Напрям - це те, до чого ми звикли люди. Живучи в нашому доброзичливому наземному середовищі, ми звикли бачити речі вгору і вниз, вліво і вправо, вперед або назад. А для нас наша система відліку є фіксованою і не змінюється, якщо ми не рухаємось або не перебуваємо в процесі переміщення. Але коли йдеться про космологію, справи стають дещо складнішими.
Вже давно космологи дотримуються віри, що Всесвіт є однорідним і ізотропним - тобто принципово однаковим у всіх напрямках. У цьому сенсі не існує такого поняття, як "вгору" або "вниз", коли мова йде про космос, лише точки відліку, які є абсолютно відносними. І завдяки новому дослідженню дослідників з Університетського коледжу Лондона, ця думка виявилася правильною.
Для свого дослідження під назвою «Наскільки ізотропним є Всесвіт?», Дослідницька група використовувала дані огляду космічного мікрохвильового фону (CMB) - теплового випромінювання, що залишилося від Великого вибуху. Ці дані були отримані космічним кораблем "Планк" ESA між 2009 та 2013 роками.
Потім команда проаналізувала його, використовуючи суперкомп'ютер, щоб визначити, чи існували якісь поляризаційні шаблони, які вказували б, чи має простір "бажаний напрямок" розширення. Метою цього тесту було встановити, чи є одне з основних припущень, яке лежить в основі найбільш широко прийнятої космологічної моделі, насправді правильним.
Перше з цих припущень полягає в тому, що Всесвіт був створений Великим вибухом, який ґрунтується на відкритті, що Всесвіт перебуває в стані розширення, і на відкритті Космічного мікрохвильового фону. Друге припущення полягає в тому, що простір є однорідним і етропічним, тобто немає великих відмінностей у розподілі речовини за великими масштабами.
Ця віра, яка також відома як Космологічний Принцип, частково заснована на принципі Коперніка (який стверджує, що Землі немає особливого місця у Всесвіті) та Теорії відносності Ейнштейна - яка продемонструвала, що вимірювання інерції в будь-якій системі відносне до спостерігача.
Ця теорія завжди мала свої обмеження, оскільки матерія очевидно не рівномірно розподіляється на менших масштабах (тобто зоряні системи, галактики, скупчення галактик тощо). Однак космологи сперечаються навколо цього, кажучи, що коливання в малому масштабі обумовлені квантовими коливаннями, що відбулися в ранньому Всесвіті, і що масштабна структура є однорідною.
Шукаючи коливання найдавнішого світла у Всесвіті, вчені намагаються визначити, чи це насправді правильно. Протягом останніх тридцяти років подібні вимірювання проводилися за допомогою декількох місій, таких як Космічний фоновий провідник (COBE), Мікрохвильовий анізотропічний зонд Вілкінсона (WMAP) та космічний корабель Планка.
Заради їх дослідження дослідницька група UCL - на чолі з Даніелою Сааде та Стівеном Фіні - дивилася на речі дещо інакше. Замість того, щоб шукати дисбаланси на мікрохвильовому фоні, вони шукали ознаки того, що простір може мати бажаний напрямок розширення, і як вони можуть відбитися на CMB.
Як розповіла Даніела Сааде - докторантка в УКЛ та головний автор статті, пише Space Magazine електронною поштою:
«Ми проаналізували температуру та поляризацію космічного мікрохвильового фону (CMB), реліктового випромінювання з Великого вибуху, використовуючи дані місії Планка. Ми порівняли реальний CMB з нашими прогнозами щодо того, як він виглядатиме в анізотропній всесвіті. Після цього пошуку ми зробили висновок про відсутність доказів для цих зразків і що припущення про те, що Всесвіт є ізотропним у великих масштабах, є хорошим.
В основному, їх результати показали, що існує лише 1 на 121 000 шанс, що Всесвіт є анізотропним. Іншими словами, дані свідчать про те, що Всесвіт розширюється у всіх напрямках рівномірно, тим самим усуваючи будь-які сумніви щодо того, що вони мають будь-яке фактичне відчуття спрямування у великих масштабах.
І певним чином це трохи розчаровує, оскільки Всесвіт, який не є однорідним і однаковим у всіх напрямках, призведе до набору рішень польових рівнянь Ейнштейна. Самі по собі ці рівняння не нав'язують ніякого симетрії просторовому часу, але Стандартна модель (до якої вони входять) дійсно приймає гомогенність як якусь задану.
Ці рішення відомі як моделі Біанкі, які були запропоновані італійським математиком Луїджі Біанкі в кінці 19 століття. Ці алгебраїчні теорії, які можна застосувати до тривимірного простору часу, отримують, будучи менш обмежуючими, і таким чином дозволяють створити Всесвіт, який є анізотропним.
З іншого боку, дослідження, проведене Сааде, Фіні та їх колегами, показало, що одне з головних припущень, на яких спираються наші сучасні космологічні моделі, справді правильне. Роблячи це, вони також забезпечили необхідне відчуття наближення до тривалої дискусії.
"В останні десять років великі дискусії навколо того, чи були ознаки масштабної анізотропії, що ховається в РМЗ", - сказав Сааде. «Якби Всесвіт була анізотропною, нам потрібно було б переглянути багато наших розрахунків щодо її історії та змісту. Високоякісні дані Планка отримали золоту нагоду провести цю перевірку стану здоров'я за стандартною моделлю космології, і хороша новина полягає в тому, що це безпечно ».
Тож наступного разу, коли ви опинитесь на нічному небі, згадайте ... це розкіш, яку ви маєте, лише коли стоїте на Землі. Там - це цілий «північний бал! Тож насолоджуйтесь цією річчю, яку ми називаємо «напрямком», коли і де ви можете.
Не забудьте переглянути цю анімацію, створену командою UCL, яка ілюструє дані CMB місії Planck:
