Retning er noget, vi mennesker er temmelig vant til. Vi lever i vores venlige, landlige miljø, og vi er vant til at se ting udtrykt som op og ned, venstre og højre, fremad eller bagud. Og for os er vores referenceramme fast og ændres ikke, medmindre vi flytter eller er i færd med at flytte. Men når det kommer til kosmologi, bliver tingene lidt mere komplicerede.
I lang tid har kosmologer troet på, at universet er homogent og isotropisk - dvs. grundlæggende det samme i alle retninger. I denne forstand er der ikke noget som "op" eller "ned" når det kommer til rummet, kun referencesteder, der er helt relative. Og takket være en ny undersøgelse foretaget af forskere fra University College London har det vist sig at være korrekt.
Af hensyn til deres undersøgelse med titlen ”Hvordan er isotropisk er universet?” Brugte forskerteamet undersøgelsesdata for den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB) - den termiske stråling, der blev tilbage fra Big Bang. Disse data blev indhentet af ESAs Planck-rumfartøj mellem 2009 og 2013.
Holdet analyserede det derefter ved hjælp af en supercomputer til at bestemme, om der var nogen polarisationsmønstre, der ville indikere, om rummet har en "foretrukken retning for udvidelse". Formålet med denne test var at se, om en af de grundlæggende antagelser, der ligger til grund for den mest accepterede kosmologiske model, faktisk er korrekt.
Den første af disse antagelser er, at universet blev skabt af Big Bang, som er baseret på opdagelsen af, at universet er i en ekspansionstilstand, og opdagelsen af den kosmiske mikrobølgeovnbaggrund. Den anden antagelse er, at rummet er homogent og istropisk, hvilket betyder, at der ikke er nogen store forskelle i fordelingen af stof over store skalaer.
Denne tro, der også er kendt som det kosmologiske princip, er delvis baseret på det kopernikanske princip (hvor det hedder, at Jorden ikke har nogen særlig plads i universet) og Einsteins relativitetsteori - som demonstrerede, at måling af inerti i ethvert system er relativ til observatøren.
Denne teori har altid haft sine begrænsninger, da materien åbenlyst ikke er jævnt fordelt i mindre skalaer (dvs. stjernesystemer, galakser, galakseholdere osv.). Kosmologer har imidlertid argumenteret omkring dette ved at sige, at udsving i lille skala skyldes kvantefluktuationer, der opstod i det tidlige univers, og at den store skala er en homogenitet.
Ved at kigge efter udsving i universets ældste lys har forskere forsøgt at afgøre, om dette faktisk er korrekt. I de sidste tredive år er disse slags målinger blevet udført ved flere missioner, såsom Cosmic Background Explorer (COBE) -missionen, Wilkinson Microbølgeovn Anisotropy Probe (WMAP) og Planck-rumfartøjet.
Af hensyn til deres undersøgelse så UCL-forskerteamet - ledet af Daniela Saadeh og Stephen Feeney - på tingene lidt anderledes. I stedet for at søge efter ubalancer i mikrobølgebaggrunden, ledte de efter tegn på, at rummet kunne have en foretrukken retning for udvidelse, og hvordan disse kunne præge sig selv på CMB.
Som Daniela Saadeh - en ph.d.-studerende ved UCL og hovedforfatteren på papiret - fortalte Space Magazine via e-mail:
”Vi analyserede temperaturen og polarisationen af den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB), en relikviesstråling fra Big Bang, ved hjælp af data fra Planck-missionen. Vi sammenlignede den virkelige CMB med vores forudsigelser for, hvordan det ville se ud i et anisotropisk univers. Efter denne søgning konkluderede vi, at der ikke er noget bevis for disse mønstre, og at antagelsen om, at universet er isotropisk i store skalaer, er en god en. ”
Grundlæggende viste deres resultater, at der kun er en 1 til 121 000 chance for, at universet er anisotropisk. Med andre ord indikerer beviset, at universet har udvidet sig i alle retninger ensartet, og således fjernet enhver tvivl om, at de er en reel retning for retning i stor skala.
Og på en måde er dette lidt skuffende, da et univers, der ikke er homogent og det samme i alle retninger, ville føre til et sæt af løsninger til Einsteins feltligninger. I sig selv pålægger disse ligninger ingen symmetrier på rumtiden, men standardmodellen (som de er en del af) accepterer homogenitet som en slags given.
Disse løsninger er kendt som Bianchi-modellerne, som blev foreslået af den italienske matematiker Luigi Bianchi i slutningen af det 19. århundrede. Disse algebraiske teorier, som kan anvendes på tredimensional rumtid, opnås ved at være mindre restriktive og giver således mulighed for et univers, der er anisotropisk.
På den anden side har undersøgelsen udført af Saadeh, Feeney og deres kolleger vist, at en af de vigtigste antagelser, som vores nuværende kosmologiske modeller hviler på, faktisk er korrekt. Dermed har de også tilvejebragt en tiltrængt fornemmelse af tættere på en langvarig debat.
”I de sidste ti år har der været betydelig diskussion om, hvorvidt der var tegn på storstilet anisotropi, der lurer i CMB,” sagde Saadeh. ”Hvis universet var anisotropisk, ville vi skulle revidere mange af vores beregninger om dets historie og indhold. Planck-data af høj kvalitet kom med en gylden mulighed for at udføre denne sundhedskontrol af standardmodellen for kosmologi, og den gode nyhed er, at det er sikkert. ”
Så næste gang du finder dig selv kigger op på nattehimmelen, så husk ... det er en luksus, du kun har, mens du står på Jorden. Derude er det et helt 'nother ballgame! Så nyd denne ting, vi kalder "retning", når og hvor du kan.
Og sørg for at tjekke denne animation produceret af UCL-teamet, der illustrerer Planck-missionens CMB-data:
