Sobre o princípio cosmológico

Apenas mais uma questão conceitual sobre a inclusão mútua do princípio cosmológico. Ou seja, eu queria saber se seria possível ter um universo isotrópico, mas NÃO homogêneo OU um universo que fosse homogêneo, mas NÃO isotrópico.

Meu senso de aranha está me dizendo que é possível que um universo possa ser istrópico, mas não homogêneo.

Certamente, por padrão, se um Universo é homogêneo, segue-se que ele deve ser isotrópico?

cosmology cosmological-principle homogeneity

— MichaelJRoberts
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Será que isso ajuda em tudo? Interessante olhar para isotropia vs homogeneidade em materiais

— costrom

Estou pensando que podemos ter istropia em um material não homogêneo (camadas variadas de densidade ou anéis de densidade concêntrica, por exemplo), mas certamente uma vez que tenhamos homogeneidade em um meio, então também é istrópico por padrão?

— 22416 Michael JacksonRoberts

@ costrom PS Isso ajudou um pouco.

— 22416 Michael JacksonRoberts

Respostas:

Nenhum dos dois casos é completamente inconcebível:

Um universo anisotrópico homogêneo

Um universo com galáxias espalhadas uniformemente por todo lado, mas todas girando na mesma direção. Esse universo teria a mesma aparência, não importa onde você morasse, mas terá um momento angular líquido; portanto, olhando em uma direção, você verá todas as galáxias girando ao longo de sua linha de visão e, em outra direção, você as verá girando perpendicularmente a nessa direção.

Outro exemplo é um universo que foi permeado por ondas de densidade em uma direção. Nessa direção, você veria a densidade de galáxias alternando entre alta e baixa e, perpendicularmente, veria uma densidade constante.

Os artigos de ontem sobre o arXiv incluíram um artigo ( Schucker 2016 ) que discute a possibilidade de vivermos em outro tipo de universo anisotrópico homogêneo, ou seja, aquele em que a taxa de expansão observada depende da direção em que você olha. Isso é chamado de "universo Bianchi I" e não é apenas uma curiosidade hipotética (embora os resultados deste artigo sejam estatisticamente não significativos). Veja também a resposta de @JonesTheAstronomer .

Um universo isotrópico não homogêneo

Como John Rennie nos ensinou, o Big Bang não aconteceu em um ponto . No entanto, se isso acontecesse, e por acaso morávamos na região central, poderíamos observar o mesmo em todas as direções, mas ver um universo gradualmente mais estreito, ou talvez aumentando até certo ponto e depois diminuindo, dependendo exatamente de como ocorreu essa explosão. . Este cenário seria no entanto implica que habitamos um lugar especial no universo, o que tornaria Kopernikus triste. Se um universo é isotrópico de mais de um local, também deve ser homogêneo.

— pela
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Belas fotos, pela, +1. Mas devo dizer que na verdade não vemos galáxias como as anteriores. Quanto à resposta de JR, "o universo não tem um centro" é uma afirmação não suportada que está em desacordo com "não há espaço fora do universo".

— John Duffield

@ JohnDuffield: Não, não, eu não quis dizer que vemos galáxias como as anteriores. Meu argumento é que tais universos são, em princípio, fisicamente concebíveis - simplesmente observamos que, por observação, não vivemos nesse universo. Por outro lado, é mais difícil imaginar um universo onde, digamos, galáxias se encontram em riachos estreitos apontando para um centro comum, como a figura esquerda de Ned Wright.

— Pela

Quanto à resposta de JR, há muitas evidências observacionais (sem provas, é claro, como sempre é o caso da física), e não entendo o que você quer dizer com o fato de "não haver espaço fora do universo".

— Pela

@ JohnDuffield: Sim, a "toranja" tinha um centro, assim como o universo observável tem um centro, ou seja, nós. Não era todo o espaço, assim como o Universo observável não é todo o espaço. Se assim fosse, nosso Universo seria fechado com uma forte curvatura positiva, que definitivamente é descartada por observações. Concordo que o espaço pode ser finito, mas, se for o caso, deve ser muito, muito maior que o Universo observável, para que não observemos um .

