Нашата Вселена е много, много по-проста, отколкото изглежда.

Ще се изненадате да чуете, че нашата Вселена е доста проста - нашите космологични теории се оказват необосновано сложни, казва един от водещите теоретични физици в света. Такова заключение може да изглежда нелогично: в крайна сметка, за да се разбере истинската сложност на природата, човек трябва да мисли по-широко, да изучава нещата в по-малък и по-малък мащаб, да добавя нови променливи към уравненията, да измисли „нова“ и „екзотична“ физика. Някой ден ще разберем каква е тъмната материя, ще получим представа къде се крият гравитационните вълни - ако само нашите теоретични модели станат по-развити и по-сложни..

Това не е така, казва Нийл Тюрк, директор на Института за теоретична физика „Периметър“ в Онтарио, Канада. Според Турок, ако Вселената, на най-големите и най-малките скали, ни казва нещо, то е за невероятната му простота. Но за да осъзнаем това напълно, се нуждаем от революция във физиката.

В интервю за Discovery Турк отбеляза, че най-големите открития от последните десетилетия са потвърдили структурата на Вселената на космологични и квантови скали..

"В голям мащаб ние картографирахме цялото небе - космически микровълнов фон - и измервахме еволюцията на Вселената, процеса на нейната промяна, процеса на нейното разширяване ... и тези открития показват, че Вселената е удивително проста", казва той. "С други думи, можете да опишете структурата на Вселената неговата геометрия, плътността на материята е само едно число ".

Най-очарователното заключение на този аргумент е, че е по-лесно да се опише геометрията на Вселената само с едно число, отколкото да се опише числово най-простият атом, който познаваме - водородния атом. Геометрията на водородния атом се описва с три числа, които следват от квантовата характеристика на електрона в орбита около протон..

"Това ни казва, че Вселената е гладка, но има малко ниво на трептене, което се описва с това число. Това е всичко. Вселената е най-простото нещо, което знаем.".

Някъде в противоположния край на скалата се случи нещо подобно, когато физиците изследваха Хигсовото поле, използвайки най-сложната машина, създавана някога от хората - Големия адронен ускорител. Когато през 2012 г. физиците исторически откриха междинната частица на бозона на Хигс - бозона на Хигс, се оказа най-простият тип, описан от стандартния модел на частиците..

"Природата използва минимално решение, минимален механизъм, който може да бъде представен само, за да даде на частиците тяхната маса, техния електрически заряд и т.н.", казва Турк..

Физиците от 20-ти век ни научиха, че ако увеличите точността и се заровите в квантовия свят, ще намерите зоопарк от нови частици. Тъй като експерименталните резултати дават много квантова информация, теоретичните модели предвиждат все повече и повече частици и сили. Но сега достигнахме до кръстопът, когато много от нашите напреднали теоретични идеи за това, което се крие „отвъд настоящото ни разбиране, физиците очакват някои експериментални резултати, които ще потвърдят прогнозите..

"Ние се озовахме в странна ситуация, когато Вселената ни говори, тя ни казва, че е изключително проста. В същото време, популярните теории (последните 100 години от развитието на физиката) стават все по-сложни, произволни и непредсказуеми" - казва той.

Тюрк посочва теорията на струните, която беше посочена като "теорията за крайната унификация", опаковайки всички тайни на Вселената в чиста опаковка. А също и за търсене на доказателства за инфлацията - бързото разширяване на Вселената, което е преживяло почти веднага след Големия взрив преди около 14 милиарда години - под формата на първични гравитационни вълни, гравирани върху космически микровълнов фон, "ехото" на Големия взрив. Но докато търсим експериментални доказателства, ние се държим за сламка; експерименталните доказателства просто не съответстват на нашите непоносимо сложни теории.

Нашият космически произход
Теоретичната работа на Турок е посветена на произхода на Вселената, тема, която привлече много внимание през последните месеци..

Миналата година съвместната работа на BICEP2, която използва телескоп, разположен на Южния полюс, за изследване на реликтното излъчване, обяви откриването на сигнали на първични гравитационни вълни. Този вид "свещен граал" на космологията - откриването на гравитационни вълни, генерирани от Големия взрив, може да потвърди инфлационните теории за Вселената. Но за съжаление за екипа на BICEP2, те обявиха „откритие” още преди европейският космически телескоп на Планк (който също картира микровълновия фон) да покаже, че сигналът на BICEP2 е причинен от прах в нашата галактика, а не от древни гравитационни вълни..

Какво ще стане, ако първичните гравитационни вълни никога не намерят? Много теоретици, които слагат надеждите си на Големия взрив с последващ период на бърза инфлация, могат да бъдат разочаровани, но според Турок "това ще бъде мощен намек", че Големият взрив (в класическия смисъл на думата) може да не е абсолютното начало на Вселената..

"Най-трудното за мен е да опиша самото Големия взрив математически", добавя Тюрк..

Може би цикличният модел на еволюцията на Вселената - когато нашата Вселена се разруши и започне отново - ще бъде по-подходящ за наблюденията. Такива модели не произвеждат непременно първични гравитационни вълни и ако тези вълни не бъдат открити, нашите инфлационни теории може да се нуждаят от подобряване..

Що се отнася до гравитационните вълни, които според прогнозите са произведени от бързото движение на масивни обекти в съвременната ни Вселена, Турк е сигурен, че сме достигнали такава степен на чувствителност, че нашите детектори трябва да ги открият скоро, потвърждавайки едно от предсказанията на Айнщайн за пространствено-времевата тема. "Очакваме да видим гравитационни вълни от сблъсъци на черни дупки през следващите пет години".

Следваща революция?
От най-големия мащаб до най-малкия, Вселената изглежда "без мащаб" - с други думи, без значение каква пространствена или енергийна скала гледате, няма нищо "специално" за скалата. И това заключение говори в полза на факта, че Вселената има много по-опростен характер, отколкото предполагат съвременните теории..

„Това е криза, но криза в най-добрия случай“, казва Турк.

За да обясним произхода на Вселената и да се съгласим с някои от най-загадъчните тайни на нашата Вселена, като тъмната материя и тъмната енергия, може да се наложи да погледнем космоса съвсем различно. Това ще изисква революция в разбирането на физиката, революционен подход, сравним по силата на осъзнаването на Айнщайн, че пространството и времето са две страни на една и съща монета, когато се формира общата теория на относителността..

"Нуждаем се от съвсем различен възглед за фундаменталната физика. Дойде време за коренно нови идеи", заключава Турк, отбелязвайки, че сега е голямо време младите хора да се включат в теоретичната физика, тъй като най-вероятно следващото поколение ще превърне нашето разбиране за Вселената.