Budete překvapeni, když uslyšíte, že náš vesmír je ve skutečnosti celkem jednoduchý - říká se jedna z předních světových teoretických fyziků, že jsou to naše kosmologické teorie. Takový závěr se může zdát nelogický: nakonec, abychom pochopili skutečnou složitost přírody, musíme přemýšlet širší, studovat věci na menších a menších měřítcích, přidávat nové proměnné do rovnic, vymýšlet „novou“a „exotickou“fyziku. Jednoho dne přijdeme na to, co je temná hmota, získáme představu o tom, kde se ukrývají neobvyklé gravitační vlny - pokud se naše teoretické modely stanou rozvinutějšími a komplexnějšími.
Není tomu tak, říká Neil Turok, ředitel Perimeter Institute for Theoretical Physics in Ontario, Canada. Podle Turoka, pokud nám vesmír, na největším a nejmenším měřítku, něco řekne, jde o jeho neuvěřitelnou jednoduchost. Abychom tomu plně porozuměli, potřebujeme revoluci ve fyzice.
V rozhovoru pro Discovery Turok poznamenal, že hlavní 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, jak se změnilo, jak se rozšířilo … a tyto objevy ukazují, že vesmír je překvapivě jednoduchý," říká. "Jinými slovy, pomocí jediného čísla můžete popsat strukturu vesmíru, jeho geometrii, hustotu hmoty."
Nejzajímavější s sebou z tohoto zdůvodnění je to, že je snazší popsat geometrii vesmíru pouze jedním číslem, než číselně popsat nejjednodušší atom, který známe, atom vodíku. Geometrie atomu vodíku je popsána třemi čísly, která vycházejí z kvantových charakteristik elektronu na jeho oběžné dráze kolem protonu.
"To nám říká, že vesmír je hladký, ale má malou úroveň fluktuace, která je popsána tímto číslem." A to je vše. Vesmír je nejjednodušší věc, kterou známe. “
Někde na opačném konci měřítka se něco podobného stalo, když fyzikové prozkoumali Higgsovo pole pomocí nejsložitějšího stroje, který kdy postavili lidé, Large Hadron Collider. Když fyzici historicky objevili Higgsovu mediátorovou částici - Higgsův boson v roce 2012 - ukázalo se, že jde o nejjednodušší typ popsaný standardním modelem částic.
Propagační video:
"Příroda používá nejmenší řešení, nejmenší představitelný mechanismus, který dává částicím jejich hmotnost, jejich elektrický náboj atd.," Říká Turok.
Fyzici 20. století nás naučili, že pokud zvýšíte přesnost a ponoříte se hlouběji do kvantového světa, najdete zoo nových částic. Protože experimentální výsledky přinesly mnoho kvantových informací, teoretické modely předpovídaly stále více částic a sil. Nyní jsme však dosáhli křižovatky, kde mnoho našich pokročilých teoretických představ o tom, co leží „za“, naše současné chápání fyziky čeká na některé experimentální výsledky, které podporují neobvyklé předpovědi.
Jsme v podivné situaci, kdy s námi vesmír mluví; říká nám, že je to velmi jednoduché. Zároveň jsou populární teorie (posledních 100 let fyziky) složitější, svévolné a nepředvídatelné, “říká.
Turk ukazuje na teorii strun, která byla účtována jako „konečná sjednocující teorie“, zabalující všechna tajemství vesmíru do čistého balíčku. A také hledat důkazy o inflaci - rychlé expanzi vesmíru, k níž došlo téměř okamžitě po Velkém třesku před asi 14 miliardami let - ve formě pravěkých gravitačních vln vyrytých na pozadí kosmického mikrovlnného záření, „ozvěny“Velkého třesku. Ale když hledáme experimentální důkazy, uchopíme brčka; experimentální důkazy jednoduše nesouhlasí s našimi nesnesitelně složitými teoriemi.
Naše kosmické původy
Turokova teoretická práce je věnována původu vesmíru, tématu, které v posledních měsících získalo velkou pozornost.
V loňském roce spolupráce BICEP2, která používá dalekohled na jižním pólu ke studiu CMB, oznámila detekci signálů z primárních gravitačních vln. Jedná se o jakýsi „svatý grál“kosmologie - objev gravitačních vln generovaných Velkým třeskem může potvrdit inflační teorie vesmíru. Bohužel pro tým BICEP2 oznámili „objev“ještě předtím, než evropský Planck Space Telescope (který také mapuje mikrovlnné pozadí) ukázal, že signál BICEP2 byl způsoben prachem v naší galaxii, nikoli starými gravitačními vlnami.
Co když to prvotní gravitační vlny nikdy nenajdou? Mnoho teoretiků, kteří vložili své naděje do Velkého třesku následované obdobím rychlé inflace, může být zklamáno, ale podle Turoka „bude to silný náznak“, že Velký třesk (v klasickém smyslu) nemusí být absolutním začátkem vesmíru.
"Nejtěžší pro mě je matematický popis Velkého třesku," dodává Turok.
Možná by se cyklický model vývoje vesmíru - když se náš vesmír zhroutí a začne znovu - lépe hodil pro pozorování. Takové neobvyklé modely nemusí vytvářet prvotní gravitační vlny, a pokud tyto vlny nejsou detekovány, je třeba zlepšit naše inflační teorie.
Pokud jde o gravitační vlny, u nichž se předpokládá, že budou generovány rychlým pohybem masivních objektů v našem moderním vesmíru, je Turok přesvědčen, že jsme dosáhli takového stupně citlivosti, že by je naše detektory měly brzy odhalit, což potvrzuje jednu z Einsteinových předpovědí o časoprostoru. "Očekáváme, že v příštích pěti letech uvidíme gravitační vlny z kolizí černých děr."
Příští revoluce?
Od největších měřítek po nejmenší se vesmír jeví jako „bez skalpů“- jinými slovy, bez ohledu na to, na jaké prostorové nebo energetické měřítko 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 nejlepší krize," říká Turok.
Abychom mohli vysvětlit původ vesmíru a vyrovnat se s některými z nejzáhadnějších tajemství našeho vesmíru, jako je temná hmota a temná energie, můžeme se na vesmír podívat úplně jinak. To bude vyžadovat revoluci v chápání fyziky, revoluční přístup srovnatelný v síle s Einsteinovou realizací, že prostor a čas jsou dvě strany téže mince, když byla vytvořena obecná relativita.
"Potřebujeme úplně jiný pohled na základní fyziku." Nastal čas pro radikálně nové nápady, “uzavírá Turok a poznamenává, že nyní je skvělý čas pro mladé lidi, aby studovali teoretickou fyziku, protože je to další generace, která s největší pravděpodobností změní naše chápání vesmíru.
Ilya Khel