Οι κοσμολόγοι Parry Attacks on the Vaunted Cosmological Principle

Η τελευταία απόπειρα να κροταλιστούν τα θεμέλια της κοσμολογίας εμφανίστηκε ως ένα σωρό κουκκίδες που τραβήχτηκαν προς τα πάνω σε ένα κοσμικό μειδίαμα. Το τόξο των μακρινών γαλαξιών, που παρουσίασε η Alexia Lopez στη συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας τον Ιούνιο, απλώνεται τόσο μακριά στον ουρανό που θα χρειαστούν 20 πανσέληνες για να το κρύψουν. Εκτείνοντας εκτιμώμενα 3,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός από το διάστημα, η δομή σε σχήμα χαμόγελου εντάχθηκε σε ένα αμφιλεγόμενο κλαμπ:απροσδόκητα μεγάλα πράγματα.

«Είναι τόσο μεγάλο που είναι δύσκολο να το εξηγήσουμε με τις τρέχουσες πεποιθήσεις μας», είπε ο Lopez, ένας από τους αστροφυσικούς στο Πανεπιστήμιο του Central Lancashire που αναγνώρισε την αλυσίδα των γαλαξιών, κατά τη διάρκεια της παρουσίασης.

Το «Γιγάντιο τόξο» του Λόπεζ φαινόταν να συγκρούεται με μια ιδέα που καθοδηγούσε την αστρονομία για αιώνες:ότι το σύμπαν δεν έχει εμφανή χαρακτηριστικά. Από μια προοπτική σμίκρυνσης, ανεξάρτητα από το πού βρίσκεστε ή από την πλευρά που κοιτάζετε, θα πρέπει να βλέπετε περίπου τον ίδιο αριθμό γαλαξιών να περιστρέφονται γύρω.

Αυτή η υπόθεση, η οποία κατοχυρώνεται ως η «κοσμολογική αρχή», επέτρεψε στους ερευνητές να βγάλουν σαρωτικά συμπεράσματα για ολόκληρο το σύμπαν με βάση μόνο αυτά που βλέπουμε από τη γωνιά του.

"Αν αυτό αποδειχθεί λάθος, τότε πρέπει να επαναλάβουμε πολλές από τις μετρήσεις μας ή να ερμηνεύσουμε ξανά πολλές από τις μετρήσεις μας", δήλωσε η Ruth Durrer, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης.

Ως φέρον αντηρίδα της σύγχρονης κοσμολογίας, η κοσμολογική αρχή γίνεται όλο και περισσότερο στόχος. Μερικοί αμφισβητίες, όπως η Λόπεζ και οι συνάδελφοί της, είναι αστροφυσικοί που μπερδεύονται από εντυπωσιακά ουράνια συσσωματώματα. Άλλοι είναι άθλιοι κοσμολόγοι που δεν έχουν διευθετηθεί από τη συναινετική άποψη ότι τα περισσότερα πράγματα στον κόσμο κρύβονται από τα όργανά μας με τη μορφή «σκοτεινής ύλης» και «σκοτεινής ενέργειας». αναρωτιούνται μήπως οι θεωρητικοί μπορεί να έχουν επινοήσει φαντάσματα για να επιδιορθώσουν μια υπερβολικά απλοϊκή θεωρία της κοσμολογίας.

Οι περισσότεροι συμφωνούν ότι η κοσμολογική αρχή αξίζει να εξεταστεί. Μέχρι στιγμής, ωστόσο, κάθε νέος ισχυρισμός περί πολύ μεγάλης δομής ή άλλης ανωμαλίας έχει αποτύχει να κάνει ένα βαθούλωμα. «Προσπαθούμε να ανοίξουμε όσες περισσότερες τρύπες μπορούμε», είπε ο Seshadri Nadathur, κοσμολόγος στο University College του Λονδίνου, «ενώ είμαστε πολύ δύσπιστοι με το να πει κάποιος άλλος ότι έχει ανοίξει μια τρύπα».

