Про космологічний принцип

Просто більше концептуального питання про взаємну інклюзивність космологічного принципу. Тобто, мені було цікаво, чи можливо існувати Всесвіт, який був би ізотропним, але НЕ однорідним АБО Всесвітом, який був би однорідним, але НЕ був ізотропним.

Моє чудове почуття говорить мені, що можливо, що Всесвіт може бути ітропічним, але не гомогенним.

Безумовно, за замовчуванням, якщо Всесвіт є однорідним, то випливає, що він повинен бути ізотропним?

cosmology cosmological-principle homogeneity

— MichaelJRoberts
джерело

Чи допомагає це взагалі? Цікавий погляд на ізотропію та однорідність матеріалів

— вартість

Я думаю, що ми можемо мати ізотропію в неоднорідному матеріалі (наприклад, різні шари густини або кільця концентричної щільності), але, безумовно, коли ми маємо гомогенність у середовищі, то це також є ізотропним за замовчуванням?

— MichaelJRoberts

@costrom PS Це мало допомогло.

— MichaelJRoberts

Відповіді:

Жоден із двох випадків не є абсолютно немислимим:

Однорідна, анізотропна всесвіт

Всесвіт з галактиками поширюється рівномірно по всьому, але всі крутяться в одному напрямку. Цей Всесвіт виглядав би так само, де б ти не жив, але мав би імпульс кутового руху, тому, дивлячись в одну сторону, ти побачив би всі галактики, що крутяться по твоїй лінії зору, а в іншому напрямку, ти побачив би, як вони крутяться перпендикулярно цей напрямок.

Інший приклад - Всесвіт, пронизаний хвилями щільності в одну сторону. У цьому напрямку ви побачите щільність галактик, що чергуються між високою та низькою, а перпендикулярно до цього ви побачите постійну густину.

Учорашні статті про arXiv включали документ ( Schucker 2016 ), в якому обговорюється можливість того, що ми можемо жити в іншому типі однорідної, анізотропної Всесвіту, а саме в тій, в якій спостережувана швидкість розширення залежить від напрямку, в якому ви дивитесь. Це називається "Всесвіт Біанкі я", і це не просто гіпотетична цікавість (хоча результати цієї роботи є статистично несуттєвими). Дивіться також відповідь @JonesTheAstronomer .

Неоднорідна, ізотропна всесвіт

Як навчив нас Джон Ренні, Великий вибух не стався в певний момент . Однак, якби це було, і нам траплялося жити в центральному регіоні, ми могли спостерігати те саме в усіх напрямках, але бачити всесвіт, що поступово стоншується, або, можливо, збільшується до певного моменту, а потім зменшується, залежно від того, як саме відбулося це експроссія . Цей сценарій , однак, означає, що ми заселяємо особливе місце у Всесвіті, яке б засмутило Kopernikus. Якщо всесвіт ізотропний з більш ніж одного місця, він також повинен бути однорідним.

— пела
джерело

Гарні фотографії, пела, +1. Але я мушу сказати, що насправді галактик, як описано вище, насправді не спостерігається. Що стосується відповіді JR, "Всесвіт не має центру" - це непідтримуване твердження, яке, безперечно, суперечить "немає місця поза Всесвітом".

— Джон Даффілд

@JohnDuffield: Ні ні, я не мав на увазі, що ми бачимо галактики, як описано вище. Моя думка полягає в тому, що такі всесвіти в принципі фізично мислимі - ми просто спостережно виявляємо, що ми не можемо жити у такому Всесвіті. Навпаки, важче уявити всесвіт, де, скажімо, галактики лежать у вузьких потоках, що вказують із загального центру, наприклад, ліва фігура Неда Райт.

— пела

Що стосується відповіді JR, є багато спостережливих доказів (звичайно, жодних доказів, як це завжди буває у фізиці), і я не розумію, що ви маєте на увазі, що це суперечить "немає місця поза Всесвітом"

— пела

Ω_{t o t} ≫ 1

$\Omega_\mathrm{tot}\gg1$

Wrt Центр чи ні, я скажу вам, що немає доказів того, що у всій Всесвіті немає центру, окрім випадків, космологічний принцип, який дає багато значущих прогнозів, є неправильним, і всі будуть сумні. Доказів для центру теж немає.

