Na zasadzie kosmologicznej

Jeszcze bardziej koncepcyjne pytanie o wzajemne włączenie zasady kosmologicznej. Innymi słowy, zastanawiałem się, czy możliwe byłoby posiadanie Wszechświata, który byłby izotropowy, ale NIE jednorodny LUB Wszechświata, który był jednorodny, ale NIE był izotropowy.

Mój paskudny zmysł mówi mi, że możliwe jest, że Wszechświat może być istroskopowy, ale nie homogeniczny.

Z pewnością domyślnie, jeśli Wszechświat jest jednorodny, to znaczy, że musi być izotropowy?

cosmology cosmological-principle homogeneity

— MichaelJRoberts
źródło

Czy to w ogóle pomaga? Interesujące spojrzenie na izotropię a jednorodność materiałów

— koszt z

Myślę, że możemy mieć istropię w niejednorodnym materiale (na przykład różne warstwy gęstości lub koncentryczne pierścienie gęstości), ale z pewnością, gdy już uzyskamy jednorodność w medium, to jest to również istroskopowe?

— MichaelJRoberts

@costrom PS To trochę pomogło.

— MichaelJRoberts

Odpowiedzi:

Żaden z dwóch przypadków nie jest całkowicie nie do pomyślenia:

Jednorodny, anizotropowy wszechświat

Wszechświat z galaktykami rozmieszczonymi równomiernie po całym, ale wszystkie wirują w tym samym kierunku. Ten wszechświat wyglądałby tak samo bez względu na miejsce zamieszkania, ale miałby pęd kątowy netto, więc patrząc w jednym kierunku zobaczyłbyś wszystkie galaktyki wirujące wzdłuż linii wzroku, a w innym kierunku zobaczyłbyś, że obracają się prostopadle do w tym kierunku.

Innym przykładem jest wszechświat, który został przeniknięty przez fale gęstości w jednym kierunku. W tym kierunku widać gęstość galaktyk naprzemiennie między wysoką a niską, a prostopadle do niej - stałą gęstość.

Wczorajsze artykuły na temat arXiv zawierały artykuł ( Schucker 2016 ), który omawia możliwość, że moglibyśmy żyć w innym typie jednorodnego, anizotropowego wszechświata, mianowicie takim, w którym obserwowane tempo ekspansji zależy od kierunku, w którym patrzysz. Nazywa się to „Wszechświatem Bianchi I” i nie jest jedynie hipotetyczną ciekawostką (chociaż wyniki tego artykułu nie są statystycznie nieistotne). Zobacz także odpowiedź @JonesTheAstronomer .

Niejednorodny, izotropowy wszechświat

Jak nauczył nas John Rennie, Wielki Wybuch nie nastąpił w żadnym momencie . Jednakże, jeśli to zrobił, a my się do życia w regionie centralnym, mogliśmy obserwować takie same we wszystkich kierunkach, ale widać stopniowo thinnening wszechświat, czy może rośnie do pewnego punktu, a potem maleje, w zależności od dokładnie jak to exsplosion doszło . Ten scenariusz będzie jednak oznaczać, że żyjemy szczególne miejsce we wszechświecie, która stałaby Kopernikus smutny. Jeśli wszechświat jest izotropowy z więcej niż jednego miejsca, musi być również jednorodny.

— pela
źródło

Ładne zdjęcia, pela, +1. Ale muszę powiedzieć, że tak naprawdę nie widzimy takich galaktyk. Jeśli chodzi o odpowiedź JR, „wszechświat nie ma centrum” jest nieuzasadnionym twierdzeniem, które prawdopodobnie stoi w sprzeczności z „nie ma przestrzeni poza wszechświatem”.

— John Duffield,

@JohnDuffield: Nie, nie nie miałem na myśli, że widzimy galaktyki takie jak powyżej. Chodzi mi o to, że takie wszechświaty są w zasadzie możliwe do wyobrażenia fizycznego - po prostu obserwujemy, że nie żyjemy w takim wszechświecie. W przeciwieństwie do tego, trudniej jest wyobrazić sobie wszechświat, w którym, powiedzmy, galaktyki leżą w wąskich strumieniach skierowanych ze wspólnego centrum, takiego jak lewa postać Neda Wrighta.

— pela

Jeśli chodzi o odpowiedź JR, istnieje mnóstwo dowodów obserwacyjnych (oczywiście żadnych dowodów, jak to zawsze ma miejsce w fizyce) i nie rozumiem, co masz na myśli mówiąc, że jest to sprzeczne z „nie ma przestrzeni poza wszechświatem”

— pela

@JohnDuffield: Tak, „grejpfrut” miał centrum, tak jak obserwowalny Wszechświat ma centrum, a mianowicie my. To nie była cała przestrzeń, tak jak obserwowalny Wszechświat nie jest całą przestrzenią. Gdyby tak było, nasz Wszechświat zostałby zamknięty z silną krzywizną dodatnią, co zdecydowanie wykluczają obserwacje. Zgadzam się, że przestrzeń może być skończona, ale jeśli tak, to musi być znacznie większa niż obserwowalny Wszechświat, abyśmy nie zaobserwowali .

Ω_{t o t} ≫ 1

$\Omega_\mathrm{tot}\gg1$

— pela

Wrt. centrum czy nie, dam wam, że nie ma dowodów na to, że cały wszechświat nie ma centrum, poza tym, że tak, kosmologiczna zasada, która daje wiele znaczących prognoz, jest błędna i wszyscy będą smutni. Jednak nie ma też dowodów na istnienie centrum.

— pela

Zastanawiałem się, czy możliwe byłoby posiadanie Wszechświata, który byłby izotropowy, ale NIE jednorodny LUB Wszechświata, który był jednorodny, ale NIE był izotropowy.

Większość ludzi będzie zadowolona z definicji UC Berkeley, która mówi, że jednorodny oznacza „wygląda tak samo w każdym miejscu”, a izotropowy oznacza „wygląda tak samo we wszystkich kierunkach” . I niektórzy wiedzą, że zgodnie z artykułem Neda Wrighta te atrybuty nie są takie same:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Mówi: „powyższy rysunek pokazuje jednorodny, ale nie izotropowy wzór po lewej stronie i izotropowy, ale nie jednorodny wzór po prawej stronie ”. Jednak, o ile wiem, takie zdjęcia po prostu nie dotyczą naszego wszechświata rozproszonego galaktykami.

Mój paskudny zmysł mówi mi, że możliwe jest, że Wszechświat może być izotropowy, ale nie jednorodny.

Mój paskudny zmysł mówi mi, że jakiś facet w odległości 46 miliardów lat świetlnych mógłby powiedzieć, że wszechświat nie jest ani izotropowy, ani jednorodny. Ponieważ kiedy podnosi wzrok, połowa nocnego nieba jest czarna lub coś w tym rodzaju.

Z pewnością domyślnie, jeśli Wszechświat jest jednorodny, to znaczy, że musi być izotropowy?

Zgadzam się z sednem tego. IMHO, jeśli obserwator widzi jednorodny wszechświat, widzi także wszechświat izotropowy. Tak, można znaleźć hipotetyczne scenariusze, w których wszechświat jest jednorodny, ale nie izotropowy. Ale są tylko hipotetyczne. I nie zapominajmy, że to tylko przypuszczenie . Gdybyś mieszkał w lesie, czy założyłbyś, że świat jest pokryty drzewami? Które wyglądają tak samo w każdym miejscu i we wszystkich kierunkach? To nie jest szczególnie naukowe założenie. Z tego co wiesz, jakiś facet mieszka niedaleko skraju lasu. Myślę, że lepiej powiedzieć, że po prostu nie wiemy .

— John Duffield
źródło

Żeby zwrócić uwagę na schemat LHS jednorodnego, ale nie izotopowego Wszechświata, czy na pewno nie jest tak samo w każdym miejscu? Ponieważ możesz być cegłą lub częścią zaprawy? Odpowiednio czerwony i biały.

— MichaelJRoberts

W podobnym duchu możesz być w galaktyce lub w przestrzeni pośredniej, a nawet w gwieździe lub nie. Mówimy o jednorodności na dużą skalę. Wszechświat nie jest jednorodny ani izotropowy w mniejszej skali. Gdyby tak było, nie byłoby nawet grawitacji. Przeczytaj to, w którym Einstein opisał pole grawitacyjne jako przestrzeń, która „nie była ani jednorodna, ani izotropowa” .

— John Duffield,

Nadal nie mogę zaakceptować, że te dwa diagramy przedstawiają dwa odrębne opisy, wiem, że nie są twoje. Po prostu tego nie widzę.

— MichaelJRoberts

Nie przejmuj się tym, Mike, ponieważ, jak powiedziałem, o ile wiem, takie zdjęcia po prostu nie dotyczą naszego wszechświata rozproszonego galaktykami.

— John Duffield,

Oczywiście. Często jednak zastanawiam się, czy przy fluktuacjach w CMB i zmierzonej izotopii dipola z pewnością nie możemy dłużej wspierać naszego „świata” (Wszechświata) zasadą kosmologiczną?

— MichaelJRoberts

W ramach ogólnej teorii względności istnieją ważne rozwiązania równań Einsteina, które są (a) jednorodne, ale anizotropowe i (b) niejednorodne, ale izotropowe (około jednego punktu).

Klasa (a) to kosmologie Bianchi, które najprościej są opisywane jako jednorodne płyny, które mają różne szybkości ekspansji w różnych kierunkach lub jakąś formę rotacji. Nie wydaje się, aby istniały proste opisy tych zagadnień, ale na poziomie technicznym trudno pokonać wykłady Cargese George'a Ellisa: http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9812046.pdf

Rozwiązania klasy (b) to rozwiązania Lemaitre-Tolman-Bondi (LTB), które mają ten sam nierównomierny rozkład gęstości we wszystkich kierunkach wokół jednego punktu. Zobacz https://en.wikipedia.org/wiki/Lema%C3%AEtre%E2%80%93Tolman_metric

Nasz obecny wszechświat jest średnio zarówno jednorodny, jak i izotropowy, ale oba typy rozwiązań (a) i (b) odgrywają jednak ważną rolę w kosmologii.

— JonesTheAstronomer
źródło