Από τον Κοπέρνικο στον Αϊνστάιν

Η κοσμολογική αρχή αναπτύχθηκε από την αρχή του Κοπέρνικου, τη συνειδητοποίηση του Νικόλαου Κοπέρνικου το 1543 ότι η Γη δεν είναι το σταθερό κέντρο της δημιουργίας. Η αντίληψή του ότι η Γη περιφέρεται γύρω από τον ήλιο και όχι το αντίστροφο, πυροδότησε μια σειρά από ταπεινωτικές αλλαγές στην προοπτική. Οι αστρονόμοι απέδειξαν το 1800 ότι ο ήλιος είναι απλώς ένα κανονικό αστέρι. Τον επόμενο αιώνα, εντόπισαν αμέτρητους γαλαξίες πέρα ​​από τον δικό μας.

«Δεν είμαστε ιδιαίτεροι», είπε ο Andrew Howell, κοσμολόγος στο Παρατηρητήριο Las Cumbres και στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Santa Barbara. "Το σύμπαν μας το λέει συνέχεια."

Όχι μόνο η Γη δεν είναι ξεχωριστή, αλλά τίποτα πουθενά δεν είναι ιδιαίτερο. Τον περασμένο αιώνα, οι αστρονομικές έρευνες ενίσχυσαν αυτό που έγινε γνωστό ως κοσμολογική αρχή με δύο τρόπους. Καθώς τα ισχυρά τηλεσκόπια κοιτούσαν βαθύτερα στο σκοτάδι, είδαν πιο μακρινούς γαλαξίες να εμφανίζονται σε παρόμοιους αριθμούς. Αυτό υποδηλώνει ότι ο Κόσμος είναι ομοιογενής, με την ύλη να πασπαλίζεται ομαλά. (Σκεφτείτε το διαστελλόμενο σύμπαν σαν ένα ανερχόμενο κέικ φρούτων με γαλαξίες ομοιόμορφα απλωμένους σαν κομμάτια φρούτων, που ο καθένας πετά μακριά από τους γείτονές του καθώς το κουρκούτι ανάμεσά τους διαστέλλεται.)

Επιπλέον, τα τηλεσκόπια στραμμένα σε διαφορετικές κατευθύνσεις έχουν δει όλα παρόμοιες σκηνές. Η ύλη κατανέμεται ομοιόμορφα σε κάθε οπτική γωνία, υποδεικνύοντας ότι το σύμπαν είναι «ισότροπο».

Η ομοιογένεια και η ισοτροπία του Κόσμου το καθιστούν αρκετά απλό στην ανάλυση.

Οι θεωρητικοί ανακατασκευάζουν το παρελθόν του σύμπαντος και προβλέπουν το μέλλον του χρησιμοποιώντας ένα τυπικό θεωρητικό μοντέλο που βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στη γενική σχετικότητα, τη θεωρία της βαρύτητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Η θεωρία του Αϊνστάιν περιγράφει την αλληλεπίδραση μεταξύ της ύλης και του χωροχρόνου - το λυγισμένο ύφασμα του σύμπαντος. Αλλά η θεραπεία του Αϊνστάιν περιλαμβάνει 10 αλληλοσυνδεόμενες εξισώσεις και 20 μεταβλητές, ένα σύστημα εξισώσεων που είναι γενικά πολύ περίπλοκο για να λυθεί.

Οι κοσμολόγοι βασίζονται στην κοσμολογική αρχή για να περιορίσουν την εστίασή τους σε ένα σύμπαν που λειτουργεί ως ένα λείο και συμμετρικό ρευστό. Αγνοώντας εξογκώματα ύλης όπως οι γαλαξίες και απαιτώντας από το σύμπαν να διαστέλλεται με τον ίδιο τρόπο και στους τρεις άξονες, η κοσμολογική αρχή διαγράφει μέρη των εξισώσεων και συνδέει μερικές από τις μεταβλητές, απλοποιώντας δραματικά το σύστημα εξισώσεων. Οι θεωρητικοί μπορούν στη συνέχεια να προβλέψουν την ταχύτητα και την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος με δύο μόνο εξισώσεις — τις εξισώσεις Friedmann, που προέρχονται από τις εξισώσεις του Einstein από τον Alexander Friedmann, έναν Ρώσο κοσμολόγο, το 1922. Είναι λίγο σαν να υπολογίζεις τον όγκο της Γης:Θα μπορούσες να ανησυχείς κάθε βουνό και χαράδρα, ή θα μπορούσατε να υποθέσετε ότι ο πλανήτης είναι μια σφαίρα και να την ονομάσετε μια μέρα.

Καθώς οι αστρονόμοι χαρτογραφούν το σύμπαν με μεγαλύτερη ακρίβεια, ωστόσο, μερικοί ερευνητές άρχισαν να αναρωτιούνται εάν το πεδίο έχει ωθήσει πολύ μακριά την κοσμολογική αρχή. Η Γη δεν είναι σφαίρα, τελικά - διογκώνεται στον ισημερινό. Με τον ίδιο τρόπο, μεγάλες δομές ή λοξά χαρακτηριστικά θα μπορούσαν να υπονομεύσουν τα συμπεράσματα σχετικά με την ηλικία, τη συμπεριφορά και τη σύνθεση του σύμπαντος.

Ο Thomas Buchert, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο Claude Bernard της Λυών 1 στη Γαλλία, είναι μεταξύ εκείνων που έχουν πειστεί ότι ήρθε η ώρα να προχωρήσουμε πέρα ​​από το μονότονο σύμπαν του Friedmann. «Είναι περίεργο που είναι ακόμα ζωντανό, αυτό το τυπικό μοντέλο», είπε.

Γαλαξίες Παντού

Το γιγάντιο τόξο και άλλες γιγάντιες δομές χτυπούν τον πρώτο πυλώνα της κοσμολογικής αρχής:την ομοιογένεια.

Το σύμπαν σαφώς δεν είναι ομοιογενές στην ανθρώπινη κλίμακα. Τηλεμεταφέρετε ένα άτομο ένα έτος φωτός από εδώ και θα του καταστρέψετε τη μέρα. Αλλά ρίξτε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble στη μέση του σύμπαντος και θα επιστρέψει εικόνες γεμάτες γαλαξίες με γνώριμη εμφάνιση. Με αυτόν τον τρόπο, η κοσμολογική αρχή αντιμετωπίζει το σύμπαν όπως ο αέρας σε ένα μπαλόνι που φουσκώνει. Από κοντά, τα μόρια αναμειγνύονται με πολύπλοκους τρόπους. Αλλά από μακριά, ένα ήπιο αέριο διαστέλλεται με ιδιότητες όγκου όπως η πίεση και η θερμοκρασία να αλλάζουν σταθερά.

Οι έρευνες για τους Γαλαξίες έχουν βρει ότι οποιοδήποτε κομμάτι του διαστήματος μεγαλύτερο από εκατοντάδες εκατομμύρια έτη φωτός σε πλάτος περιλαμβάνει περίπου την ίδια ποσότητα ύλης. Έτσι, δομές όπως το γιγάντιο τόξο, που εκτείνεται σε δισεκατομμύρια έτη φωτός, είναι τόσο απροσδόκητες όσο ένας παχύς θρόμβος αέρα σε ένα κατά τα άλλα συνηθισμένο μπαλόνι.

Μία από τις πρώτες από αυτές τις δομές εντοπίστηκε το 2013:μια υποτιθέμενη ομαδοποίηση λαμπρών πυρήνων γαλαξιών γνωστών ως κβάζαρ κατανεμημένων σε 4 δισεκατομμύρια έτη φωτός που, έγραψαν οι ανακαλυπτές της, «αμφισβητεί την υπόθεση της κοσμολογικής αρχής».

Λίγοι άλλοι πείστηκαν. Ο Nadathur, ο κοσμολόγος του UCL, ξεκίνησε να δει αν η τυχαιότητα από μόνη της θα μπορούσε να δημιουργήσει την ψευδαίσθηση των μεγαδομών. Προσομοίωσε ψηφιακά σύμπαντα που είχαν γαλαξίες διασκορπισμένους εντελώς τυχαία. Ωστόσο, όταν έθεσε ένα πρόγραμμα κυνηγιού συστάδων χωρίς τις ομαλές προσομοιώσεις, διάλεξε μοτίβα τόσο μεγάλα όσο η ομάδα κβάζαρ καθαρά τυχαία. Τα προσομοιωμένα σύμπαντα τυποποιημένων μοντέλων (στα οποία η βαρύτητα έχει σύρει γαλαξίες μαζί σε ομάδες) θα περιείχαν ομαδοποιήσεις γαλαξιών που ήταν ακόμα πιο μεγαλειώδεις. Το έργο του Nadathur πρότεινε ότι η κοσμολογική αρχή έχει άφθονο χώρο για την ομάδα κβάζαρ, το Giant Arc και άλλους ομοίους τους. Οι τεράστιες κατασκευές θα είναι σπάνιες, είπε, αλλά το τυπικό μοντέλο «δεν λέει ότι η πιθανότητα είναι μηδενική σε καμία κλίμακα».

Μια πιο πειστική παρατήρηση της ανομοιογένειας, σύμφωνα με τον Nadathur, θα ήταν η ανακάλυψη ότι η ύλη διατηρεί κάποιους όγκους καθώς κοιτάζετε όλο και μεγαλύτερες κλίμακες. Ωστόσο, οι μέχρι σήμερα μελέτες έχουν δείξει σταθερά ότι καθώς κάνετε σμίκρυνση, το σύμπαν γίνεται όλο και πιο ομαλό.

Ο Ντάρερ και άλλοι κοσμολόγοι συμφωνούν ότι οι φαινομενικά αδύνατες δομές μπορούν πιθανώς να εξηγηθούν από τις στατιστικές. «Αν κάνετε πολλές, πολλές παρατηρήσεις, θα έχετε μερικές από αυτές που στατιστικά δεν είναι πολύ πιθανές», είπε. "Δεν ανησυχώ πολύ για αυτά."

Σύμπαν χωρίς κατεύθυνση

Ακόμα κι αν το σύμπαν είναι ομοιογενές, θα μπορούσε να ξεχωρίσει μια κατεύθυνση για κάτι ιδιαίτερο - μια «ανισοτροπία». Σε ένα τέτοιο σύμπαν, μεγάλα ρεύματα ύλης μπορεί να ρέουν προς αυτή την κατεύθυνση σαν αεράκι. Μερικοί κοσμολόγοι πιστεύουν ότι αυτό μπορεί να συμβαίνει.

Ισχυρές αποδείξεις ενάντια σε κάθε είδους κοσμική ροή προέρχονται από την υστεροφημία του Big Bang. Οι αστρονόμοι έχουν καθορίσει ότι αυτό το «κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο» (CMB) έχει ουσιαστικά την ίδια μέση θερμοκρασία 2.725 βαθμών πάνω από το απόλυτο μηδέν προς κάθε κατεύθυνση.

Αλλά για να υπολογίσουν αυτή τη θερμοκρασία, οι ερευνητές διορθώνουν μια ελαφρά ανισορροπία:Το CMB φαίνεται κατά ένα κλάσμα θερμότερο προς τον αστερισμό του Υδροχόου και ένα κλάσμα του βαθμού ψυχρότερο προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Σχεδόν όλοι οι κοσμολόγοι ερμηνεύουν αυτή την παρατήρηση ως αποτέλεσμα της ίδιας της κίνησης του ηλιακού μας συστήματος, γνωστή ως «ιδιόμορφη ταχύτητά μας». Ο ήλιος περιφέρεται γύρω από το κέντρο του Γαλαξία και ο Γαλαξίας κινείται προς τους κοντινούς γαλαξίες, έτσι ώστε το ηλιακό μας σύστημα να παρασύρεται στο φόντο του CMB με περίπου 300 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, παραμορφώνοντας τα εισερχόμενα μικροκύματα. Αυτή η τοπική μετατόπιση δεν θεωρείται πρόβλημα για την κοσμολογική αρχή.

Αλλά η περίεργη ταχύτητά μας μπορεί να μην εξηγεί πλήρως την αντιληπτή λοξοτομία του CMB. η παραμόρφωση θα μπορούσε επίσης να περιλαμβάνει την επίδραση της παρασύρσεως ολόκληρου του σύμπαντος. Εάν συμβαίνει αυτό, η μέτρηση της κίνησής μας ενάντια σε μακρινούς γαλαξίες θα δώσει ένα διαφορετικό αποτέλεσμα από ό,τι αν μετρήσουμε την ταχύτητά μας σε σχέση με το CMB, αφού και αυτοί οι γαλαξίες θα κινούνται. Φανταστείτε να πηγαίνετε για μια βόλτα με το τρένο και να μετράτε την ταχύτητά σας σε μια οροσειρά και σε σύννεφα στον ορίζοντα. Εάν οι ταχύτητες δεν ταιριάζουν, τα σύννεφα πρέπει να πέφτουν πάνω από τα βουνά.

Αρκετές ομάδες έχουν επιχειρήσει τέτοιες μετρήσεις σε μακρινούς γαλαξίες και βρήκαν εμφανείς παραξενιές. Σε μια πρόσφατη προσπάθεια, οι ερευνητές υπολόγισαν την κίνησή μας ενάντια σε περισσότερα από 1 εκατομμύριο μακρινούς κβάζαρ. Παρατήρησαν μια οπτική παραμόρφωση ευθυγραμμισμένη με την ανισορροπία στο CMB, αλλά διπλάσια. Μια ερμηνεία είναι ότι η Γη παρασύρεται με ταχύτητα περίπου 600 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο σε σχέση με τα κβάζαρ, υπονοώντας ότι τα κβάζαρ μπορεί να κινούνται ενάντια στο CMB.

Ο Σουμπίρ Σάρκαρ, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και μέλος της ομάδας που έκανε τον υπολογισμό, χαρακτήρισε την απόκλιση ως «σωματικό χτύπημα» για το τυπικό μοντέλο και την υπόθεσή του για ένα ισότροπο σύμπαν. Επεσήμανε την εικασία ότι κάποιο γιγάντιο σύννεφο ύλης κάθεται έξω από το παρατηρήσιμο σύμπαν και σέρνει τα πάντα προς το μέρος του. (Μπορούμε μόνο να παρατηρήσουμε τον σφαιρικό όγκο του σύμπαντος του οποίου το φως είχε χρόνο να φτάσει σε εμάς από τη Μεγάλη Έκρηξη.) «Δεν ξέρουμε τι υπάρχει έξω και υπάρχουν πολλά έξω», είπε ο Sarkar. «Ίσως να κρύβεται ένα τέρας εκεί». Αυτό θα ανέτρεπε την κορυφαία θεωρία των πρώτων στιγμών του σύμπαντος, η οποία κρατά αυτόν τον χώρο εκθετικά διογκωμένο, καθιστώντας ομαλός και επίπεδος πολύ πέρα ​​από το παρατηρήσιμο κομμάτι μας.

