الاتجاه شيء اعتدنا عليه نحن البشر. نعيش في بيئتنا الأرضية الودودة ، فنحن معتادون على رؤية الأشياء من منظور إلى أعلى وأسفل ، يسارًا ويمينًا ، للأمام أو للخلف. وبالنسبة لنا ، إطارنا المرجعي ثابت ولا يتغير إلا إذا تحركنا أو كنا في طور الانتقال. ولكن عندما يتعلق الأمر بعلم الكونيات ، تصبح الأمور أكثر تعقيدًا بعض الشيء.
لفترة طويلة حتى الآن ، يعتقد علماء الكونيات أن الكون متجانس وخواص - أي بشكل أساسي هو نفسه 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 كلية لندن الجامعية ، ثبت أن هذا الرأي صحيح.
من أجل دراستهم بعنوان ' كيف الخواص الخواص الكون؟ '، استخدم فريق البحث بيانات المسح الخاصة بـ الخلفية الكونية الميكروويف (CMB) - الإشعاع الحراري المتبقي من الانفجار العظيم. تم الحصول على هذه البيانات بواسطة مركبة الفضاء بلانك التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية بين عامي 2009 و 2013.
تم تعزيز إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف لإظهار الحالات الشاذة. الائتمان: ESA و Planck Collaboration
ثم قام الفريق بتحليلها باستخدام حاسوب عملاق لتحديد ما إذا كانت هناك أي أنماط استقطاب تشير إلى ما إذا كان للفضاء 'اتجاه مفضل' 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 نشأ عن طريق الانفجار العظيم ، والذي يعتمد على اكتشاف أن الكون في حالة توسع ، واكتشاف الخلفية الكونية الميكروية. الافتراض الثاني هو أن الفضاء متجانس وخالي من الاتجاه ، مما يعني أنه لا توجد اختلافات كبيرة في توزيع المادة على نطاقات كبيرة.
هذا الاعتقاد ، والذي يُعرف أيضًا باسم المبدأ الكوني ، يعتمد جزئيًا على مبدأ كوبرنيكوس (الذي ينص على أن الأرض ليس لها مكان خاص في الكون) وأينشتاين نظرية النسبية - مما يدل على أن قياس القصور الذاتي في أي نظام يتعلق بالمراقب.
لطالما كانت لهذه النظرية حدودها ، حيث من الواضح أن المادة ليست موزعة بالتساوي على مقاييس أصغر (مثل أنظمة النجوم ، المجرات ، عناقيد المجرات ، إلخ). ومع ذلك ، فقد جادل علماء الكونيات حول هذا بالقول إن التقلبات على النطاق الصغير ترجع إلى التقلبات الكمية التي حدثت في بداية الكون ، وأن البنية واسعة النطاق هي بنية متجانسة.
الجدول الزمني للانفجار العظيم وتوسع الكون. الائتمان: ناسا
من خلال البحث عن التقلبات في أقدم ضوء في الكون ، كان العلماء يحاولون تحديد ما إذا كان هذا صحيحًا في الواقع. في الثلاثين عامًا الماضية ، تم إجراء هذه الأنواع من القياسات بواسطة بعثات متعددة ، مثل مستكشف الخلفية الكونية (COBE) مهمة مسبار ويلكينسون تباين الميكروويف (WMAP) و مركبة الفضاء بلانك .
من أجل دراستهم ، نظر فريق البحث في UCL - بقيادة دانييلا سعادة وستيفن فيني - إلى الأشياء بشكل مختلف قليلاً. بدلاً من البحث عن الاختلالات في الخلفية الميكروية ، بحثوا عن إشارات تدل على أن الفضاء يمكن أن يكون له اتجاه مفضل للتوسع ، وكيف يمكن أن يطبع هذا نفسه على CMB.
كما قالت دانييلا سعادة - طالبة دكتوراه في UCL والمؤلفة الرئيسية للورقة - لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
'قمنا بتحليل درجة حرارة واستقطاب الخلفية الكونية الميكروية (CMB) ، وهي بقايا إشعاع من الانفجار العظيم ، باستخدام بيانات من مهمة بلانك. قارنا CMB الحقيقي مقابل توقعاتنا لما سيبدو في عالم متباين الخواص. بعد هذا البحث ، خلصنا إلى أنه لا يوجد دليل على هذه الأنماط وأن افتراض أن الكون متناحٍ على نطاقات كبيرة هو افتراض جيد '.
في الأساس ، أظهرت نتائجهم أن هناك فرصة واحدة فقط من بين 121000 أن يكون الكون متباين الخواص. بعبارة أخرى ، تشير الأدلة إلى أن الكون كان يتمدد في جميع الاتجاهات بشكل موحد ، وبالتالي إزالة أي شكوك حول كونه أي إحساس فعلي بالاتجاه على نطاق واسع.
صورة لكل السماء 'بين الحين والآخر' التقطتها مركبة الفضاء بلانك ، تُظهر في نفس الوقت مجرتنا وهياكلها كما في التاريخ الحديث ؛ و 'ثم' - الشفق الأحمر للانفجار العظيم كما كان بعد 380.000 سنة فقط. الائتمان: ESA
وبطريقة ما ، هذا مخيب للآمال بعض الشيء ، لأن الكون غير المتجانس والمتماثل في جميع الاتجاهات سيؤدي إلى مجموعة من الحلول لمعادلات المجال لأينشتاين. هذه المعادلات في حد ذاتها لا تفرض أي تماثلات على الزمكان ، لكن النموذج القياسي (الذي هم جزء منه) يقبل التجانس كنوع من المعطيات.
تُعرف هذه الحلول بنماذج بيانكي ، التي اقترحها عالم الرياضيات الإيطالي لويجي بيانكي في أواخر القرن التاسع عشر. يتم الحصول على هذه النظريات الجبرية ، التي يمكن تطبيقها على الزمكان ثلاثي الأبعاد ، من خلال كونها أقل تقييدًا ، وبالتالي تسمح بوجود كون متباين الخواص.
من ناحية أخرى ، أظهرت الدراسة التي أجراها سعادة وفيني وزملاؤهما أن أحد الافتراضات الرئيسية التي تستند إليها نماذجنا الكونية الحالية صحيح بالفعل. وبذلك ، فقد وفرت أيضًا إحساسًا تمس الحاجة إليه بالاقتراب من نقاش طويل الأمد.
قال سعادة: 'في السنوات العشر الماضية ، كان هناك نقاش كبير حول ما إذا كانت هناك مؤشرات على تباين الخواص على نطاق واسع كامنة في CMB'. 'إذا كان الكون متباين الخواص ، فسنحتاج إلى مراجعة العديد من حساباتنا حول تاريخه ومحتواه. جاءت بيانات بلانك عالية الجودة مع فرصة ذهبية لإجراء هذا الفحص الصحي على النموذج القياسي لعلم الكونيات والخبر السار هو أنه آمن '.
لذلك في المرة القادمة التي تجد فيها نفسك تنظر إلى السماء ليلاً ، تذكر ... هذا رفاهية لا تمتلكها إلا أثناء وقوفك على الأرض. هناك ، إنها لعبة كرة نثر كاملة! لذا استمتع بهذا الشيء الذي نسميه 'الاتجاه' متى وأين يمكنك ذلك.
وتأكد من إطلاعك على هذه الرسوم المتحركة التي أنتجها فريق UCL ، والتي توضح بيانات CMB لمهمة Planck:
https://zenodo.org/record/48654/files/SVTT_movie.mp4