Az irányítás valami olyan, amire az emberek már nagyon megszokták. Barátságos földi környezetünkben élünk, és hozzá vagyunk szokva látni a dolgokat felfelé és lefelé, balra és jobbra, előre vagy hátra. És nekünk a referenciakeretünk rögzített, és nem változik, hacsak nem költözünk vagy nem költözünk hozzá. De amikor a kozmológiát illeti, a dolgok egy kicsit bonyolultabbá válnak.
A kozmológusok már hosszú ideje azt hitték, hogy a világegyetem homogén és izotróp - azaz alapvetően azonos minden irányban. Ebben az értelemben nincs olyan helyzet, mint „fel” vagy „le”, amikor a térről beszélünk, csak a viszonyítási pontok teljesen relatívak. És a University University London kutatói által készített új tanulmánynak köszönhetően ez a nézet helyesnek bizonyult.
A „Mennyire izotróp az univerzum?” Című tanulmányuk érdekében a kutatócsoport a Kozmikus Mikrohullámú Háttér (CMB) felmérési adatait használta - a nagy robbanásból megmaradt termikus sugárzás. Ezeket az adatokat az ESA Planck űrhajója szerezte be 2009 és 2013 között.
A csoport ezt követően egy szuperszámítógép segítségével elemezte, hogy van-e olyan polarizációs mintázat, amely jelzi, hogy a térnek van-e egy "preferált iránya" a tágulásra. Ennek a tesztnek a célja az volt, hogy megvizsgálja, hogy a legszélesebb körben elfogadott kozmológiai modell egyik alapvető feltételezése valóban helyes-e.
Ezen feltevések közül az első az, hogy az Univerzumot a Nagyrobbanás hozta létre, amely azon a felismerésen alapul, hogy az Univerzum expanziós állapotban van, és a Kozmikus Mikrohullámú Háttér felfedezésén alapul. A második feltevés az, hogy a tér homogén és izotóp, vagyis az anyag nagyobjektum-eloszlásában nincsenek különbségek.
Ez a hit, amelyet kozmológiai alapelvnek is neveznek, részben a kopernikusi alapelven (amely kimondja, hogy a Földnek nincs különleges helye az univerzumban) és Einstein relativitáselméletén - amely bebizonyította, hogy a tehetetlenség mérése bármely rendszerben relatív a megfigyelő felé.
Ennek az elméletnek mindig megvannak a korlátai, mivel az anyag nyilvánvalóan nem egyenletesen oszlik meg kisebb léptékben (azaz csillagrendszerek, galaxisok, galaxiscsoportok stb.). Ennek ellenére a kozmológusok azzal érveltek, hogy a kis léptékű ingadozások a korai világegyetemben bekövetkezett kvantumingadozásoknak tudhatók be, és hogy a nagy léptékű szerkezet homogén.
Az univerzum legrégebbi fényében bekövetkező ingadozások keresésével a tudósok megpróbálták megállapítani, hogy ez valóban helyes-e. Az elmúlt harminc évben az ilyen típusú méréseket többféle misszió hajtotta végre, mint például a Cosmic Background Explorer (COBE) misszió, a Wilkinson mikrohullámú anizotrópia szonda (WMAP) és a Planck űrhajó.
Tanulmányaik érdekében az UCL kutatócsoportja - Daniela Saadeh és Stephen Feeney vezetésével - kissé másképp nézett a dolgokra. A mikrohullámú háttér egyensúlyhiányának keresése helyett jeleket kerestek arra vonatkozóan, hogy a térnek lehet-e kedvezőbb kiterjedési iránya, és hogy ezek miként nyomtathatják magukat a CMB-re.
Ahogy Daniela Saadeh - az UCL doktorandusa és az író író - e-mailben mondta a Space Magazine-nak:
„A Planck-misszió adatainak felhasználásával elemeztük a kozmikus mikrohullámú háttér (CMB) hőmérsékletét és polarizációját, a Big Bangból származó relikviás sugárzást. Összehasonlítottuk a valódi CMB-t az előrejelzéseinkkel, hogy néz ki az anizotropikus univerzumban. E kutatás után arra a következtetésre jutottunk, hogy ezekre a mintákra nincs bizonyíték, és jó az a feltevés, hogy az Univerzum nagy léptékben izotróp.
Eredményeik alapvetően azt mutatták, hogy csak egy az 1: 121 000-ből annak esélyében, hogy az univerzum anizotróp. Más szavakkal, a bizonyítékok azt mutatják, hogy az Univerzum minden irányban egyenletesen bővült, ily módon kiküszöbölve minden kétséget, hogy azok valóban milyen irányú-e a nagy léptékben.
És bizonyos értelemben ez kissé kiábrándító, mivel egy nem homogén és minden irányban azonos világegyetem megoldások készítéséhez vezetne Einstein mezőbeli egyenleteihez. Ezek az egyenletek önmagukban nem vezetnek szimmetriákat a téridőre, ám a standard modell (amelynek részét képezik) a homogenitást egyfajta megadottként fogadja el.
Ezeket a megoldásokat Bianchi modelleknek nevezik, amelyeket Luigi Bianchi olasz matematikus javasolt a 19. század végén. Ezeket az algebrai elméleteket, amelyek alkalmazhatók a háromdimenziós téridőre, kevésbé korlátozó módon érik el, és így lehetővé teszik egy anizotróp univerzum létrehozását.
Másrészről, Saadeh, Feeney és munkatársaik által végzett tanulmány kimutatta, hogy az egyik legfontosabb feltételezés, amelyre a jelenlegi kozmológiai modellünk támaszkodik, valóban helyes. Ennek során egy nagyon szükséges érzést adtak a közelebbről a hosszú távú vitához.
"Az elmúlt tíz évben komoly vita zajlott arról, hogy vannak-e jelek a CMB-ben elterjedt nagymértékű anizotropia" - mondta Saadeh. „Ha az univerzum anizotróp lenne, felül kellene vizsgálnunk sok történelemmel és tartalommal kapcsolatos számításunkat. A Planck magas színvonalú adatai aranyos lehetőséget jelentettek arra, hogy elvégezzék ezt az egészségügyi ellenőrzést a kozmológia szokásos modelljében, és a jó hír az, hogy biztonságos.
Tehát, amikor legközelebb az éjszakai égboltra nézi magát, ne feledje ... ez egy olyan luxus, amelyet csak akkor élsz, amikor a Földön állsz. Odakint, ez egy egész 'gördülőjáték! Tehát élvezze ezt a dolgot, amelyet „iránynak” hívunk, amikor és hol lehet.
És feltétlenül nézd meg ezt az UCL-csapat által készített animációt, amely szemlélteti a Planck küldetésének CMB-adatait:
