Meglepődni fog, ha meghallja, hogy univerzumunk valójában meglehetősen egyszerű - kozmológiai elméleteink feleslegesen bonyolultakká válnak - mondja a világ egyik vezető fizikája. Ez a következtetés logikusnak tűnhet: végül a természet valódi összetettségének megértéséhez szélesebb körű gondolkodást kell végeznie, kisebb és kisebb léptékben tanulmányoznia a dolgokat, új változókat kell hozzáadnia az egyenletekhez, „új” és „egzotikus” fizikákat kell kitalálnia. Egyszer kitaláljuk, mi a sötét anyag, és képet kapunk arról, hogy hol szokatlan gravitációs hullámok rejtőznek - ha csak elméleti modelljeink fejlettebbé és összetettebbé válnak.
Nem erről van szó - mondja Neil Turok, a kanadai Ontario Periméter Elméleti Fizikai Intézet igazgatója. Turok szerint, ha az univerzum a legnagyobb és a legkisebb léptékben semmit sem mond nekünk, akkor hihetetlen egyszerűségéről szól. De ahhoz, hogy ezt teljes mértékben megértsük, forradalomra van szükségünk a fizikában.
A Discovery interjújában Turok megjegyezte, hogy az utóbbi évtizedek jelentős felfedezései megerősítették az univerzum felépítését kozmológiai és kvantum skálán.
"Nagy léptékben leképeztük az egész égboltot - a kozmikus mikrohullámú hátteret - és megmértük az univerzum evolúcióját, hogyan változott, hogyan bontakozott ki … és ezek a felfedezések azt mutatják, hogy az univerzum meglepően egyszerű" - mondja. "Más szavakkal, leírhatja az univerzum szerkezetét, geometriáját, az anyag sűrűségét egyetlen számmal."
A legizgalmasabb elvetés ebből az érvelésből az, hogy könnyebb az univerzum geometriáját egyetlen számmal leírni, mint számszerűen leírni az általunk ismert legegyszerűbb atomot, a hidrogénatomot. A hidrogénatom geometriáját három szám jellemzi, amelyek egy proton körüli pályán keringő elektron kvantumjellemzőiből származnak.
„Ez azt mondja nekünk, hogy az univerzum sima, de csekély mértékű ingadozást mutat, amelyet ez a szám ír le. És ennyi. Az univerzum a legegyszerűbb dolog, amit tudunk."
Valahol a skála ellentétes végén valami hasonló történt, amikor a fizikusok felfedezték a Higgs-mezőt az emberek által valaha épített legbonyolultabb gép, a nagy hadroncsatorna segítségével. Amikor a fizikusok történelmileg felfedezték a Higgs-mediátor részecskét, a Higg-bozonot, 2012-ben, ez a legegyszerűbb típus, amelyet a részecskék standard modellje ír le.
Promóciós videó:
"A természet a legkisebb megoldást, a legkisebb elképzelhető mechanizmust használja a részecskék tömegének, elektromos töltésének és így tovább megadására" - mondja Turok.
A 20. századi fizikusok megtanították nekünk, hogy ha növeli a pontosságot és mélyebben belemerül a kvantum világba, akkor új részecskék állatkertjét fedezheti fel. Mivel a kísérleti eredmények sok kvantuminformációt szolgáltattak, az elméleti modellek egyre több részecskét és erőt jósoltak meg. De most eljutottunk egy kereszteződéshez, ahol sok fejlett elméleti elképzelésünk arról, hogy mi fekszik a „fizikai” jelenlegi megértésünkön, néhány kísérleti eredményre vár, amelyek alátámasztják a szokatlan előrejelzéseket.
„Furcsa helyzetben vagyunk, amikor az Univerzum beszél velünk; azt mondja nekünk, hogy rendkívül egyszerű. Ugyanakkor a népszerű elméletek (a fizika elmúlt 100 évében) bonyolultabbá, önkényesé és kiszámíthatatlanná válnak”- mondja.
A török a húr elméletre mutat, amelyet "végső egyesítési elméletnek" hívtak, és a világegyetem összes titkát egy megfelelő csomagba csomagolja. És az infláció bizonyítékainak felkutatására - az univerzum gyors terjeszkedésére, amelyet szinte közvetlenül a nagy robbanás után tapasztalt, mintegy 14 milliárd évvel ezelőtt - primer primer gravitációs hullámok formájában, amelyeket a kozmikus mikrohullámú háttérre gravíroztak, a Big Bang „visszhangja” formájában. De amikor kísérleti bizonyítékokat keresünk, a szalmára megragadunk; a kísérleti bizonyítékok egyszerűen nem értenek egyet elviselhetetlenül összetett elméletekkel.
Kozmikus eredetünk
Turok elméleti munkáját az univerzum eredetére fordítják, ez a téma az elmúlt hónapokban sok figyelmet kapott.
Tavaly a BICEP2 együttműködés, amely a déli sarkon távcsövet használ a CMB tanulmányozására, bejelentette, hogy észleli a primer gravitációs hullámok jeleit. Ez a kozmológia egyfajta "szent grálja" - a Nagyrobbanás által generált gravitációs hullámok felfedezése megerősítheti az univerzum inflációs elméleteit. A BICEP2 csapata számára sajnos a „felfedezést” jelentették be, még azelőtt, hogy az Európai Planck Űrtávcső (amely a mikrohullámú hátteret is ábrázolja) megmutatta, hogy a BICEP2 jelet galaxisunk porja okozta, nem ősi gravitációs hullámok.
Mi van, ha az ősi gravitációs hullámok soha nem találják meg? Sok teoretikus, akik reményét a Nagyrobbanáshoz erősítették, amelyet egy gyors inflációs időszak követett, csalódott lehet, ám Turok szerint „ez egy hatalmas tipp” lesz, hogy a Nagyrobbanás (klasszikus értelemben) nem feltétlenül az univerzum abszolút kezdete.
"Számomra a legnehezebb maga a Big Bang matematikai leírása." - teszi hozzá Turok.
Lehet, hogy az univerzum evolúciójának ciklikus modellje - amikor a világegyetem összeomlik és újraindul - jobban illeszkedik a megfigyelésekhez. Az ilyen szokatlan modelleknek nem kell elsődleges gravitációs hullámokat generálniuk, és ha ezeket a hullámokat nem észleljük, akkor valószínűleg fejleszteni kell az inflációs elméleteinket.
Ami a modern világegyetemben a hatalmas tárgyak gyors mozgásával várhatóan előidéző gravitációs hullámokat illeti, Turok biztos benne, hogy olyan érzékenységi szintet értünk el, hogy detektoroknak hamarosan észlelniük kellene azokat, megerősítve Einstein egyik előrejelzését az űridőről. "Arra számítunk, hogy a következő öt évben gravitációs hullámokat fognak látni az ütköző fekete lyukak."
A következő forradalom?
A legnagyobb skálától a legkisebbig az univerzum úgy tűnik, hogy "méret nélküli" - más szavakkal, függetlenül attól, hogy milyen térbeli vagy energia skálát nézel, a skálán nincs semmi "különleges". És ez a következtetés annak a ténynek a támogatását szolgálja, hogy az Univerzum természete sokkal egyszerűbb, mint azt a modern elméletek sugallják.
„Ez egy válság, de a legjobb esetben a válság” - mondja Turok.
Így annak érdekében, hogy megmagyarázza az univerzum eredetét, és megismerkedjünk világegyetemünk leginkább titokzatos rejtélyeivel, például a sötét anyaggal és a sötét energiával, valószínűleg teljesen másképp kell néznünk az űrre. Ehhez a fizika megértésének forradalmára, egy forradalmi megközelítésre van szükség, amely erőteljesen összehasonlítható Einstein felismerésével, hogy a tér és az idő ugyanazon érme két oldala, amikor az általános relativitáselmélet kialakult.
„Az alapvető fizika egy teljesen más nézetére van szükség. Eljött az idő radikálisan új ötletekre”- zárja le Turok, megjegyezve, hogy most nagyszerű alkalom a fiatalok számára az elméleti fizika tanulmányozására, mivel valószínűleg a következő generáció fogja megérteni az univerzumot.
Ilya Khel