Suunta on jotain mitä me ihmiset olemme melko tottuneet. Ystävällisessä maanpäällisessä ympäristössämme olemme tottuneet näkemään asioita ylös ja alas, vasemmalle ja oikealle, eteenpäin tai taaksepäin. Ja meille viitekehyksemme on kiinteä eikä muutu, ellemme siirry tai olemme muuttamisprosessissa. Mutta kosmologian suhteen asiat muuttuvat hieman monimutkaisemmiksi.
Kosmologit ovat jo pitkään uskoneet, että maailmankaikkeus on homogeeninen ja isotrooppinen - ts. Periaatteessa sama kaikissa suunnissa. Tässä mielessä avaruudessa ei ole sellaista asiaa kuin “ylös” tai “alas”, vain vertailupisteet, jotka ovat täysin suhteellisia. Ja Lontoon University College: n tutkijoiden uuden tutkimuksen ansiosta tämä näkemys on osoitettu olevan oikea.
Tutkimusryhmä käytti tutkimuksensa, jonka otsikko on ”Kuinka isotrooppinen on maailmankaikkeus?”, Käyttöä kosmisen mikroaaltotaustan (CMB) - suuresta räjähdyksestä jäljelle jääneen lämpö säteilyn - tutkimustietoja. Nämä tiedot hankittiin ESAn Planck-avaruusalukselta vuosina 2009–2013.
Ryhmä analysoi sen jälkeen supertietokonetta määrittääkseen, oliko polarisaatiomalleja, jotka osoittaisivat, onko avaruudessa "ensisijainen laajenemissuunta". Tämän testin tarkoituksena oli nähdä, onko yksi laajimmin hyväksytyn kosmologisen mallin taustalla olevista perusoletuksista oikein.
Ensimmäinen näistä oletuksista on, että maailmankaikkeuden loi iso räjähdys, joka perustuu havaitsemiseen, että maailmankaikkeus on laajentumisen tilassa, ja kosmisen mikroaaltotaustan löytämiseen. Toinen oletus on, että tila on homogeeninen ja istrooppinen, mikä tarkoittaa, että aineen jakautumisessa suurten mittojen välillä ei ole suuria eroja.
Tämä usko, joka tunnetaan myös nimellä kosmologinen periaate, perustuu osittain Kopernikalaisen periaatteeseen (jonka mukaan maapallolla ei ole erityistä paikkaa maailmankaikkeudessa) ja Einsteinin suhteellisuusteoriaan - joka osoitti, että inertian mittaus missä tahansa järjestelmässä on suhteellista tarkkailijalle.
Tällä teorialla on aina ollut rajoituksensa, koska aine ei selvästikään ole jakautunut tasaisesti pienemmissä mittakaavoissa (ts. Tähtijärjestelmät, galaksit, galaksiklusterit jne.). Kosmologit ovat kuitenkin väittäneet tämän sanomalla, että pienen mittakaavan heilahtelu johtuu varhaisessa universumissa tapahtuneista kvanttivaihteluista ja että suuren mittakaavan rakenne on homogeeninen.
Tutkimalla vaihteluita maailmankaikkeuden vanhimmassa valossa, tutkijat ovat yrittäneet selvittää, onko tämä todellakin oikein. Viimeisen kolmenkymmenen vuoden aikana tämäntyyppisiä mittauksia on suoritettu useilla operaatioilla, kuten Cosmic Background Explorer (COBE), Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) ja Planck-avaruusalus.
UCL-tutkimusryhmä - jota johtivat Daniela Saadeh ja Stephen Feeney - tarkastelivat tutkimustaan asioihin hieman eri tavalla. Mikroaaltouuni-taustan epätasapainon etsimisen sijasta he etsivät merkkejä siitä, että avaruudessa voisi olla suositeltava laajenemissuunta ja miten nämä voisivat painaa itsensä CMB: hen.
Kuten Daniela Saadeh - UCL: n jatko-opiskelija ja paperin pääkirjailija - kertoi Space Magazinelle sähköpostitse:
”Analysoimme kosmisen mikroaaltouuni-taustan (CMB) lämpötilaa ja polarisaatiota, Big Bangista muodostuvaa reliktiivistä säteilyä, käyttämällä Planck-operaation tietoja. Vertaisimme todellista CMB: tä ennusteidemme kanssa, miltä se näyttää anisotrooppisessa universumissa. Tämän tutkimuksen jälkeen päätelimme, että näille malleille ei ole näyttöä ja että oletus siitä, että maailmankaikkeus on isotrooppinen suurissa mittakaavoissa, on hyvä. "
Periaatteessa niiden tulokset osoittivat, että on vain yksi mahdollisuus 121 000: sta, että maailmankaikkeus on anisotrooppinen. Toisin sanoen todisteet osoittavat, että maailmankaikkeus on laajentunut kaikkiin suuntiin tasaisesti, poistaen siten epäilykset siitä, ovatko ne todellisia suuntaustietoja laajassa mittakaavassa.
Ja tavallaan tämä on hieman pettymys, koska maailmankaikkeus, joka ei ole homogeeninen ja sama kaikissa suunnissa, johtaisi joukko ratkaisuja Einsteinin kenttäyhtälöihin. Nämä yhtälöt eivät sinällään aseta mitään symmetrioita avaruusaikaan, mutta standardimalli (jonka ne ovat osa) hyväksyy homogeenisuuden eräänlaisena annettuna.
Nämä ratkaisut tunnetaan nimellä Bianchi-mallit, joita italialainen matemaatikko Luigi Bianchi ehdotti 1800-luvun lopulla. Nämä algebralliset teoriat, joita voidaan soveltaa kolmiulotteiseen avaruusaikaan, saadaan olemalla vähemmän rajoittavia, ja sallivat siten anisotrooppisen maailmankaikkeuden.
Toisaalta Saadehin, Feeneyn ja heidän työtovereidensa suorittama tutkimus on osoittanut, että yksi pääoletuksista, joihin nykyiset kosmologiset mallimme tukeutuvat, on todella oikea. Näin toimiessaan he ovat tarjonneet myös kaivatun käsityksen lähemmäksi pitkäaikaista keskustelua.
"Viimeisen kymmenen vuoden aikana on käyty huomattavaa keskustelua siitä, onko CMB: ssä varjoa merkkejä laaja-alaisesta anisotroopiasta", sanoi Saadeh. ”Jos maailmankaikkeus olisi anisotrooppista, meidän on tarkistettava monia laskelmaamme sen historiasta ja sisällöstä. Planckin korkealaatuisilla tiedoilla oli kultainen tilaisuus suorittaa tämä terveystarkastus kosmologian vakiomallilla, ja hyvä uutinen on, että se on turvallinen. "
Joten seuraavan kerran, kun huomaat katseesi yötaivaalta, muista ... se on ylellisyyttä, joka sinulla on vain seisotessasi maan päällä. Siellä, se on koko 'nother ballgame! Joten nauti tästä asiasta, jota kutsumme "suuntaan" milloin ja missä voit.
Ja muista tutustua tähän UCL-ryhmän tuottamaan animaatioon, joka kuvaa Planck-operaation CMB-tietoja:
