방향은 우리가 인간에게 익숙한 것입니다. 우리는 우호적 인 지상 환경에 살면서 상하, 좌우, 앞으로 또는 뒤로 용어를 보는 데 익숙합니다. 그리고 우리에게 기준 프레임은 움직이거나 움직이지 않는 한 고정되어 있으며 변하지 않습니다. 그러나 우주론에 관해서는 상황이 조금 더 복잡해집니다.
오랫동안 우주 론자들은 우주가 균질하고 등방성, 즉 모든 방향에서 근본적으로 동일하다는 믿음을 가지고 있습니다. 이런 의미에서, 공간에 관해서는“위”또는“아래”와 같은 것은 없으며, 전적으로 상대적인 기준점 만 있습니다. 그리고 University College London의 연구자들에 의한 새로운 연구 덕분에 그 견해가 올바른 것으로 나타났습니다.
연구팀은“우주가 어떻게 등방성인가?”라는 제목으로 연구팀은 CMB (Cosmic Microwave Background)의 조사 데이터 (빅뱅에서 남은 열 복사)를 사용했습니다. 이 데이터는 2009 년과 2013 년 사이에 ESA의 Planck 우주선에 의해 획득되었습니다.
그런 다음 팀은 슈퍼 컴퓨터를 사용하여 공간을 확장하는 데 "선호하는 방향"이 있는지를 나타내는 편광 패턴이 있는지 확인하기 위해이를 분석했습니다. 이 테스트의 목적은 가장 널리 수용된 우주론 모델의 기본 가정 중 하나가 실제로 올바른지 확인하는 것입니다.
이러한 가정 중 첫 번째는 우주가 팽창 상태에 있다는 발견과 우주 마이크로파 배경의 발견에 기초한 빅뱅에 의해 우주가 만들어 졌다는 것입니다. 두 번째 가정은 공간이 균질하고 등방성이어서, 물질 분포에 큰 차이가 없다는 것을 의미합니다.
우주 원리로도 알려진이 신념은 부분적으로는 코 페르 니칸 원리 (지구가 우주에 특별한 장소가 없음을 나타냄)와 아인슈타인의 상대성 이론에 기반을두고 있습니다. 관찰자에게.
이 이론은 물질이 더 작은 규모 (예를 들어, 별 시스템, 은하, 은하단 등)로 균등하게 분배되지 않기 때문에 항상 한계가 있었다. 그러나 우주 론자들은 작은 규모의 변동은 초기 우주에서 발생한 양자 변동에 의한 것이며 대규모 구조는 동질성 중 하나라고 말하면서이 문제에 대해 논쟁을 벌였다.
과학자들은 우주에서 가장 오래된 빛의 변동을 찾아서 이것이 사실인지 판단하려고 노력해 왔습니다. 지난 30 년 동안 이러한 종류의 측정은 COBE (Cosmic Background Explorer) 미션, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) 및 Planck 우주선과 같은 여러 미션에서 수행되었습니다.
연구를 위해 Daniela Saadeh와 Stephen Feeney가 이끄는 UCL 연구팀은 사물을 조금 다르게 조사했습니다. 그들은 마이크로파 배경에서 불균형을 찾는 대신 공간이 선호되는 확장 방향을 가질 수 있다는 징후와 이것이 CMB에 어떻게 각인 될 수 있는지를 찾아 보았다.
UCL의 박사 과정생이자 논문의 저자 인 Daniela Saadeh가 Space Magazine에 이메일을 통해 다음과 같이 말했습니다.
“플랑크 미션의 데이터를 사용하여 빅뱅의 유물 방사선 인 우주 마이크로파 배경 (CMB)의 온도와 편광을 분석했습니다. 실제 CMB를 이방성 우주에서 어떻게 보일지에 대한 예측과 비교했습니다. 이 연구를 통해 우리는 이러한 패턴에 대한 증거가 없으며 우주가 대규모로 등방성이라는 가정이 좋은 것이라고 결론을 내 렸습니다.”
기본적으로, 그들의 결과는 우주가 이방성 일 가능성이 121 000 명 중 1 명에 불과하다는 것을 보여 주었다. 다시 말해서, 증거는 우주가 모든 방향으로 균일하게 확장되고 있음을 보여줌으로써 그들의 실제 방향 감각에 대한 의구심을 제거합니다.
그리고 어떤면에서, 이것은 균질하지 않고 모든 방향에서 동일한 우주가 아인슈타인의 필드 방정식에 대한 일련의 솔루션으로 이어질 것이기 때문에 약간 실망 스럽습니다. 이러한 방정식 자체는 시공간에 어떠한 대칭도 부과하지 않지만 표준 모델 (그들 중 일부)은 일종의 동질성을 받아들입니다.
이 솔루션은 Bianchi 모델로 알려져 있으며, 19 세기 후반 이탈리아 수학자 Luigi Bianchi가 제안했습니다. 3 차원 시공간에 적용될 수있는 이러한 대수 이론은 덜 제한적이므로 이방성 인 우주를 허용합니다.
다른 한편으로, Saadeh, Feeney 및 동료들이 수행 한 연구에 따르면 현재의 우주 모델이 놓여있는 주요 가정 중 하나가 실제로 올바른 것으로 나타났습니다. 그렇게함으로써, 그들은 또한 장기 토론에 더 필요한 감각을 제공했습니다.
Saadeh는“지난 10 년 동안 CMB에 대규모 이방성의 징후가 있는지에 대해 상당한 논의가 있었다”고 말했다. “우주가 이방성이라면 역사와 내용에 대한 많은 계산을 수정해야 할 것입니다. Planck의 고품질 데이터는 표준 우주론 모델에서이 건강 점검을 수행 할 수있는 좋은 기회를 얻었으며, 좋은 소식은 그것이 안전하다는 것입니다.”
다음에 밤하늘을 바라보다 보면 지구에 서있을 때만 가질 수있는 사치품이라는 것을 기억하십시오. 거기에는 전체 '다른 볼 게임! 언제 어디서나 우리가“방향”이라고 부르는 것을 즐기십시오.
플랑크 미션의 CMB 데이터를 보여주는 UCL 팀이 제작 한이 애니메이션을 확인하십시오.
