Вселената е удивително проста

Нашата Вселена всъщност е удивително проста – неоправдано сложни са нашите космологични теории, твърди един от водещите физици теоретици в света.

Такъв извод може да изглежда нелогичен – в края на краищата, за да разберем истинската сложност на Природата, е необходимо да мислим по-широко, да изучаваме нещата в по-големи и по-малки мащаби, да добавяме нови променливи в уравненията, да измисляме „нова“ и „екзотична“ физика, пише LiveScience.

Някой ден ще изясним какво е тъмната материя, ще получим представа къде се крият гравитационните вълни – само ако нашите теоретични модели станат по-развити и по… сложни.

Това не е така, казва Нийл Търок (Neil Turok), директор на Института за теоретична физика „Периметър“ в Онтарио, Канада. Вселената – от най-големите до най-малките мащаби – всъщност ни казва, че е удивително проста. Но за да осъзнаем това в пълна степен, ни е необходима революция във физиката.

В интервю за Discovery Търок отбелязва, че най-големите открития от последните десетилетия са потвърдили структурата на Вселената на космологични и квантови мащаби.

„На големи мащаби сме съставили карта на цялото небе – космическия микровълнов фон – и сме измерили еволюцията на Вселената, процеса на нейното изменение, процеса на нейното разширение… и тези открития показват, че Вселената е удивително проста – казва той. – С други думи, вие можете да опишете структурата на Вселената, нейната геометрия, плътността на материята само с едно число.“

Най-невероятният извод е, че да се опише геометрията на Вселената само с едно число, е по-просто, отколкото да се опише числено най-простият от известните ни атоми – атомът на водорода.

„Това ни говори, че Вселената е гладка, но има една малка степен на колебания, която се описва с това число. И това е. Вселената е най-простото нещо, което познаваме.“

Къде е доказателството?

Вселената е доказвала своята простота и преди. През 2012 година физиците открили частица посредник на полето на Хигс – със свойствата на Хигс бозона – тя се оказала от най-простия тип, описван от Стандартния модел на физиката.

„Природата използва минималното решение, минималния механизъм, който можем да си представим, за да даде на частиците тяхната маса, техния електрически заряд и така нататък“, казва Търок.

Ако физиката на ХХ век ни е научила на нещо, то е, че с увеличаване на точността и задълбочаването в квантовия свят откриваме цял зоопарк от нови частици. Но сега тези усложнения са започнали да забавят напредъка ни, тъй като много от нашите теоретични модели лежат отвъд пределите на сегашното ни разбиране и физиците чакат експериментални резултати, които да потвърдят прогнозите.

„Ние сме се озовали в странна ситуация, в която Вселената говори с нас, тя ни казва, че е изключително проста. В същото време теориите, които са били популярни (от последните 100 години на физиката), стават все по-сложни, произволни и непредсказуеми“, допълва ученият.

Търок посочва теорията на струните, която претендира да е „окончателна теория на всичко“ за поставяне на цялата Вселена в една проста теория. А също и търсенето на доказателства за инфлацията – бързото разширение на Вселената, което тя е преживяла почти веднага след Големия взрив преди около 14 милиарда години – във формата на първични гравитационни вълни, гравирани върху космическия микровълнов фон, ехо от Големия взрив.

Но когато търсим експериментални доказателства, се хващаме за сламката; експерименталните доказателства просто не се съгласуват с нашите непоносимо сложни теории.

Ще открием ли гравитационните вълни?

Теоретичната работа на Търок е съсредоточена върху произхода на Вселената – тема, която привлича много внимание в последните месеци.

Миналата година колаборацията BICEP2, която използва телескопа на Южния полюс за изучаване на реликтовото лъчение, обяви за откриване на сигнали от първични гравитационни вълни. Това е нещо като Свещен граал за космологията – откритието на гравитационните вълни, породени от Големия взрив, може да потвърди инфлационната теория на Вселената.

Но за жалост на екипа на BICEP2 те обявиха „откритието“ още преди европейският космически телескоп „Планк“ да установи, че сигналът на телескопа на Южния полюс е бил предизвикан от прах от нашата галактика, а не от древните гравитационни вълни.

Какво ще стане, ако гравитационните вълни никога не бъдат открити? Много теоретици, които са възлагали големи надежди на Големия взрив с последващия период на бърза инфлация, може да са разочаровани, но според Търок „това ще бъде голям намек“, че Големият взрив (в класическото разбиране) може да не е абсолютното начало на Вселената.

„Най-сложното за мен е да опиша самия Голям взрив математически“, добавя Търок.

Възможно е цикличният модел за еволюция на Вселената – когато нашата Вселена колапсира и започва отново – да съответства по-добре на наблюденията. Такъв модел не е задължително да поражда първични гравитационни вълни и ако тези вълни не бъдат открити, възможно е нашите инфлационни теории да се нуждаят от подобрение.

Що се отнася до гравитационните вълни, които според прогнозите се пораждат от бързи движения на масивни обекти в нашата съвременна Вселена, Търок е убеден, че сме достигнали такава степен на чувствителност, че нашите детектори скоро ще ги открият, потвърждавайки едно от предсказанията на Айнщайн на тема пространство-време.

„Очакваме да видим гравитационни вълни от сблъсък на черни дупки в близките пет години.“

Следващата революция във физиката?

От най-големите мащаби до най-малките Вселената изглежда „безмащабна“ – с други думи, на какъвто пространствен или енергиен мащаб да надникнем, в мащабите няма нищо „специално“. И този извод говори, че Вселената има несравнимо по-проста природа, отколкото смятат съвременните теории.

„Да, това е криза, но криза в най-добрия вид“, казва Търок.

По такъв начин, за да изясним произхода на Вселената и мистерии като тъмната материя и тъмната енергия, революцията във физиката изисква погледнем нашия Космос по съвсем различен начин.

За тази цел се изисква обрат в разбирането на физиката, революционен подход, сравним по сила с Айнщайновото осъзнаване на това, че пространството и времето се явят двете страни на един медал, когато и била формирана общата теория на относителността.

„Необходима ни е съвсем друга представа за фундаменталната физика. Дошло е време за кардинално нови идеи“, заключава Търок, като отбелязва, че сега е прекрасно време младите хора да се занимават с теоретична физика, тъй като именно следващото поколение най-вероятно ще преобърне нашето разбиране на Вселената.