شکل جهان چیزی نیست که ما اغلب به آن فکر کنیم. اما من و همکارانم تحقیقات جدیدی منتشر کرده‌ایم که نشان می‌دهد ممکن است نامتقارن یا یک طرفه باشد، به این معنی که از هر جهت یکسان نیست.
آیا باید به این موضوع اهمیت بدهیم؟ خوب، «مدل استاندارد کیهان‌شناسی» امروزی – که دینامیک و ساختار کل کیهان را توصیف می‌کند – کاملاً بر این فرض استوار است که همسانگرد است (در همه جهات یکسان به نظر می‌رسد) و وقتی میانگین در مقیاس‌های بزرگ به‌دست می‌آید همگن است.
اما چندین به اصطلاح “تنش” – یا اختلاف نظر در داده ها – این ایده از یک جهان واحد را با چالش هایی روبرو می کند.
ما به تازگی مقاله ای منتشر کرده ایم که به یکی از مهم ترین این تنش ها به نام ناهنجاری دوقطبی کیهانی می پردازد. نتیجه می‌گیریم که ناهنجاری دوقطبی کیهانی چالشی جدی برای توصیف گسترده‌ای از جهان، مدل استاندارد کیهان‌شناختی (همچنین مدل Lambda-CDM) ایجاد می‌کند.
بنابراین ناهنجاری دوقطبی کیهانی چیست و چرا تلاش برای ارائه شرح مفصلی از کیهان چنین مشکلی است؟
بیایید با پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) شروع کنیم، که تابش باقی مانده از انفجار بزرگ است. CMB یکنواخت در سراسر آسمان تا یک قسمت در صد هزار است.
بنابراین کیهان‌شناسان در مدل‌سازی جهان با استفاده از توصیف «حداکثر متقارن» فضازمان در نظریه نسبیت عام انیشتین احساس اطمینان می‌کنند. این نمای متقارن از جهان، که در آن همه جا و در همه جهات یکسان به نظر می رسد، به عنوان “شرح FLRW” شناخته می شود.
این حل معادلات انیشتین را بسیار ساده می کند و مبنای مدل Lambda-CDM است.
اما چندین ناهنجاری مهم وجود دارد، از جمله یکی از مواردی که به طور گسترده مورد بحث قرار گرفته است به نام تنش هابل. نام آن از ادوین هابل گرفته شده است که در سال 1929 کشف کرد که جهان در حال انبساط است.
تنش از مجموعه داده های مختلف در دهه 2000 شروع شد، عمدتاً از تلسکوپ فضایی هابل، و همچنین اخیراً از ماهواره گایا. این تنش یک اختلاف کیهانی است که در آن اندازه‌گیری‌های نرخ انبساط جهان از روزهای اولیه آن با اندازه‌گیری‌های جهان نزدیک (جدیدتر) مطابقت ندارد.
ناهنجاری دوقطبی کیهانی بسیار کمتر از کشش هابل مورد توجه قرار گرفته است، اما برای درک ما از کیهان بسیار اساسی‌تر است. پس این چیست؟
پس از اثبات متقارن بودن پس‌زمینه مایکروویو کیهانی در مقیاس‌های بزرگ، تغییراتی در این تابش باقی‌مانده از انفجار بزرگ کشف شد. یکی از مهمترین آنها ناهمسانگردی دوقطبی CMB نام دارد. این بزرگترین اختلاف دما در CMB است، جایی که یک طرف آسمان گرمتر و طرف دیگر سردتر است، حدود یک قسمت در هزار. اعتقاد بر این است که این به دلیل حرکت محلی منظومه شمسی است.
به این ترتیب، مدل Lambda-CDM جهان را به چالش نمی کشد. اما ما باید تغییرات مربوطه را در سایر داده های نجومی پیدا کنیم.
در سال 1984، جورج الیس و جان بالدوین پرسیدند که آیا تغییر یا “ناهمسانگردی دوقطبی” مشابهی در توزیع آسمان منابع نجومی دور مانند کهکشان‌های رادیویی و اختروش‌ها وجود دارد یا خیر. منابع باید بسیار دور باشند زیرا منابع نزدیک می توانند یک “دوقطبی خوشه ای” جعلی ایجاد کنند.
اگر فرض FLRW در مورد “جهان متقارن” درست باشد، این تغییر در منابع نجومی دور باید مستقیماً توسط تغییرات مشاهده شده در CMB تعیین شود. این به نام آزمون الیس-بالدوین، پس از ستاره شناسان شناخته می شود.
سازگاری بین تغییرات در CMB و ماده از مدل استاندارد Lambda-CDM پشتیبانی می کند. Discord مستقیماً آن را مورد مناقشه قرار می دهد، همانطور که توضیحات FLRW نیز همینطور است. از آنجایی که این یک آزمایش بسیار دقیق است، کاتالوگ داده های مورد نیاز برای انجام آن به تازگی در دسترس قرار گرفته است.
نتیجه این است که جهان در آزمون الیس-بالدوین شکست می خورد. تنوع ماده با CMB مطابقت ندارد. از آنجایی که منابع احتمالی خطا برای تلسکوپ‌ها و ماهواره‌ها و برای طول موج‌های مختلف طیف کاملاً متفاوت است، اطمینان‌بخش است که نتایج مشابهی با تلسکوپ‌های رادیویی زمینی و ماهواره‌هایی که در طول موج‌های فروسرخ میانه رصد می‌کنند به دست می‌آید.
بنابراین، ناهنجاری دوقطبی کیهانی خود را به عنوان یک چالش بزرگ برای مدل استاندارد کیهان شناسی تثبیت کرده است، حتی اگر جامعه نجومی عمدتاً آن را نادیده گرفته باشد.
این ممکن است به این دلیل باشد که راه آسانی برای رفع این مشکل وجود ندارد. این امر مستلزم رها کردن نه تنها مدل Lambda-CDM، بلکه خود توضیحات FLRW و بازگشت به ابتدا است.
با این حال، بهمنی از داده ها از ماهواره های جدید مانند اقلیدس و SPHEREx و تلسکوپ هایی مانند رصدخانه ورا روبین و آرایه کیلومتر مربعی انتظار می رود. ممکن است به زودی بینش‌های جدید جسورانه‌ای در مورد چگونگی ساخت یک مدل کیهانی جدید با استفاده از پیشرفت‌های اخیر در زیرمجموعه‌ای از هوش مصنوعی (AI) به نام یادگیری ماشین به دست آوریم.
تأثیر آن بر فیزیک بنیادی – و درک ما از جهان واقعاً عظیم خواهد بود.
