Ponovo objavljeno 25.5.2024.

Takozvana kosmološka „osa zla“ ili razlika temperatura dve polulopte neba

Izvor: https://sci.esa.int/

Vidimo i merimo rani svemir

Na slici gore je izgled svog neba po primljenom zračenju na talasnim dužinama od oko trećine milimetra pa do oko 11 milimetara. Zvezde ne emituju mnogo na tim talasnim dužinama pa se ne vide na ovoj slici. Hladni gas naše Galaksije ili iz drugih galaksija ima primetnu emisiju u ovom dijapazonu ali to je pažljivo oduzeto sa slike. 

Ono što je ostalo da ovde vidimo jesu oblaci tople plazme na temperaturi od blizu 4000 stepeni. Otprilike dvaput toplije od mlaza švajs aparata. Štaviše, ti oblaci se nalaze na samoj granici vidljivog svemira i vidimo ih onakvim kakvi su bili pre skoro 13.7 milijardi godina.

Isti takvi oblaci vrele plazme su postojali i tu gde mi sada sedimo i svuda bliže po svemiru, ali pošto je to bliže ono što je tu vidimo kako je sada ili kako je bilo u bližoj prošlosti. Dotle se svemir proširio, gas se ohladio, formirale su se galaksije, zvezde, i planete pa je to ono što i vidimo. Tako da na ovoj slici vidimo samo one oblake koji su tako daleko da njihovo zračenje tek sada stiže do nas. To je granica vidljivog svemira.

U međuvremenu, otkako je zračenje napustilo te oblake plazme svemir širio. Ohladili su se ne samo oblaci već i samo njihovo zračenje (to je neobičan fizički efekat, svetlost se ohladila!), pa nam stiže ne kao blistavo zračenje švajs aparata nego kao uglavnom mikrotalasno zračenje koje kao da je emitovao hladni gas na temperature od svega oko 2.73 K.

Šarena zrnca koja vidimo na ovoj slici predstavljaju oblake plazme različitih veličina i temperatura. Mrlja veličine malog slova “o“ odgovara oblaku od oko 400 hiljada svetlosnih godina u prečniku. Do sada se takav region proširio oko hiljadu puta i u sadašnje vreme odgovara gigantskom jatu galaksija od oko 400 miliona svetlosnih godina u prečniku. O sadašnjem stanju tih dalekih oblaka mi donosimo zaključke posmatrajući galaksije i jata galaksija koja su blizu. Jer materija bilo gde je proistekla iz iste supe, i galaksije kakve su sada blizu nas bi trebalo da su iste kao galaksije sada koje su daleko.

Uspesi i zagonetke

Crvenom bojom na toj slici su označeni regioni koji su malo topliji od 2.73 K. Plavom oni koji su malo hladniji. Raspon tih varijacija je do 0.0001 K.

Precizna merenja te zrnaste strukture su osnova naše savremene slike svemira. Sa ove slike je dedukovana i starost svemira, i njegov sastav i njegova geometrija, i zakon po kome su nastale galaksije. Jedno od najvećih dostignuća nauke svih vremena.

Sve što je na ovoj mapi izmereno predstavlja realnost. I tu su, povrh svih uspešnih, očekivanih ili razumljivih rezultata, primećene i neočekivane anomalije. Dve su označene na ovoj slici.

Anomalije 

Izvor: https://sci.esa.int/

Beli oval dole desno ima prečnik od oko 10 punih Meseca na nebu, ili 2 miliona svetlosnih godina u to doba. Njegova temperature, kako se vidi iz duboko plave boje, je sada oko 0.0007 K ispod srednje. Ta manja vrednost nije problem, problem je što ne bi trebalo da je tako hladan region tako veliki! To je takozvana “hladna pega” ili “hladna mrlja” (CMB cold spot).

