Космологическая «Ось Зла»: является ли Земля центром Вселенной?
Согласно модели Большого взрыва Вселенная внезапно оказалась в очень горячем, плотном и расширяющемся состоянии. Во время последующего адиабатического расширения и плотность, и температура Вселенной должны были уменьшиться.
В течение первых нескольких сотен тысяч лет излучение во Вселенной не могло распространяться очень далеко, прежде чем было поглощено материей. Можно сказать, что Вселенная была непрозрачна.
Вещество переизлучало излучение, но излучение быстро поглощалось и вновь испускалось. Это продолжалось до тех пор, пока Вселенная не остыла достаточно, чтобы впервые образовались стабильные атомы водорода. Это произошло через 380 тысяч лет после Большого взрыва.
После эры рекомбинации материя стала прозрачной для излучения, которое, свободно распространяясь в пространстве, дошло до нас в виде реликтового излучения (космический микроволновый фон, cosmic microwave background или CMB).
По сути, реликтовое излучение является очень ранним снимком нашей Вселенной, когда она была еще в младенческом возрасте.
Космологический принцип
В космологическом смысле наша планета Земля не занимает особого места во Вселенной. В нашем конкретном местоположении нет ничего особенного.
Наша планета вращаемся вокруг обычной звезды, в обычной спиральной галактике, которая находится в обычной ветви типичного сверхскопления. Наша планета и ее эволюционный скачок к разумным существам могли произойти в любом месте Вселенной, и любые разумные существа со временем должны были прийти к тем же выводам о важных научных вопросах: Большой взрыв, темная энергия, расширение Вселенной и т.д.
Этот «космологический принцип» (также иногда называемый принципом Коперника) встроен в ту самую математику, которую космологи используют для понимания и моделирования Вселенной: общую теорию относительности.
Космологический принцип говорит нам, что наша Вселенная однородна и изотропна. Однородность означает, что в достаточно больших масштабах один участок Вселенной примерно похож на любой другой участок.
Очевидно, что для этого нужно использовать достаточно большие масштабы (потому что, например, Земля сильно отличается от Солнца), и для нашей Вселенной это происходит на расстоянии около 200 миллионов световых лет.
Изотропность означает, что космос выглядит практически одинаково, независимо от того, в каком направлении вы смотрите — опять же, на достаточно больших расстояниях.
Но действительно ли Вселенная однородна и изотропна?
Анизотропная Вселенная
В принципе да, но есть небольшой нюанс. Согласно космологическому принципу, Вселенная должна везде выглядеть одинаково, по крайней мере, когда мы дойдем до достаточно больших масштабов.
Посмотрите на изображение ниже, которое является одним из способов представления реликтового излучения в наблюдаемой Вселенной. Красные области — это части Вселенной, в которых реликтовое излучение в среднем более теплое, а синие области — части Вселенной, где реликтовое излучение менее теплое.
Это противоречит предсказанию стандартной модели о том, что Вселенная должна быть в целом одинаковой в любом направлении, в котором мы смотрим. Существует также холодное пятно, которое простирается над участком неба, который намного больше, чем ожидалось (обведено кружком). На этом изображении аномальные области были усилены красной и синей штриховкой, чтобы сделать их более отчетливо видимыми. © ESA and the Planck Collaboration
Если космологический принцип верен, красный и синий цвета должны быть равномерно распределены по всей наблюдаемой Вселенной. Но даже при первом взгляде кажется, что это не так.
На самом деле есть по крайней мере две детали этого изображения, которые, кажется, опровергают космологический принцип.
Во-первых, часть изображения, обведенная кружком, огромна и представляет собой часть Вселенной, в которой энергия микроволн очень мала. Его обычно называют «холодным пятном реликтового излучения».
Что еще хуже, в микроволновой энергии наблюдается универсальная тенденция. Части Вселенной, которые находятся ниже белой кривой на изображении выше, имеют в среднем более энергичные (теплые) микроволны, в то время как части Вселенной выше кривой имеют менее энергичные микроволны. Эта кривая называется «осью зла», и космологический принцип говорит, что ее не должно быть. Но она есть.
«Ось зла» — это название, данное очевидной корреляции между плоскостью Солнечной системы и аспектами космического микроволнового фона (CMB). Это придает плоскости Солнечной системы и, следовательно, местоположению Земли большее значение, чем можно было бы ожидать случайно – результат, который, как утверждается, свидетельствует об отходе от принципа Коперника.
Было несколько попыток «объяснить» реликтовое излучение. Некоторые ученые думают, что это просто аномалия, связанная со статистическим анализом, который в первую очередь необходим для создания изображения.
Другие полагают, что холодное пятно — это остаток места, где другая вселенная столкнулась с нашей. Однако факт остается фактом: если приведенное выше изображение является точным представлением космических микроволн, космологический принцип может быть неверен.
Кроме того, некоторые части холодного пятна на 140 мкК холоднее, чем средняя температура реликтового излучения. Этот результат озадачивает космологов. Было предложено несколько объяснений холодного пятна.
Одно из предположений состоит в том, что это результат сверхпустоты в направлении холодного пятна. Эта гипотетическая область, почти лишенная какой-либо материи, будет находиться на расстоянии 6–10 миллиардов световых лет и иметь диаметр 500 миллионов–1 миллиард световых лет. То есть, это может быть самая большая структура во Вселенной. © ESA and the Planck Collaboration
Но кроме этого, есть еще одна большая проблема с «осью зла». Оказывается, ось совмещена с той самой плоскостью, в которой все планеты нашей Солнечной системы, включая Землю, вращаются вокруг Солнца. Какая тому может быть причина? Пока этот вопрос остается без ответа.
Сам факт того, что «Ось Зла» выровнена с орбитой Земли вокруг Солнца, говорит о том, что она может быть связана с Солнечной системой, а не со Вселенной в целом.
Если это так, то реликтовое излучение на самом деле не вселенское, то есть оно не имеет ценности как неоспоримое доказательство Большого взрыва. Но даже если реликтовое излучение имеет вселенский масштаб, то тогда оно явно противоречит космологическому принципу.