Universum on rikas ja keeruline koht, kuid selle geomeetria on üllatavalt lihtne. Võib-olla see sunnib meid tegema järgmise suure revolutsiooni mõtlemise füüsikas.
Meie universum on tegelikult väga lihtne. See esindab meie kosmoloogilisi teooriaid, mis osutuvad ebamõistlikult keerukateks. Seda mõtet väljendas üks maailma juhtivaid teoreetilisi füüsikuid.
See järeldus võib tunduda ebaloogiline. Lõppude lõpuks, selleks, et täielikult mõista looduse tõelist keerukust, peate mõtlema suuremaks, uurima asju üksikasjalikumalt, lisama uusi muutuvaid võrrandeid ning tulema välja „uus” ja „eksootiline” füüsika. Lõpuks saame teada, milline on tume aine ja saada idee, kus need gravitatsioonilained peidavad - kui ainult meie teoreetilised mudelid olid rohkem arenenud ja keerukamad.
„See ei ole täiesti tõsi,” ütleb Kanadas asuva Ontario teoreetilise füüsika perimeetri instituudi direktor Neil Turk. Tema sõnul ütleb Universum oma suurimatest ja väiksematest kaaludest meile, et see on tegelikult väga lihtne. Kuid selleks, et täielikult mõista, mida see tähendab, peame tegema füüsikas revolutsiooni.
Intervjuus Discovery Newsiga märkis Turok, et viimaste aastakümnete suurimad avastused on kinnitanud Universumi struktuuri kosmoloogilistel ja kvantkaaladel.
„Suure ulatusega joonistasime terve taeva kaardi - kosmilise mikrolaine tausta - ja mõõdeti Universumi arengut, nagu see muutub, sõltuvalt laienemisest ... ja need avastused näitavad, et Universum on hämmastavalt lihtne,” ütles ta. "Teisisõnu, saate kirjeldada Universumi struktuuri, selle geomeetriaid ja materjali tihedust ... saate sisuliselt kirjeldada kõike ühe numbriga." Selle arutelu kõige põnevam tulemus on see, et universumi geomeetria kirjeldus ühe numbriga on tegelikult lihtsam kui kõige lihtsama aatomi numbriline kirjeldus, mida me teame - vesiniku aatom. Vesiniku aatomi geomeetria kirjeldab 3 numbrit, mis tulenevad elektroni orbiidil paiknevast kvantomärgist.
„Põhimõtteliselt ütleb see meile, et Universum on sile, kuid sellel on väike kõikumiste tase, mida see number kirjeldab. Ja see on kõik. Universum on kõige lihtsam asi, mida me teame.
Teisest küljest juhtus midagi sarnast, kui füüsikud tegid Higgsi valdkonnas uuringuid, kasutades kõige keerulisemat masinat, mida inimkond on kunagi ehitanud - Large Hadron Collider. Kui 2012. aastal tutvustasid füüsikud Higgsi väljal asuva Higgsi bosoni osakese ajaloolist avastust, osutus see lihtsaks Higgsi tüübiks, mida kirjeldatakse füüsika standardmudelis.
„Loodus on leidnud väljapääsu minimaalse lahenduse ja minimaalse mehhanismiga, mida oleksite võinud ette kujutada, et anda neile osakeste massi, elektrilaenguid jne.” Ütles Turk.
20. sajandi füüsikud õpetasid meid, niipea kui sa saad suurema täpsuse, ja langetad sondi kvantfääri sügavamale, leiad uute osakeste loomaaia. Kuna katsetulemused loovad kvantiteabe suuremeelsust, siis teoreetilised mudelid ennustasid äärmuslikumaid osakesi ja jõude. Aga nüüd oleme jõudnud ristteele, kus paljud meie kõige arenenumad teoreetilised ideed selle kohta, mis peitub meie praeguses arusaamises füüsikast, pöörduvad eksperimentaalsete tulemuste poole, mis toetavad nende ennustusi. „Me oleme sellises kummalises olukorras, kui Universum meiega räägib, öeldes meile, et need väga lihtsad teooriad, mis olid populaarsed (viimase 100 aasta jooksul) on muutumas üha keerulisemaks ja meelevaldsemaks,” ütles ta. .
