Tyrimo išvada: esame pasimetę bekryptėje Visatoje

Pasirodo, mūsų sparčiai besiplečiančioje Visatoje, nėra „mėgiamos“ plėtimosi krypties – Visata į visas puses plečiasi lygiai tokia pat sparta. Ir nors tai gera naujiena dabartiniams kosmologiniams modeliams, Einšteino garsiosioms lauko lygtims tai nieko gero nežada.

Bet prieš imantis naujų duomenų nagrinėjimo, vertėtų prisiminti priešistorę.

Mokslininkai ilgai svarstė, kad Visata gali funkcionuoti vienu iš dviejų būdų: ji gali būti arba homogeniška ir izotropiška – iš esmės, vienoda visomis kryptimis – arba gali būti anizotropiška, tai yra, iš išorės gali atrodyti tolygi, bet iš tiesų turinti „mėgiamą“ kryptį.

Anizotropijos koncepciją galima panagrinėti, pasitelkiant deimanto kristalo pavydį. Kaip Adrian Cho aiškina Science žurnalui, deimanto kristalo tankis visur vienodas, bet jo atomai išsirikiavę tam tikra kryptimi ir išilgai šios krypties deimantas skyla lengviau.

Arba, tarkime, medžio pliauska – nepaisant kelių paviršiaus gumbelių ir plyšelių, tai vientisa medžiaga, vientisas medžio gabalas. Bet jis lengviau skyla išilgai medienos pluošto, nei skersai.

Kitaip tariant, anizotropija – kai kokios nors fizikinės savybės reikšmės priklausomybė nuo jos matavimo krypties.

Visatos anizotropiškumo idėja pasiūlyta, kilus įtarimams, kad Visata galbūt ne tokia homogeniška ir izotropiška, kaip manyta. Bet dabar atrodo, kad anizotropiškos Visatos hipotezei daug didesnį nerimą turėtų kelti visai ne ši problema.

1543 metais Mikalojus Kopernikas įrodė, kad Žemė nėra Visatos centras, o mūsų planeta skrieja apie Saulę.

„Iš šio pastebėjimo kilo Koperniko principas, skelbiantis, kad mūsų vieta begalinėje, becentrėje Visatoje nėra niekuo ypatinga,“ sako Adrianas Cho.

„XX amžiaus pradžioje, A. Einšteinui sukūrus Bendrąją reliatyvumo teoriją ir pastebėjus, kad Visata plečiasi visomis kryptimis, ši idėja išsivystė į kosmologinį principą, pagal kurį Visata yra tokia pati visur ir visomis kryptimis.“

Tai tvirta hipotezė, ir nuo tol dabartinis kosmologinis modelis – paaiškinantis Didįjį Sprogimą, Visatos plėtimąsi, ir visas jos proporcijas – remiasi prielaida, kad Visata izotropiška.

Bet pastarąjį dešimtmetį tam tikros detalės pasėjo abejones šios idėjos teisingumu.

Kaip aiškina Cho, žiūrint mažu masteliu, materija Visatoje nėra pasiskirsčiusi tolygiai. Pavyzdžiui, žvaigždžių sistemos, galaktikos, ir galaktikų spiečiai išsibarstę Visatoje atsitiktinėmis santalkomis, ir mokslininkai iškėlė mintį, kad į šias vietas juos suginė kokia nors jėga, kryptingas srautas.

„Jų manymu, taip nutiko, nes Visata iš Didžiojo Sprogimo atsirado kaip homogeniška subatominių dalelių sriuba,“ sako Cho.

„Visatos eksponentiškai spartaus plėtimosi – infliacijos – periodu, mažos kvantinės šios sriubos fluktuacijos išplito iki nesuvokiamai didelių matmenų, taip sukeldamos galaktikas pasėjusius tankio netolygumus.“

Mūsų standartinis kosmologijos modelis remiasi prielaida, kad šios variacijos reikšmingos tik labai smulkiu masteliu, o dideliais masteliais jos nebesvarbios. O ką, jei Visata kaip deimantas, ir yra kokia nors Visatos struktūrai būdinga pagrindinė kryptis, kad ir kokiu stambiu masteliu bežvelgtume?

