Είμαστε σίγουροι για τη φύση και το σχήμα του Σύμπαντος; Για πολλές δεκαετίες, η επιστημονική κοινότητα έχει στηριχθεί στο Καθιερωμένο Κοσμολογικό Πρότυπο (Standard Model), το οποίο προϋποθέτει την «Κοσμολογική Αρχή». Αυτή η αρχή υποστηρίζει ότι αν παρατηρήσουμε το Σύμπαν σε πολύ μεγάλη κλίμακα, αυτό φαίνεται ομοιόμορφο και συμμετρικό σε όλες τις κατευθύνσεις (ισοτροπία) και έχει ομοιόμορφη κατανομή ύλης (ομοιογένεια).
Ωστόσο, μια νέα ανάλυση που δημοσιεύθηκε από ερευνητές, μεταξύ των οποίων και ο ομότιμος καθηγητής του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, Subir Sarkar, αμφισβητεί αυτή την επιστημονική σιγουριά. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το Σύμπαν μας μπορεί να είναι «μονόπλευρο» (lopsided), κάτι που εάν επιβεβαιωθεί, θα αναγκάσει την επιστημονική κοινότητα να αναθεωρήσει θεμελιωδώς τις υπάρχουσες θεωρίες της φυσικής.
Η «ιερή» συμμετρία του Αϊνστάιν
Το επικρατούν σημερινό μοντέλο, γνωστό ως Λάμδα-CDM (Lambda-CDM), βασίζεται στη λύση των εξισώσεων του Αϊνστάιν που υποθέτει ένα Σύμπαν «μέγιστης συμμετρίας». Η μετρική FLRW (Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker) προσφέρει μια απλή μαθηματική περιγραφή, επιτρέποντάς μας να κάνουμε υπολογισμούς για την ηλικία, την επέκταση και τη σύνθεση του Σύμπαντος.
Οι κοσμολόγοι αισθάνονταν ασφαλείς με αυτήν την παραδοχή, ειδικά λόγω της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου (CMB), του «απόηχου» του Big Bang. Η CMB φαίνεται εξαιρετικά ομοιόμορφη στον ουρανό, με αποκλίσεις μόλις ένα μέρος στις 100.000, γεγονός που θεωρήθηκε απόλυτη απόδειξη ενός ισότροπου Σύμπαντος.
Ωστόσο, κάτω από την επιφάνεια, υπάρχουν ανησυχητικά σημεία. Ενώ η «Ένταση του Hubble» (η διαφορά στον ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος) έχει μπει στο προσκήνιο, μια άλλη θεμελιώδης διαφωνία γνωστή ως Ανωμαλία του Κοσμικού Διπόλου καταλαμβάνει τη σκηνή.
Το τεστ που απέτυχε
Τι ακριβώς είναι το κοσμικό δίπολο; Παρόλο που η CMB παρουσιάζει γενικά ομοιομορφία, υπάρχει μια συγκεκριμένη ανισοτροπία: η μία πλευρά του ουρανού είναι ελαφρώς θερμότερη, ενώ η άλλη ελαφρώς ψυχρότερη. Αρχικά, οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι αυτό οφείλεται στην κίνηση του Ηλιακού Συστήματος στο Διάστημα, προκαλώντας το φαινόμενο Doppler, που αλλοιώνει φαινομενικά τη θερμοκρασία της ακτινοβολίας.
Ωστόσο, το 1984, οι αστρονόμοι George Ellis και John Baldwin πρότειναν ένα κρίσιμο τεστ: αν η παραπάνω εξήγηση είναι σωστή και το Σύμπαν είναι συμμετρικό, τότε η ανισοτροπία στην ακτινοβολία CMB θα πρέπει να αντικατοπτρίζεται και στη κατανομή γαλαξιών και κβάζαρ. Με άλλα λόγια, αν κινούμαστε προς μια κατεύθυνση, πρέπει να υπάρχει και αναλογία γαλαξιών προς εκείνη την πλευρά.
Διαθέτουμε πλέον δεδομένα ικανής ακρίβειας για να εκτελέσουμε αυτό το τεστ, και το αποτέλεσμα είναι σαφές: το Σύμπαν αποτυγχάνει στο τεστ των Ellis και Baldwin.
Η ανάλυση δείχνει ότι η κατανομή ύλης (γαλαξιών, κβάζαρ) δεν ευθυγραμμίζεται με την κατανομή της CMB. Αν και οι κατευθύνσεις είναι συμβατές, τα πλάτη διαφέρουν αισθητά. Αυτή η απόκλιση είναι υπαρκτή και συνεχής, ανεξαρτήτως αν χρησιμοποιούμε επίγεια ραδιοτηλεσκόπια ή δορυφορικές παρατηρήσεις στον υπέρυθρο τομέα.
Επιστροφή στο μηδέν;
Η σημασία αυτής της παρατήρησης είναι απέραντη. Αν η ανωμαλία του κοσμικού διπόλου αποδειχθεί πραγματική και όχι απλώς σφάλμα μέτρησης, τότε η βασική μας παραδοχή για τη συμμετρία του χώρου (η μετρική FLRW) καταρρέει.
Αυτό δεν σημαίνει απλώς μια μικρή διόρθωση στους υπολογισμούς μας. Σημαίνει ότι το Καθιερωμένο Πρότυπο Λάμδα-CDM μπορεί να απέχει από την πραγματικότητα. Έννοιες, όπως η Σκοτεινή Ενέργεια, που εισήχθησαν για να ερμηνεύσουν παρατηρήσεις στο πλαίσιο του υπάρχοντος μοντέλου, ίσως χρειαστεί να επανεξεταστούν ή και να αντικατασταθούν από μια καινοτόμο φυσική θεωρία.
Η επιστημονική κοινότητα έχει δείξει μέχρι τώρα τάση να αγνοεί το συγκεκριμένο ζήτημα, πιθανώς λόγω των προκλήσεων που συνεπάγεται η εξεύρεση λύσεων. Αυτό απαιτεί τη ριζική αναθεώρηση της βολικής συμμετρίας και την ανάπτυξη περίπλοκων μοντέλων για ένα ανισότροπο Σύμπαν.
Το βλέμμα στο μέλλον
Παρά τις προκλήσεις, δεν βρισκόμαστε σε αδιέξοδο. Αναμένονται «χιονοστιβάδες» νέων δεδομένων τα επόμενα χρόνια από αποστολές όπως ο δορυφόρος Euclid του ESA, το παρατηρητήριο Vera Rubin και το γιγαντιαίο ραδιοτηλεσκόπιο SKA (Square Kilometre Array).
Αυτές οι αποστολές θα χαρτογραφήσουν το Σύμπαν με πρωτοφανή λεπτομέρεια. Σε συνδυασμό με την εξελισσόμενη τεχνολογία της μηχανικής μάθησης, οι φυσικοί ελπίζουν να αποκαλύψουν τα μυστικά αυτής της κοσμικής ασυμμετρίας. Αν επιβεβαιωθεί ότι ζούμε σε ένα «στραβό» Σύμπαν, τότε θα ανοίξει η πόρτα σε μία από τις μεγαλύτερες ανατροπές ζωντανής ιστορίας της επιστήμης.
Κατά τη μετατροπή του άρθρου, επιδιώχθηκε η διεύρυνση της πληροφορίας και η εντατική χρήση επιστημονικών όρων για να αυξηθεί η αξία και η ευχρησία του άρθρου. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει στην καλύτερη κατάταξη στις μηχανές αναζήτησης.
