宇宙很簡單：顛覆物理學的下一場革命你來不來？
用某位世界知名理論物理學家的話說，宇宙其實非常簡單，只是人類的宇宙理論過於龐雜，庸人自擾罷了。
這一結論 乍聽起來似乎有悖常理。畢竟，想要完全理解自然的複雜性，需要有宏觀的考量和對事物抽絲剝繭的研究，在方程中添加新的變數，創造出「新的」和「不同尋常 的」物理學。最終，我們會發現暗物質是什麼；最終，我們會找到引力波的蛛絲馬跡——只要我們的理論模型更先進，更……複雜。
加拿大安大略的圓周理論物理研究所（譯者註：在我們第十期理解未來講座上作為對話嘉賓出席的著名物理學家文小剛老師就是這個研究所的艾薩克·牛頓首席研究員）所長尼爾 · 圖洛克卻告訴我們：並非如此。依照圖洛克的理論，無論從宏觀還是微觀的角度，宇宙都在告訴人們一件事：它其實簡單得不可思議。然而想要理解個中真意，我們需要一場物理學界的革命。
簡單的宇宙
在Discovery News的一次訪談中，圖洛克指出，近幾十年來最偉大的發現已經從宇宙學和量子的層面上證實了宇宙的結構。
「從 最大的層面上說，我們已經對整個蒼穹進行了繪製，也測量了宇宙的演化——它變化的方式、擴張的方式等等。這些發現揭示了宇宙不可思議的簡單性。」他說道。 「換句話說，你可以對宇宙的結構進行描述，它的幾何結構，物質的密度……你只用一個數字就能對所有這些進行基本的描述。」
這一論斷最引人入勝之處在於僅用一個數字就能描繪宇宙的結構。這竟然比人類已知最簡單的原子——氫原子的數值表徵還要簡單。氫原子的幾何形狀需要動用3個數字來描述，這3個數字來自於圍繞質子的電子的量子特性。
「這個數字告訴我們，宇宙是平滑的，除了一點小波動。這就是全部了。宇宙是我們所知的最簡單的東西。」
從相反的微觀角度來說，當物理學家們用人類有史以來建造的最複雜的機器——大型強子對撞機探測希格斯場的時候，發生過類似的事情。2012年，物理學家們歷史性地發現了介導希格斯場的粒子——希格斯玻色子。這種玻色子也是物理標準模型描述的最簡單的一種希格斯子。
「大自然的答案是最簡單的，它用你能想像到的最少的機制予粒子以質量、電荷及其他種種。」圖洛克說。
20世紀的物理學教導我們，隨著科學家對量子領域研究的不斷深入，會湧現出眾多的新粒子。研究結果得出大量量子信息，理論模型會預測出越來越多稀奇古怪的粒子和力。然而現在我們正面臨著這樣的窘境：很多最先進的物理學理論都不支持那些預測。
「奇怪的是，宇宙不斷告訴我們它有多簡單，然而近一個世紀以來的物理學卻變得越來越複雜、主觀和隨意。」圖洛克說道。
圖洛克的評論直指將宇宙所有奧秘一勺燴的、所謂「最後的統一理論」的弦理論大爆炸後的宇宙膨脹理論。當科學家們苦苦尋找著實驗證據時，卻反被將了一軍：實驗證據和那些複雜得讓人抓狂的理論並不吻合。
宇宙起源
圖洛克的理論工作集中在宇宙起源——這一近幾月來備受關注的主題上。
去年，用位於南極的望遠鏡研究宇宙微波背景（CMB）的BICEP2團隊宣布發現了宇宙大爆炸回聲中的原初引力波信號。這不啻為宇宙學中「聖杯」級的發現 ——大爆炸產生的引力波肯定了宇宙膨脹理論。遺憾的是，BICEP2團隊的「發現」宣布得太早了。同樣在測繪宇宙微波背景的歐洲普朗克太空望遠鏡證實這一 信號是由銀河系塵埃引起的，而並非上古時期的引力波。
如果永遠也找不到引力波呢？很多寄希望於大爆炸導致宇宙膨脹的理論學者可能會失望。圖洛克卻表示：「這恰恰有力地證明了經典意義上的宇宙大爆炸也許並不是宇宙的絕對開端。」同時，他補充道：「對於我來說，最大的挑戰是從數學上來描述大爆炸本身。」
或許宇宙演化的周期模型能夠更好地符合人們的觀察。這種模型並不需要造出原初引力波。如果這些波沒有被探測到，也許我們的宇宙膨脹論需要被推翻或是修改一下了。
至於現代宇宙中大質量物體高速運動產生的引力波，圖洛克相信已有的引力波探測器會很快將其探測到，進而證實愛因斯坦的預言。圖洛克聲稱，「在未來的5年中，對於黑洞碰撞產生的引力波，我們翹首以待。」
下一場革命？
無論宏觀還是微觀，宇宙似乎都是「無尺度可言」的。換言之，不管從何種空間或能量的尺度上看，沒有什麼尺度是「特殊」的。這一發現正可表明，宇宙比現有理論所闡釋的要簡單得多。
「是的，這會帶來一場危機，不過這並不是壞事。」圖洛克說道。
那麼，在解釋宇宙起源，談到諸如暗物質、暗能量這些宇宙中最令人費解的謎題時，我們也許需要換一種眼光來看待宇宙。但是這需要一場物理學界的革命。這場革命的顛覆性將不亞於百年前愛因斯坦構想出的廣義相對論。
「基礎物理需要一種截然不同的觀點。該是激進的新想法登場的時候了。」圖洛克指出，人類歷史正處於讓年輕人涉足理論物理領域的偉大時代，我們的宇宙觀將由下一代改變。
文章來源：Discovery News
文章作者：Ian O』Neill
編譯： 未來論壇 商白
文章轉載請註明出處為：「未來論壇」 微信公眾號(ID:futureforum)
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