Посоката е нещо, с което хората сме доста свикнали. Живеейки в нашата приятелска земна среда, ние сме свикнали да виждаме нещата по отношение нагоре и надолу, наляво и надясно, напред или назад. А за нас нашата референтна рамка е фиксирана и не се променя, освен ако не се преместим или не сме в процес на преместване. Но когато става въпрос за космологията, нещата стават малко по-сложни.
Дълго време космолозите държат на убеждението, че Вселената е хомогенна и изотропна - т.е. принципно еднаква във всички посоки. В този смисъл няма такова нещо като "нагоре" или "надолу", когато става дума за космоса, само ориентири, които са изцяло относителни. И благодарение на ново проучване на изследователи от University College London, това мнение се оказа правилно.
Заради своето изследване, озаглавено „Колко изотропна е Вселената?“, Изследователският екип използва данни от проучванията на космическия микровълнов фон (CMB) - топлинното излъчване, останало от Големия взрив. Тези данни бяха получени от космическия кораб Planck на ESA между 2009 и 2013 г.
След това екипът го анализира с помощта на суперкомпютър, за да определи дали има модели на поляризация, които да показват дали пространството има „предпочитана посока“ на разширение. Целта на този тест беше да се установи дали едно от основните предположения, които са в основата на най-широко приетия космологичен модел, е всъщност правилно.
Първото от тези предположения е, че Вселената е създадена от Големия взрив, който се основава на откритието, че Вселената е в състояние на разширение и откриването на космическия микровълнов фон. Второто предположение е, че пространството е хомогенно и етропично, което означава, че няма големи разлики в разпределението на материята в големи мащаби.
Това вярване, което е известно още като Космологичен принцип, се основава отчасти на принципа на Коперник (който гласи, че Земята няма специално място във Вселената) и теорията на относителността на Айнщайн - която показа, че измерването на инерцията във всяка система е относително към наблюдателя.
Тази теория винаги е имала своите ограничения, тъй като материята очевидно не е равномерно разпределена в по-малки мащаби (т.е. звездни системи, галактики, галактически клъстери и др.). Космолозите обаче спорят около това, като казват, че колебанията в малкия мащаб се дължат на квантовите колебания, възникнали в ранната Вселена и че едромащабната структура е с хомогенност.
Търсейки колебания в най-старата светлина във Вселената, учените се опитват да установят дали това всъщност е правилно. През последните тридесет години тези видове измервания са извършени от множество мисии, като мисията Cosmic Background Explorer (COBE), сондата за анизотропия на Уилкинсън (WMAP) и космическия кораб Planck.
Заради тяхното проучване, изследователският екип на UCL - воден от Даниела Сааде и Стивън Фини - гледаше на нещата малко по-различно. Вместо да търсят дисбаланси в микровълновия фон, те потърсиха знаци, че пространството може да има предпочитана посока на разширяване и как те могат да се отпечатват върху CMB.
Както Даниела Сааде - докторант в UCL и водещият автор на хартията, каза пред сп. Space Magazine по имейл:
„Анализирахме температурата и поляризацията на космическия микровълнов фон (CMB), реликвено излъчване от Големия взрив, използвайки данни от мисията на Планк. Сравнихме истинската CMB с нашите прогнози за това как ще изглежда в анизотропна вселена. След това търсене заключихме, че няма доказателства за тези модели и че предположението, че Вселената е изотропно в големи мащаби, е добро. “
По принцип техните резултати показват, че има само 1 на 121 000 шанс Вселената да е анизотропна. С други думи, доказателствата сочат, че Вселената се разраства във всички посоки еднородно, като по този начин премахва всякакви съмнения относно това, че те са действително усещане за посока в големи мащаби.
И в известен смисъл това е малко разочароващо, тъй като Вселената, която не е хомогенна и еднаква във всички посоки, би довела до набор от решения на полевите уравнения на Айнщайн. Сами по себе си тези уравнения не налагат никакви симетрии на пространственото време, но Стандартният модел (от който те са част) приема хомогенността като нещо като даденост.
Тези решения са известни като моделите на Бианки, които са предложени от италианския математик Луиджи Бианки в края на 19 век. Тези алгебрични теории, които могат да бъдат приложени към триизмерното пространствено време, се получават като са по-малко рестриктивни и по този начин позволяват създаване на Вселена, която е анизотропна.
От друга страна, изследването, извършено от Сааде, Фини и техните колеги, показа, че едно от основните предположения, на които почиват нашите съвременни космологични модели, наистина е правилно. По този начин те предоставиха също така необходимото усещане за по-близо до дългосрочен дебат.
"През последните десет години имаше значителна дискусия около това дали има признаци на мащабна анизотропия, дебнеща в CMB", каза Сааде. „Ако Вселената беше анизотропна, ще трябва да преразгледаме много от нашите изчисления относно нейната история и съдържание. Висококачествените данни на Планк дойдоха със златна възможност да извършат тази здравна проверка на стандартния модел на космологията и добрата новина е, че тя е безопасна. "
Така че следващия път, когато се огледате в нощното небе, не забравяйте ... това е лукс, който имате само докато стоите на Земята. Там е цяла „поредна топка! Затова се наслаждавайте на това нещо, което наричаме „посока“, когато и където можете.
И не забравяйте да разгледате тази анимация, създадена от екипа на UCL, която илюстрира CMB данните на мисията Планк:
