Pada prinsip kosmologis

Hanya lebih dari pertanyaan konseptual tentang inklusifitas timbal balik dari prinsip kosmologis. Dengan kata lain, saya bertanya-tanya apakah mungkin memiliki Semesta yang isotropik tetapi BUKAN homogen ATAU Semesta yang homogen tetapi BUKAN isotropik.

Perasaan spidey saya mengatakan kepada saya bahwa mungkin saja Semesta bisa bersifat istropis tetapi tidak homoegen.

Tentunya, secara default, jika suatu Semesta homogen maka itu harus isotropik?

cosmology cosmological-principle homogeneity MichaelJRoberts
sumber

Apakah ini membantu sama sekali? Tampilan menarik pada isotropi vs homogenitas dalam bahan

costrom

Saya berpikir bahwa kita dapat memiliki istropi dalam bahan yang tidak homogen (misalnya, berbagai lapisan kerapatan atau cincin kerapatan konsentris), tetapi tentu saja setelah kita memiliki homogenitas dalam suatu media, maka apakah ia juga bersifat istropik?

MichaelJRoberts

@costrom PS Ini membantu, sedikit.

MichaelJRoberts

Jawaban:

Tak satu pun dari kedua kasus tersebut benar-benar tak terbayangkan:

Alam semesta yang homogen dan anisotropik

Alam semesta dengan galaksi tersebar merata di seluruh, tetapi semua berputar ke arah yang sama. Alam semesta ini akan terlihat sama di mana pun Anda tinggal, tetapi memiliki momentum sudut yang bersih, jadi dengan melihat ke satu arah Anda akan melihat semua galaksi berputar di sepanjang garis pandang Anda, dan di arah lain, Anda akan melihat mereka berputar tegak lurus ke arah ini.

Contoh lain adalah alam semesta yang telah terserap oleh gelombang kepadatan dalam satu arah. Dalam arah ini, Anda akan melihat kepadatan galaksi bergantian antara tinggi dan rendah, dan tegak lurus dengannya Anda akan melihat kerapatan konstan.

Makalah-makalah kemarin tentang arXiv termasuk makalah ( Schucker 2016 ) yang membahas kemungkinan bahwa kita dapat hidup di jenis lain dari alam semesta homogen dan anisotropik, yaitu di mana laju ekspansi yang diamati tergantung pada arah penampilan Anda. Ini disebut "alam semesta Bianchi I", dan bukan hanya keingintahuan hipotetis (meskipun hasil dari makalah ini secara statistik tidak signifikan). Lihat juga jawaban @JonesTheAstronomer .

Alam semesta isotropik yang tidak homogen

Seperti yang diajarkan John Rennie kepada kita, Big Bang tidak terjadi pada suatu saat . Namun, jika itu terjadi, dan kami kebetulan tinggal di wilayah tengah, kami dapat mengamati hal yang sama di semua arah, tetapi melihat alam semesta yang menipis secara bertahap, atau mungkin meningkat ke beberapa titik dan kemudian menurun, tergantung pada bagaimana persisnya ledakan ini terjadi. . Skenario ini akan Namun menyiratkan bahwa kita menghuni tempat khusus di alam semesta, yang akan membuat Kopernikus sedih. Jika alam semesta isotropik dari lebih dari satu lokasi, ia juga harus homogen.

pela
sumber

Gambar yang bagus, pela, +1. Tetapi saya harus mengatakan kita tidak benar-benar melihat galaksi seperti di atas. Adapun jawaban JR, "alam semesta tidak memiliki pusat" adalah klaim yang tidak didukung yang bisa dibantah dengan "tidak ada ruang di luar alam semesta".

John Duffield

@ JohnDuffield: Tidak, tidak, saya tidak bermaksud bahwa kita melihat galaksi seperti di atas. Maksud saya adalah bahwa alam semesta pada prinsipnya secara fisik dapat dibayangkan - kita hanya menemukan secara pengamatan bahwa kita kebetulan tidak hidup di alam semesta yang demikian. Sebaliknya, lebih sulit membayangkan sebuah alam semesta di mana, katakanlah, galaksi-galaksi terletak di aliran sempit yang menunjuk dari pusat bersama, seperti sosok kiri Ned Wright.

pela

Adapun jawaban JR, ada banyak bukti pengamatan (tidak ada bukti, tentu saja, seperti yang selalu terjadi dalam fisika), dan saya tidak mengerti apa yang Anda maksudkan bahwa itu bertentangan dengan "tidak ada ruang di luar alam semesta"

pela

Ω_{t o t} ≫ 1

$\Omega_\mathrm{tot}\gg1$

Wrt. sebuah pusat atau tidak, saya akan memberi Anda bahwa tidak ada bukti bahwa seluruh Semesta tidak memiliki pusat, selain jika demikian, prinsip kosmologis yang memberikan banyak prediksi yang berarti adalah salah, dan semua orang akan sedih. Namun, tidak ada bukti untuk sebuah pusat.

pela

Saya bertanya-tanya apakah mungkin untuk memiliki Semesta yang isotropik tetapi BUKAN homogen ATAU Semesta yang homogen tetapi BUKAN isotropik.