Turk osutas stringiteooriale, mis esitati kui „lõplik ühtne teooria”, mis tutvustas universumi kõiki saladusi puhas paketis. Lisaks otsitakse tõendeid inflatsiooni kohta - Universumi kiiret laienemist kohe pärast Suure Paugu umbes 14 miljardit aastat tagasi - primaarsete gravitatsioonilainete kujul, mis olid graveeritud kosmilise mikrolaine taustale (CMB), või Suure Paugu „kaja”. Aga kui me otsime eksperimentaalseid tõendeid, jätkame ka vanasõnaga haaramist; Eksperimentaalsed andmed lihtsalt ei nõustu meie talumatult keeruliste teooriatega.
Meie kosmiline päritolu
Türki teoreetiline töö keskendub universumi päritolule, mis on viimastel kuudel palju tähelepanu pälvinud.
Eelmisel aastal teatas BICEP2, kes kasutab Lõuna-Poolas paiknevat teleskoopi, et uurida KMA-d, teatas esmaste gravitatsiooniliste signaalide avastamisest Big Bang'i kajastest. Tegelikult on see kosmoloogia “Püha Graal” - gravitatsioonilainete avastamine, mis on tekitatud Suure Paugu poolt. See võib kinnitada universumi teatud inflatsiooniteooriad. Kuid kahjuks teatasid nad BICEP2 meeskonna jaoks enneaegselt „avastamisest” ja Plancki kosmose teleskoop (mis jälgib ka CMB kiirgust) näitas, et BICEP2 signaali põhjustas meie galaktika tolm, mitte iidsed gravitatsioonilained. Mida teha, kui need algupärased gravitatsioonilained ei leia kunagi? Paljud teoreetikud, kes kinnitasid oma lootused Suure Paugu suhtes järgneva kiire inflatsiooniperioodiga, võivad olla pettunud, kuid Turki sõnul ei ole see „väga võimas võti”, et Suure Paugu (klassikalises mõttes) ei saa olla universumi absoluutne algus.
"Minu jaoks oli suurim probleem suurema pommi kirjeldus matemaatiliselt," lisas Turk.
Võib-olla on see universaalse evolutsiooni tsükliline mudel - kus meie Universum taas kokkuvariseb ja taasalustub - võib paremini märkustele sobida. Need mudelid ei pruugi tingimata tekitada primaarseid gravitatsioonilaineid ja kui neid laineid ei avastata, siis võib-olla tuleb meie inflatsiooniteooriad välja visata või muuta.
Mis puudutab gravitatsioonilaineid, mis prognooside kohaselt saadakse meie kaasaegses universumis olevate massiivsete objektide kiire liikumise tulemusena, on Turk kindel, et jõuame tundlikkuse valdkonda, et meie gravitatsioonilaine detektorid tuvastavad neid väga kiiresti, kinnitades veel üht Einsteini aja ennustust.
„Ootame, et mustade aukude kokkupõrgetest järgmise 5 aasta jooksul ilmuvad gravitatsioonilained,” ütles ta.
Järgmine revolutsioon?
Suurest skaalast kuni väikesteni näib Universum olevat “mastaabivaba”. Ja see järeldus näitab, et universumil on palju lihtsam olemus kui praegused teooriad. "Jah, see on kriis, kuid see on kriis kõige paremini," ütles Turk.
Seega, selleks, et selgitada Universumi päritolu ja jõuda mõningate selle kõige salapärasemate saladustega, näiteks tumeda materjali ja tumeda energiaga, peame vaatama oma kosmose erinevalt. See nõuab füüsika revolutsiooni.
„Me vajame täiesti erinevat vaadet põhifüüsikast. On jõudnud aeg radikaalsete uute ideede järele, ”märkis ta, märkides, et see on suurepärane aeg inimkonna ajaloos, kui noori tuleb märkida teoreetilise füüsika valdkonnas. Tõenäoliselt muudavad nad seda, kuidas me universumit vaatame.