Ωστόσο, οι περισσότεροι κοσμολόγοι παραμένουν δύσπιστοι ότι τα κβάζαρ αποδεικνύουν ένα παράξενο σύμπαν. Αρκετοί ερευνητές που πήραν συνέντευξη για αυτό το άρθρο είπαν ότι διάφορες τεχνικές προκλήσεις, όπως η άνιση κατανομή των κβάζαρ, καθιστούν δύσκολη τη σύγκριση των κβάζαρ με το CMB. «Αυτές οι μελέτες είναι αρκετά δύσκολο να γίνουν», είπε η Tamara Davis, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ στην Αυστραλία.

Η Ντάρερ αποκαλεί τα στοιχεία του κβάζαρ ασαφή και λέει ότι διατηρεί ανοιχτό μυαλό. Πρόσφατα επινόησε ένα εναλλακτικό τεστ που συνδυάζει διάφορους τρόπους με τους οποίους η κίνησή μας θα τροποποιούσε την εμφάνιση μακρινών γαλαξιών. Αυτή και οι συνάδελφοί της υπολόγισαν ότι, χρησιμοποιώντας την τεχνική τους, τα παρατηρητήρια επόμενης γενιάς θα είναι σε θέση να ανιχνεύουν ιδιαίτερες ταχύτητες που διαφέρουν μόνο κατά μερικές ποσοστιαίες μονάδες, επιτρέποντας δοκιμές ακριβείας της ισοτροπίας και της κοσμολογικής αρχής αυτή τη δεκαετία. Δημοσίευσαν τη νέα τους προσέγγιση στις αρχές Νοεμβρίου.

"Αυτό θα μπορέσουμε να το λύσουμε", είπε ο Ντάρερ.

Διαφυγή από το φόντο

Για να συμβαδίσουν με τις οξύτερες παρατηρήσεις του σύμπαντος, πολλοί θεωρητικοί, στους υπολογισμούς του τυπικού μοντέλου τους, ενσωματώνουν μέτριους κυματισμούς ύλης σε ένα κατά τα άλλα ομαλό ρευστό, παρόμοιο με τη βελτίωση σε μια εκτίμηση του όγκου της Γης συμπεριλαμβάνοντας μια ποικιλία από οροσειρές. "Κάνετε τη ζωή πιο περίπλοκη ξανά, αλλά προσθέτετε τις επιπλοκές με ελεγχόμενο τρόπο", είπε ο Nadathur.

Αλλά κάποιοι, όπως ο Buchert, ο Γάλλος κοσμολόγος, θέλουν μια πληρέστερη απόκλιση από την υπόθεση ότι το σύμπαν είναι το ίδιο παντού. Για το σκοπό αυτό, ο Buchert έχει περάσει δεκαετίες αναπτύσσοντας ένα μοντέλο κοσμολογίας «χωρίς υπόβαθρο».

Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν κατέρριψε την κλασική έννοια του φόντου - ένα σταθερό στάδιο πάνω στο οποίο θα μπορούσε κανείς να μετρήσει τις αποστάσεις και τις κινήσεις. Αντίθετα, λέει ο χωροχρόνος καμπύλες γύρω από την ύλη, όπως οι κουρτίνες του θεάτρου που γυρίζουν όταν περνούν οι ηθοποιοί, κάνοντας μερικές φορές τη δράση του έργου δύσκολο να ακολουθηθεί. Το τυπικό μοντέλο αφήνει τον χωροχρόνο να κάμπτεται λίγο, αλλά χρησιμοποιεί την κοσμολογική αρχή για να διατηρεί τις καμπύλες μικρές και τον ρυθμό διαστολής ομοιόμορφο. Με αυτόν τον τρόπο, επαναφέρει την έννοια του φόντου για να κάνει τους υπολογισμούς εφικτούς.

