Naše vesolje: to je "najpreprostejša stvar", ki jo poznamo

Naše vesolje: to je

Vesolje je bogato in kompleksno mesto, vendar je njegova geometrija presenetljivo preprosta. Morda nas bo prisilila, da naredimo naslednjo veliko revolucijo v fiziki mišljenja.

Naše vesolje je pravzaprav zelo preprosto. Predstavlja naše kozmološke teorije, ki so neupravičeno zapletene. To misel je izrazil eden vodilnih teoretičnih fizikov na svetu.

Ta sklep se morda zdi nelogičen. Navsezadnje, da bi popolnoma razumeli resnično kompleksnost narave, morate misliti več, proučevati stvari na bolj podroben način, dodajati nove spremenljivke in oblikovati »novo« in »eksotično« fiziko. Na koncu se naučimo, kaj je temna snov in dobimo idejo, kje se skrivajo ti gravitacijski valovi - če bi bili samo naši teoretični modeli bolj razviti in bolj ... kompleksni.

»To ni povsem res,« pravi Neil Turk, direktor Inštituta za teoretično fiziko v Ontariu v Kanadi. Po njegovem mnenju nam Univerzum na svojih največjih in najmanjših lestvicah pravi, da je v resnici zelo preprost. Ampak, da bi popolnoma razumeli, kaj to pomeni, bomo morali narediti revolucijo v fiziki.

V intervjuju za Discovery News je Turok ugotovil, da so največja odkritja zadnjih desetletij potrdila strukturo vesolja na kozmoloških in kvantnih lestvicah.

»V velikem obsegu smo narisali zemljevid celotnega neba - kozmično mikrovalovno ozadje - in izmerili evolucijo vesolja, ko se spreminja, odvisno od širitve ... in ta odkritja kažejo, da je vesolje presenetljivo preprosto,« je dejal. "Z drugimi besedami, lahko opišete strukturo vesolja, njegovo geometrijo in gostoto materije ... vse lahko v bistvu opišete z eno številko." Najbolj fascinanten rezultat tega razmišljanja je, da je opis geometrije vesolja z eno številko dejansko enostavnejši od numeričnega opisa najpreprostejšega atoma, ki ga poznamo - vodikovega atoma. Geometrija vodikovega atoma opisuje 3 številke, ki izhajajo iz kvantnih lastnosti elektrona v orbiti okoli protona.

»V bistvu nam pove, da je vesolje gladko, vendar ima majhno stopnjo nihanj, ki jih to število opisuje. In to je vse. Vesolje je najpreprostejša stvar, ki jo poznamo. "

Po drugi strani pa se je nekaj podobnega zgodilo, ko so fiziki opravili raziskave na Higgsovem polju z uporabo najbolj zapletenega stroja, ki ga je človeštvo kdaj izdelalo - Veliki hadronski trkalnik. Ko so fiziki leta 2012 predstavili zgodovinsko odkritje delca v Higgsovem polju, Higgsovem bozonu, se je izkazalo, da je to preprosto Higsovo tip, ki je opisan v standardnem modelu fizike.

»Narava je našla izhod z minimalno rešitvijo in minimalnim mehanizmom, ki si ga lahko predstavljal, da bi jim dal maso delcev, električne naboje in tako naprej,« je dejal Turk.

Fiziki iz 20. stoletja so nas učili, takoj ko boste dobili večjo natančnost in spustili sondo globlje v kvantno sfero, našli boste živalski vrt novih delcev. Ker eksperimentalni rezultati ustvarjajo velikodušnost kvantnih informacij, so teoretični modeli napovedali bolj čudne delce in sile. Zdaj pa smo dosegli razpotje, kjer se veliko naših najnaprednejših teoretičnih idej o tem, kaj je »za seboj« našega trenutnega razumevanja fizike, obračajo k eksperimentalnim rezultatom, ki podpirajo njihove napovedi. »Mi smo v tako nenavadni situaciji, ko nam Universe govori in nam pove, da te zelo preproste teorije, ki so bile priljubljene (v zadnjih 100 letih fizike), postajajo vse bolj kompleksne in samovoljne,« je dejal. .

