Vei fi surprins să auziți că universul nostru este de fapt destul de simplu - teoriile noastre cosmologice se dovedesc a fi inutil complexe, spune unul dintre cei mai importanți fizicieni teoretici din lume. O astfel de concluzie poate părea ilogică: în final, pentru a înțelege adevărata complexitate a naturii, trebuie să gândim mai larg, să studiem lucrurile pe scări mai mici și mai mici, să adăugăm variabile noi la ecuații, să inventăm fizica „nouă” și „exotică”. Într-o zi ne vom da seama care este materia întunecată, să ne facem o idee despre unde se ascund valurile gravitaționale neobișnuite - dacă doar modelele noastre teoretice devin mai dezvoltate și mai … complexe.
Nu este cazul, spune Neil Turok, directorul Institutului Perimetrului de Fizică Teoretică din Ontario, Canada. Potrivit lui Turok, dacă universul, pe cea mai mare și cea mai mică scară, ne spune ceva, este vorba despre simplitatea sa incredibilă. Dar pentru a înțelege pe deplin acest lucru, avem nevoie de o revoluție în fizică.
Într-un interviu pentru Discovery, Turok a menționat că descoperirile majore din ultimele decenii au confirmat structura Universului pe scări cosmologice și cuantice.
„La scară largă, am cartografiat întregul cer - fundalul microundelor cosmice - și am măsurat evoluția universului, cum s-a schimbat, cum s-a extins … și aceste descoperiri arată că universul este uluitor de simplu”, spune el. "Cu alte cuvinte, puteți descrie structura Universului, geometria lui, densitatea materiei cu un singur număr."
Cea mai interesantă preluare din acest raționament este că este mai ușor să descrie geometria universului cu un singur număr decât să descrii numeric cel mai simplu atom pe care îl cunoaștem, atomul de hidrogen. Geometria atomului de hidrogen este descrisă de trei numere care provin din caracteristicile cuantice ale unui electron în orbita sa în jurul unui proton.
„Acest lucru ne spune că universul este neted, dar are un nivel mic de fluctuație, care este descris de acest număr. Și asta e tot. Universul este cel mai simplu lucru pe care îl știm."
Undeva la capătul opus al scalei, ceva similar s-a întâmplat atunci când fizicienii au explorat câmpul Higgs folosind cea mai complexă mașină construită vreodată de oameni, Colibrul de Hadroni Mari. Când fizicienii au descoperit istoric particulele de mediator Higgs - bosonul Higgs în 2012 - s-a dovedit a fi cel mai simplu tip descris de modelul standard de particule.
Video promotional:
„Natura folosește cea mai mică soluție, cel mai mic mecanism imaginabil, pentru a oferi particulelor masa lor, sarcina lor electrică și așa mai departe”, spune Turok.
Fizicienii secolului XX ne-au învățat că, dacă crești precizia și te afli mai adânc în lumea cuantică, vei găsi o grădină zoologică de particule noi. Deoarece rezultatele experimentale au produs o mulțime de informații cuantice, modelele teoretice au prezis din ce în ce mai multe particule și forțe. Dar acum am ajuns la o răscruce de drumuri în care multe dintre ideile noastre teoretice avansate despre ceea ce se află „dincolo de” înțelegerea noastră actuală a fizicii așteaptă rezultate experimentale care vor susține predicții neobișnuite.
„Ne aflăm într-o situație ciudată în care Universul ne vorbește; ne spune că este extrem de simplu. În același timp, teoriile care au fost populare (ultimii 100 de ani de fizică) devin mai complexe, arbitrare și imprevizibile”, spune el.
Turcul indică teoria coardelor, care a fost facturată ca „teoria finală a unificării”, ambalând toate secretele universului într-un pachet îngrijit. Și, de asemenea, pentru a căuta dovezi de inflație - expansiunea rapidă a Universului pe care l-a experimentat aproape imediat după Big Bang în urmă cu 14 miliarde de ani - sub forma unor valuri gravitaționale primare gravate pe fundalul microundelor cosmice, „ecoul” Big Bang-ului. Dar, în timp ce căutăm dovezi experimentale, ne apucăm de paie; dovezile experimentale pur și simplu nu sunt de acord cu teoriile noastre insuportabil de complexe.
Originile noastre cosmice
Lucrarea teoretică a lui Turok este dedicată originii universului, subiect care a primit multă atenție în ultimele luni.
Anul trecut, colaborarea BICEP2, care folosește un telescop la Polul Sud pentru a studia CMB, a anunțat detectarea semnalelor de unde gravitaționale primare. Acesta este un fel de „graal sfânt” al cosmologiei - descoperirea undelor gravitaționale generate de Big Bang poate confirma teoriile inflaționiste ale Universului. Din păcate pentru echipa BICEP2, aceștia au anunțat „descoperirea” chiar înainte ca Telescopul Spațial Planck European (care mapează și fundalul cu microunde) să arate că semnalul BICEP2 a fost cauzat de praful din galaxia noastră, nu de valurile gravitaționale antice.
Ce se întâmplă dacă undele gravitaționale primordiale nu o găsesc niciodată? Mulți teoreticieni care și-au pus speranțele într-un Big Bang urmat de o perioadă de inflație rapidă ar putea fi dezamăgiți, dar, potrivit lui Turok, „acesta va fi un indiciu puternic” că Big Bang-ul (în sensul clasic) poate să nu fie începutul absolut al universului.
„Cel mai greu pentru mine este să descriu Big Bang-ul în sine matematic”, adaugă Turok.
Poate că un model ciclic al evoluției universului - atunci când universul nostru se prăbușește și începe, ar potrivi mai bine observațiile. Astfel de modele neobișnuite nu trebuie să producă valuri gravitaționale primordiale și, dacă aceste unde nu sunt detectate, probabil că teoriile noastre inflaționiste trebuie îmbunătățite.
În ceea ce privește undele gravitaționale preconizate să fie generate de mișcarea rapidă a obiectelor masive din universul nostru modern, Turok este încrezător că am atins un astfel de grad de sensibilitate încât detectorii noștri ar trebui să-i detecteze curând, confirmând una dintre predicțiile lui Einstein despre spațiu. „Ne așteptăm să vedem valuri gravitaționale din golurile negre care se ciocnesc în următorii cinci ani”.
Următoarea revoluție?
De la cele mai mari scări la cele mai mici, Universul pare a fi „fără scalp” - cu alte cuvinte, indiferent de scara spațială sau de energie pe care o privești, nu există nimic „special” pe scară. Iar această concluzie vorbește în favoarea faptului că Universul are o natură mult mai simplă decât sugerează teoriile moderne.
"Aceasta este o criză, dar o criză în cel mai bun caz", spune Turok.
Astfel, pentru a explica originea universului și a înțelege unele dintre cele mai misterioase mistere ale universului nostru, cum ar fi materia întunecată și energia întunecată, este posibil să fie nevoit să privim spațiul complet diferit. Aceasta va necesita o revoluție în înțelegerea fizicii, o abordare revoluționară comparabilă în forță cu Einstein realizând că spațiul și timpul sunt două fețe ale aceleiași monede, când s-a format relativitatea generală.
„Avem nevoie de o viziune complet diferită asupra fizicii fundamentale. A venit timpul pentru idei radical noi”, conchide Turok, menționând că acum este un moment minunat pentru tineri să studieze fizica teoretică, deoarece este următoarea generație care ne va transforma înțelegerea despre Univers.
Ilya Khel
