Είμαστε σίγουροι ότι γνωρίζουμε το σχήμα του Σύμπαντος; Για πολλές δεκαετίες, η επιστημονική κοινότητα έχει οικοδομήσει το Καθιερωμένο Κοσμολογικό Πρότυπο (Standard Model) πάνω σε μια θεμελιώδη και καθησυχαστική παραδοχή: την «Κοσμολογική Αρχή». Σύμφωνα με αυτήν, αν κοιτάξουμε το Σύμπαν σε αρκετά μεγάλη κλίμακα, αυτό φαίνεται ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις (ισοτροπία) και έχει την ίδια κατανομή ύλης παντού (ομοιογένεια).
Ωστόσο, μια νέα ανάλυση που δημοσιεύθηκε πρόσφατα από ερευνητές, μεταξύ των οποίων και ο ομότιμος καθηγητής του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, Subir Sarkar, έρχεται να ταράξει την επιστημονική βεβαιότητα. Τα δεδομένα δείχνουν ότι το Σύμπαν μας ενδέχεται να είναι «μονόπλευρο» (lopsided), μια ασυμμετρία που, αν επιβεβαιωθεί, θα μπορούσε να μας αναγκάσει να ξαναγράψουμε τα βιβλία της φυσικής από την αρχή.
Η «ιερή» συμμετρία του Αϊνστάιν
Το σημερινό κυρίαρχο μοντέλο, γνωστό ως Λάμδα-CDM (Lambda-CDM), βασίζεται στη λύση των εξισώσεων του Αϊνστάιν που προϋποθέτει ένα Σύμπαν «μέγιστης συμμετρίας». Αυτή η περιγραφή, γνωστή ως μετρική FLRW (Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker), απλοποιεί δραματικά τα μαθηματικά, επιτρέποντάς μας να κάνουμε υπολογισμούς για την ηλικία, την επέκταση και τη σύνθεση του κόσμου.
Οι κοσμολόγοι ένιωθαν ασφαλείς με αυτή την παραδοχή λόγω της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου (CMB) — του «απόηχου» του Big Bang. Η CMB φαίνεται εκπληκτικά ομοιόμορφη στον ουρανό, με αποκλίσεις μόλις ένα μέρος στις 100.000. Αυτή η ομοιομορφία θεωρήθηκε η απόλυτη απόδειξη ότι ζούμε σε ένα ισότροπο σύμπαν.
Όμως, κάτω από την επιφάνεια, υπάρχουν ρωγμές. Ενώ η «Ένταση του Hubble» (η ασυμφωνία στον ρυθμό διαστολής του Sύμπαντος) έχει μονοπωλήσει το ενδιαφέρον των μέσων ενημέρωσης, μια άλλη, πιο θεμελιώδης διαφωνία στα δεδομένα παραμένει στο σκοτάδι: η Ανωμαλία του Κοσμικού Διπόλου.
Το τεστ που απέτυχε
Τι είναι όμως το κοσμικό δίπολο; Παρόλο που η CMB είναι γενικά ομοιόμορφη, παρουσιάζει μια συγκεκριμένη ανισοτροπία: η μία πλευρά του ουρανού εμφανίζεται ελαφρώς θερμότερη και η απέναντι ελαφρώς ψυχρότερη. Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες απέδιδαν αυτό το φαινόμενο αποκλειστικά στην κίνηση του Ηλιακού μας Συστήματος μέσα στο Διάστημα. Θεωρούσαμε, δηλαδή, ότι τρέχουμε προς τη μία κατεύθυνση, και αυτό προκαλεί το φαινόμενο Doppler, αλλάζοντας φαινομενικά τη θερμοκρασία της ακτινοβολίας.
Εδώ όμως είναι που τα πράγματα περιπλέκονται. Το 1984, οι αστρονόμοι George Ellis και John Baldwin πρότειναν ένα κρίσιμο τεστ: Αν η παραπάνω εξήγηση είναι σωστή και το Σύμπαν είναι όντως συμμετρικό, τότε η ίδια «ανισοτροπία» που βλέπουμε στην ακτινοβολία CMB θα πρέπει να εμφανίζεται και στην κατανομή των μακρινών γαλαξιών και κβάζαρ. Με απλά λόγια, αν τρέχουμε προς μια κατεύθυνση, θα πρέπει να βλέπουμε και περισσότερους γαλαξίες προς εκείνη την πλευρά, σε συγκεκριμένη αναλογία.
Σήμερα, έχουμε πλέον στη διάθεσή μας καταλόγους δεδομένων με επαρκή ακρίβεια για να εκτελέσουμε αυτό το τεστ. Το αποτέλεσμα; Το Σύμπαν αποτυγχάνει στο τεστ των Ellis και Baldwin.
Η ανάλυση των ερευνητών δείχνει ότι η κατανομή της ύλης (γαλαξίες, κβάζαρ) δεν συμφωνεί με την κατανομή της ακτινοβολίας CMB. Οι διευθύνσεις ταιριάζουν, αλλά τα πλάτη όχι. Η απόκλιση είναι υπαρκτή και επίμονη, είτε κοιτάμε μέσα από επίγεια ραδιοτηλεσκόπια είτε μέσω δορυφόρων που παρατηρούν στο υπέρυθρο.
Επιστροφή στο μηδέν;
Η σημασία αυτής της παρατήρησης είναι τεράστια. Αν η ανωμαλία του κοσμικού διπόλου είναι πραγματική και όχι 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. Σημαίνει ότι το Καθιερωμένο Πρότυπο Λάμδα-CDM μπορεί να μην περιγράφει σωστά την πραγματικότητα. Έννοιες όπως η Σκοτεινή Ενέργεια, που επινοήθηκαν για να εξηγήσουν παρατηρήσεις μέσα στο πλαίσιο του τρέχοντος μοντέλου, ίσως χρειαστεί να επανεξεταστούν ή ακόμη και να αντικατασταθούν από μια εντελώς νέα φυσική θεωρία.
Η επιστημονική κοινότητα, μέχρι στιγμής, έχει δείξει μια τάση να αγνοεί το συγκεκριμένο πρόβλημα, ίσως επειδή η λύση του είναι εξαιρετικά δύσκολη: απαιτεί την εγκατάλειψη της βολικής συμμετρίας και την ανάπτυξη πολύπλοκων μοντέλων για ένα ανισότροπο Σύμπαν.
Το βλέμμα στο μέλλον
Δεν βρισκόμαστε, ωστόσο, σε αδιέξοδο. Μια «χιονοστιβάδα» νέων δεδομένων αναμένεται τα επόμενα χρόνια από αποστολές όπως ο δορυφόρος Euclid του ESA, το παρατηρητήριο Vera Rubin και το γιγαντιαίο ραδιοτηλεσκόπιο SKA (Square Kilometre Array).
Τα εργαλεία αυτά θα χαρτογραφήσουν το Σύμπαν με πρωτοφανή λεπτομέρεια. Σε συνδυασμό με την εξελισσόμενη τεχνολογία της μηχανικής μάθησης, οι φυσικοί ελπίζουν να ξεκλειδώσουν τα μυστικά αυτής της κοσμικής ασυμμετρίας. Αν επιβεβαιωθεί ότι ζούμε σε ένα «στραβό» Sύμπαν, τότε βρισκόμαστε στο κατώφλι μιας από τις μεγαλύτερες ανατροπές στην ιστορία της επιστήμης.
