Iznenadit ćete se kad čujete da je naš svemir zapravo prilično jednostavan - ispostavljaju da su naše kozmološke teorije nepotrebno složene, kaže jedan od vodećih svjetskih teorijskih fizičara. Takav se zaključak može činiti nelogičnim: na kraju, da bi se shvatila prava složenost Prirode, treba razmišljati šire, proučavati stvari na manjim i manjim mjerilima, dodavati nove varijable jednadžbama, izmišljati "novu" i "egzotičnu" fiziku. Jednog dana ćemo shvatiti što je tamna tvar, dobiti ideju o tome gdje se kriju neobični gravitacijski valovi - ako samo naši teorijski modeli postanu razvijeniji i složeniji.
To nije slučaj, kaže Neil Turok, direktor Perimetarskog instituta za teorijsku fiziku u Ontariju u Kanadi. Prema Turoku, ako nam svemir, na najvećim i najmanjim mjerilima, išta govori, riječ je o njegovoj nevjerojatnoj jednostavnosti. Ali da bismo ovo potpuno razumjeli, potrebna nam je revolucija u fizici.
U intervjuu za Discovery Turok je napomenuo da su velika otkrića posljednjih desetljeća potvrdila strukturu Svemira na kosmološkoj i kvantnoj ljestvici.
"U velikoj mjeri mapirali smo cijelo nebo - kozmičku pozadinu mikrovalne - i mjerili evoluciju svemira, kako se on mijenjao, kako se proširio … a ova otkrića pokazuju da je svemir nevjerojatno jednostavan", kaže on. "Drugim riječima, možete opisati strukturu Svemira, njegovu geometriju, gustoću materije samo jednim brojem."
Najuzbudljiviji potez ovog zaključka je da je opisati geometriju svemira sa samo jednim brojem lakše nego numerički opisati najjednostavniji atom koji znamo, atom vodika. Geometrija atoma vodika opisana je s tri broja koja slijede iz kvantnih karakteristika elektrona u njegovoj orbiti oko protona.
„To nam govori da je svemir gladak, ali da ima malu razinu fluktuacije, što je opisano ovim brojem. I to je sve. Svemir je najjednostavnija stvar koju poznajemo."
Negdje na suprotnom kraju ljestvice dogodilo se nešto slično kada su fizičari istraživali Higgsovo polje pomoću najsloženije mašine koju su ljudi ikad izgradili, Velikog hadronskog sudarača. Kada su fizičari povijesno otkrili Higgsovu posredničku česticu, Higgsov bozon, 2012. godine, ispostavilo se da je to najjednostavniji tip koji je opisao Standardni model čestica.
Promotivni video:
"Priroda koristi najmanje rješenje, najmanji zamislivi mehanizam, kako bi česticama dala svoju masu, električni naboj i tako dalje", kaže Turok.
Fizičari 20. stoljeća naučili su nas da ako povećate preciznost i zakoračite dublje u kvantni svijet, otkrit ćete zoološki vrt novih čestica. Budući da su eksperimentalni rezultati proizveli puno kvantnih informacija, teorijski modeli predviđali su sve više i više čestica i sila. Ali sada smo stigli do raskrižja na kojem mnoge naše napredne teorijske ideje o onome što stoji „izvan“našeg trenutnog razumijevanja fizike čekaju neke eksperimentalne rezultate koji će poduprijeti neobična predviđanja.
„Nalazimo se u čudnoj situaciji u kojoj nam svemir govori; govori nam da je krajnje jednostavno. Istovremeno, popularne teorije (zadnjih 100 godina fizike) postaju složenije, proizvoljnije i nepredvidivije “, kaže on.
Turk ukazuje na teoriju struna, koja je označena kao "teorija konačnog ujedinjenja", spakirajući sve tajne svemira u uredan paket. A također i traženje dokaza o inflaciji - brzo širenje svemira koje je doživjelo gotovo odmah nakon Velikog praska prije nekih 14 milijardi godina - u obliku iskonskih gravitacijskih valova ugraviranih u kozmičku mikrovalnu pozadinu, "odjek" Velikog praska. No dok tražimo eksperimentalne dokaze, hvatamo se za slamke; eksperimentalni dokazi jednostavno se ne slažu s našim nepodnošljivo složenim teorijama.
Naše kozmičko podrijetlo
Turokov teorijski rad posvećen je podrijetlu svemira, temi koja je posljednjih mjeseci dobila veliku pažnju.
Prošle je godine suradnja BICEP2, koja koristi teleskop na Južnom polu za proučavanje CMB-a, najavila otkrivanje signala iz primarnih gravitacijskih valova. Ovo je svojevrsni "sveti gral" kozmologije - otkriće gravitacijskih valova koje je generirao Veliki prasak mogu potvrditi inflatorne teorije svemira. Nažalost za BICEP2 tim, najavili su to "otkriće" i prije nego što je Europski svemirski teleskop Planck (koji također preslikava pozadinu mikrovalne) pokazao da je BICEP2 signal uzrokovan prašinom u našoj galaksiji, a ne drevnim gravitacijskim valovima.
Što ako ga primordijalni gravitacijski valovi nikad ne pronađu? Mnogi teoretičari koji su se nadali Velikom prasku nakon čega slijedi razdoblje brze inflacije mogu biti razočarani, ali, prema Turoku, "ovo će biti moćan nagovještaj" da Veliki prasak (u klasičnom smislu) možda nije apsolutni početak svemira.
"Najteže mi je matematički opisati sam Veliki prasak", dodaje Turok.
Možda bi ciklički model evolucije svemira - kada se naš svemir uruši i započne iznova - bolje odgovarao promatranjima. Takvi neobični modeli ne trebaju proizvoditi primordijalne gravitacijske valove, a ako ti valovi nisu detektirani, možda je potrebno poboljšati naše inflatorne teorije.
Što se tiče gravitacijskih valova predviđenih za generiranje brzog kretanja masivnih objekata u našem modernom svemiru, Turok je uvjeren da smo dostigli takav stupanj osjetljivosti da bi ih naši detektori uskoro trebali otkriti, potvrđujući jedno od Einsteinovih predviđanja o prostornom vremenu. "Očekujemo da ćemo vidjeti gravitacijske valove koji će se sudarati crne rupe u narednih pet godina."
Sljedeća revolucija?
Od najveće ljestvice do one najmanja, svemir se čini "bez razmjera" - drugim riječima, bez obzira na prostornu ili energetsku ljestvicu, na ljestvici nema ničeg "posebnog". A ovaj zaključak govori u prilog činjenici da Svemir ima mnogo jednostavniju prirodu nego što to sugeriraju suvremene teorije.
"Ovo je kriza, ali kriza u najboljem slučaju", kaže Turok.
Dakle, da bismo objasnili podrijetlo svemira i pomirili se s nekim od najtajanstvenijih misterija našeg svemira, poput tamne materije i tamne energije, možda ćemo morati na prostor gledati potpuno drugačije. Ovo će zahtijevati revoluciju u razumijevanju fizike, revolucionarni pristup uporediv po snazi s Einsteinovom spoznajom da su prostor i vrijeme dvije strane iste kovanice, kada je formirana opća relativnost.
„Treba nam potpuno drugačiji pogled na osnovnu fiziku. Došlo je vrijeme radikalno novih ideja , zaključuje Turok, napominjući kako je sada pravi trenutak da mladi ljudi proučavaju teorijsku fiziku, jer je sljedeća generacija koja će najvjerojatnije okrenuti naše razumijevanje Svemira.
Ilya Khel