Kebanyakan orang akan senang dengan definisi UC Berkeley yang mengatakan homogen berarti "terlihat sama di setiap lokasi" dan isotropik berarti "terlihat sama di setiap arah" . Dan beberapa orang akan tahu bahwa sesuai artikel Ned Wright , atribut ini tidak persis sama:

masukkan deskripsi gambar di sini

Dia mengatakan "gambar di atas menunjukkan pola yang homogen tetapi tidak isotropik di sebelah kiri dan pola isotropik tetapi tidak homogen di sebelah kanan ". Namun sejauh yang saya tahu gambar seperti ini tidak berlaku untuk alam semesta kita yang tersebar dengan galaksi.

Perasaan spidey saya mengatakan kepada saya bahwa mungkin saja Semesta bisa isotropik tetapi tidak homogen.

Perasaan spidey saya mengatakan kepada saya bahwa seseorang yang berjarak 46 miliar tahun cahaya mungkin mengatakan bahwa alam semesta bukanlah isotropik maupun homogen. Karena ketika dia melihat ke atas, setengah langit malam berwarna hitam atau semacamnya.

Tentunya, secara default, jika suatu Semesta homogen maka itu harus isotropik?

Saya setuju dengan intinya. IMHO jika seorang pengamat melihat alam semesta homogen, ia melihat alam semesta isotropik juga. Ya, kita dapat menemukan skenario hipotetis di mana alam semesta homogen tetapi tidak isotropik. Tapi itu hanya hipotesis. Dan jangan lupa bahwa itu hanya asumsi . Jika Anda tinggal di hutan, akankah Anda menganggap dunia tertutup pepohonan? Yang terlihat sama di setiap lokasi dan di setiap arah? Itu bukan asumsi ilmiah. Untuk semua yang Anda tahu ada seorang pria yang tinggal di dekat tepi hutan. Saya pikir Anda lebih baik mengatakan kami tidak tahu .

John Duffield
sumber

Hanya untuk membuat titik mengenai diagram LHS dari Semesta isotop homogen tetapi tidak, tentu itu tidak sama di setiap lokasi? Karena Anda bisa menjadi batu bata atau bagian dari nat? Merah dan putih, masing-masing.

MichaelJRoberts

Dengan nada yang sama, Anda bisa berada di galaksi atau di ruang intervening, atau bahkan di bintang atau tidak. Yang kita bicarakan adalah homogenitas berskala besar. Alam semesta tidak homogen atau isotropik pada skala yang lebih kecil. Jika ya, bahkan tidak akan ada gravitasi. Baca ini di mana Einstein menggambarkan medan gravitasi sebagai ruang yang "tidak homogen atau isotropik" .

John Duffield

Masih tidak dapat menerima bahwa kedua diagram tersebut mewakili dua deskripsi yang berbeda, saya tahu mereka bukan milik Anda. Hanya saja, jangan melihatnya.

MichaelJRoberts

Jangan khawatir tentang hal itu Mike, karena seperti yang saya katakan, sejauh yang saya tahu gambar seperti itu tidak berlaku untuk alam semesta kita yang tersebar dengan galaksi.

John Duffield

Tentu saja. Namun, saya sering bertanya-tanya, bahwa dengan fluktuasi CMB dan isotropi dipol yang terukur tentu saja kita tidak dapat lagi menopang pandangan "dunia" (Semesta) kita dengan prinsip kosmologis?

MichaelJRoberts

Dalam kerangka Relativitas Umum ada solusi penting dari persamaan Einstein yang (a) homogen tetapi anisotropik dan (b) tidak homogen namun isotropik (sekitar satu titik).

Kelas (a) adalah Kosmologi Bianchi yang paling sederhana digambarkan sebagai cairan homogen yang memiliki laju ekspansi berbeda dalam arah yang berbeda, atau beberapa bentuk rotasi. Tampaknya tidak ada deskripsi sederhana dari ini tetapi pada tingkat teknis sulit untuk mengalahkan kuliah Cargese George Ellis: http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9812046.pdf

Solusi kelas (b) adalah solusi Lemaitre-Tolman-Bondi (LTB) yang memiliki distribusi kepadatan tidak seragam yang sama di semua arah sekitar satu titik. Lihat https://en.wikipedia.org/wiki/Lema%C3%AEtre%E2%80%93Tolman_metric

Alam semesta kita saat ini rata-rata homogen dan isotropik, tetapi kedua jenis solusi (a) dan (b) tetap memainkan peran penting dalam kosmologi.

JonesTheAstronomer
sumber