Směr je něco, na co jsme si lidé zvyklí. Žijeme v našem přátelském pozemském prostředí, jsme zvyklí vidět věci z hlediska nahoru a dolů, doleva a doprava, dopředu nebo dozadu. A náš referenční rámec je pevný a nemění se, pokud se nepřesuneme nebo se nepřestáváme pohybovat. Ale co se týče kosmologie, věci se trochu komplikují.
Kosmologové již dlouho věří, že vesmír je homogenní a izotropní - tj. V zásadě stejný ve všech směrech. V tomto smyslu neexistuje nic jako „nahoru“ nebo „dolů“, pokud jde o vesmír, pouze referenční body, které jsou zcela relativní. A díky nové studii vědců z University College London se tento názor ukázal jako správný.
Pro účely studie nazvané „Jak je isotropický vesmír?“ Použil výzkumný tým průzkumná data z Kosmického mikrovlnného pozadí (CMB) - tepelné záření zbylé z Velkého třesku. Tato data byla získána kosmickou lodí Planck ESA v letech 2009 až 2013.
Tým jej poté analyzoval pomocí superpočítače, aby určil, zda existují nějaké polarizační vzorce, které by naznačovaly, zda má prostor „upřednostňovaný směr“ expanze. Účelem tohoto testu bylo zjistit, zda je jeden ze základních předpokladů, které jsou základem nejrozšířenějšího kosmologického modelu, ve skutečnosti správný.
První z těchto předpokladů je, že vesmír byl vytvořen Velkým třeskem, který je založen na objevu, že vesmír je ve stavu expanze, a objevu Kosmického mikrovlnného pozadí. Druhým předpokladem je, že prostor je homogenní a istropický, což znamená, že neexistují žádné velké rozdíly v distribuci hmoty ve velkých měřítcích.
Tato víra, která je známá také jako kosmologický princip, je částečně založena na Copernicanově principu (který uvádí, že Země nemá ve vesmíru zvláštní místo) a Einsteinově teorii relativity - která prokázala, že měření setrvačnosti v jakémkoli systému je relativní pozorovateli.
Tato teorie vždy měla svá omezení, protože hmota není zjevně rovnoměrně distribuována v menších měřítcích (tj. Hvězdné systémy, galaxie, klastry galaxií atd.). Kosmologové však argumentovali tím, že fluktuace v malém měřítku jsou způsobeny kvantovými fluktuacemi, ke kterým došlo na počátku vesmíru, a že struktura velkého měřítka je homogenní.
Vědci se snažili zjistit, zda je to ve skutečnosti správné, hledáním fluktuací v nejstarším světle ve vesmíru. V posledních třiceti letech byla tato měření prováděna několika misemi, jako je mise Cosmic Background Explorer (COBE), Wilkinsonova mikrovlnná anizotropní sonda (WMAP) a Planckova kosmická loď.
Pro jejich studium se výzkumný tým UCL - vedený Danielou Saadeh a Stephenem Feeneyem - díval na věci trochu jinak. Místo hledání nerovnováhy v mikrovlnném pozadí hledali známky toho, že by prostor mohl mít upřednostňovaný směr expanze a jak by se tyto mohly otisknout na CMB.
Jak Daniela Saadeh - studentka doktorského studia na UCL a hlavní autorka na papíře - řekla časopisu Space Magazine e-mailem:
"Analyzovali jsme teplotu a polarizaci kosmického mikrovlnného pozadí (CMB), reliktního záření z Velkého třesku, pomocí dat z Planckovy mise. Srovnali jsme skutečnou CMB s našimi předpovědi, jak by to vypadalo v anisotropním vesmíru. Po tomto hledání jsme dospěli k závěru, že pro tyto vzorce neexistují žádné důkazy a že předpoklad, že vesmír je izotropní ve velkých měřítcích, je dobrý. “
Jejich výsledky v podstatě ukázaly, že existuje pouze 1 ze 121 000 šancí, že vesmír je anizotropní. Jinými slovy, důkaz naznačuje, že vesmír se ve všech směrech rovnoměrně rozšiřuje, čímž se odstraní jakékoli pochybnosti o tom, že se jedná o skutečný smysl pro směr ve velkém měřítku.
A určitě je to trochu zklamáním, protože vesmír, který není homogenní a stejný ve všech směrech, by vedl k souboru řešení Einsteinových polních rovnic. Samy tyto rovnice nezavádějí žádnou symetrii na prostorový čas, ale standardní model (jehož jsou součástí) nepřijímá homogenitu jako určitý druh.
Tato řešení jsou známá jako modely Bianchi, které navrhl italský matematik Luigi Bianchi na konci 19. století. Tyto algebraické teorie, které lze aplikovat na trojrozměrný časoprostor, jsou získány tím, že jsou méně restriktivní, a umožňují tak vznik vesmíru, který je anizotropní.
Na druhé straně studie provedená Saadehem, Feeneyem a jejich kolegy ukázala, že jeden z hlavních předpokladů, na kterých spočívají naše současné kosmologické modely, je skutečně správný. Přinášejí také tolik potřebný pocit bližší k dlouhodobé debatě.
"V posledních deseti letech se hodně diskutovalo o tom, zda se v CMB skrývají známky velké anizotropie," řekl Saadeh. "Kdyby byl vesmír anizotropní, museli bychom revidovat mnoho našich výpočtů o jeho historii a obsahu." Kvalitní údaje společnosti Planck přišly se zlatou příležitostí provést tuto kontrolu stavu standardního modelu kosmologie a dobrá zpráva je, že je bezpečná. “
Až příště zjistíte, že se díváte na noční oblohu, pamatujte ... to je luxus, který máte, jen když stojíte na Zemi. Venku je to celá další notová hra! Takže si užijte tuto věc, kterou nazýváme „směr“, kdy a kde můžete.
A nezapomeňte se podívat na tuto animaci vytvořenou týmem UCL, která ilustruje data CMB mise Planck:
