L'universo è un luogo ricco e complesso, ma la sua geometria è sorprendentemente semplice. Forse ci costringerà a fare la prossima grande rivoluzione nella fisica del pensiero.
Il nostro universo è in realtà molto semplice. Rappresenta le nostre teorie cosmologiche, che si rivelano irragionevolmente complesse. Questo pensiero è stato espresso da uno dei principali fisici teorici del mondo.
Questa conclusione può sembrare illogica. Dopotutto, per comprendere appieno la vera complessità della natura, devi pensare più in grande, studiare le cose in modo più dettagliato, aggiungere nuove equazioni variabili e inventare la fisica "nuova" ed "esotica". Alla fine, impariamo cos'è la materia oscura e abbiamo un'idea di dove si nascondono queste onde gravitazionali - se solo i nostri modelli teorici fossero più sviluppati e più ... complessi.
"Questo non è del tutto vero", dice Neil Turk, direttore dell'Istituto per la fisica teorica di Ontario, Canada. Secondo lui, l'Universo, sulla sua scala più grande e piccola, ci dice che è in effetti molto semplice. Ma, per comprendere appieno cosa significa, dovremo fare una rivoluzione in fisica.
In un'intervista a Discovery News, Turok ha osservato che le più grandi scoperte degli ultimi decenni hanno confermato la struttura dell'Universo su scale cosmologiche e quantistiche.
"Su larga scala, abbiamo tracciato una mappa dell'intero cielo - uno sfondo cosmico a microonde - e misurato l'evoluzione dell'Universo mentre cambia, a seconda dell'espansione ... e queste scoperte mostrano che l'Universo è incredibilmente semplice", ha detto. "In altre parole, puoi descrivere la struttura dell'Universo, la sua geometria e la densità della materia ... puoi essenzialmente descrivere tutto con un solo numero." Il risultato più affascinante di questo ragionamento è che la descrizione della geometria dell'universo con un numero è in realtà più semplice della descrizione numerica dell'atomo più semplice che conosciamo: l'atomo di idrogeno. La geometria dell'atomo di idrogeno descrive 3 numeri che derivano dalle caratteristiche quantistiche di un elettrone in orbita attorno a un protone.
"Fondamentalmente ci dice che l'universo è liscio, ma ha un piccolo livello di fluttuazioni, che questo numero descrive. E questo è tutto. L'universo è la cosa più semplice che conosciamo. "
D'altra parte, qualcosa di simile accadde quando i fisici condussero delle ricerche nel campo di Higgs usando la macchina più complessa mai costruita dall'umanità: il Large Hadron Collider. Quando nel 2012, i fisici hanno introdotto la scoperta storica di una particella nel campo di Higgs, il bosone di Higgs, si è rivelato essere un semplice tipo di Higgs, che è descritto nel modello standard della fisica.
"La natura ha trovato una soluzione con una soluzione minima e un meccanismo minimale che avresti potuto immaginare per dare loro masse di particelle, cariche elettriche e così via, e così via", ha detto Turk.
I fisici del XX secolo ci hanno insegnato, non appena ottenete una maggiore precisione e abbassate la sonda più in profondità nella sfera quantica, troverete uno zoo di nuove particelle. Dal momento che i risultati sperimentali generano la generosità delle informazioni quantistiche, i modelli teorici hanno predetto più particelle e forze stravaganti. Ma ora abbiamo raggiunto un bivio, dove molte delle nostre idee teoriche più avanzate su ciò che sta "dietro" la nostra attuale comprensione della fisica si rivolgono a risultati sperimentali che supportano le loro previsioni. "Siamo in una situazione così strana quando l'Universo ci parla, dicendoci che queste semplici teorie che erano popolari (negli ultimi 100 anni di fisica) stanno diventando sempre più complesse e arbitrarie", ha detto. .
Turk ha sottolineato la teoria delle stringhe, esposta come una "teoria finale unificata", che ha presentato tutti i misteri dell'universo in un pacchetto accurato. Inoltre, la ricerca di prove di inflazione - la rapida espansione dell'Universo subito dopo il Big Bang circa 14 miliardi di anni fa - sotto forma di onde gravitazionali primarie incise nel fondo cosmico a microonde (CMB), o "eco" del Big Bang. Ma mentre cerchiamo prove sperimentali, continuiamo ad afferrare il proverbio; i dati sperimentali semplicemente non sono d'accordo con le nostre teorie insopportabilmente complesse.
Our Cosmic Origins
Il lavoro teorico del turco è incentrato sull'origine dell'universo, un argomento che ha raccolto molta attenzione negli ultimi mesi.
L'anno scorso, l'organizzazione BICEP2, che utilizza un telescopio situato al Polo Sud, per studiare il CMB, ha annunciato la scoperta di segnali gravitazionali primari dagli echi del Big Bang. In realtà, questo è il "Santo Graal" della cosmologia - la scoperta delle onde gravitazionali, che sono state generate dal Big Bang. Questo potrebbe confermare certe teorie inflazionistiche dell'universo. Sfortunatamente, per il team BICEP2, hanno dichiarato prematuramente la "scoperta" e il telescopio spaziale Planck (che tiene traccia anche delle radiazioni CMB) ha mostrato che il segnale BICEP2 era causato dalla polvere nella nostra Galassia e non dalle antiche onde gravitazionali. Cosa fare se queste onde gravitazionali primordiali non trovano mai? Molti teorici che hanno riposto le loro speranze sul Big Bang con un successivo rapido periodo di inflazione potrebbero essere delusi, ma secondo il turco "questa è una chiave molto potente" che il Big Bang (nel senso classico) non può essere l'inizio assoluto dell'universo.
"Il problema più grande per me è stata la descrizione del Big Bang stesso matematicamente", ha aggiunto Turk.
Forse questo è un modello ciclico di evoluzione universale - dove il nostro Universo sta collassando e di nuovo rimbalzando - potrebbe adattarsi meglio alle osservazioni. Questi modelli non generano necessariamente onde gravitazionali primarie e se queste onde non vengono rilevate, forse le nostre teorie sull'inflazione dovrebbero essere eliminate o modificate.
Per quanto riguarda le onde gravitazionali, che secondo le previsioni saranno ottenute come risultato del rapido movimento di oggetti massicci nel nostro universo moderno, Turk è sicuro che raggiungeremo il regno della sensibilità, che i nostri rilevatori di onde gravitazionali li rileveranno molto presto, confermando un'altra previsione di Einstein-Time.
"Ci aspettiamo che le onde gravitazionali appariranno dalle collisioni dei buchi neri nei prossimi 5 anni", ha detto.
Prossima rivoluzione?
Dalle grandi scale alle piccole, l'universo sembra "privo di scale". E questa scoperta in realtà suggerisce che l'Universo ha una natura molto più semplice di quanto suggeriscano le teorie correnti. "Sì, questa è una crisi, ma questa è una crisi al suo meglio", ha detto Turk.
Quindi, per spiegare l'origine dell'Universo e venire a patti con alcuni dei suoi segreti più misteriosi, come la materia oscura e l'energia oscura, potremmo aver bisogno di guardare il nostro cosmo in modi diversi. Ciò richiede una rivoluzione in fisica.
"Abbiamo bisogno di una visione completamente diversa della fisica fondamentale. È giunto il momento di nuove idee radicali ", ha concluso, sottolineando che questo è un grande momento nella storia umana per i giovani da notare nel campo della fisica teorica. Molto probabilmente, cambieranno il modo in cui vediamo l'universo.