Το έργο του Buchert καταργεί το παγκόσμιο υπόβαθρο. Αντίθετα, χωρίζει το σύμπαν σε μεγάλα κομμάτια και υπολογίζει κατά μέσο όρο την ποσότητα της ύλης (και την προκύπτουσα κάμψη του χωροχρόνου) σε κάθε περιοχή. Στη συνέχεια, αντιμετωπίζει τον μέσο όρο ως ένα τοπικό σκηνικό με βάση το οποίο μπορεί να ερμηνεύσει τυχόν γεγονότα που λαμβάνουν χώρα μέσα σε αυτό το κομμάτι — μια προσέγγιση που οδήγησε σε ένα απροσδόκητο αποτέλεσμα.

Το 1998, αστροφυσικοί που κοιτούσαν μακρινούς σουπερνόβα διαπίστωσαν ότι το σύμπαν φαίνεται να διαστέλλεται ταχύτερα όσο περνά ο καιρός. Η βραβευμένη με Νόμπελ παρατήρησή τους υπονοούσε ότι κάποια απωθητική ενέργεια, που ονομάζεται σκοτεινή ενέργεια - πιθανώς η ενέργεια του ίδιου του διαστήματος - απομακρύνει τους γαλαξίες πιο δυνατά από ό,τι η βαρύτητα μπορεί να τους συνενώσει.

Η προσέγγιση του Buchert χωρίς ιστορικό έχει εγείρει μια άλλη πιθανότητα. Σε σύγκριση με μικρά, πυκνά τμήματα γαλαξιών, τα πιο άδεια «κενά» στο διάστημα διαστέλλονται ταχύτερα, καθώς έχουν λιγότερους γαλαξίες που έλκονται βαρυτικά και επιβραδύνουν ο ένας τον άλλον. Δεδομένου ότι τα άδεια μέρη μεγαλώνουν πιο γρήγορα από τα πυκνά μέρη, το σύμπαν γίνεται πιο άδειο. Και έτσι ο συνολικός ρυθμός επέκτασής του αυξάνεται. Ο Buchert υποστηρίζει ότι αυτό το φαινόμενο, που ονομάζεται αντίδραση, θα μπορούσε να εξηγήσει την κοσμική επιτάχυνση χωρίς την ανάγκη για σκοτεινή ενέργεια.

Άλλοι κοσμολόγοι συμφωνούν ότι η θεραπεία χωρίς υπόβαθρο είναι μαθηματικά σωστή και ότι η αντίδραση είναι πραγματική. Είναι όμως αρκετά μεγάλο αποτέλεσμα για να σκοτώσει τη σκοτεινή ενέργεια; Αυτή η ερώτηση παρακίνησε την Durrer και τους συναδέλφους της να κάνουν μια προσομοίωση μεγάλης κλίμακας το 2019. Ετοίμασαν ένα ψηφιακό σύμπαν γεμάτο με εκατοντάδες δισεκατομμύρια γαλαξίες και υπολόγισαν πώς οι διαφορετικοί ρυθμοί διαστολής σε κενά και σμήνη γαλαξιών θα επηρέαζαν τις ακτίνες φωτός που κατευθύνονταν προς έναν τυχαία τοποθετημένο αστρονόμο . Διαπίστωσαν ότι η αντίστροφη αντίδραση θα εκτόξευε τη μέτρηση του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος από τους αστρονόμους κατά περίπου 2%. Με άλλα λόγια, το τυπικό μοντέλο προβλέπει μια επιταχυνόμενη επέκταση του διαστήματος που φαίνεται να είναι 98% ακριβής και η αντίδραση παλεύει να εξηγήσει τη σκοτεινή ενέργεια.

"Η συναίνεση τώρα είναι ότι είναι ένα μικρό αποτέλεσμα που δεν προκαλεί, τελικά, πολύ πρόβλημα", είπε ο Nadathur.