— пела

Мені було цікаво, чи можна створити Всесвіт, який був би ізотропним, але НЕ однорідним АБО Всесвітом, який був би однорідним, але НЕ був ізотропним.

Більшість людей будуть задоволені визначенням UC Berkeley, яке говорить, що однорідні засоби "виглядають однаково у кожному місці", а ізотропні засоби "виглядають однаково у всіх напрямках" . І дехто буде знати, що відповідно до статті Неда Райта , ці атрибути не зовсім однакові:

введіть тут опис зображення

Він каже, що "на малюнку вище зображено однорідний, але не ізотропний малюнок зліва та ізотропний, але не однорідний малюнок праворуч ". Однак наскільки я знаю такі фотографії просто не стосуються нашого Всесвіту, розсіяного галактиками.

Моє чудове почуття говорить мені, що можливо, що Всесвіт може бути ізотропним, але не однорідним.

Моє почуття-павук говорить про те, що хлопець на відстані 46 мільярдів світлових років може сказати, що Всесвіт не є ні ізотропним, ні однорідним. Бо коли він дивиться вгору, пів нічного неба чорне чи щось.

Безумовно, за замовчуванням, якщо Всесвіт є однорідним, то випливає, що він повинен бути ізотропним?

Я згоден з сутністю цього. ІМХО, якщо спостерігач бачить однорідний Всесвіт, він бачить і ізотропну Всесвіт. Так, можна знайти гіпотетичні сценарії, коли Всесвіт є однорідним, але не є ізотропним. Але вони лише гіпотетичні. І не будемо забувати, що це лише припущення . Якби ви жили в лісі, чи вважаєте ви, що світ був покритий деревами? Які виглядають однаково у кожному місці та в кожному напрямку? Це не особливо наукове припущення. За всім вам відомо, якийсь хлопець живе біля краю лісу. Я думаю, вам краще сказати, що ми просто не знаємо .

— Джон Даффілд
джерело

Просто, щоб зробити крапку щодо LHS-діаграми гомогенного, але не ізотопного Всесвіту, напевно, це не однаково у всіх місцях? Тому що ти міг бути або цеглою, або частиною затирки? Червоний і білий відповідно.

— MichaelJRoberts

У подібному руслі ви могли бути або в галактиці, або в інтервенті, або в зорі, чи ні. Про що ми говоримо - це масштабна однорідність. Всесвіт не є однорідною чи ізотропною у менших масштабах. Якби це було, тяжкості навіть не було б. Прочитайте це, де Ейнштейн описав гравітаційне поле як простір, який не був "ні однорідним, ні ізотропним" .

— Джон Даффілд

Досі не можу погодитися, що ці дві діаграми представляють два різних опису, я знаю, що вони не є твоїми. Просто не бачиш.

— MichaelJRoberts

Не хвилюйся, Майк, тому що, як я вже сказав, наскільки я знаю подібні картини, просто не стосуються нашого Всесвіту, розсіяного галактиками.

— Джон Даффілд

Звичайно. Мені часто здається, що, коли коливання КМБ та вимірювана дипольна ізотропія, безумовно, ми більше не можемо підтримувати наш «світовий» (Всесвіт) погляд на космологічному принципі?

— MichaelJRoberts

В рамках загальної відносності існують важливі рішення рівнянь Ейнштейна, які є: (а) однорідними, але анізотропними та (б) неоднорідними, але ізотропними (приблизно про одну точку).

Клас (а) - це космології Біанкі, які найпростіше описуються як однорідні рідини, що мають різну швидкість розширення в різних напрямках, або якусь форму обертання. Очевидно, їх немає простого опису, але на технічному рівні важко перемогти лекції Джорджа Елліса Каргеса: http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9812046.pdf

Рішення класу (b) - це розчини Лемайтра-Толмана-Бонді (LTB), які мають однаковий нерівномірний розподіл щільності в усіх напрямках приблизно по одній точці. Дивіться https://en.wikipedia.org/wiki/Lema%C3%AEtre%E2%80%93Tolman_metric

Наш сучасний Всесвіт в середньому є однорідним і ізотропним, але обидва типи розчинів (a) та (b), тим не менш, відіграють важливу роль у космології.

— JonesTheAstronomer
джерело