
世界领先的理论物理学家之一认为,我们的宇宙实际上真的很简单,只是我们的宇宙学理论变得非常复杂。
这个结论听起来可能违反直觉;毕竟,要充分理解自然的真正复杂性,您需要思考更大的知识,在较细腻的尺度上研究事物,在方程式中添加新变量,并思考“新”和“异国”物理学。最终,我们会发现什么是暗物质。最终,我们将掌握这些引力波所隐藏的位置 - 如果我们的理论模型更为先进,更多...复杂的。
并非如此,说尼尔·特罗克(Neil Turok),加拿大安大略省理论物理研究所主任。根据Turok的理由(如果有的话),宇宙以其最大和最小的规模告诉我们,它实际上非常简单。但是,为了完全掌握这意味着什么,我们需要在物理学上进行革命。
在接受Discovery News的采访时,Turok指出,过去几十年中最大的发现证实了宇宙和量子尺度上宇宙的结构。
他说:“在最大的尺度上,我们绘制了整个天空 - 宇宙微波背景 - 测量了宇宙的演变,它的变化方式,它的扩展方式……这些发现表明宇宙非常简单。” “换句话说,您可以描述宇宙的结构,其几何形状和物质的密度……您可以用一个数字来描述所有这些。”
这种推理的最吸引人的结果是用一个数字来描述宇宙的几何形状,实际上比我们所知道的最简单原子的数值描述 - 氢原子。氢原子的几何形状由3数字是由质子周围轨道中电子的量子特性引起的。
“它基本上告诉我们,宇宙很光滑,但它的波动程度很小,这是这个数字所描述的。就是这样。宇宙是我们所知道的最简单的事情。”
在量表的另一端,当物理学家使用人类有史以来最复杂的机器(大型强子对撞机)构建的最复杂的机器时,也发生了类似的事情。 2012年,物理学家使介导希格斯场的粒子的历史发现,希格斯玻色子,事实证明是标准物理学模型描述的最简单的希格斯类型。
Turok说:“大自然已经摆脱了最小的解决方案,即您可以想象的最小机制给颗粒质量,电荷等等。”
20世纪的物理学告诉我们,随着您获得更精确的精度,并且更深入地探究了量子领域时,您会发现一个新粒子的动物园。因此,随着实验结果产生了量子信息的赏金,理论模型预测了越来越多的奇异粒子和力。但是现在,我们已经达到了一个十字路口,我们许多关于“超出”我们当前对物理学的理解超出的最先进的理论思想正在取得很少的实验结果来支持其预测。
他说:“我们正处于宇宙正在与我们交谈的奇怪情况下;这告诉我们这非常简单。与此同时,(从最近100年的物理学开始)越来越复杂,任意和不可预测的理论变得越来越流行。”
Turok指出的是弦理论,该理论被称为“最终统一理论”,将所有宇宙的奥秘包裹在整齐的包装中。同样,寻找通货膨胀的证据 - 大爆炸近140亿年前的宇宙的迅速扩张 - 以刻在宇宙微波背景(CMB)或大爆炸的“ Echo”中的原始引力波的形式。但是,当我们寻找实验证据时,我们抓住了众所周知的吸管。实验证据根本不同意我们疯狂的复杂理论。
我们的宇宙起源
Turok的理论工作集中在宇宙的起源上,该主题在最近几个月引起了很多关注。
去年,使用位于南极的望远镜研究CMB的BITEP2合作宣布在Big Bang的Echo中发现了原始引力波信号。这基本上是宇宙学的“圣杯” - 大爆炸产生的引力波的发现将证实宇宙的某些通货膨胀理论。但不幸的是,对于BITEP2团队,他们过早宣布了“发现”欧洲普朗克太空望远镜(也正在绘制CMB)表明,二头肌信号是由我们的银河系中的灰尘引起的不是古代引力波。
如果从未发现这些原始引力波怎么办?许多在大爆炸上寄希望于的理论家可能会失望的是通货膨胀,但据Turok说,“这将是一个非常有力的线索”,即(从古典意义上讲)大爆炸可能不是宇宙的绝对开始。
Turok补充说:“对我来说,最大的挑战是在数学上描述大爆炸本身。”
也许是通用进化的周期性模型(我们的宇宙重新倒塌和反弹)可能会更适合观察结果。这些模型不一定会产生原始引力波,如果未检测到这些波,也许我们的通货膨胀理论需要被抛弃或修改。
至于我们现代宇宙中大量物体快速运动所产生的引力波,Turok确信我们正在达到一个敏感性的领域,即我们的引力波检测器很快就会检测到它们,从而确保了另一个爱因斯坦的时空预测。他说:“我们确实希望在未来5年内看到黑洞碰撞的引力波。”
下一个革命?
从最大的尺度到最小的尺度,宇宙似乎是“无尺度的” - 换句话说,无论您看什么空间或能量尺度,都不是“特殊”。这一发现实际上表明宇宙的性质比当前理论所建议的要简单得多。
Turok说:“是的,这是一场危机,但这是最好的危机。”
因此,为了解释宇宙的起源,并与我们宇宙最令人困惑的奥秘,例如暗物质和暗能量,我们可能需要以不同的方式看待我们的宇宙。但是,这将需要一场物理理解的革命,一场革命可能与爱因斯坦意识到时空一样具有历史性,当他提出100年前的一般相对论时,时空和时间是同一件事。
他总结说:“我们需要对基本物理学的看法截然不同。这是建立激进,新思想的时刻。”他指出,这是年轻人进入理论物理领域的人类历史上的好时机,因为这将是下一代可能会改变我们对宇宙的方式。
要了解有关Turok的研究和宇宙明显简单性的更多信息,请在今天(星期三)的美国东部时间晚上7点收听其周边研究所的公开演讲。演讲将在发现新闻中现场直播。
最初出版发现新闻。