Na slici je takođe označena i vijugava bela linija. Ona deli nebo u dve polulopte, levu i desnu. Ispostavilo se da je srednja temperature polulopte levo oko 0.0001 K ispod srednje temperature svog neba, a srednja temperature polulopte desno je oko 0.0001 K iznad srednje temperature svog neba (2.73 K). 

Tehnički opis te razlike je što dve ili čak tri matematičke funkcije koje se ovde koriste imaju maksimume u približno istom smeru, blisko jednoj istoj osi. Nekoliko godina pre ovog otkrića tadašnji američki predsednik Buš (sin), upotrebio je u političkom kontekstu frazu „osa zla.“ Dvoje fizičara usvojilo je to ime za opis uzroka razlike srednjih temperatura dve polulopte koje razdvaja vijugava bela linija na slici. Svako može da odluči za sebe da li je to politički sarkazam, duhovita analogija, ili jezički kič.

Zagonetke te razlike u temperaturama je što bi se očekivalo da kako god da presečemo nebo u dve polulopte one bi trebalo da imaju “iste” srednje temperature, to jest, iste u smislu da se ne razlikuju mnogo više od tačnosti merenja. Razlika od 0.0001 K j e otprilike dva puta veća i primećena je.

Važno je naglasiti da se ovde ne radi o razlici temperature u dva oštra dijametralno suprotna pravca (takozvani dipol), već o difuznijoj razlici čitave polusfere, jedne u odnosu na drugu.

Interpretacija

Šta sve to znače? Šta je uzrok te razlike?

To još uvek niko ne zna.

Prva mogućnost je bila da su ove anomalije rezultat matematičke obrade merenja. To je u principu moguće, ali fizičari su ispitali tu mogućnost I odlučno je odbacili.

Druga mogućnost je da u “oduzimanju” zračenja bližih objekata na ovim talasnim dužinama neki od tih objekata su propušteni. Da je ova razlika u temperaturama možda uzrokovana prisustvom nekih bliskih izvora hladnog mikrotalasnog zračenja?

To je naročito interesantna mogućnost jer je hladnija od dve hemisfere uglavnom severno od ravni ekliptike (ravni u kojoj planete kruže oko Sunca) dok je malo toplija hemisfera južnije od te ravni. Da li postoji neka nesimetrična raspodela prašine ili gasa oko Sunčevog Sistema koja dovodi do ove anomalije? Nije nemoguće u principu, ali fizičari i astronomi su razmatrali tu mogućnost i do sada nijedan model ne drži vodu.

Treća mogućnost je da se radi o nekom novom kosmološkom efektu, znaku nove fizike, možda čak i o novoj revoluciji u kosmologiji? Takva razmatranja za sada međutim imaju malu vrednost. Jer ništa nismo naučili ako treba da usvojimo tri nove dramatične hipoteze da bi se objasnila jedna činjenica!

Treba posebno naglasiti da ova anomalija razlike u temperaturama dve polulopte nema nikakve veze sa interpretacijom kvantne mehanike, ulogom posmatrača u merenju, i sličnim temama. Ovde se radi o standardnoj situaciji – razumeti broj.

Najprihvatljivija interpretacija za sada je da se radi o statističkoj fluktuaciji bez većeg fizičkog značaja. Jer ni “hladna mrlja” ni “osa zla” nisu nemogući, kao voda koja teče uzbrdo, samo su malo verovatni, kao šansa da se dobije na lutriji. Ove anomalije ne ruše našu sadašnju sliku svemira ili takozvani standardni kosmološki model, tek su ga zagolicale.

U istoriji fizike i astronomije ima dosta slučajeva tih numerički malih zagonetki. Neke se polako istope, kada se poveća preciznost merenja ili otkrije neočekivana sistematska greška, što daje prijatan osećaj da zaista razumemo šta znamo. Druge se održe, iskombinuju, i dovedu do novih otkrića i proširenja naše slike, što je standardni put progresa. Videćemo šta će biti u ovom slučaju.