Te saate üllatusena kuulda, et meie universum on tegelikult üsna lihtne - just meie kosmoloogilised teooriad osutuvad tarbetult keerukateks, väidab üks maailma juhtivaid teoreetilisi füüsikuid. Selline järeldus võib tunduda ebaloogiline: lõpuks tuleb looduse tõelise keerukuse mõistmiseks mõelda laiemalt, uurida asju väiksematel ja väiksematel skaaladel, lisada võrranditesse uusi muutujaid, leiutada "uus" ja "eksootiline" füüsika. Ühel päeval mõtleme välja, mis on tumeaine, et saada aimu, kus ebaharilikud gravitatsioonilained peituvad - kui ainult meie teoreetilised mudelid muutuvad arenenumaks ja keerukamaks.
See pole nii, ütleb Neil Turok, Kanadas Ontario teoreetilise füüsika perimeetri instituudi direktor. Turoki sõnul ütleb universum suurimal ja väikseimal skaalal meile midagi, see seisneb selle uskumatus lihtsuses. Kuid selleks, et seda täielikult mõista, on meil vaja füüsika revolutsiooni.
Intervjuus ajalehele Discovery märkis Turok, et viimaste aastakümnete suuremad avastused on kinnitanud Universumi ülesehitust kosmoloogilisel ja kvantkaalul.
"Suures plaanis kaardistasime kogu taeva - kosmilise mikrolaine tausta - ja mõõtsime universumi arengut, kuidas see muutus, kuidas see laienes … ja need avastused näitavad, et universum on ehmatavalt lihtne," ütleb ta. "Teisisõnu, saate kirjeldada Universumi struktuuri, selle geomeetriat, mateeria tihedust vaid ühe numbriga."
Kõige põnevam on selle mõttekäigu põhjal see, et universumi geomeetria kirjeldamine vaid ühe numbriga on lihtsam kui lihtsaima aatomi, mida me teame, vesinikuaatomi kirjeldamine arvuliselt. Vesinikuaatomi geomeetriat kirjeldatakse kolme arvu abil, mis tulenevad prootoni ümber orbiidil oleva elektroni kvantomadustest.
„See ütleb meile, et universum on sujuv, kuid sellel on väike kõikumine, mida kirjeldab see number. Ja see on ka kõik. Universum on kõige lihtsam asi, mida me teame."
Kuskil skaala teises otsas juhtus midagi sarnast siis, kui füüsikud uurisid Higgsi välja, kasutades kõige keerukamat masinat, mille inimesed on kunagi ehitanud, suurt hadronite põrkajat. Kui füüsikud avastasid ajalooliselt Higgsi vahendaja osakese - Higgsi bosoni 2012. aastal -, osutus see lihtsaimaks tüübiks, mida kirjeldas osakeste standardmudel.
Reklaamvideo:
"Loodus kasutab osakeste massi, elektrilaengu jms saamiseks väikseimat lahendust, väikseimat võimalikku mehhanismi," ütleb Turok.
20. sajandi füüsikud õpetasid meile, et kui suurendate täpsust ja süvenete kvantmaailma, leiate uute osakeste loomaaia. Kuna eksperimentaalsed tulemused andsid palju kvantteavet, ennustasid teoreetilised mudelid üha enam osakesi ja jõude. Kuid nüüd oleme jõudnud ristteele, kus paljud meie edasijõudnud teoreetilised ideed selle kohta, mis jääb meie praegusest füüsikamõistmisest kaugemale, ootavad eksperimentaalseid tulemusi, mis toetavad ebaharilikke ennustusi.
“Oleme kummalises olukorras, kus Universum räägib meiega; see ütleb meile, et see on äärmiselt lihtne. Samal ajal muutuvad populaarseks osutunud teooriad (füüsika viimased 100 aastat) keerukamaks, suvalisemaks ja ettearvamatumaks,”sõnab ta.
