Soczewki grawitacyjne pomogą przetestować czy prawa fizyki działają tak samo w każdym zakątku wszechświata

Czy prawa fizyki działają tak samo w każdym zakątku wszechświata? To fundamentalne pytanie od dawna nurtuje naukowców, a teraz międzynarodowy zespół fizyków z Europy i Republiki Południowej Afryki znalazł sposób, by to wreszcie sprawdzić. Ich przełomowe badanie, opublikowane w czasopiśmie JCAP, może zrewolucjonizować nasze rozumienie kosmosu.

Od dziesięcioleci fizycy opierają swoje teorie na tzw. zasadzie kosmologicznej. To fundamentalne założenie mówi, że prawa fizyki są uniwersalne - działają tak samo wszędzie, niezależnie od tego, w którym miejscu wszechświata się znajdujemy. To trochę tak, jakbyśmy zakładali, że przepis na ciasto będzie działał tak samo w każdej kuchni na świecie. Ale co jeśli to założenie jest błędne?

Zespół naukowców pod kierownictwem profesora Chrisa Clarksona z Queen Mary University w Londynie opracował nowatorską metodę, która pozwoli to sprawdzić. Wykorzystują do tego fascynujące zjawisko znane jako soczewki grawitacyjne - miejsca w kosmosie, gdzie ogromne skupiska masy, takie jak gromady galaktyk, zakrzywiają czasoprzestrzeń niczym gigantyczne szkła powiększające.

Kluczem do ich metody jest obserwacja tego, jak te kosmiczne soczewki oddziałują z promieniowaniem reliktowym - swoistym echem Wielkiego Wybuchu, które wciąż krąży po wszechświecie. To promieniowanie, powstałe w pierwszych momentach istnienia kosmosu, niesie ze sobą bezcenne informacje o przestrzeni, przez którą przeszło w swojej wielomiliardowej podróży.

Naukowcy skupili się szczególnie na tym, jak to promieniowanie jest "skręcane" (polaryzowane) podczas swojej podróży przez kosmos. To trochę jak obserwowanie, jak zmienia się kształt cienia, gdy światło przechodzi przez różne rodzaje szkła. Różnice w tym "skręceniu" mogą wskazywać na to, że prawa fizyki nie są wszędzie takie same.

Wcześniej badanie tego zjawiska było niezwykle trudne, ponieważ samo promieniowanie reliktowe było już spolaryzowane, gdy oddziaływało z gorącą plazmą obecną w przestrzeni kosmicznej. To tak, jakby próbować odczytać tekst przez kilka warstw różnokolorowego szkła. Jednak naukowcy znaleźli sposób, by rozdzielić te nakładające się efekty, wykorzystując specyficzny rodzaj słabych soczewek grawitacyjnych tworzonych przez duże gromady galaktyk.

Co więcej, to nie jest tylko teoria - naukowcy twierdzą, że już teraz możemy rozpocząć takie obserwacje dzięki orbitalnego teleskopowi Euclid. Ten zaawansowany instrument jest wystarczająco czuły, by wykryć nawet niewielkie różnice w działaniu praw fizyki w różnych częściach wszechświata.

To badanie jest szczególnie istotne w świetle ostatnich odkryć. W ciągu ostatnich dwudziestu lat naukowcy natrafili na szereg zjawisk sugerujących możliwość istnienia anizotropii we wszechświecie - czyli sytuacji, w której prawa fizyki mogą się różnić w zależności od miejsca. To trochę tak, jakby odkryć, że przepis na ciasto daje różne wyniki w różnych częściach świata, mimo że składniki i procedura są dokładnie takie same.

Jeśli obserwacje potwierdzą istnienie takich różnic, będziemy musieli gruntownie przemyśleć nasze rozumienie wszechświata. Mogłoby to prowadzić do zupełnie nowych teorii kosmologicznych i zmienić nasze postrzeganie miejsca, jakie zajmujemy w kosmosie.