Turk je opozoril na teorijo strun, ki je bila predstavljena kot »končna enotna teorija«, ki je predstavila vse skrivnosti vesolja v čistem paketu. Poleg tega je iskanje dokazov o inflaciji - hitra ekspanzija vesolja takoj po Velikem poku približno 14 milijard pred leti - v obliki primarnih gravitacijskih valov, vrezanih v kozmičnem mikrovalovnem ozadju (CMB), ali »odmev« Velikega poka. Medtem ko iščemo eksperimentalne dokaze, nadaljujemo z grajenjem na pregovor; eksperimentalni podatki se preprosto ne strinjajo z našimi neznosno kompleksnimi teorijami.

Naš kozmični izvor

Teoretično delo Turkov je osredotočeno na izvor vesolja, ki je v zadnjih mesecih pridobilo veliko pozornosti.

Lansko leto je organizacija BICEP2, ki uporablja teleskop na južnem polu, za preučevanje CMB, napovedala odkritje primarnih gravitacijskih signalov iz odmevov Velikega poka. Pravzaprav je to »sveti gral« kozmologije - odkritje gravitacijskih valov, ki jih je ustvaril Big Bang. To bi lahko potrdilo nekatere inflacijske teorije vesolja. Žal pa so za ekipo BICEP2 napovedali »odkritje« predčasno in vesoljski teleskop Planck (ki prav tako spremlja sevanje CMB) je pokazal, da je signal BICEP2 povzročil prah v naši galaksiji, ne pa starodavni gravitacijski valovi. Kaj storiti, če ti primordialni gravitacijski valovi nikoli ne najdejo? Mnogi teoretiki, ki so svoje upanje obtičali v velikem poku s kasnejšim hitrim inflacijskim obdobjem, so morda razočarani, vendar je po besedah ​​Turka "to zelo močan ključ", da Big Bang (v klasičnem smislu) ne more biti absolutni začetek vesolja.

»Največji problem zame je bil matematični opis velikega poka,« je dodal Turk.

Morda je to ciklični model univerzalne evolucije - kjer se naše vesolje znova zruši in se ponovno okrepi - lahko bolje ustreza opazovanjem. Ti modeli ne ustvarjajo nujno primarnih gravitacijskih valov, in če se ti valovi ne odkrijejo, je morda treba naše teorije inflacije zavreči ali spremeniti.

Kar zadeva gravitacijske valove, ki bodo po napovedih pridobljeni zaradi hitrega gibanja masivnih objektov v našem sodobnem vesolju, je Turk prepričan, da bomo dosegli območje občutljivosti, da jih bodo naši detektorji gravitacijskih valov kmalu zaznali, kar potrjuje drugo Einstein-Time napoved.

"Pričakujemo, da se bodo gravitacijski valovi pojavili zaradi trkov črnih lukenj v naslednjih 5 letih," je dejal.

Naslednja revolucija?

Od velikih lestvic do majhnih se vesolje zdi »brez skale«. In ta ugotovitev dejansko nakazuje, da ima vesolje mnogo enostavnejšo naravo, kot to kažejo sedanje teorije. "Da, to je kriza, vendar je to kriza v najboljšem primeru," je dejal Turk.

Zato, da bi pojasnili izvor Vesolja in se sprijaznili z nekaterimi njegovimi najbolj skrivnostnimi skrivnostmi, kot so temna snov in temna energija, bomo morda morali pogledati naš kozmos na različne načine. To zahteva revolucijo v fiziki.

»Potrebujemo popolnoma drugačen pogled na temeljno fiziko. Prišel je čas za radikalne nove ideje, «je zaključil in poudaril, da je to velik čas v človeški zgodovini za mlade, ki jih je mogoče opaziti na področju teoretične fizike. Najverjetneje bodo spremenili naš pogled na vesolje.

Komentarjev (0)
Iskanje