Sul principio cosmologico

Solo più di una domanda concettuale sull'inclusività reciproca del principio cosmologico. Vale a dire, mi chiedevo se fosse possibile avere un Universo che fosse isotropo ma NON omogeneo o un Universo che fosse omogeneo ma NON isotropo.

Il mio senso rudimentale mi sta dicendo che è possibile che un Universo possa essere istropico ma non omogeneo.

Sicuramente, per impostazione predefinita, se un universo è omogeneo, ne consegue che deve essere isotropo?

cosmology cosmological-principle homogeneity

— MichaelJRoberts
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Fa questo aiuto a tutti? Interessante sguardo sull'isotropia contro l'omogeneità dei materiali

— costrom

Sto pensando che possiamo avere l'istropia in un materiale disomogeneo (vari strati di densità o anelli di densità concentrica, per esempio), ma sicuramente una volta che abbiamo l'omogeneità in un mezzo, allora è anche istropica per impostazione predefinita?

— MichaelJRoberts,

@costrom PS Mi ha aiutato, un po '.

— MichaelJRoberts

Risposte:

Nessuno dei due casi è assolutamente inconcepibile:

Un universo omogeneo e anisotropico

Un universo con galassie si diffonde uniformemente dappertutto, ma tutti ruotano nella stessa direzione. Questo universo sembrerebbe lo stesso indipendentemente da dove vivevi, ma avrebbe un momento angolare netto, quindi guardando in una direzione vedresti tutte le galassie che ruotano lungo il tuo campo visivo, e in un'altra direzione, le vedresti girare perpendicolarmente a questa direzione.

Un altro esempio è un universo che era stato permeato dalle onde di densità in una direzione. In questa direzione, vedresti la densità delle galassie alternarsi tra alto e basso, e perpendicolare fino a questo punto vedresti una densità costante.

I lavori di ieri su arXiv includevano un documento ( Schucker 2016 ) che discute la possibilità che potremmo vivere in un altro tipo di universo omogeneo e anisotropico, vale a dire uno in cui il tasso di espansione osservato dipende dalla direzione in cui guardi. Questo si chiama "universo Bianchi I" e non è solo un'ipotetica curiosità (anche se i risultati di questo articolo sono staticamente non significativi). Vedi anche la risposta di @JonesTheAstronomer .

Un universo disomogeneo, isotropo

Come ci ha insegnato John Rennie, il Big Bang non è mai successo . Tuttavia, se lo facesse, e ci fosse capitato di vivere nella regione centrale, avremmo potuto osservare lo stesso in tutte le direzioni, ma vedere un universo progressivamente assottigliarsi, o forse aumentare fino a un certo punto e poi diminuire, a seconda di come esattamente è avvenuta questa esplosione . Questo scenario potrebbe però implicare che abitiamo un posto speciale nell'universo, il che renderebbe Kopernikus triste. Se un universo è isotropo da più di una posizione, deve anche essere omogeneo.

— Pela
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Belle foto, pela, +1. Ma devo dire che in realtà non vediamo galassie come sopra. Per quanto riguarda la risposta di JR, "l'universo non ha un centro" è un'affermazione non supportata che è probabilmente in contrasto con "non c'è spazio al di fuori dell'universo".

— John Duffield,

@JohnDuffield: No no, non intendevo vedere galassie come quelle sopra. Il mio punto è che tali universi in linea di principio sono fisicamente concepibili - semplicemente osserviamo che non ci capita di vivere in un tale universo. Al contrario, è più difficile immaginare un universo in cui, diciamo, le galassie si trovano in stretti flussi che puntano da un centro comune, come la figura sinistra di Ned Wright.

— pela,

Per quanto riguarda la risposta di JR, ci sono molte prove osservative (nessuna prova, ovviamente, come sempre nella fisica), e non capisco cosa intendi dire che è in contrasto con "non c'è spazio al di fuori dell'universo"

— pela,

@JohnDuffield: Sì, il "pompelmo" aveva un centro, proprio come l'Universo osservabile ha un centro, vale a dire noi. Non era tutto spazio, così come l'Universo osservabile non è tutto spazio. Se così fosse, il nostro Universo sarebbe chiuso con una forte curvatura positiva, che sicuramente è esclusa dalle osservazioni. Sono d'accordo che lo spazio potrebbe essere finito, ma in tal caso, deve essere molto, molto più grande dell'Universo osservabile, per non osservare un .

Ω_{t o t} ≫ 1

$\Omega_\mathrm{tot}\gg1$

— pela,

WRT. un centro o no, ti darò che non ci sono prove che l'intero Universo non abbia un centro, a parte questo, il principio cosmologico che dà molte previsioni significative è sbagliato, e tutti saranno tristi. Tuttavia, non ci sono prove per un centro.

— pela,

Mi chiedevo se fosse possibile avere un Universo che fosse isotropico ma NON omogeneo o un Universo che fosse omogeneo ma NON isotropico.

La maggior parte delle persone sarà contenta della definizione di UC Berkeley secondo cui mezzi omogenei "sembrano uguali in ogni luogo" e isotropi "sembrano uguali in ogni direzione" . E alcuni sapranno che, secondo l'articolo di Ned Wright , questi attributi non sono esattamente gli stessi:

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Dice "la figura in alto mostra un modello omogeneo ma non isotropo a sinistra e uno schema isotropo ma non omogeneo a destra ". Tuttavia, per quanto ne so, immagini come questa non si applicano al nostro universo disseminato di galassie.

Il mio senso rudimentale mi sta dicendo che è possibile che un universo sia isotropo ma non omogeneo.

Il mio senso spideo mi sta dicendo che un ragazzo a 46 miliardi di anni luce di distanza potrebbe dire che l'universo non è né isotropo né omogeneo. Perché quando alza lo sguardo, metà del cielo notturno è nero o qualcosa del genere.

Sicuramente, per impostazione predefinita, se un universo è omogeneo, ne consegue che deve essere isotropo?

Sono d'accordo con l'essenza di questo. Se un osservatore vede un universo omogeneo, vede anche un universo isotropico. Sì, si possono trovare scenari ipotetici in cui l'universo è omogeneo ma non isotropico. Ma sono solo ipotetici. E non dimentichiamo che è solo un presupposto . Se vivessi in una foresta, supponeresti che il mondo fosse coperto di alberi? Quale aspetto è uguale in ogni luogo e in ogni direzione? Non è un presupposto particolarmente scientifico. Per quanto ne sai, un ragazzo vive vicino al margine della foresta. Penso che farai meglio a dire che proprio non lo sappiamo .

— John Duffield
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Giusto per fare un punto sul diagramma LHS di un universo omogeneo ma non isotopico, sicuramente non è lo stesso in ogni luogo? Perché potresti essere un mattone o parte della malta? Rosso e bianco, rispettivamente.

— MichaelJRoberts,

Allo stesso modo potresti essere in una galassia o io nello spazio intermedio, o anche in una stella o no. Ciò di cui stiamo parlando è l'omogeneità su larga scala. L'universo non è omogeneo o isotropo su scala minore. Se lo fosse, non ci sarebbe nemmeno gravità. Leggi questo in cui Einstein ha descritto un campo gravitazionale come spazio "né omogeneo né isotropico" .

— John Duffield,

Non riesco ancora ad accettare che quei due diagrammi rappresentino le due distinte descrizioni, so che non sono le tue. Basta non vederlo.

— MichaelJRoberts,

Non ti preoccupare Mike, perché come ho detto, per quanto ne so, immagini del genere non si applicano al nostro universo disseminato di galassie.

— John Duffield,

Ovviamente. Mi chiedo spesso, tuttavia, che con le fluttuazioni nella CMB e l'isotropia misurata del dipolo non possiamo sicuramente sostenere la nostra visione del "mondo" (Universo) con il principio cosmologico?

— MichaelJRoberts,

Nel quadro della relatività generale ci sono importanti soluzioni delle equazioni di Einstein che sono (a) omogenee ma anisotropiche e (b) disomogenee ma isotropiche (circa un singolo punto).

Classe (a) sono le Cosmologie Bianchi che sono semplicemente descritte come fluidi omogenei che hanno tassi di espansione diversi in direzioni diverse, o una qualche forma di rotazione. Non sembrano esserci descrizioni semplici di questi, ma a livello tecnico è difficile battere le lezioni di George Ellis sul Cargese: http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9812046.pdf

Le soluzioni di classe (b) sono le soluzioni Lemaitre-Tolman-Bondi (LTB) che hanno la stessa distribuzione di densità non uniforme in tutte le direzioni attorno a un punto. Vedi https://en.wikipedia.org/wiki/Lema%C3%AEtre%E2%80%93Tolman_metric

Il nostro universo attuale è in media sia omogeneo che isotropo, ma entrambi i tipi di soluzione (a) e (b) svolgono comunque un ruolo importante nella cosmologia.

— JonesTheAstronomer
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