Niet alleen lijkt een universele constante irritant inconstant aan de buitenste rand van de kosmos, het komt maar in één richting voor, wat ronduit raar is.

Degenen die uitkijken naar een dag waarop de Grand Unifying Theory of Everything van de wetenschap op een t-shirt kan worden gedragen, moeten misschien wat langer wachten, aangezien astrofysici aanwijzingen blijven vinden dat een van de kosmologische constanten toch niet zo constant is.

In een paper gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , wetenschappers van UNSW Sydney meldden dat vier nieuwe metingen van licht uitgezonden door een quasar op 13 miljard lichtjaar afstand eerdere studies bevestigen die kleine variaties in de fijne structuurconstante vonden.

UNSW Science's professor John Webb zegt dat de fijne structuurconstante een maat is voor elektromagnetisme - een van de vier fundamentele krachten in de natuur (de andere zijn zwaartekracht, zwakke kernkracht en sterke kernkracht).

"De fijne structuurconstante is de hoeveelheid die natuurkundigen gebruiken als een maat voor de sterkte van de elektromagnetische kracht, ' zegt professor Webb.

"Het is een dimensieloos getal en het heeft te maken met de lichtsnelheid, iets dat de constante van Planck wordt genoemd en de elektronlading, en het is een verhouding van die dingen. En het is het getal dat natuurkundigen gebruiken om de sterkte van de elektromagnetische kracht te meten."

De elektromagnetische kracht houdt elektronen rond een kern in elk atoom van het universum - zonder dat, alle materie zou uit elkaar vliegen. Tot voor kort, men geloofde dat het een onveranderlijke kracht was in tijd en ruimte. Maar in de afgelopen twee decennia Professor Webb heeft anomalieën opgemerkt in de fijne structuurconstante waardoor elektromagnetische kracht gemeten in een bepaalde richting van het heelal er net iets anders uitziet.

"We vonden een hint dat dat aantal van de fijne structuurconstante in bepaalde delen van het universum anders was. Niet alleen als een functie van de tijd, maar eigenlijk ook richting in het heelal, dat is echt heel vreemd als het juist is ... maar dat is wat we hebben gevonden."

Op zoek naar aanwijzingen

Ooit de scepticus, toen professor Webb voor het eerst deze vroege tekenen van iets zwakkere en sterkere metingen van de elektromagnetische kracht tegenkwam, hij dacht dat het een fout van de apparatuur kon zijn, of van zijn berekeningen of een andere fout die tot de ongebruikelijke metingen had geleid. Het was tijdens het kijken naar enkele van de meest verre quasars - massieve hemellichamen die uitzonderlijk hoge energie uitstralen - aan de randen van het universum dat deze afwijkingen voor het eerst werden waargenomen met behulp van 's werelds krachtigste telescopen.

"De verste quasars die we kennen, zijn ongeveer 12 tot 13 miljard lichtjaar van ons verwijderd, ' zegt professor Webb.

"Dus als je het licht van verre quasars in detail kunt bestuderen, je bestudeert de eigenschappen van het universum zoals het was toen het nog in de kinderschoenen stond, slechts een miljard jaar oud. Het universum was toen heel, zeer verschillend. Er bestonden geen sterrenstelsels, de vroege sterren waren gevormd, maar er was zeker niet dezelfde populatie van sterren die we vandaag zien. En er waren geen planeten."

Hij zegt dat in de huidige studie, het team keek naar zo'n quasar die hen in staat stelde terug te gaan naar de tijd dat het universum slechts een miljard jaar oud was, wat nog nooit eerder was gedaan. Het team deed vier metingen van de fijne constante langs de ene zichtlijn naar deze quasar. individueel, de vier metingen gaven geen sluitend antwoord op de vraag of er al dan niet waarneembare veranderingen waren in de elektromagnetische kracht. Echter, in combinatie met tal van andere metingen tussen ons en verre quasars gemaakt door andere wetenschappers en niet gerelateerd aan deze studie, de verschillen in de fijne structuurconstante werden duidelijk.

Een raar universum

"En het lijkt dit idee te ondersteunen dat er een richtingsgevoeligheid in het universum zou kunnen zijn, dat is inderdaad heel raar ' zegt professor Webb.

"Dus het universum is misschien niet isotroop in zijn natuurwetten - een die hetzelfde is, statistisch, in alle richtingen. Maar eigenlijk, er kan een richting of voorkeursrichting in het universum zijn waar de wetten van de fysica veranderen, maar niet in de loodrechte richting. Met andere woorden, het universum in zekere zin, heeft een dipoolstructuur.

"In een bepaalde richting, we kunnen 12 miljard lichtjaar terugkijken en elektromagnetisme meten toen het heelal heel jong was. Door alle gegevens bij elkaar te brengen, elektromagnetisme lijkt geleidelijk toe te nemen naarmate we verder kijken, terwijl in de tegenovergestelde richting, het neemt geleidelijk af. In andere richtingen in de kosmos, de fijne structuurconstante blijft precies dat - constant. Deze nieuwe, zeer verre metingen hebben onze waarnemingen verder geduwd dan ooit tevoren."

Met andere woorden, in wat werd beschouwd als een willekeurig willekeurige verspreiding van sterrenstelsels, quasars, zwarte gaten, sterren, gaswolken en planeten - met leven dat floreert in ten minste één kleine nis ervan - lijkt het universum plotseling het equivalent van een noorden en een zuiden te hebben. Professor Webb staat nog steeds open voor het idee dat op de een of andere manier deze metingen die in verschillende stadia zijn gedaan met verschillende technologieën en vanaf verschillende locaties op aarde, eigenlijk een enorm toeval zijn.

"Dit is iets dat zeer serieus wordt genomen en wordt beschouwd, heel terecht met scepsis, zelfs door mij, ook al heb ik er voor het eerst met mijn leerlingen aan gewerkt. Maar het is iets dat je moet testen, want het is mogelijk dat we in een raar universum leven."

Maar toe te voegen aan de kant van het argument dat zegt dat deze bevindingen meer zijn dan alleen toeval, een team in de VS dat volledig onafhankelijk werkt en onbekend is voor professor Webb, maakte waarnemingen over röntgenstralen die leken overeen te komen met het idee dat het universum een ​​soort van richtingsgevoeligheid heeft.

"Ik wist niets over dit artikel totdat het in de literatuur verscheen, " hij zegt.

"En ze testen niet de wetten van de fysica, ze testen de eigenschappen, de röntgeneigenschappen van sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels en kosmologische afstanden van de aarde. Ze ontdekten ook dat de eigenschappen van het universum in deze zin niet isotroop zijn en dat er een voorkeursrichting is. En zie, hun richting valt samen met de onze."

Leven, het universum en alles

Hoewel we nog steeds meer rigoureuze tests willen zien van ideeën dat elektromagnetisme in bepaalde delen van het universum kan fluctueren om het een vorm van gerichtheid te geven, Professor Webb zegt dat als deze bevindingen bevestigd blijven, ze kunnen helpen verklaren waarom ons universum is zoals het is, en waarom er überhaupt leven in zit.

"Voor een lange tijd, men heeft gedacht dat de natuurwetten perfect afgestemd lijken om de voorwaarden te scheppen voor het bloeien van het leven. De sterkte van de elektromagnetische kracht is een van die grootheden. Als het maar een paar procent zou verschillen van de waarde die we op aarde meten, de chemische evolutie van het universum zou compleet anders zijn en het leven is misschien nooit op gang gekomen. Het roept een prikkelende vraag op:is deze "Goldilocks'-situatie, waar fundamentele fysieke grootheden zoals de fijne structuurconstante 'precies goed' zijn om ons bestaan ​​te bevorderen, gelden in het hele universum?"

Als er een richting in het universum is, Professor Webb stelt, en als wordt aangetoond dat elektromagnetisme in bepaalde gebieden van de kosmos heel weinig verschilt, de meest fundamentele concepten die ten grondslag liggen aan veel van de moderne natuurkunde zullen moeten worden herzien.

"Ons standaardmodel van kosmologie is gebaseerd op een isotroop universum, een die hetzelfde is, statistisch, in alle richtingen, " hij zegt.

"Dat standaardmodel zelf is gebaseerd op Einsteins zwaartekrachttheorie, die zelf expliciet uitgaat van constantheid van de natuurwetten. Als zulke fundamentele principes slechts goede benaderingen blijken te zijn, de deuren staan ​​open voor een aantal zeer opwindende, nieuwe ideeën in de natuurkunde."

Het team van professor Webb gelooft dat dit de eerste stap is naar een veel grotere studie die vele richtingen in het universum onderzoekt, gebruikmakend van gegevens afkomstig van nieuwe instrumenten op 's werelds grootste telescopen. Er ontstaan ​​nu nieuwe technologieën om gegevens van hogere kwaliteit te leveren, en nieuwe analysemethoden voor kunstmatige intelligentie zullen helpen om metingen te automatiseren en sneller en nauwkeuriger uit te voeren.