Smjer je nešto na što smo ljudi prilično navikli. Živeći u našem prijateljskom zemaljskom okruženju, navikli smo gledati stvari u smislu gore i dolje, lijevo i desno, naprijed ili natrag. I za nas je naš referentni okvir fiksiran i ne mijenja se, osim ako se preselimo ili se ne krećemo. Ali kada je u pitanju kozmologija, stvari se malo slože.
Kozmolozi se već duže vrijeme drže uvjerenja da je svemir homogen i izotropan - tj. U osnovi isti u svim smjerovima. U tom smislu, ne postoji nešto poput "gore" ili "dolje" kada je u pitanju prostor, već samo referentne točke koje su u potpunosti relativne. Zahvaljujući novoj studiji istraživača sa University College London, pokazalo se da je to gledište ispravno.
Za potrebe svoje studije, pod nazivom "Kako je izotropna svemir?", Istraživački tim koristio je podatke o istraživanju kozmičke mikrovalne pozadine (CMB) - toplinskog zračenja preostalog od Velikog praska. Ove podatke prikupio je ESA-in svemirski brod Planck između 2009. i 2013. godine.
Tim ga je zatim analizirao pomoću superračunala kako bi utvrdio postoje li obrasci polarizacije koji bi ukazivali na to ima li prostor "preferirani smjer" širenja. Svrha ovog testa bila je provjeriti je li jedna od osnovnih pretpostavki koja stoji u osnovi najprihvaćenijeg kozmološkog modela u stvari tačna.
Prva od tih pretpostavki je da je Svemir stvoren Velikim praskom, koji se temelji na otkriću da je Svemir u stanju ekspanzije, te otkriću pozadine kozmičke mikrovalne. Druga pretpostavka je da je prostor homogen i istropan, što znači da nema većih razlika u raspodjeli tvari po velikim skalama.
Ovo vjerovanje, koje je poznato i kao Kozmološki princip, dijelom se temelji na Kopernikovom principu (koji kaže da Zemlja nema posebno mjesto u svemiru) i Einsteinovoj teoriji relativnosti - koja je pokazala da je mjerenje inercije u bilo kojem sustavu relativno do promatrača.
Ova je teorija oduvijek imala svoja ograničenja, jer materija očito nije ravnomjerno raspoređena na manjim mjerilima (tj. Zvjezdani sustavi, galaksije, galaksije, itd.). Međutim, kozmolozi su se raspravljali oko toga rekavši da fluktuacija u malom razmjeru nastaje zbog kvantnih fluktuacija koje su se dogodile u ranom Svemiru i da je struktura velikih razmjera jedna od homogenosti.
Tražeći fluktuacije u najstarijem svjetlu u Svemiru, znanstvenici su pokušali utvrditi je li to u stvari točno. U posljednjih trideset godina ove su vrste mjerenja obavljale više misija, poput misije Cosmic Background Explorer (COBE), sonde za anizotropiju Wilkinson Microwave Aniotropy (WMAP) i svemirskog broda Planck.
Za vrijeme njihove studije, istraživački tim UCL-a - pod vodstvom Daniele Saadeh i Stephena Feeneyja - na stvari je gledao malo drugačije. Umjesto da traže neravnoteže u pozadini mikrovalne, tražili su znakove da bi prostor mogao imati preferirani smjer širenja i kako bi se oni mogli utisnuti na CMB.
Kako je Daniela Saadeh, doktorica na UCL-u i vodeća autorica na papiru, rekla za Space Magazine e-poštom:
„Analizirali smo temperaturu i polarizaciju kozmičke mikrovalne pozadine (CMB), relikvijsko zračenje iz Velikog praska, koristeći podatke misije Planck. Usporedili smo stvarni CMB s našim predviđanjima o tome kako će izgledati u anizotropnom svemiru. Nakon ove pretrage zaključili smo da ne postoje dokazi za ove obrasce i da je pretpostavka da je Svemir izotropna na velikim mjerilima dobra. "
U osnovi, njihovi rezultati pokazali su da postoji samo 1 od 121 000 šansi da je svemir anizotropan. Drugim riječima, dokazi ukazuju na to da se Svemir jednolično širi u svim smjerovima, uklanjajući sumnju u njihovu stvarnost.
I na neki način to je pomalo razočaravajuće, jer bi Svemir koji nije homogen i isti u svim smjerovima doveo do skupa rješenja Einsteinovih jednadžbi polja. Ove jednadžbe same po sebi ne nameću nikakve simetrije prostornom vremenu, ali Standardni model (čiji su oni dio) prihvaća homogenost kao određenu vrstu.
Ova su rješenja poznata kao modeli Bianchi, koje je krajem 19. stoljeća predložio talijanski matematičar Luigi Bianchi. Ove algebarske teorije, koje se mogu primijeniti na trodimenzionalno svemirsko vrijeme, dobivaju se manje restriktivnim i na taj način omogućuju univerziju anizotropnog svemira.
S druge strane, studija koju su proveli Saadeh, Feeney i njihove kolege pokazala je da je jedna od glavnih pretpostavki na kojoj počivaju naši trenutni kozmološki modeli zaista ispravna. Radeći na taj način, također su pružili prijeko potreban osjećaj bliže dugoročnoj raspravi.
"U posljednjih deset godina vodila se znatna rasprava oko toga postoje li znakovi velikih aisotropija koji vrebaju u CMB-u", rekao je Saadeh. „Ako bi Svemir bio anizotropni, morali bismo revidirati mnoge svoje proračune o njegovoj povijesti i sadržaju. Podaci visokog kvaliteta Planck-a dobili su zlatnu priliku za obavljanje zdravstvene provjere na standardnom modelu kozmologije, a dobra je vijest da je to sigurno. "
Dakle, sljedeći put kada budete gledali prema noćnom nebu, sjetite se ... to je luksuz koji imate samo dok stojite na Zemlji. Tamo je cijela 'nother ballgame! Zato uživajte u ovoj stvari koju nazivamo "pravac" kada i gdje možete.
Obavezno pogledajte ovu animaciju koju je stvorio UCL tim, a koja ilustrira CMB podatke Planckove misije:
