우주론의 기초를 덜어 주려는 최근의 시도는 점들의 스미터링이 우주의 스누어로 위로 끌어 올린 것처럼 보였다. 알렉시아 로페즈 (Alexia Lopez)가 6 월에 미국 천문학 소사이어티 (American Astronomical Society) 회의에서 발표 한 먼 은하의 아크는 지금까지 하늘을 가로 질러 펼쳐져 20 개의 풀 달이 걸려 숨어 있습니다. 약 33 억 광년의 공간에 걸쳐 미소 모양의 구조는 논란의 여지가있는 클럽에 합류했습니다. 예기치 않게 큰 것들.
갤럭시 체인을 식별 한 중앙 랭커 셔 대학교 (Central Lancashire) 대학의 천체 물리학 자 중 한 명인 로페즈는 프레젠테이션 중에“현재 우리의 신념에 대해 설명하기가 너무 커서 현재의 신념에 대해 설명하기가 어렵다”고 말했다.
로페즈의“자이언트 아크”는 수세기 동안 천문학을 인도 한 아이디어와 충돌하는 것처럼 보였습니다. 우주에는 눈에 띄는 특징이 없다는 것입니다. 확대 된 관점에서, 당신이 어디에 있는지 또는 어떤 방식으로 보이든, 당신은 거의 같은 수의 은하를 휘젓는 것을 볼 수 있습니다.
.“우주 학적 원리”로서 인한이 가정은 연구자들이 우리의 모퉁이에서 우리가 보는 것에 기초하여 전체 우주에 대한 쓸모없는 결론을 이끌어 냈습니다.
.제네바 대학교의 우주 학자 인 루스 듀러 (Ruth Durrer)는“이것이 잘못된 것으로 판명되면 많은 측정을 다시 만들거나 많은 측정을 재 해석해야한다”고 말했다.
현대 우주론의 하중을 함유 한 스트럿으로서, 우주론 원리는 점점 더 목표가되고있다. Lopez와 그녀의 동료들과 같은 일부 도전자들은 천체 대기업에 당황한 천체 물리학 자입니다. 다른 사람들은 코스모스의 대부분의 물건이“암흑 물질”과“암흑 에너지”의 형태로 우리의 악기에서 숨어 있다는 합의에 의해 불안정한 매버릭 우주 학자들입니다. 그들은 이론가들이 과도하게 단순한 우주론 이론을 패치하기 위해 유령을 불러 일으켰는지 궁금합니다.
대부분의 사람들은 우주 학적 원칙이 면밀히 조사 할 가치가 있다는 데 동의합니다. 그러나 지금까지 너무 비즈 구조 나 다른 이상에 대한 새로운 주장은 움푹 들어간 곳을 만들지 못했습니다. University College London의 우주 학자 인 Seshadri Nadathur는“우리는 가능한 한 많은 구멍을 찌르려고 노력하고 있습니다.
코페르니쿠스에서 아인슈타인까지
우주론 원칙은 코페르니 카 원칙에서 니콜라 우스 코페르니쿠스 (Nicolaus Copernicus)의 1543 년 지구가 고정 된 창조의 중심이 아니라는 사실을 깨달았습니다. 지구가 다른 방식보다는 태양을 공전한다는 그의 통찰력은 일련의 겸손한 변화를 관점에서 시작합니다. 천문학 자들은 1800 년대에 태양이 평범한 별이라는 것을 증명했습니다. 다음 세기에 그들은 우리 자신을 넘어서 수많은 은하를 발견했습니다.
Las Cumbres Observatory의 우주 학자와 산타 바바라의 캘리포니아 대학교의 우주 학자 인 앤드류 하웰 (Andrew Howell)은“우리는 특별하지 않습니다. “우주는 계속해서 우리에게 말해줍니다.”
지구는 특별 할뿐만 아니라 특별한 것은 없습니다. 지난 세기 동안 천문학적 조사는 두 가지 방식으로 우주 학적 원칙으로 알려진 것을 강화했습니다. 강력한 망원경이 어둠 속으로 더 깊이 들여다 보면서, 그들은 비슷한 숫자로 더 멀리 떨어진 은하를 보았습니다. 이것은 우주가 균질하며 물질이 부드럽게 뿌려 졌음을 시사합니다. (넓은 우주를 은하가있는 과일 케이크로 넓은 과일 케이크로 생각하면 과일 조각처럼 균등하게 퍼지고, 각각은 이웃에서 반죽이 팽창함에 따라 이웃에서 멀어지게됩니다.)
.또한, 다른 방향으로 가리키는 망원경은 모두 비슷한 장면을 보았습니다. 물질은 모든 시야를 따라 고르게 분포되어 우주가“등방성”임을 나타냅니다.
코스모스의 동질성과 등방성은 분석하기에 충분히 간단하게 만듭니다.
이론가들은 코스모스의 과거를 재구성하고 일반적인 상대성 이론에 기반한 표준 이론적 모델을 사용하여 미래를 예측합니다. 아인슈타인의 이론은 우주의 구부러진 직물 인 물질과 시공간 사이의 상호 작용을 설명합니다. 그러나 아인슈타인의 치료는 10 개의 상호 연결된 방정식과 20 개의 변수, 일반적으로 해결하기에는 너무 복잡한 방정식 시스템입니다.
우주 학자들은 우주 학적 원리에 의존하여 부드럽고 대칭적인 유체 역할을하는 우주로의 초점을 제한합니다. 은하와 같은 물질의 충돌을 무시하고 우주가 세 축을 따라 같은 방식으로 확장하도록 요구함으로써, 우주 원리는 방정식의 일부를 삭제하고 일부 변수를 연결하여 방정식 시스템을 극적으로 단순화합니다. 그런 다음 이론가들은 1922 년 러시아 우주 학자 인 알렉산더 프리드먼 (Alexander Friedmann)이 아인슈타인 (Einstein)에서 파생 된 프리드먼 방정식 (Friedmann 's)에서 두 가지 방정식으로 코스모스 확장의 속도와 가속도를 예측할 수 있습니다. 지구의 양을 계산하는 것과 조금 비슷합니다.
그러나 천문학 자들이 우주를 더 정확하게 매핑함에 따라, 소수의 연구자들은이 분야가 우주 론적 원리를 너무 멀리 밀어 붙 였는지 궁금해하기 시작했다. 지구는 결국 구체가 아닙니다. 적도에서 부풀어 오릅니다. 마찬가지로, 큰 구조물이나 일방적 인 특징은 우주의 나이, 행동 및 구성에 대한 결론을 훼손 할 수 있습니다.
프랑스의 클로드 버나드 대학교 (Claude Bernard University of Lyon 1)의 우주 학자 인 토마스 부처 (Thomas Buchert)는 프리드먼의 모노톤 우주를 넘어서야한다고 확신 한 사람들 중 하나입니다. "이 표준 모델이 여전히 살아 있어도 이상합니다."
어디에서나 은하
자이언트 아크와 다른 거대한 구조물은 우주론 원리의 첫 번째 기둥에서 파업 :동질성.
우주는 분명히 인간의 규모에서 균질하지 않습니다. 여기에서 1 년 동안 사람을 순간 이동 시키면 하루를 망칠 것입니다. 그러나 우주를 가로 질러 허블 우주 망원경을 반쯤 떨어 뜨리면 친숙한 은하계 이미지를 반환 할 것입니다. 이런 식으로, 우주론 원리는 우주를 팽창하는 풍선으로 공기처럼 취급합니다. 가까이서, 분자는 복잡한 방식으로 어울립니다. 그러나 멀리서, 부드러운 가스는 압력 및 온도와 같은 벌크 특성으로 꾸준히 변화합니다.
갤럭시 설문 조사에 따르면 수억 광년보다 큰 공간 패치에는 거의 같은 양의 물질이 포함되어 있습니다. 따라서 수십억의 빛에 걸쳐있는 거대한 아크와 같은 구조는 평범한 풍선에서 두꺼운 공기 클로트만큼 예상치 못한 것입니다.
이 구조 중 첫 번째 구조 중 하나는 2013 년에 확인되었습니다. 40 억 광년에 걸쳐 분포 된 퀘이사로 알려진 화려한 갤럭시 코어의 추정 그룹화는“우주 론적 원리의 가정에 도전합니다.”
.다른 사람은 확신했다. UCL 우주 학자 인 Nadathur는 무작위성만으로도 거대의 환상을 만들 수 있는지 확인했습니다. 그는 은하가 완전히 우연히 흩어져있는 디지털 우주를 시뮬레이션했습니다. 그럼에도 불구하고, 그는 매끄러운 시뮬레이션에서 클러스터 사냥 프로그램을 느슨하게 설정했을 때 순전히 우연히 퀘이사 그룹만큼 큰 패턴을 선택했습니다. 시뮬레이션 된 표준 모델 유니버스 (중력이 은하를 그룹으로 함께 끌어 올린)에는 여전히 더 웅장한 은하의 그룹을 포함 할 것입니다. Nadathur의 연구는 우주론 원칙에 Quasar Group, Giant Arc 및 다른 사람들을위한 충분한 공간이 있다고 제안했습니다. 그는 거대한 구조가 드물지만 표준 모델은“확률이 어떤 규모로든 0이라고 말하지는 않는다”고 말했다.
Nadathur에 따르면, 불균일성에 대한 더 설득력있는 관찰은 더 큰 규모를 보면서 문제가 약간의 일시적인 것을 유지한다는 발견 일 것입니다. 그러나 현재까지의 연구는 일관되게 확대함에 따라 우주가 더 부드럽게됩니다.
Durrer와 다른 우주론 학자들은 험담 통계에 의해 겉보기에 불가능한 구조가 설명 될 수 있다는 데 동의합니다. 그녀는“많은 관찰을한다면 통계적으로 그럴 가능성이없는 일부를 가질 것”이라고 말했다. "나는 그것들에 대해별로 걱정하지 않습니다."
방향없는 우주
우주가 균질하더라도, 여전히“이방성”인 특별한 무언가를 위해 One Direction을 단독으로 만들 수 있습니다. 그러한 우주에서, 큰 물질의 흐름은 산들 바람처럼 그 방향으로 흐를 수 있습니다. 몇몇 우주 학자들은 이것이 일어날 것이라고 생각합니다.
모든 종류의 우주 흐름에 대한 강력한 증거는 빅뱅의 잔광에서 나옵니다. 천문학 자들은이 "우주 마이크로파 배경"(CMB)이 모든 방향에서 절대 제로보다 2.725도 이상의 본질적으로 동일한 평균 온도를 가지고 있다고 판단했습니다.
.그러나 그 온도를 계산하기 위해 연구자들은 약간의 불균형을 교정합니다. CMB는 별자리 물병 자리를 향해 더 따뜻하고 반대 방향으로도 냉각기의 일부가 더 따뜻해 보입니다.
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거의 모든 우주 학자들은이 관찰을 우리의 "독특한 속도"로 알려진 우리 태양계 자체의 움직임으로 인한 것으로 해석합니다. 태양은 은하수의 중심을 공전하고 은하수는 근처의 은하로 이동하여 태양계가 초당 약 300km로 CMB의 배경에 비해 드리프트되어 들어오는 전자 레인지를 왜곡합니다. 이 지역 드리프트는 우주 학적 원칙의 문제로 간주되지 않습니다.
그러나 우리의 독특한 속도는 CMB의 인식 된 일방성을 완전히 설명하지 못할 수 있습니다. 왜곡은 또한 전체 우주 표류의 효과를 포함 할 수 있습니다. 이 경우 먼 은하에 대한 우리의 움직임을 측정하면 CMB에 대한 속도를 측정하는 것과는 다른 결과를 얻을 수 있습니다. 그 은하가 움직이기 때문입니다. 기차를 타고 산맥과 수평선의 구름에 대한 속도를 측정한다고 상상해보십시오. 속도가 일치하지 않으면 구름이 산을 긁어 야합니다.
몇몇 팀은 먼 은하에 대한 그러한 측정을 시도했으며 명백한 이상한 점을 발견했습니다. 최근의 한 노력으로 연구원들은 백만 개 이상의 멀리 떨어진 퀘이사에 대한 우리의 움직임을 계산했습니다. 그들은 CMB의 불균형과 일치하는 광학 왜곡을 관찰했지만 두 배나 큽니다. 한 가지 해석은 지구가 퀘이사에 비해 초당 약 600 킬로미터로 표류하며, 이는 퀘이사가 CMB에 대해 움직일 수 있음을 암시합니다.
.옥스포드 대학교의 우주 학자이자 계산을 한 그룹의 회원 인 Subir Sarkar는 표준 모델에 대한 불일치와 등방성 우주의 가정에 불일치를 불렀습니다. 그는 일부 거대한 물질 구름이 관찰 가능한 우주 외부에 앉아 모든 것을 그쪽으로 끌고 있다고 추측했다. (우리는 빅뱅 이후로 빛이 우리에게 다가 갈 시간이있는 우주의 구형 볼륨만을 볼 수 있습니다.)“우리는 외부에 무엇이 있는지 알지 못하고 외부가 많이 있습니다.”라고 Sarkar는 말했습니다. "어쩌면 거기에 숨어있는 괴물이있을 것입니다." 그것은 우주가 기하 급수적으로 팽창하여 우리의 관찰 가능한 패치를 넘어서서 매끄럽고 평평 해지는 코스모스의 첫 순간의 주요 이론을 향상시킬 것입니다.
그러나 대부분의 우주 학자들은 퀘이사가 킬로미터 우주를 증명한다는 회의적으로 남아 있습니다. 이 기사에 대해 인터뷰 한 몇몇 연구자들은 퀘이사의 고르지 않은 분포와 같은 다양한 기술적 과제로 인해 퀘이사를 CMB와 비교하기가 어렵다고 말했다. 호주 퀸즐랜드 대학의 천체 물리학자인 타마라 데이비스 (Tamara Davis)는“이러한 연구는하기가 매우 어렵다”고 말했다.
Durrer는 Quasar 증거를 불분명하게 부르며 열린 마음을 유지하고 있다고 말합니다. 그녀는 최근에 우리의 움직임이 먼 은하의 모양을 조정하는 다양한 방법을 결합한 대안 테스트를 고안했습니다. 그녀와 그녀의 동료들은 자신의 기술을 사용하여 차세대 관측소가 단지 몇 퍼센트 포인트만큼 다른 독특한 속도를 선택할 수있을 것이라고 계산하여 이번 10 년 동안 등방성의 정밀한 테스트와 우주 원리를 허용 할 수 있다고 계산했습니다. 그들은 11 월 초에 새로운 접근 방식을 발표했습니다.
Durrer는“이것은 우리가 해결할 수있을 것입니다
배경을 탈출
우주의 선명한 관찰에 발 맞추기 위해, 많은 이론가들은 표준 모델 계산에 적당한 물질을 다른 부드러운 유체로 통합하여 산맥의 구색을 포함하여 지구의 양의 추정을 개선하는 것과 유사합니다. Nadathur는“당신은 다시 인생을 더 복잡하게 만들지 만 합병증을 통제 된 방식으로 추가합니다.
그러나 프랑스 우주 학자 인 부처와 같은 일부는 우주가 어디에서나 동일하다는 가정에서 더 많은 출발을 원합니다. 이를 위해 Buchert는 우주론의“배경없는”모델을 개발하는 데 수십 년을 보냈습니다.
아인슈타인의 일반적인 상대성 이론은 배경의 고전적인 개념을 철거했습니다. 대신, 배우가 지나간 후 흔들리는 극장 커튼과 같은 물질 주위의 시공간 곡선은 때로는 연극의 행동을 따라 가기가 어렵다고 말합니다. 표준 모델은 시공간을 약간 구부릴 수 있지만 우주적 원리를 사용하여 곡선을 작게 유지하고 확장 속도를 균일하게 유지합니다. 이런 식으로, 그것은 계산을 실현하기 위해 배경의 개념을 복원합니다.
Buchert의 작업은 보편적 인 배경을 멀리합니다. 대신, 그는 우주를 큰 덩어리로 나누고 각 지역에서 물질의 양 (및 그 결과 시공간 굽힘)을 평균화합니다. 그런 다음 평균을 해당 청크 내부에서 발생하는 사건을 해석 할 수있는 지역 배경으로 취급합니다. 예상치 못한 결과를 얻은 접근법
.1998 년, 먼 초신성을 바라 보는 천체 물리학 자들은 시간이 지남에 따라 우주가 더 빨리 확장되는 것으로 보인다. 그들의 노벨상을 수상한 관찰은 어두운 에너지라고 불리는 일부 반발 에너지 (아마도 공간 자체의 에너지 자체)가 은하를 서로 밀어 넣을 수있는 것보다 더 강력하게 은하를 밀어 붙이고 있음을 암시했다.
Buchert의 배경없는 접근 방식은 또 다른 가능성을 높였습니다. 은하의 작고 조밀 한 패치와 비교할 때 우주의 빈 공간 "공간"은 은하가 서로 끌어 가고 느리게하는 은하가 적기 때문에 더 빠르게 확장됩니다. 빈 부품이 밀집된 부분보다 빠르게 자라기 때문에 우주는 공허 해집니다. 따라서 전체 확장 속도가 커집니다. Buchert는 Backreaction이라고 불리는이 효과가 암흑 에너지의 필요없이 우주 가속도를 설명 할 수 있다고 주장합니다.
다른 우주론 학자들은 배경이없는 치료가 수학적으로 소리가 나고 역 반응이 실제적이라는 데 동의합니다. 그러나 암흑 에너지를 죽이는 것이 충분한 효과입니까? 이 질문은 Durrer와 그녀의 동료들이 2019 년에 대규모 시뮬레이션을하도록 동기를 부여했습니다. 그들은 수백억 개의 은하로 채워진 디지털 우주를 준비했으며 무작위로 배치 된 천문학자를 위해 공극과 갤럭시 클러스터의 팽창률이 다른 광선에 영향을 미치는지 계산했습니다. 그들은 백 반응이 우주의 확장 속도에 대한 천문학 자의 측정을 약 2%줄일 것임을 발견했습니다. 다시 말해, 표준 모델은 98% 정확한 것으로 보이는 공간의 가속 확장을 예측하고 암흑 에너지를 설명하기 위해 반응하는 데 어려움이 있습니다.
Nadathur는“이제 합의는 결국에는 너무 많은 문제를 일으키지 않는 작은 효과라는 것입니다.
그러나 그 2%는 아직 결과적으로 증명할 수 있습니다. Durrer는 백란 반응이 성장하는 우주론 위기를 해결하는 데 도움이 될 수 있는지 조사하고 있습니다. 허블 장력으로 알려진 위기는 인근 우주가 표준 모델이 우주의 전체 확장 률에 대해 예측하는 것보다 약 9% 빠르게 확장되는 것으로 보인다는 것입니다. 우주의 급진적 인 새로운 성분을 포함하여 많은 설명이 떠 다니고 있습니다. 그러나 Buchert는 작년에 광범위한 우주론 원칙이 명백한 불일치를 비난 할 것이라고 주장했다. 울퉁불퉁 한 우주에서는 빈 패치가 평균보다 빠르게 확장 될 것으로 예상됩니다.
Durrer는 배경 반응의 영향을 시뮬레이션하여 공간의 빈 공간 부분의 한가운데에 착륙 할 수있는 확률을 계산합니다. 그녀는“[Backrection]이 가속화 된 확장을 설명하기에 충분하지 않더라도 허블 장력을 해결하기에 충분할 수 있습니다.
특권 위치
허블 장력이 부분적으로 반응으로 유발 된 신기루가된다면, 그것은 우주에 대한 우리의 이해를 돕기보다는 우주 론적 원칙을 방해하는 첫 번째 주요 사례가 될 것입니다. 그러나 현재로서는 원칙의 예측 능력이 꽤 잘 견디고있는 것 같습니다.
“우주는 정말 균질하고 등방성입니까? 현재 우리가 아는 한, 그렇습니다. 그렇습니다.”라고 Nadathur는 말했습니다.
결국 우리가 독특한 위치에 있기 때문에 전체 우주에 대해 웅장한 추론을하는 것은 어렵습니다. 망원경은 지금까지만 볼 수있어 은하가 마치 시력의 한계를 향해 나오는 것처럼 보입니다. 그리고 천문학 자들이 과거를 더 멀리 떨어져 있고 더 깊이 들으면서, 그들은 초기 우주의 은하들이 오늘날과 다르게 행동하는 것을 본다. 우리의 단일 관점의 유물은 모두 우주 원리 자체의 실패로 너무 쉽게 오해됩니다.
Howell은“당신을 망칠 수있는 거의 모든 효과는 그런 식으로 작동합니다. "우주에서 볼 수있는 유리한 지점이 하나만 있기 때문입니다."
수정 : 2021 년 12 월 13 일
이 기사는 원래 Thomas Buchert에게 백리션으로 알려진 효과를 명명했다고 인정했습니다. 사실, 그는 이전에 알려진이 효과가 우주의 가속 확장을 설명 할 수 있다고 주장합니다.
