Jeśli spojrzysz w kosmos, zauważysz wiele rzeczy - planety, gwiazdy, księżyce, a nawet sama galaktyka - mają jedną wspólną cechę: wirują. Czy wszechświat też się kręci?
Ta tajemnica jest dokładnie badana przez kosmologów, ponieważ może powiedzieć nam o podstawowej naturze wszechświata.
„To bardzo abstrakcyjne pytanie, podobnie jak większość kosmologii, ale ci z nas, którzy studiują kosmologię, uważają, że jest to sposób na badanie fizyki fundamentalnej” - powiedziała Tess Jaffe, astrofizyk z University of Maryland i asystent naukowca z Goddard Space w NASA Centrum lotów. „Są pewne rzeczy, których nie możemy przetestować w laboratorium na Ziemi, więc używamy wszechświata i geometrii wszechświata, co może nam powiedzieć coś o fundamentalnej fizyce”.
Naukowcy, myśląc o podstawowej naturze wszechświata, zaczęli od założenia, że wszechświat się nie obraca i jest izotropowy, co oznacza, że wygląda tak samo we wszystkich kierunkach. To założenie jest zgodne z równaniami Einsteina, ale nie jest przez nich wymagane. Na podstawie tego myślenia naukowcy zbudowali standard modelu kosmologicznego opisującego wszechświat.
„Jest to naprawdę zakodowane w sposobie, w jaki wykonujemy nasze obliczenia, w sposobie, w jaki analizujemy nasze dane, w sposobie, w jaki robimy wiele rzeczy”, Daniela Saadeh, pracownik naukowy w School of Physics and Astronomy na University of Nottingham w Wielkiej Brytanii, powiedział Live Science. „Ale musisz to przetestować. Nie możesz po prostu mieć nadziei na najlepsze”.
Aby sprawdzić, czy założenia dotyczące wszechświata i jego fundamentalnej fizyki były słuszne, naukowcy zgromadzili obserwacje, aby przetestować swoje modele. W szczególności wykorzystali światło z kosmicznego mikrofalowego tła, w skrócie CMB. To światło jest najstarsze, jakie możemy obserwować - emitowane zaledwie 380 000 lat po Wielkim Wybuchu - i jest skarbnicą informacji dla kosmologów badających wszechświat.
CMB wygląda niemal identycznie we wszystkich kierunkach, ale istnieją niewielkie zmiany jego temperatury, zaledwie o jedną tysięczną stopnia, na które wpłynęła historia, zawartość i geometria wszechświata. Studiując te różnice, naukowcy mogą sprawdzić, czy wszechświat został wypaczony w jakikolwiek sposób, co sugerowałoby obrót lub ekspansję zwiększoną w jednym kierunku bardziej niż w innym. Pomiary polaryzacji światła - zasadniczo jego orientacji - mogą podobnie dostarczać informacji o geometrii wszechświata.
Naukowcy odkryli, że światło CMB nie wykazuje dowodów na to, że wszechświat się obraca. Ponadto prawdopodobieństwo, że wszechświat jest izotropowy, wynosi 120 000 do 1, co oznacza, że wygląda tak samo bez względu na kierunek, zgodnie z badaniem z 2016 r. W czasopiśmie Physical Review Letters prowadzonym przez Saadeha i Stephena Feeneya, astrofizyka z Imperial College Londyn. W innym badaniu stwierdzono 95% szans, że wszechświat jest jednorodny - co oznacza, że jest taki sam wszędzie na dużą skalę.
Wszystkie te badania sugerują, że wszechświat jest w dużej mierze jednolity i nie wiruje. Ten wniosek jest mało prawdopodobny. Przyszłe pomiary polaryzacji CMB mogą ulec poprawie w ciągu następnych kilku dekad, ale nowe dane raczej nie podważą poprzednich wyników.
„Scharakteryzowaliśmy sygnał, który tam jest, w zasadzie tam, gdzie nie ma dla nas żadnych dalszych informacji”, powiedział Jaffe dla Live Science. „Nie sądzę, by miałoby to duży wpływ na kwestię rotacji, właśnie dlatego, że rotacja jest sygnałem, którego spodziewalibyśmy się w bardzo dużych skalach, a dane te zostały mniej lub bardziej wykluczone mieć."
Chociaż wynik, że wszechświat się nie obraca, z pewnością jest ulgą dla kosmologów, którzy oparli swoje modele na tym założeniu, daje nam również interesującą perspektywę naszego miejsca we wszechświecie.
„Zaczęliśmy jako ludzie od pomysłu, że jesteśmy centrum wszechświata” - powiedział Saadeh. „Myślę, że to naprawdę fascynujące, jak maleńcy i mało znaczący jesteśmy”.
