Vårt universum: det här är den "enklaste" sak vi känner till

Vårt universum: det här är den

Universum är en rik och komplex plats, men dess geometri är överraskande enkel. Kanske kommer det att tvinga oss att göra nästa stora revolution i tankens fysik.

Vårt universum är faktiskt väldigt enkelt. Det representerar våra kosmologiska teorier, som visar sig vara orimligt komplexa. Denna tanke uttrycktes av en av de ledande teoretiska fysikerna i världen.

Denna slutsats kan verka ologisk. För att fullständigt förstå naturens sanna komplexitet måste du tänka större, studera saker på ett mer detaljerat sätt, lägga till nya variabla ekvationer och komma med "ny" och "exotisk" fysik. I slutändan lär vi oss hur mörk materia är och får en uppfattning om var dessa gravitationsvågor gömmer sig - om bara våra teoretiska modeller var mer utvecklade och mer ... komplexa.

"Det här är inte helt sant", säger Neil Turk, chef för Perimeter Institute for Theoretical Physics i Ontario, Kanada. Enligt honom berättar universum på sina största och minsta vågor att det faktiskt är mycket enkelt. Men för att fullt ut förstå vad det betyder måste vi göra en revolution i fysiken.

I en intervju med Discovery News noterade Turok att de senaste upptäckterna av de senaste decennierna har bekräftat universums struktur på kosmologiska och kvanta skalor.

"I stor skala ritade vi en karta över hela himlen - en kosmisk mikrovågsugnbakgrund - och mätade universumsutveckling när den förändras, beroende på expansionen ... och dessa upptäckter visar att universum är otroligt enkelt," sa han. "Med andra ord kan du beskriva universums struktur, dess geometri och materiens densitet ... du kan väsentligen beskriva allt med ett nummer." Det mest fascinerande resultatet av denna resonemang är att beskrivningen av universums geometri med ett tal faktiskt är enklare än den numeriska beskrivningen av den enklaste atom som vi vet - väteatomen. Geometrin hos väteatomen beskriver 3 siffror som härrör från kvantegenskaperna hos en elektron i omlopp kring en proton.

"Det säger i princip att universum är slätt, men det har en liten nivå av fluktuationer, vilket detta nummer beskriver. Och det är allt. Universum är det enklaste vi vet. "

Å andra sidan hände något liknande när fysiker forskat på Higgs-fältet med den mest komplexa maskin som någonsin byggdes av mänskligheten - Large Hadron Collider. När 2012 introducerade fysiker den historiska upptäckten av en partikel på Higgs-fältet, Higgs bosonen, visade sig det vara en enkel Higgs-typ, vilken beskrivs i standardmodellen för fysik.

"Naturen har funnit en utväg med en minimal lösning och en minimal mekanism som du kunde ha föreställt dig att ge dem partikelmassor, elektriska laddningar och så vidare," sa Turk.

Fysiker från 1900-talet lärde oss, så fort du får högre noggrannhet, och sänker sonden djupare in i kvansfärjan hittar du en zoo av nya partiklar. Eftersom de experimentella resultaten genererar kvantitetens generositet, förutspådde teoretiska modeller mer outlandish partiklar och krafter. Men nu har vi nått en korsning, där många av våra mest avancerade teoretiska idéer om vad som ligger "bakom" vår nuvarande förståelse av fysiken vänder sig till experimentella resultat som stöder deras förutsägelser. "Vi är i en så underlig situation när universum talar till oss och berättar för oss att dessa mycket enkla teorier som var populära (under de senaste 100 årens fysik) blir alltmer komplicerade och godtyckliga", sa han. .

Turk pekade på strängteori, framträdd som en "slutlig enhetlig teori", som presenterade alla universums mysterier i ett snyggt paket. Dessutom sökandet efter bevis på inflation - universets snabba utvidgning omedelbart efter storängen för omkring 14 miljarder år sedan - i form av primära gravitationsvågor inristad i kosmisk mikrovågsugnbakgrund (CMB) eller "eko" i storängen. Men medan vi letar efter experimentella bevis fortsätter vi att ta tag i ordspråket; Experimentella data går helt enkelt inte med våra outhärdligt komplexa teorier.

Våra kosmiska ursprung

Turks teoretiska arbete är centrerat kring universums ursprung, ett ämne som har fått stor uppmärksamhet de senaste månaderna.

Förra året meddelade organisationen BICEP2, som använder ett teleskop i södra polen, att studera CMB, att upptäckten av primära gravitationssignaler från Big Bangs ekon. Faktum är att det här är "den heliga graden" av kosmologi - upptäckten av gravitationella vågor, som genererades av Big Bang. Detta kan bekräfta vissa inflationsteorier i universum. Men tyvärr, för BICEP2-teamet, tillkännagav de "upptäckten" för tidigt och Planck rymdteleskopet (som också spårar CMB-strålningen) visade att BICEP2-signalen orsakades av damm i vår galax och inte av antika gravitationsvågor. Vad ska man göra om dessa primordiala gravitationsvågor aldrig hittar? Många teoretiker som fastnade för sina stora förhoppningar med en efterföljande snabb inflationsperiod kan bli besvikna, men enligt Turk "är detta en mycket stark nyckel" att storängen (i klassisk mening) inte kan vara universums absoluta början.

"Det största problemet för mig var beskrivningen av Big Bang själv matematiskt", tillade Turk.

Kanske är det här en cyklisk modell av universell evolution - där vårt universum kollapsar och återhämtar sig - kan passa bättre på observationerna. Dessa modeller genererar inte nödvändigtvis primär gravitationsvågor, och om dessa vågor inte detekteras kanske våra inflationsteorier ska kastas ut eller ändras.

När det gäller gravitationsvågor, som enligt prognoser kommer att erhållas som en följd av den snabba rörelsen av massiva objekt i vårt moderna universum, är Turk övertygad om att vi kommer att nå känsligheten av känsligheten, att våra gravitetsvågdetektorer kommer att upptäcka dem mycket snart och bekräfta en annan Einstein-Time-förutsägelse.

"Vi förväntar oss att gravitationsvågor kommer att uppstå från kollisioner av svarta hål under de närmaste 5 åren," sa han.

Nästa revolution?

Från stora vågar till små, verkar universum "skalafri". Och detta resultat tyder faktiskt på att universum har en mycket enklare natur än de nuvarande teorierna föreslår. "Ja, det här är en kris, men det här är en kris i bästa fall", sa Turk.

För att förklara universums ursprung och komma överens med några av sina mest mystiska hemligheter, såsom mörk materia och mörk energi, kan vi kanske se på vårt kosmos på olika sätt. Detta kräver en revolution i fysiken.

"Vi behöver en helt annan syn på grundläggande fysik. Tiden har kommit för radikala nya idéer, avslutade han och noterade att det här är en bra tid i mänsklig historia för att ungdomar ska noteras inom teoretisk fysik. Mest troligt kommer de att förändra hur vi ser universum.

Kommentarer (0)
Sök