По космологическому принципу

Просто больше концептуального вопроса о взаимной инклюзивности космологического принципа. То есть мне было интересно, возможно ли иметь Вселенную, которая была бы изотропной, но НЕ однородной ИЛИ Вселенной, которая была бы однородной, но НЕ изотропной.

Мое чувство пауков говорит мне, что вполне возможно, что Вселенная может быть изотропной, но не гомогенной.

Конечно, по умолчанию, если Вселенная однородна, то из этого следует, что она должна быть изотропной?

cosmology cosmological-principle homogeneity

— MichaelJRoberts
источник

Имеет ли эта помощь на всех? Интересный взгляд на изотропию и однородность материалов

— costrom

Я думаю, что мы можем иметь истропию в неоднородном материале (например, изменяющиеся слои колец плотности или концентрических колец плотности), но, разумеется, если мы имеем однородность в среде, то она также является изотропной по умолчанию?

— MichaelJRoberts

@costrom PS Это помогло, немного.

— MichaelJRoberts

Ответы:

Ни один из двух случаев не является абсолютно немыслимым:

Однородная анизотропная вселенная

Вселенная с галактиками распространяется равномерно по всему, но все вращается в одном направлении. Эта вселенная выглядела бы одинаково независимо от того, где вы жили, но имела бы чистый угловой момент, поэтому, глядя в одном направлении, вы увидели бы, что все галактики вращаются вдоль вашей линии обзора, а в другом направлении вы увидите, что они вращаются перпендикулярно это направление.

Другим примером является вселенная, которая была пронизана волнами плотности в одном направлении. В этом направлении вы увидите плотность галактик, чередующихся между высокими и низкими, и перпендикулярную к этому, вы увидите постоянную плотность.

Вчерашние статьи об arXiv включали статью ( Schucker 2016 ), в которой обсуждается возможность того, что мы можем жить в другом типе однородной анизотропной вселенной, а именно в той, в которой наблюдаемая скорость расширения зависит от направления, в котором вы смотрите. Это называется «вселенная Бьянки I», и это не просто гипотетическое любопытство (хотя результаты этой статьи статистически незначимы). Смотрите также ответ @JonesTheAstronomer .

Неоднородная, изотропная вселенная

Как учил нас Джон Ренни, Большого взрыва не произошло в какой-то момент . Однако, если бы это произошло, и мы оказались в центральной области, мы могли бы наблюдать то же самое во всех направлениях, но видеть постепенно истончающуюся вселенную или, возможно, увеличиваться до некоторой точки, а затем уменьшаться, в зависимости от того, как именно произошел этот взрыв. , Этот сценарий , однако, подразумевал бы , что мы живем в особом месте во вселенной, что огорчило бы Коперника. Если вселенная изотропна из более чем одного местоположения, она также должна быть однородной.

— Пела
источник

Хорошие картинки, Пела, +1. Но я должен сказать, что на самом деле мы не видим галактик, подобных описанным выше. Что касается ответа JR, «вселенная не имеет центра» - это необоснованное утверждение, которое, возможно, расходится с «нет места вне вселенной».

— Джон Даффилд

@JohnDuffield: Нет-нет, я не имел в виду, что мы видим галактики, подобные вышеописанным. Я хочу сказать, что такие вселенные в принципе физически мыслимы - мы просто обнаруживаем, что случайно не живем в такой вселенной. Напротив, сложнее представить себе вселенную, где, скажем, галактики лежат в узких потоках, указывающих из общего центра, таких как левая фигура Неда Райта.

— Пела

Что касается ответа JR, то существует множество наблюдательных доказательств (никаких доказательств, конечно, как это всегда бывает в физике), и я не понимаю, что вы имеете в виду, что это противоречит "нет места вне вселенной"

— Пела

Ω_{t o t} ≫ 1

$\Omega_\mathrm{tot}\gg1$

Wrt. центр или нет, я дам вам, что нет никаких доказательств того, что у всей Вселенной нет центра, кроме как если так, космологический принцип, который дает много значимых предсказаний, неверен, и всем будет грустно. Однако нет никаких доказательств наличия центра.

— Пела

Мне было интересно, возможно ли иметь Вселенную, которая была бы изотропной, но НЕ однородной, ИЛИ Вселенной, которая была бы однородной, но НЕ изотропной.

Большинство людей будут довольны определением UC Berkeley, которое гласит, что однородные средства «выглядят одинаково в каждом месте», а изотропные средства «выглядят одинаково во всех направлениях» . И некоторые будут знать, что согласно статье Неда Райта , эти атрибуты не совсем одинаковы:

введите описание изображения здесь

Он говорит, что «на рисунке выше показан гомогенный, но не изотропный рисунок слева и изотропный, но не однородный рисунок справа ». Однако, насколько я знаю, подобные картины просто не относятся к нашей вселенной, усыпанной галактиками.

Мое чувство пауков говорит мне, что вполне возможно, что Вселенная может быть изотропной, но не однородной.

Мое чувство пауков говорит мне, что какой-то парень, находящийся на расстоянии 46 миллиардов световых лет, может сказать, что Вселенная не является ни изотропной, ни однородной. Потому что, когда он смотрит вверх, половина ночного неба становится черной или что-то в этом роде.

Конечно, по умолчанию, если Вселенная однородна, то из этого следует, что она должна быть изотропной?

Я согласен с сущностью этого. ИМХО, если наблюдатель видит однородную вселенную, он также видит изотропную вселенную. Да, можно найти гипотетические сценарии, в которых вселенная однородна, но не изотропна. Но они только гипотетические. И давайте не будем забывать, что это только предположение . Если бы вы жили в лесу, вы бы предположили, что мир был покрыт деревьями? Которые выглядят одинаково в любом месте и в любом направлении? Это не особо научное предположение. Как вы знаете, какой-то парень живет на краю леса. Я думаю, тебе лучше сказать, что мы просто не знаем .

— Джон Даффилд
источник

Просто чтобы сделать вывод относительно диаграммы LHS гомогенной, но не изотопной вселенной, конечно, это не то же самое в каждом месте? Потому что вы могли бы быть кирпичом или частью раствора? Красный и белый соответственно.

— MichaelJRoberts

В том же духе вы можете быть либо в галактике, либо в промежуточном пространстве, либо даже в звезде или нет. Мы говорим о масштабной однородности. Вселенная не является однородной или изотропной в меньшем масштабе. Если бы это было так, гравитации не было бы. Прочитайте это, где Эйнштейн описал гравитационное поле как пространство, которое не было «ни однородным, ни изотропным» .

— Джон Даффилд

До сих пор не могу принять, что эти две диаграммы представляют два разных описания, я знаю, что они не ваши. Просто не вижу этого.

— MichaelJRoberts

Не беспокойся об этом, Майк, потому что, как я уже сказал, насколько я знаю, подобные картинки просто не относятся к нашей вселенной, усыпанной галактиками.

— Джон Даффилд

Конечно. Однако я часто задаюсь вопросом, что с флуктуациями CMB и измеренной дипольной изотропии, несомненно, мы больше не сможем подкрепить наш взгляд на «мир» (Вселенную) космологическим принципом?

— MichaelJRoberts

В рамках общей теории относительности существуют важные решения уравнений Эйнштейна, которые являются (а) однородными, но анизотропными и (б) неоднородными, но изотропными (относительно одной точки).

Класс (а) - это космологии Бьянки, которые проще всего описать как однородные жидкости, которые имеют разные скорости расширения в разных направлениях или некоторую форму вращения. Похоже, их просто не найти, но на техническом уровне трудно превзойти лекции Джорджа Эллиса в Cargese: http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9812046.pdf

Решения класса (b) представляют собой решения Леметра-Толмана-Бонди (LTB), которые имеют одинаковое неравномерное распределение плотности во всех направлениях вокруг одной точки. См. Https://en.wikipedia.org/wiki/Lema%C3%AEtre%E2%80%93Tolman_metric

Наша нынешняя вселенная в среднем однородна и изотропна, но оба типа решений (а) и (б), тем не менее, играют важную роль в космологии.

— JonesTheAstronomer
источник