Αλλά αυτό το 2% θα μπορούσε ακόμη να αποδειχθεί συνεπές. Ο Ντάρερ διερευνά εάν η αντίδραση μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση μιας αυξανόμενης κοσμολογικής κρίσης. Η κρίση, γνωστή ως ένταση Hubble, είναι ότι το κοντινό σύμπαν φαίνεται να διαστέλλεται περίπου 9% πιο γρήγορα από αυτό που προβλέπει το τυπικό μοντέλο για το συνολικό ρυθμό διαστολής του σύμπαντος. Έχουν δοθεί πολλές εξηγήσεις, συμπεριλαμβανομένων ριζικών νέων συστατικών στον κόσμο. Αλλά ο Buchert υποστήριξε πέρυσι ότι η κοσμολογική αρχή της ευρείας βούρτσας μπορεί να ευθύνεται για τη φαινομενική ασυμφωνία. Σε ένα ογκώδες σύμπαν, θα περίμενε κανείς ότι τα πιο άδεια μπαλώματα θα επεκτείνονται ταχύτερα από τον μέσο όρο.

Ο Ντάρερ προσομοιώνει τα αποτελέσματα της αντίστροφης αντίδρασης για να υπολογίσει τις πιθανότητες ότι θα μπορούσαμε να έχουμε προσγειωθεί στη μέση ενός τόσο άδειου, εκτεταμένου τμήματος χώρου. «Ακόμη και αν η [αντίδραση] δεν είναι επαρκής για να εξηγήσει την επιταχυνόμενη επέκταση, μπορεί να είναι οριακά επαρκής για να λύσει την ένταση του Hubble», είπε, αν και δεν αναμένει ότι θα δώσει ολόκληρη την απάντηση.

Προνομιακή τοποθεσία

Εάν η ένταση του Hubble αποδειχτεί ότι είναι ένας μερικώς προκαλούμενος αντικατοπτρισμός, αυτό θα είναι το πρώτο σημαντικό παράδειγμα της κοσμολογικής αρχής που παρεμποδίζει αντί να βοηθά στην κατανόησή μας για το σύμπαν. Ωστόσο, προς το παρόν, λένε οι ερευνητές, η προγνωστική δύναμη της αρχής φαίνεται να διατηρείται αρκετά καλά.

«Είναι πραγματικά το σύμπαν ομοιογενές και ισότροπο παντού; Από όσο γνωρίζουμε αυτή τη στιγμή, ναι», είπε ο Nadathur.

Το να βγάλουμε μεγάλα συμπεράσματα για ολόκληρο τον κόσμο είναι δύσκολο γιατί βρισκόμαστε, τελικά, σε μια μοναδική τοποθεσία:το εδώ και τώρα. Τα τηλεσκόπια μπορούν να δουν μόνο μέχρι τώρα, κάνοντάς το να μοιάζει σαν οι γαλαξίες να κινούνται προς τα όρια της όρασής τους. Και καθώς οι αστρονόμοι κοιτάζουν πιο μακριά και βαθύτερα στο παρελθόν, βλέπουν τους γαλαξίες στο πρώιμο σύμπαν να ενεργούν διαφορετικά από ό,τι σήμερα. Τα τεχνουργήματα της μοναδικής προοπτικής μας εκλαμβάνονται πολύ εύκολα ως αποτυχίες της ίδιας της κοσμολογικής αρχής.

«Σχεδόν κάθε εφέ που μπορεί να σε βλάψει λειτουργεί με αυτόν τον τρόπο», είπε ο Χάουελ. "Όλα αυτά είναι επειδή έχουμε μόνο ένα πλεονέκτημα να κοιτάξουμε από το σύμπαν."

Διόρθωση: 13 Δεκεμβρίου 2021

Αυτό το άρθρο αρχικά απέδιδε στον Thomas Buchert την ονομασία του φαινομένου που είναι γνωστό ως backreaction. Στην πραγματικότητα, υποστηρίζει ότι αυτό το προηγουμένως γνωστό φαινόμενο θα μπορούσε να εξηγήσει την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.