Čia scenoje pasirodo anizotropijos hipotezė, ir jos pagrįstumas tik sustiprėjo amžiaus pradžioje, kai NASA Wilkinsono mikrobangų anizotropijos zondas (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe – WMAP) kosminiame mikrobangų fone (KMF) aptiko keistus „gumbus“, kurių niekas nesugebėjo paaiškinti.

Tiesą sakant, Visatoje yra toks gluminantis regionas, kad mokslininkai praminė jį Blogio Ašimi – bet daugelis įvertino jį kaip statistinį nukrypimą.

Siekdami galutinai išsiaiškinti, kuri hipotezė geriau atspindi Visatos realybę, UCL kosmologai nusprendė atsakymo ieškoti seniausiame Visatos spinduliavime – kosminiame mikrobangų fone, dar vadinamame Didžiojo sprogimo atspindžiais.

Užuot KMF ieškoję tokių netolygumų, kaip Blogio Ašis, jie pabandė rasti mėgiamos plėtimosi krypties ženklų.

Kaip komandos narė, Daniela Saadeh, sakė Universe Today:

„Panaudodami Planck misijos duomenis, išanalizavome kosminio mikrobangų fono, – liekamojo Didžiojo Sprogimo spinduliavimo – temperatūros ir poliarizacijos netolygumus. Palyginome tikrąjį KMF su savo spėjimais, kaip jis turėtų atrodyti anizotropiškoje visatoje.

Atlikę paiešką, priėjome išvadą, kad tokios struktūros ženklų nėra ir kad izotropiškos Visatos prielaida tinkama.“

Komandos vertinimu, tikimybė, kad Visata labiau linkusi plėstis kuria nors kryptimi, yra 1 iš 121 000, o tai geriausias iki šiol izotropiškos Visatos hipotezės patvirtinimas.

„Pirmą kartą iš tiesų atmetėme anizotropiją,“ sakė Cho Science. „Anksčiau to teigti nebuvo galima, nes nebuvo atlikti tyrimai.“

Kaip pažymi Universe Today, tai šiek tiek nuvilia, nes nehomogeniška ir anizotropiška Visata paremtų vienintelius turimus Einšteino lauko lygčių, aprašančių fundamentalią gravitacinę sąveiką kaip materijos ir energijos sukeliamą erdvėlaikio išlinkimą, sprendinius.

Šie sprendiniai, kuriuos XIX amžiaus pabaigoje pasiūlė italų matematikas Luigi Bianchi, rodo, kad Visata gali būti anizotropiška, tačiau jei ši prielaida nepasitvirtina, tikriausiai teks ieškoti visai naujo Einštino lauko lygčių sprendinių paaiškinimo.

Bet tai daug paprastesnė perspektyva, nei tada, jei duomenys rodytų Visatos anizotropiją, nes tokiu atveju tektų permąstyti visą standartinį kosmologijos modelį. Taigi, viską pasvėrus, naujiena išties gera.

„Pastaruosius 10 metų intensyviai diskutuota, ar KMF dideliu masteliu esama anizotropijos ženklų,“ sakė Saadehas.

„Jei Visata būtų anizotropiška, tektų peržiūrėti daugumą skaičiavimų, susijusių su jos istorija ir turiniu. Planck teleskopo aukštos kokybės duomenys suteikė auksinę progą atlikti standartinio kosmologinio modelio sveikatos patikrinimą ir naujienos geros, kad jis sveikas.“

Rezultatai priimti publikavimui kitame Physical Review Letters numeryje, o išankstinę versiją galite perskaityti arXiv.org.

Bec Crew
www.sciencealert.com