Η κατεύθυνση είναι κάτι που έχουμε συνηθίσει οι άνθρωποι. Ζώντας στο φιλικό επίγειο περιβάλλον μας, έχουμε συνηθίσει να βλέπουμε τα πράγματα από πάνω και κάτω, αριστερά και δεξιά, προς τα εμπρός ή προς τα πίσω. Και για εμάς, το πλαίσιο αναφοράς μας είναι σταθερό και δεν αλλάζει, εκτός αν κινούμαστε ή είμαστε σε διαδικασία μετακίνησης. Όμως, όσον αφορά την κοσμολογία, τα πράγματα γίνονται λίγο πιο περίπλοκα.
Για πολύ καιρό τώρα, οι κοσμολόγοι έχουν την πεποίθηση ότι το σύμπαν είναι ομοιογενές και ισοτροπικό - δηλαδή ουσιαστικά το ίδιο σε όλες τις κατευθύνσεις. Υπό αυτήν την έννοια, δεν υπάρχει κάτι «πάνω» ή «κάτω» όταν πρόκειται για το διάστημα, μόνο σημεία αναφοράς που είναι εντελώς σχετικά. Και χάρη σε μια νέα μελέτη ερευνητών από το University College London, η άποψη αυτή έχει αποδειχθεί σωστή.
Για χάρη της μελέτης τους, με τίτλο «Πόσο ισοτροπικό είναι το Σύμπαν;», η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε δεδομένα έρευνας του Cosmic Microwave Background (CMB) - τη θερμική ακτινοβολία που απομένει από το Big Bang. Αυτά τα δεδομένα αποκτήθηκαν από το διαστημικό σκάφος Planck της ESA μεταξύ 2009 και 2013.
Στη συνέχεια, η ομάδα το ανέλυσε χρησιμοποιώντας έναν υπερυπολογιστή για να προσδιορίσει εάν υπήρχαν μοτίβα πόλωσης που θα έδειχναν εάν ο χώρος έχει μια «προτιμώμενη κατεύθυνση» επέκτασης. Ο σκοπός αυτής της δοκιμής ήταν να δούμε αν μία από τις βασικές παραδοχές που βασίζονται στο πιο ευρέως αποδεκτό κοσμολογικό μοντέλο είναι στην πραγματικότητα σωστή.
Η πρώτη από αυτές τις παραδοχές είναι ότι το Σύμπαν δημιουργήθηκε από το Big Bang, το οποίο βασίζεται στην ανακάλυψη ότι το Σύμπαν βρίσκεται σε κατάσταση επέκτασης και στην ανακάλυψη του Κοσμικού Φόντου Μικροκυμάτων. Η δεύτερη υπόθεση είναι ότι ο χώρος είναι ομοιογενής και ιστροπικός, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχουν σημαντικές διαφορές στην κατανομή της ύλης σε μεγάλες κλίμακες.
Αυτή η πεποίθηση, η οποία είναι επίσης γνωστή ως Κοσμολογική Αρχή, βασίζεται εν μέρει στην Κοπερνική Αρχή (η οποία δηλώνει ότι η Γη δεν έχει ιδιαίτερη θέση στο Σύμπαν) και στη Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν - η οποία απέδειξε ότι η μέτρηση της αδράνειας σε οποιοδήποτε σύστημα είναι σχετική στον παρατηρητή.
Αυτή η θεωρία είχε πάντα τους περιορισμούς της, καθώς η ύλη σαφώς δεν κατανέμεται ομοιόμορφα σε μικρότερες κλίμακες (δηλαδή συστήματα αστεριών, γαλαξίες, σμήνη γαλαξιών κ.λπ.). Ωστόσο, οι κοσμολόγοι έχουν υποστηρίξει γύρω από αυτό λέγοντας ότι οι διακυμάνσεις σε μικρή κλίμακα οφείλονται σε κβαντικές διακυμάνσεις που σημειώθηκαν στο πρώιμο Σύμπαν, και ότι η δομή μεγάλης κλίμακας είναι ομοιογένεια.
Ψάχνοντας για διακυμάνσεις στο παλαιότερο φως του Σύμπαντος, οι επιστήμονες προσπαθούν να προσδιορίσουν εάν αυτό είναι στην πραγματικότητα σωστό. Τα τελευταία τριάντα χρόνια, τέτοιου είδους μετρήσεις έχουν πραγματοποιηθεί από πολλαπλές αποστολές, όπως η αποστολή Cosmic Background Explorer (COBE), το Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) και το διαστημικό σκάφος Planck.
Για χάρη της μελέτης τους, η ερευνητική ομάδα του UCL - με επικεφαλής τη Daniela Saadeh και τον Stephen Feeney - εξέτασε τα πράγματα λίγο διαφορετικά. Αντί να ψάχνουν για ανισορροπίες στο φούρνο μικροκυμάτων, έψαχναν για ενδείξεις ότι ο χώρος θα μπορούσε να έχει μια προτιμώμενη κατεύθυνση επέκτασης και πώς αυτά θα μπορούσαν να αποτυπωθούν στο CMB.
Όπως είπε η Daniela Saadeh - φοιτητής διδακτορικού στο UCL και επικεφαλής συγγραφέας στο περιοδικό Space Magazine μέσω email:
«Αναλύσαμε τη θερμοκρασία και την πόλωση του κοσμικού φόντου μικροκυμάτων (CMB), ένα λείψανο ακτινοβολίας από το Big Bang, χρησιμοποιώντας δεδομένα από την αποστολή Planck. Συγκρίναμε το πραγματικό CMB με τις προβλέψεις μας για το πώς θα μοιάζει με ένα ανισότροπο σύμπαν. Μετά από αυτήν την αναζήτηση, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι δεν υπάρχουν στοιχεία για αυτά τα μοτίβα και ότι η υπόθεση ότι το Σύμπαν είναι ισοτροπικό σε μεγάλες κλίμακες είναι καλή. "
Βασικά, τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι υπάρχει μόνο 1 στις 121 000 πιθανότητες ότι το Σύμπαν είναι ανισότροπο. Με άλλα λόγια, τα στοιχεία δείχνουν ότι το Σύμπαν επεκτείνεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, εξαλείφοντας έτσι τις αμφιβολίες σχετικά με την πραγματική αίσθηση κατεύθυνσής τους σε μεγάλη κλίμακα.
Και κατά κάποιο τρόπο, αυτό είναι λίγο απογοητευτικό, καθώς ένα Σύμπαν που δεν είναι ομοιογενές και το ίδιο σε όλες τις κατευθύνσεις θα οδηγούσε σε ένα σύνολο λύσεων στις εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν. Από μόνες τους, αυτές οι εξισώσεις δεν επιβάλλουν συμμετρίες στο χωροχρόνο, αλλά το Πρότυπο Μοντέλο (από το οποίο αποτελούν μέρος) δέχεται την ομοιογένεια ως ένα είδος δεδομένης.
Αυτές οι λύσεις είναι γνωστές ως μοντέλα Bianchi, τα οποία προτάθηκαν από τον Ιταλό μαθηματικό Luigi Bianchi στα τέλη του 19ου αιώνα. Αυτές οι αλγεβρικές θεωρίες, οι οποίες μπορούν να εφαρμοστούν στον τρισδιάστατο χωροχρόνο, αποκτώνται με το να είναι λιγότερο περιοριστικές και έτσι επιτρέπουν ένα Σύμπαν που είναι ανισότροπο.
Από την άλλη πλευρά, η μελέτη που πραγματοποιήθηκε από τους Saadeh, Feeney και τους συναδέλφους τους έδειξε ότι μία από τις βασικές παραδοχές στις οποίες βασίζονται τα σημερινά κοσμολογικά μοντέλα μας είναι πράγματι σωστή. Με αυτόν τον τρόπο, έδωσαν επίσης μια πολύ απαραίτητη αίσθηση πιο κοντά σε μια μακροπρόθεσμη συζήτηση.
«Τα τελευταία δέκα χρόνια υπήρξε σημαντική συζήτηση σχετικά με το εάν υπήρχαν σημάδια μεγάλης κλίμακας ανισοτροπίας που κρύβονται στο CMB», δήλωσε ο Saadeh. «Εάν το Σύμπαν ήταν ανισότροπο, θα χρειαζόταν να αναθεωρήσουμε πολλούς από τους υπολογισμούς μας σχετικά με την ιστορία και το περιεχόμενό του. Τα δεδομένα υψηλής ποιότητας του Planck ήρθαν με μια χρυσή ευκαιρία να πραγματοποιήσετε αυτόν τον έλεγχο υγείας στο πρότυπο μοντέλο της κοσμολογίας και τα καλά νέα είναι ότι είναι ασφαλές. "
Έτσι την επόμενη φορά που θα κοιτάτε τον νυχτερινό ουρανό, θυμηθείτε ... αυτό είναι μια πολυτέλεια που έχετε μόνο όταν στέκεστε στη Γη. Εκεί, είναι ένα ολόκληρο «nother ballgame! Απολαύστε λοιπόν αυτό το πράγμα που ονομάζουμε «κατεύθυνση» πότε και πού μπορείτε.
Και φροντίστε να δείτε αυτό το κινούμενο σχέδιο που παράγεται από την ομάδα UCL, το οποίο απεικονίζει τα δεδομένα CMB της αποστολής Planck:
