Nach dem kosmologischen Prinzip

Nur eher eine konzeptionelle Frage nach der gegenseitigen Inklusivität des kosmologischen Prinzips. Das heißt, ich habe mich gefragt, ob es möglich ist, ein Universum zu haben, das isotrop, aber NICHT homogen ist, oder ein Universum, das homogen, aber NICHT isotrop ist.

Mein wahnsinniger Sinn sagt mir, dass es möglich ist, dass ein Universum istropisch, aber nicht homoegen ist.

Wenn ein Universum homogen ist, muss es standardmäßig isotrop sein.

cosmology cosmological-principle homogeneity

— MichaelJRoberts
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Hilft das überhaupt? Interessanter Blick auf Isotropie vs. Homogenität in Materialien

— Kosten vom

Ich denke, dass wir in einem inhomogenen Material eine Istropie haben können (z. B. unterschiedliche Schichtdichten oder Ringe mit konzentrischer Dichte), aber wenn wir einmal Homogenität in einem Medium haben, ist es dann standardmäßig auch istropisch?

— MichaelJRoberts

@costrom PS Es hat ein wenig geholfen.

— MichaelJRoberts

Antworten:

Keiner der beiden Fälle ist völlig unvorstellbar:

Ein homogenes, anisotropes Universum

Ein Universum mit Galaxien, die sich gleichmäßig überall ausbreiten, sich aber alle in die gleiche Richtung drehen. Dieses Universum würde unabhängig von Ihrem Wohnort gleich aussehen, aber einen Nettodrehimpuls haben. Wenn Sie also in eine Richtung schauen, sehen Sie, dass sich alle Galaxien entlang Ihrer Sichtlinie drehen, und in eine andere Richtung sehen Sie, wie sie sich senkrecht drehen diese Richtung.

Ein anderes Beispiel ist ein Universum, das von Dichtewellen in eine Richtung durchdrungen wurde. In dieser Richtung sehen Sie die Dichte der Galaxien, die zwischen hoch und niedrig wechselt, und senkrecht dazu sehen Sie eine konstante Dichte.

Die gestrigen Arbeiten zu arXiv enthielten eine Veröffentlichung ( Schucker 2016 ), in der die Möglichkeit erörtert wird, dass wir in einem anderen homogenen, anisotropen Universum leben, nämlich in einem, in dem die beobachtete Expansionsrate von der Blickrichtung abhängt. Dies wird als "Bianchi I-Universum" bezeichnet und ist nicht nur eine hypothetische Kuriosität (obwohl die Ergebnisse dieses Papiers statistisch nicht signifikant sind). Siehe auch die Antwort von @JonesTheAstronomer .

Ein inhomogenes, isotropes Universum

Wie John Rennie uns beigebracht hat, ist Urknall zu keinem Zeitpunkt passiert . Doch wenn es tut, und wir zufällig in der zentralen Region leben, könnten wir die in alle Richtungen gleich, beobachten aber ein allmählich thinnening Universum, oder vielleicht zu erhöhen bis zu einem gewissen Punkt sehen und dann abnehmen, je nachdem , wie genau diese exsplosion kam . Dieses Szenario würde jedoch bedeuten, dass wir einen besonderen Platz im Universum einnehmen, was Kopernikus traurig machen würde. Wenn ein Universum von mehr als einem Ort isotrop ist, muss es auch homogen sein.

— Pela
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Schöne Bilder, Pela, +1. Aber ich muss sagen, wir sehen keine Galaxien wie die oben genannten. Die Antwort von JR, "das Universum hat kein Zentrum", ist eine nicht unterstützte Behauptung, die wohl im Widerspruch zu "es gibt keinen Raum außerhalb des Universums" steht.

— John Duffield

@ JohnDuffield: Nein, nein, ich wollte nicht, dass wir Galaxien wie die oben genannten sehen. Mein Punkt ist, dass solche Universen im Prinzip physikalisch denkbar sind - wir stellen einfach beobachtend fest, dass wir zufällig nicht in einem solchen Universum leben. Im Gegensatz dazu ist es schwieriger, sich ein Universum vorzustellen, in dem beispielsweise Galaxien in engen Strömen liegen, die von einem gemeinsamen Zentrum aus zeigen, wie beispielsweise die linke Figur von Ned Wright.

— Pela

Was die Antwort von JR betrifft, gibt es viele Beobachtungsbeweise (natürlich keine Beweise, wie es in der Physik immer der Fall ist), und ich verstehe nicht, was Sie damit meinen, dass es im Widerspruch zu "Es gibt keinen Raum außerhalb des Universums" steht.

— Pela

@ JohnDuffield: Ja, die "Grapefruit" hatte ein Zentrum, genau wie das beobachtbare Universum ein Zentrum hat, nämlich uns. Es war nicht nur Raum, so wie das beobachtbare Universum nicht nur Raum ist. Wenn es so wäre, würde unser Universum mit einer starken positiven Krümmung geschlossen, was durch Beobachtungen definitiv ausgeschlossen wird. Ich bin damit einverstanden , dass der Raum könnte endlich sein, aber wenn ja, es muss viel, viel größer als das beobachtbare Universum, damit wir beobachten würde .

Ω_{t o t} ≫ 1

$\Omega_\mathrm{tot}\gg1$

— Pela

Wrt. ein Zentrum oder nicht, ich gebe Ihnen, dass es keine Beweise dafür gibt, dass das gesamte Universum kein Zentrum hat, außer wenn ja, ist das kosmologische Prinzip, das viele aussagekräftige Vorhersagen gibt, falsch und jeder wird traurig sein. Es gibt jedoch auch keine Beweise für ein Zentrum.

— Pela

Ich habe mich gefragt, ob es möglich ist, ein Universum zu haben, das isotrop, aber NICHT homogen ist, oder ein Universum, das homogen, aber NICHT isotrop ist.

Die meisten Menschen werden mit der UC Berkeley- Definition zufrieden sein , die besagt, dass homogen bedeutet, dass "an jedem Ort gleich aussieht" und isotrop bedeutet, dass "in jeder Richtung gleich aussieht" . Und einige werden wissen, dass diese Attribute gemäß Ned Wrights Artikel nicht ganz gleich sind:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Er sagt, "die obige Abbildung zeigt links ein homogenes, aber nicht isotropes Muster und rechts ein isotropes, aber nicht homogenes Muster ". Soweit ich weiß, gelten solche Bilder jedoch nicht für unser mit Galaxien übersätes Universum.

Mein wahnsinniger Sinn sagt mir, dass es möglich ist, dass ein Universum isotrop, aber nicht homogen ist.

Mein Spidey Sense sagt mir, dass ein 46 Milliarden Lichtjahre entfernter Typ sagen könnte, das Universum sei weder isotrop noch homogen. Denn wenn er aufschaut, ist der halbe Nachthimmel schwarz oder so.

Wenn ein Universum homogen ist, muss es standardmäßig isotrop sein.

Dem stimme ich zu. IMHO, wenn ein Beobachter ein homogenes Universum sieht, sieht er auch ein isotropes Universum. Ja, man kann hypothetische Szenarien finden , in denen das Universum homogen, aber nicht isotrop ist. Aber sie sind nur hypothetisch. Und vergessen wir nicht, dass es nur eine Annahme ist . Wenn Sie in einem Wald leben würden, würden Sie annehmen, dass die Welt mit Bäumen bedeckt ist? Welche sehen an jedem Ort und in jeder Richtung gleich aus? Es ist keine besonders wissenschaftliche Annahme. Nach allem, was Sie wissen, lebt ein Typ in der Nähe des Waldrandes. Ich denke, Sie sollten besser sagen, wir wissen es einfach nicht .

— John Duffield
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Nur um das LHS-Diagramm eines homogenen, aber nicht isotopischen Universums hervorzuheben, ist es sicherlich nicht an jedem Ort gleich? Weil Sie entweder ein Ziegelstein oder ein Teil des Mörtels sein könnten? Rot bzw. Weiß.

— MichaelJRoberts

In ähnlicher Weise könnten Sie sich entweder in einer Galaxie oder in dem dazwischenliegenden Raum befinden oder sogar in einem Stern oder nicht. Wir sprechen von einer großen Homogenität. Das Universum ist im kleineren Maßstab nicht homogen oder isotrop. Wenn es so wäre, würde es nicht einmal Schwerkraft geben. Lesen Sie dies, wo Einstein ein Gravitationsfeld als Raum beschrieb, der "weder homogen noch isotrop" war .

— John Duffield

Ich kann immer noch nicht akzeptieren, dass diese beiden Diagramme die beiden unterschiedlichen Beschreibungen darstellen. Ich weiß, dass sie nicht Ihre sind. Sieh es einfach nicht.

— MichaelJRoberts

Mach dir keine Sorgen, Mike, denn wie gesagt, soweit ich weiß, gelten solche Bilder einfach nicht für unser mit Galaxien übersätes Universum.

— John Duffield

Natürlich. Ich frage mich jedoch oft, dass wir mit den Schwankungen des CMB und der gemessenen Dipolisotropie unsere Sicht der "Welt" (des Universums) sicherlich nicht mehr mit dem kosmologischen Prinzip untermauern können.

— MichaelJRoberts

Im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie gibt es wichtige Lösungen der Einstein-Gleichungen, die (a) homogen, aber anisotrop und (b) inhomogen und dennoch isotrop sind (um einen einzelnen Punkt).

Klasse (a) sind die Bianchi-Kosmologien, die am einfachsten als homogene Flüssigkeiten beschrieben werden, die unterschiedliche Expansionsraten in verschiedene Richtungen oder irgendeine Form der Rotation aufweisen. Es scheint keine einfachen Beschreibungen zu geben, aber auf technischer Ebene ist es schwer, die Cargese-Vorträge von George Ellis zu schlagen: http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9812046.pdf

Klasse (b) -Lösungen sind die Lemaitre-Tolman-Bondi (LTB) -Lösungen, die in allen Richtungen um einen Punkt die gleiche ungleichmäßige Dichteverteilung aufweisen. Siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Lema%C3%AEtre%E2%80%93Tolman_metric

Unser gegenwärtiges Universum ist im Durchschnitt sowohl homogen als auch isotrop, aber beide Arten von Lösungen (a) und (b) spielen dennoch eine wichtige Rolle in der Kosmologie.

— JonesTheAstronomer
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