Türklanna osutab keelteooriale, mida on nimetatud "lõplikuks ühendamise teooriaks", pakendades kõik universumi saladused kenasse paketti. Ja ka tõendite otsimine inflatsiooni kohta - universumi kiire laienemine, mida ta koges peaaegu kohe pärast suurt pauku umbes 14 miljardit aastat tagasi - kosmilise mikrolaine taustal söövitatud ürgsete gravitatsioonilainete kujul, mis on Suure Paugu "kaja". Kuid otsides eksperimentaalseid tõendeid, haarame õlgedest; eksperimentaalsed tõendid lihtsalt ei nõustu meie talumatult keerukate teooriatega.
Meie kosmiline päritolu
Turoki teoreetiline töö on pühendatud universumi päritolule - teemale, mis on viimastel kuudel pälvinud palju tähelepanu.
Eelmisel aastal teatas BICEP2 koostöö, mis kasutab CMB uurimiseks lõunapoolusel teleskoopi, tuvastanud signaale primaarsetest gravitatsioonilainetest. See on omamoodi kosmoloogia "püha graal" - Suure Paugu tekitatud gravitatsiooniliste lainete avastamine võib kinnitada Universumi inflatsiooniteooriaid. Kahjuks teatasid nad BICEP2 meeskonna jaoks avastusest juba enne seda, kui Euroopa Plancki kosmoseteleskoop (mis samuti kaardistab mikrolaine tausta) näitas, et BICEP2 signaali põhjustas meie galaktikas olev tolm, mitte iidsed gravitatsioonilained.
Mis saab, kui ürgsed gravitatsioonilained seda kunagi ei leia? Paljud teoreetikud, kes on lootused Suurele Paugule järginud, millele järgneb kiire inflatsiooni periood, võivad pettuda, kuid Turoki sõnul on see "võimas vihje", et Suur Pauk (klassikalises mõttes) ei pruugi olla universumi absoluutne algus.
“Minu jaoks on kõige raskem kirjeldada Suurt Pauku matemaatiliselt,” lisab Turok.
Ehk sobiksid vaatluste hulka paremini universumi evolutsiooni tsükliline mudel - kui meie universum variseb kokku ja algab otsast peale. Sellised ebaharilikud mudelid ei pea tekitama ürgseid gravitatsioonilisi laineid ja kui neid laineid ei tuvastata, tuleb võib-olla meie inflatsiooniteooriaid täiustada.
Mis puutub gravitatsioonilistesse lainetesse, mida meie kaasaegses universumis võib põhjustada massiivsete objektide kiire liikumine, siis on Turok kindel, et oleme saavutanud sellise tundlikkuse taseme, et meie detektorid peaksid need peagi avastama, kinnitades üht Einsteini ennustust kosmoseaja kohta. "Eeldame, et järgmise viie aasta jooksul näeme mustade aukude kokkupõrkel gravitatsioonilisi laineid."
Järgmine revolutsioon?
Suurimatest skaaladest väikseimani näib Universum olevat "mõõtkavatu" - teisisõnu, ükskõik kui ruumilist või energiamõõdet te vaatate, pole skaalal midagi "erilist". Ja see järeldus räägib fakti kasuks, et universum on palju lihtsama loomuga, kui tänapäevased teooriad vihjavad.
"See on kriis, kuid kriis parimal juhul," ütleb Turok.
Seega, selleks, et selgitada universumi päritolu ja leppida kokku meie universumi mõne müstilisema müsteeriumiga, nagu tumeaine ja tume energia, peame võib-olla vaatama kosmosele täiesti teistmoodi. See nõuab revolutsiooni füüsika mõistmisel, revolutsioonilist lähenemisviisi, mis on võrreldav Einsteini arusaamisega, et ruum ja aeg on sama mündi kaks poolt, kui moodustati üldine relatiivsus.
„Vajame fundamentaalfüüsikast täiesti teistsugust vaadet. On saabunud aeg radikaalselt uute ideede leidmiseks,”lõpetab Turok, märkides, et nüüd on noortele suurepärane aeg teoreetilise füüsika õppimiseks, sest tõenäoliselt pöörab järgmine põlvkond meie arusaama universumist.
Ilja Khel
