Usmerjenost je nekaj, česar smo ljudje precej navajeni. Živijo v našem prijaznem kopenskem okolju in navajeni smo videti stvari v smislu navzgor in navzdol, levo in desno, naprej ali nazaj. Naš referenčni okvir je določen in se ne spreminja, razen če se premaknemo ali se ne premikamo. Ko pa gre za kozmologijo, se stvari nekoliko zapletejo.
Kozmologi se že dolgo držijo prepričanja, da je vesolje homogeno in izotropno - torej v vseh smereh enako. V tem smislu ni nič takega, kot je "navzgor" ali "dol", ko gre za vesolje, le referenčne točke, ki so povsem relativne. In zahvaljujoč novi raziskavi raziskovalcev z University College London, se je pokazalo, da je to stališče pravilno.
Raziskovalna skupina je zaradi študije z naslovom "Kako izotropna vesolje?" Uporabila podatke raziskovanja kozmičnega mikrovalovnega ozadja (CMB) - toplotno sevanje, ki je ostalo od velikega poka. Te podatke je evropsko vesoljsko plovilo Planck pridobilo med letoma 2009 in 2013.
Ekipa ga je nato analizirala s pomočjo superračunalnika, da bi ugotovila, ali obstajajo kakšni polarizacijski vzorci, ki bi kazali, ali ima prostor "želeno smer" širitve. Namen tega preizkusa je bil ugotoviti, ali je ena izmed osnovnih predpostavk, ki temelji na najbolj sprejetem kozmološkem modelu, v resnici pravilna.
Prva od teh predpostavk je, da je vesolje nastalo z velikim praskom, ki temelji na odkritju, da je vesolje v ekspanzijskem stanju, in odkritju kozmičnega mikrovalovnega ozadja. Druga predpostavka je, da je vesolje homogeno in istropno, kar pomeni, da ni večjih razlik v porazdelitvi snovi na velikih lestvicah.
To prepričanje, ki je znano tudi kot kozmološko načelo, delno temelji na Kopernikovem načelu (ki pravi, da Zemlja nima posebnega mesta v vesolju) in Einsteinovi teoriji relativnosti - ki je pokazala, da je merjenje inercije v katerem koli sistemu relativno do opazovalca.
Ta teorija je imela vedno svoje omejitve, saj materija očitno ni enakomerno razporejena na manjših lestvicah (tj. Zvezdasti sistemi, galaksije, galaksije grozdov itd.). Vendar so kozmologi trdili okoli tega, češ da so nihanja v majhnem obsegu posledica kvantnih nihanj, ki so se pojavila v zgodnjem vesolju in da je obsežna struktura ena od homogenosti.
Z iskanjem nihanj najstarejše luči v vesolju so znanstveniki poskušali ugotoviti, ali je to v resnici pravilno. V zadnjih tridesetih letih so tovrstne meritve izvajale več misij, kot so misija Cosmic Background Explorer (COBE), sonda za anizotropijo Wilkinson Microwave Anisotropy (WMAP) in vesoljsko plovilo Planck.
Zaradi študije sta raziskovalna skupina UCL - pod vodstvom Daniele Saadeh in Stephena Feeneyja - na stvari gledala nekoliko drugače. Namesto da bi iskali neravnovesja v mikrovalovnem ozadju, so iskali znake, da ima prostor prednostno smer širjenja in kako bi se ti lahko odtisnili na CMB.
Kot je za Space Magazine po e-pošti povedala Daniela Saadeh, doktorska študentka na UCL in vodilna avtorica prispevka:
"Analizirali smo temperaturo in polarizacijo kozmičnega mikrovalovnega ozadja (CMB), relikvijskega sevanja iz Velikega poka, z uporabo podatkov iz misije Planck. Pravi CMB smo primerjali z našimi napovedmi glede tega, kako bi izgledal v anizotropnem vesolju. Po tem iskanju smo ugotovili, da za te vzorce ni dokazov in da je domneva, da je Vesolje izotropna na velikih lestvicah, dobra. "
V bistvu so njihovi rezultati pokazali, da obstaja le 1 na 121 000 možnosti, da je Vesolje anizotropno. Z drugimi besedami, dokazi kažejo, da se Vesolje širi v vse smeri enakomerno in tako odpravlja dvome o njihovem resničnem občutku za smer v velikem obsegu.
In na nek način je to nekoliko razočaranje, saj bi Vesolje, ki ni homogeno in enako v vseh smereh, vodilo do niza rešitev Einsteinovih poljskih enačb. Te enačbe same po sebi ne vsiljujejo nobene simetrije prostorskemu času, vendar standardni model (katerega del so) sprejema homogenost kot nekakšno dano.
Te rešitve so znane kot modeli Bianchi, ki jih je v poznem 19. stoletju predlagal italijanski matematik Luigi Bianchi. Te algebrske teorije, ki jih je mogoče uporabiti za tridimenzionalni vesoljski čas, dobimo tako, da so manj restriktivne in tako omogočajo vesolje, ki je anizotropno.
Po drugi strani pa je študija, ki so jo opravili Saadeh, Feeney in njihovi sodelavci, pokazala, da je ena izmed glavnih predpostavk, na katerih počivajo naši sedanji kozmološki modeli, res pravilna. S tem so zagotovili tudi prepotreben občutek za bližje dolgoročni razpravi.
"V zadnjih desetih letih se je veliko razpravljalo o tem, ali so v CMB obstajali znaki obsežne anizotropije," je dejal Saadeh. "Če bi bilo vesolje anizotropno, bi morali pregledati veliko svojih izračunov o njegovi zgodovini in vsebini. Visokokakovostni podatki podjetja Planck so bili zlata priložnost za izvedbo tega zdravstvenega pregleda na standardnem modelu kozmologije in dobra novica je, da je varen. "
Ko se boste naslednjič zazrli v nočno nebo, se spomnite ... to je luksuz, ki ga imate samo, ko stojite na Zemlji. Zunaj je celoten 'nother ballgame! Zato uživajte v tej stvari, ki ji pravimo "smer", kadar in kam lahko.
Prepričajte se, da je ta animacija, ki jo je ustvarila ekipa UCL, ki prikazuje CMB-ove podatke Planckove misije:
