Jūs būsit pārsteigts, dzirdot, ka mūsu Visums patiesībā ir diezgan vienkāršs - tieši mūsu kosmoloģiskās teorijas izrādās nevajadzīgi sarežģītas, saka viens no pasaules vadošajiem teorētiskajiem fiziķiem. Šāds secinājums var šķist neloģisks: galu galā, lai izprastu Dabas patieso sarežģītību, ir jādomā plašāk, jāpēta lietas mazākā un mazākā mērogā, vienādojumiem jāpievieno jauni mainīgie, jānāk klajā ar “jauno” un “eksotisko” fiziku. Kādu dienu mēs noskaidrosim, kas ir tumšā matērija, iegūsim priekšstatu par to, kur slēpjas neparasti gravitācijas viļņi - ja tikai mūsu teorētiskie modeļi kļūst attīstītāki un sarežģītāki.
Tas tā nav, saka Neils Turoks, Teorētiskās fizikas perimetra institūta direktors Ontārio, Kanādā. Pēc Turokas teiktā, ja Visums, izmantojot lielākās un mazākās skalas, mums kaut ko pasaka, tas ir par tā neticamo vienkāršību. Bet, lai to pilnībā saprastu, mums ir nepieciešama fizikas revolūcija.
Intervijā Discovery Turoks atzīmēja, ka pēdējos gadu desmitos veiktie lielākie atklājumi ir apstiprinājuši Visuma struktūru kosmoloģiskā un kvantu skalā.
"Lielā mērogā mēs kartējām visas debesis - kosmisko mikroviļņu fonu - un izmērījām Visuma evolūciju, kā tas mainījās, kā tas paplašinājās … un šie atklājumi parāda, ka Visums ir satriecoši vienkāršs," viņš saka. "Citiem vārdiem sakot, jūs varat aprakstīt Visuma struktūru, tā ģeometriju, matērijas blīvumu tikai ar vienu skaitli."
Visaizraujošākais no šī spriešanas viedokļa ir tas, ka Visuma ģeometriju ir vieglāk aprakstīt tikai ar vienu skaitli, nevis skaitliski aprakstīt vienkāršāko atomu, kādu mēs zinām, ūdeņraža atomu. Ūdeņraža atoma ģeometriju raksturo trīs skaitļi, kas izriet no elektronu kvantu parametriem, kas atrodas tā orbītā ap protonu.
“Tas mums saka, ka Visums ir gluds, bet tam ir mazs svārstību līmenis, ko raksturo šis skaitlis. Un tas arī viss. Visums ir vienkāršākā lieta, ko mēs zinām."
Kaut kur skalas pretējā galā kaut kas līdzīgs notika, kad fiziķi izpētīja Higsa lauku, izmantojot vissarežģītāko mašīnu, ko jebkad būvējuši cilvēki, lielo hadronu sadursmi. Kad fiziķi vēsturiski atklāja Higsa mediatora daļiņu - Higsa bozonu 2012. gadā -, tas izrādījās vienkāršākais tips, kuru aprakstīja daļiņu standarta modelis.
Reklāmas video:
"Daba izmanto mazāko risinājumu, mazāko iedomājamo mehānismu, lai daļiņām iegūtu masu, elektrisko lādiņu un tā tālāk," saka Turoks.
20. gadsimta fiziķi mums mācīja, ka, palielinot precizitāti un dziļāk iedziļinoties kvantu pasaulē, jūs atradīsit jaunu daļiņu zoodārzu. Tā kā eksperimentālie rezultāti sniedza daudz kvantu informācijas, teorētiskie modeļi paredzēja arvien vairāk daļiņu un spēku. Bet mēs tagad esam nonākuši krustcelēs, kur daudzas no mūsu progresīvajām teorētiskajām idejām par to, kas slēpjas “ārpus” mūsu pašreizējās fizikas izpratnes, gaida eksperimentālus rezultātus, kas atbalstīs neparastas prognozes.
“Mēs esam dīvainā situācijā, kad Visums runā ar mums; tas mums saka, ka tas ir ārkārtīgi vienkārši. Tajā pašā laikā populārās teorijas (pēdējie 100 fizikas gadi) kļūst sarežģītākas, patvaļīgas un neparedzamas,”viņš saka.
Turks norāda uz stīgu teoriju, kas tiek dēvēta par “galīgo apvienošanās teoriju”, iesaiņojot visus Visuma noslēpumus glītā paketē. Un arī meklēt pierādījumus par inflāciju - straujo Visuma izplešanos, ko tā piedzīvoja gandrīz tūlīt pēc Lielā sprādziena pirms aptuveni 14 miljardiem gadu - pirmatnējo gravitācijas viļņu veidā, kas iegravēti uz kosmiskās mikroviļņu fona - Lielā sprādziena "atbalss". Bet, meklējot eksperimentālus pierādījumus, mēs satveramies ar salmiņiem; eksperimentālie pierādījumi vienkārši nepiekrīt mūsu nepanesami sarežģītajām teorijām.
Mūsu kosmiskā izcelsme
Turokas teorētiskais darbs ir veltīts Visuma izcelsmei - tēmai, kurai pēdējos mēnešos ir pievērsta liela uzmanība.
Pagājušajā gadā BICEP2 sadarbība, kas izmanto teleskopu dienvidu polā, lai izpētītu CMB, paziņoja par primāro gravitācijas viļņu signālu atklāšanu. Tas ir sava veida kosmoloģijas "svētais grāls" - Lielā sprādziena ģenerēto gravitācijas viļņu atklāšana var apstiprināt Visuma inflācijas teorijas. Diemžēl BICEP2 komandai viņi paziņoja par "atklājumu" vēl pirms Eiropas Planck kosmiskais teleskops (kas arī kartē mikroviļņu fonu) parādīja, ka BICEP2 signālu mūsu putnu galaktikā izraisīja putekļi, nevis senie gravitācijas viļņi.
Ko darīt, ja pirmatnējie gravitācijas viļņi to nekad neatrod? Daudzi teorētiķi, kuri ir cerējuši uz lielo sprādzienu, kam seko straujas inflācijas periods, var būt vīlušies, taču, pēc Turokas domām, “tas būs spēcīgs mājiens”, ka lielais sprādziens (klasiskajā izpratnē) var nebūt absolūtais Visuma sākums.
“Man grūtākais ir matemātiski aprakstīt pašu Lielo sprādzienu,” piebilst Turoks.
Varbūt novērojumiem labāk derētu ciklisks Visuma evolūcijas modelis - kad mūsu Visums sabruks un sāksies no jauna. Šādiem neparastiem modeļiem nav jārada primārie gravitācijas viļņi, un, ja šie viļņi netiek atklāti, iespējams, ir jāuzlabo mūsu inflācijas teorijas.
Attiecībā uz gravitācijas viļņiem, kurus, kā tika prognozēts, varētu radīt strauja masīvu priekšmetu kustība mūsu modernajā Visumā, Turoks ir pārliecināts, ka mēs esam sasnieguši tādu jutības pakāpi, ka mūsu detektoriem drīz vajadzētu tos atklāt, apstiprinot vienu no Einšteina pareģojumiem par kosmosa laiku. "Mēs sagaidām, ka nākamajos piecos gados mēs redzēsim gravitācijas viļņus no melno caurumu sadursmes."
Nākamā revolūcija?
Sākot ar lielāko mērogu un beidzot ar mazāko, Visums šķiet "bez mēroga" - citiem vārdiem sakot, neatkarīgi no tā, kādu telpisko vai enerģijas skalu jūs skatāties, skalā nav nekā "īpaša". Un šis secinājums runā par labu faktam, ka Visumam ir daudz vienkāršāks raksturs, nekā liek domāt mūsdienu teorijas.
“Šī ir krīze, bet tā ir labākā,” saka Turoks.
Tādējādi, lai izskaidrotu Visuma izcelsmi un samierinātos ar dažiem no visnoslēpumainākajiem mūsu Visuma noslēpumiem, piemēram, tumšo vielu un tumšo enerģiju, mums, iespējams, nāksies kosmosu aplūkot pavisam savādāk. Tam būs nepieciešama revolūcija fizikas izpratnē, revolucionāra pieeja, kuras spēks ir salīdzināms ar Einšteina izpratni, ka, veidojot vispārējo relativitāti, telpa un laiks ir vienas monētas divas puses.
“Mums ir vajadzīgs pilnīgi atšķirīgs pamata fizikas skatījums. Ir pienācis laiks radikāli jaunām idejām,”secina Turoks, atzīmējot, ka tagad ir lielisks laiks jauniešiem studēt teorētisko fiziku, jo, visticamāk, nākamā paaudze pārvērtīs mūsu izpratni par Visumu.
Iļja Khel