Suund on asi, millega oleme inimesed üsna harjunud. Elades oma sõbralikus maapealses keskkonnas, oleme harjunud nägema asju üles-alla, vasakule ja paremale, ette või taha. Ja meie jaoks on meie tugiraamistik fikseeritud ega muutu, välja arvatud juhul, kui me kolime või liigume. Kuid kui rääkida kosmoloogiast, siis lähevad asjad pisut keerukamaks.
Kosmoloogid on pikka aega hoidnud usku, et universum on homogeenne ja isotroopne - st põhimõtteliselt ühesugune kõigis suundades. Selles mõttes ei ole kosmose puhul sellist asja nagu “üles” või “alla”, ainult täiesti suhtelised tugipunktid. Ja tänu Londoni ülikooli kolledži teadlaste uuele uuringule on see seisukoht osutunud õigeks.
Uuringu pealkirjaga “Kui isotroopne on universum?” Huvides kasutas uurimisrühm kosmilise mikrolaine fooni (CMB) - suurest paugust üle jäänud soojuskiirguse - uuringuandmeid. Need andmed saadi ESA kosmoselaeva Planck poolt aastatel 2009–2013.
Seejärel analüüsis meeskond seda superarvuti abil, et teha kindlaks, kas leidus polarisatsioonimustreid, mis osutaksid, kas ruumis on laienemise „eelistatud suund“. Selle testi eesmärk oli teada saada, kas üks kõige laialdasemalt aktsepteeritud kosmoloogilise mudeli aluseks olevatest põhieeldustest on tõepoolest õige.
Esimene neist eeldustest on see, et Universumi lõi Suur Pauk, mis põhineb avastusel, et Universum on laienemisseisundil, ja kosmilise mikrolaine fooni avastusel. Teine eeldus on, et ruum on homogeenne ja istroopiline, mis tähendab, et aine jaotuses suurtes mõõtkavas pole suuri erinevusi.
See usk, mida nimetatakse ka kosmoloogiliseks põhimõtteks, põhineb osaliselt Koperniku printsiibil (mis väidab, et Maal pole universumis erilist kohta) ja Einsteini relatiivsusteoorial - mis näitas, et inertsuse mõõtmine mis tahes süsteemis on suhteline vaatlejale.
Sellel teoorial on alati olnud oma piirangud, kuna mateeria pole väiksemates mõõtkavades (st tähesüsteemid, galaktikad, galaktikaparved jne) ühtlaselt jaotunud. Kuid kosmoloogid on selle ümber väitnud, öeldes, et väikese ulatuse kõikumised on tingitud varases universumis aset leidnud kvantkõikumistest ja suuremahuline struktuur on homogeenne.
Otsides kõikumisi Universumi vanimas valguses, on teadlased püüdnud kindlaks teha, kas see on tõepoolest õige. Viimase kolmekümne aasta jooksul on sedalaadi mõõtmisi läbi viinud mitmed missioonid, näiteks kosmilise taustauurija (COBE) missioon, Wilkinsoni mikrolaine anisotroopiaandur (WMAP) ja Plancki kosmoselaev.
UCLi uurimisrühm - eesotsas Daniela Saadehi ja Stephen Feeneyga - vaatas nende uurimise huvides asju pisut teistmoodi. Mikrolaine taustal tasakaalustamatuse otsimise asemel otsisid nad märke selle kohta, kas kosmosel võiks olla eelistatav laienemissuund ja kuidas need võiksid end CMB-le jäljendada.
Nagu Daniela Saadeh - UCL-i doktorant ja paberkandjal juhtautor - rääkis ajakirjale Space Magazine e-postiga:
“Analüüsisime Suure Paugu kosmilise mikrolaine fooni (CMB) temperatuuri ja polarisatsiooni, kasutades Plancki missiooni andmeid. Võrdlesime tõelist CMB-d oma ennustustega selle kohta, milline see välja näeks anisotroopilises universumis. Pärast seda otsimist jõudsime järeldusele, et nende mustrite kohta pole mingeid tõendeid ja eeldus, et universum on suurtes skaalades isotroopne, on hea. ”
Põhimõtteliselt näitasid nende tulemused, et universum on anisotroopne ainult 1 juhul 121 000-st. Teisisõnu, tõendusmaterjal näitab, et Universum on laienenud kõikides suundades ühtlaselt, eemaldades seega igasugused kahtlused nende tegeliku suunataju kohta suures plaanis.
Ja mõnes mõttes on see natuke pettumust valmistav, kuna universum, mis pole homogeenne ja ühesugune kõigis suundades, viiks lahendusteni Einsteini väljavõrrandites. Need võrrandid iseenesest ei sea ruumi aja suhtes sümmeetriat, kuid standardmudel (mille osa nad on) aktsepteerib homogeensust omamoodi etteandena.
Neid lahendusi tuntakse Bianchi mudelitena, mille pakkus välja 19. sajandi lõpus Itaalia matemaatik Luigi Bianchi. Need algebralised teooriad, mida saab rakendada kolmemõõtmelises kosmoseajas, saadakse vähem piiravatena ja võimaldavad seega anisotroopset universumit.
Teisest küljest on Saadehi, Feeney ja nende kolleegide tehtud uuring näidanud, et üks peamisi eeldusi, millel meie praegused kosmoloogilised mudelid toetuvad, on tõepoolest õige. Seejuures on nad andnud ka vajamineva lähenemise pikaajalisele arutelule.
"Viimase kümne aasta jooksul on olnud tõsiseid arutelusid selle üle, kas KMA-s varitsesid ulatuslikud anisotroopiad," ütles Saadeh. „Kui universum oleks anisotroopne, peaksime läbi vaatama paljud arvutused selle ajaloo ja sisu kohta. Plancki kvaliteetsete andmetega kaasnes kuldne võimalus teha see kosmoloogia standardmudeli tervisekontroll ja hea uudis on see, et see on ohutu. ”
Nii et järgmine kord, kui leiate end öötaevast üles vaatamas, pidage meeles ... see on luksus, mis teil on ainult Maa peal seismise ajal. Seal on terve 'kuulus pallimäng! Nii et nautige seda asja, mida me nimetame suunaks, millal ja kus saate.
Ja vaadake kindlasti seda UCL-i meeskonna toodetud animatsiooni, mis illustreerib Plancki missiooni CMB-andmeid:
