الاتجاه هو شيء اعتدنا عليه نحن البشر. نعيش في بيئتنا الأرضية الودودة ، لقد اعتدنا على رؤية الأشياء من حيث صعودا وهبوطا ، اليسار واليمين ، إلى الأمام أو الخلف. وبالنسبة لنا ، فإن إطار مرجعيتنا ثابت ولا يتغير ، ما لم نتحرك أو في طريقنا إلى التحرك. ولكن عندما يتعلق الأمر بعلم الكونيات ، تصبح الأمور أكثر تعقيدًا.
لفترة طويلة الآن ، يعتقد علماء الكون أن الكون متجانس ومتناحي - أي هو نفسه بشكل أساسي في جميع الاتجاهات. بهذا المعنى ، لا يوجد شيء مثل "أعلى" أو "أسفل" عندما يتعلق الأمر بالفضاء ، فقط نقاط مرجعية نسبية تمامًا. وبفضل دراسة جديدة أجراها باحثون من جامعة لندن كوليدج لندن ، فقد ثبت أن وجهة النظر هذه صحيحة.
من أجل دراستهم ، بعنوان "كيف هو متناحي الكون؟" ، استخدم فريق البحث بيانات المسح للخلفية الميكروية الكونية (CMB) - الإشعاع الحراري المتبقي من الانفجار الكبير. تم الحصول على هذه البيانات من قبل المركبة الفضائية بلانك التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية بين عامي 2009 و 2013.
ثم قام الفريق بتحليلها باستخدام حاسوب عملاق لتحديد ما إذا كانت هناك أي أنماط استقطاب تشير إلى ما إذا كان الفضاء "لديه الاتجاه المفضل" للتوسع. كان الغرض من هذا الاختبار هو معرفة ما إذا كان أحد الافتراضات الأساسية التي يقوم عليها النموذج الكوني الأكثر قبولًا هو الصحيح في الواقع.
أول هذه الافتراضات هو أن الكون تم إنشاؤه من قبل الانفجار الكبير ، والذي يعتمد على اكتشاف أن الكون في حالة توسع ، واكتشاف خلفية الميكروويف الكونية. الافتراض الثاني هو أن الفضاء متجانس ومتوازن ، مما يعني أنه لا توجد اختلافات كبيرة في توزيع المادة على نطاقات كبيرة.
يعتمد هذا الاعتقاد ، المعروف أيضًا باسم المبدأ الكوني ، جزئيًا على مبدأ كوبرنيكوس (الذي ينص على أن الأرض ليس لها مكان خاص في الكون) ونظرية النسبية لأينشتاين - والتي أظهرت أن قياس القصور الذاتي في أي نظام نسبي للمراقب.
كانت لهذه النظرية دائمًا حدودها ، حيث من الواضح أن المادة لا يتم توزيعها بالتساوي على نطاقات أصغر (أي أنظمة النجوم ، المجرات ، مجموعات المجرات ، إلخ). ومع ذلك ، جادل علماء الكون حول هذا بقولهم أن التقلبات على النطاق الصغير ترجع إلى التقلبات الكمية التي حدثت في أوائل الكون ، وأن البنية واسعة النطاق هي واحدة من التجانس.
من خلال البحث عن التقلبات في أقدم ضوء في الكون ، يحاول العلماء تحديد ما إذا كان هذا صحيحًا في الواقع. في الثلاثين عامًا الماضية ، تم تنفيذ هذه الأنواع من القياسات من خلال بعثات متعددة ، مثل مهمة مستكشف الخلفية الكونية (COBE) ، ومسبار ويلكينسون للميكروويف المتغاير (WMAP) ، والمركبة الفضائية بلانك.
من أجل دراستهم ، نظر فريق البحث في جامعة كاليفورنيا - بقيادة دانييلا سعادة وستيفين فيني - في الأمور بشكل مختلف قليلاً. بدلاً من البحث عن الاختلالات في خلفية الميكروويف ، بحثوا عن إشارات تشير إلى أن الفضاء يمكن أن يكون له اتجاه مفضل للتوسع ، وكيف يمكن لهذه التأثيرات أن تطبع نفسها على CMB.
كما قالت دانييلا سعادة - طالبة دكتوراه في جامعة كاليفورنيا والكاتبة الرئيسية في الصحيفة - لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"لقد حللنا درجة حرارة واستقطاب خلفية الميكروويف الكونية (CMB) ، وهو إشعاع من بقايا الانفجار الكبير ، باستخدام بيانات من مهمة بلانك. قارنا CMB الحقيقي مع توقعاتنا لما سيبدو عليه في عالم متباين الخواص. بعد هذا البحث ، خلصنا إلى أنه لا يوجد دليل على هذه الأنماط وأن الافتراض بأن الكون متناحٍ على نطاق واسع هو فكرة جيدة ".
بشكل أساسي ، أظهرت نتائجهم أن هناك فرصة واحدة من كل 121000 فرصة أن الكون متباين الخواص. وبعبارة أخرى ، تشير الأدلة إلى أن الكون كان يتوسع في جميع الاتجاهات بشكل موحد ، وبالتالي إزالة أي شكوك حول كونهم أي شعور حقيقي بالاتجاه على نطاق واسع.
وبطريقة ما ، هذا مخيب للآمال بعض الشيء ، لأن كونًا غير متجانس ونفس الشيء في جميع الاتجاهات سيؤدي إلى مجموعة من الحلول لمعادلات أينشتاين الميدانية. في حد ذاتها ، لا تفرض هذه المعادلات أي تناظر على الزمكان ، لكن النموذج القياسي (الذي هم جزء منه) يقبل التجانس كنوع من المعطى.
تُعرف هذه الحلول بنماذج بيانكي ، التي اقترحها عالم الرياضيات الإيطالي لويجي بيانكي في أواخر القرن التاسع عشر. هذه النظريات الجبرية ، التي يمكن تطبيقها على الزمكان ثلاثي الأبعاد ، يتم الحصول عليها من خلال كونها أقل تقييدًا ، وبالتالي تسمح بعالم غير متباين.
من ناحية أخرى ، أظهرت الدراسة التي أجرتها سعادة ، فيني ، وزملاؤهم أن أحد الافتراضات الرئيسية التي تستند إليها نماذجنا الكونية الحالية هو بالفعل صحيح. وبذلك ، قدموا أيضًا إحساسًا تمس الحاجة إليه للتقرب من نقاش طويل الأمد.
قال سعادة: "في السنوات العشر الماضية ، كان هناك نقاش كبير حول ما إذا كانت هناك علامات على تباين واسع النطاق يكمن في مجلس الإدارة CMB". "إذا كان الكون متباين الخواص ، فإننا بحاجة إلى مراجعة العديد من حساباتنا حول تاريخه ومحتواه. أتت بيانات بلانك عالية الجودة بفرصة ذهبية لإجراء هذا الفحص الصحي على النموذج القياسي لعلم الكونيات ، والخبر السار هو أنه آمن. "
لذا في المرة القادمة التي تجد فيها نفسك تبحث في سماء الليل ، تذكر ... هذا رفاهية لا تملكها إلا أثناء وقوفك على الأرض. في الخارج ، إنها لعبة كرة كاملة! لذا استمتع بهذا الشيء الذي نسميه "الاتجاه" متى وأين يمكنك.
وتأكد من التحقق من هذه الرسوم المتحركة التي أنتجها فريق UCL ، والتي توضح بيانات CMB لبعثة Planck:
