledného obalu. A také hledat důkazy o inflaci - rychlá expanze vesmíru, kterou zažila téměř okamžitě po Velkém třesku asi před 14 miliardami let - ve formě primárních gravitačních vln vyrytých na kosmickém mikrovlnném pozadí, „echo“ Velkého třesku. Ale když hledáme experimentální důkazy, spojíme se na slámě; experimentální důkazy prostě nejsou v souladu s našimi nesnesitelně složitými teoriemi.

Náš kosmický původ
Teoretická práce Turoka je věnována vzniku vesmíru, což je téma, které v posledních měsících vzbudilo velkou pozornost..

V loňském roce, BICEP2 spolupráce, který používá dalekohled lokalizovaný u jižního pólu, studovat relic záření, oznámil detekci signálů primárních gravitačních vln. Tento druh „svatého grálu“ kosmologie - objev gravitačních vln generovaných Velkým třeskem může potvrdit inflační teorie vesmíru. Bohužel pro tým BICEP2 oznámili „objev“ ještě před tím, než evropský vesmírný dalekohled Planck (který také mapuje mikrovlnné pozadí) ukázal, že signál BICEP2 byl způsoben prachem v naší galaxii, a nikoli starými gravitačními vlnami.

Co když primární gravitační vlny nikdy nenajdou? Mnoho teoretiků, kteří své velké naděje na velký třesk s následným obdobím rychlé inflace mohou být zklamáni, ale podle Turoka „bude to silný náznak“, že Velký třesk (v klasickém smyslu) nemusí být absolutním začátkem vesmíru..

"Nejtěžší věcí pro mě je popsat samotný Velký třesk," dodává Turk..

Možná, že cyklický model vývoje vesmíru - když se náš vesmír zhroutí a začne znovu - bude vhodnější pro pozorování. Takové modely nemusí nutně produkovat primární gravitační vlny, a pokud tyto vlny nejsou detekovány, naše inflační teorie mohou potřebovat zlepšení..

Co se týče gravitačních vln, které jsou podle předpovědí produkovány rychlým pohybem masivních objektů v našem moderním vesmíru, Turk si je jistý, že jsme dosáhli takového stupně citlivosti, že je naše detektory brzy detekují, což potvrzuje jednu z Einsteinových předpovědí na téma časoprostoru. "Očekáváme, že gravitační vlny uvidíme z kolizí černých děr v příštích pěti letech".

Další revoluce?
Zdá se, že z největšího měřítka do nejmenšího se vesmír jeví jako „bez měřítka“ - jinými slovy, bez ohledu na to, na jakém prostorovém nebo energetickém měřítku se díváte, na stupnici není nic „zvláštního“. A tento závěr hovoří ve prospěch skutečnosti, že vesmír má mnohem jednodušší povahu, než naznačují moderní teorie..

„Je to krize, ale krize je nejlepší,“ říká Turk.

Abychom tedy mohli vysvětlit původ vesmíru a vyrovnat se s některými z nejzáhadnějších tajemství našeho vesmíru, jako je temná hmota a temná energie, musíme se na vesmír podívat zcela jinak. To bude vyžadovat revoluci v chápání fyziky, revoluční přístup, srovnatelně silný s Einsteinovým poznáním, že prostor a čas jsou dvě strany téže mince, kdy byla vytvořena obecná teorie relativity..

"Potřebujeme zcela odlišný pohled na základní fyziku. Nastal čas na radikálně nové myšlenky," uzavírá Turk a poznamenává, že nyní je skvělý čas pro mladé lidi, aby se zapojili do teoretické fyziky, protože je to příští generace, která s největší pravděpodobností změní naše chápání vesmíru..