Ω_{t o t} ≫ 1

$\Omega_\mathrm{tot}\gg1$

— pela

Wrt. um centro ou não, eu lhe darei que não há evidências de que o Universo inteiro não tenha um centro, a não ser que sim, o princípio cosmológico que dá muitas previsões significativas está errado e todos ficarão tristes. Também não há evidências de um centro.

— pela

Fiquei imaginando se seria possível ter um universo isotrópico, mas NÃO homogêneo OU um universo que fosse homogêneo, mas não isotrópico.

A maioria das pessoas ficará feliz com a definição da UC Berkeley que diz que meios homogêneos "parecem iguais em todos os locais" e meios isotrópicos "parecem iguais em todas as direções" . E alguns saberão que, conforme o artigo de Ned Wright , esses atributos não são exatamente os mesmos:

insira a descrição da imagem aqui

Ele diz que "a figura acima mostra um padrão homogêneo, mas não isotrópico, à esquerda e um padrão isotrópico, mas não homogêneo, à direita ". No entanto, tanto quanto eu sei, imagens como essa simplesmente não se aplicam ao nosso universo repleto de galáxias.

Meu senso de aranha está me dizendo que é possível que um universo possa ser isotrópico, mas não homogêneo.

Meu senso de aranha está me dizendo que um cara a 46 bilhões de anos-luz de distância pode dizer que o universo não é isotrópico nem homogêneo. Porque quando ele olha para cima, metade do céu noturno está preto ou algo assim.

Certamente, por padrão, se um Universo é homogêneo, segue-se que ele deve ser isotrópico?

Eu concordo com a essência disso. IMHO se um observador vê um universo homogêneo, ele também vê um universo isotrópico. Sim, pode-se encontrar cenários hipotéticos em que o universo é homogêneo, mas não isotrópico. Mas eles são apenas hipotéticos. E não vamos esquecer que é apenas uma suposição . Se você morasse em uma floresta, assumiria que o mundo estava coberto de árvores? Que parecem iguais em todos os locais e em todas as direções? Não é uma suposição particularmente científica. Pelo que você sabe, um cara vive perto da borda da floresta. Acho melhor você dizer que simplesmente não sabemos .

— John Duffield
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Apenas para fazer uma observação sobre o diagrama LHS de um universo homogêneo, mas não isotópico, certamente não é o mesmo em todos os locais? Porque você pode ser um tijolo ou parte do rejunte? Vermelho e branco, respectivamente.

— precisa saber é o seguinte

Na mesma linha, você poderia estar em uma galáxia ou no espaço intermediário, ou mesmo em uma estrela ou não. O que estamos falando é de homogeneidade em larga escala. O universo não é homogêneo ou isotrópico em menor escala. Se fosse, não haveria gravidade. Leia isto onde Einstein descreveu um campo gravitacional como um espaço "nem homogêneo nem isotrópico" .

— precisa

Ainda não posso aceitar que esses dois diagramas representem as duas descrições distintas, sei que não são suas. Só não vejo isso.

— 22416 Michael JacksonRoberts

Não se preocupe, Mike, porque, como eu disse, até onde eu sei, fotos como essa simplesmente não se aplicam ao nosso universo repleto de galáxias.

— John Duffield

Claro. Porém, eu sempre me pergunto que, com as flutuações no CMB e a isotropia dipolar medida, certamente não podemos mais sustentar nossa visão de "mundo" (Universo) com o princípio cosmológico?

— 22716 Michael JacksonRoberts

Dentro da estrutura da Relatividade Geral, existem soluções importantes das equações de Einstein que são (a) homogêneas, mas anisotrópicas e (b) não homogêneas, mas isotrópicas (sobre um único ponto).

Classe (a) são as cosmologias Bianchi que são mais simplesmente descritas como fluidos homogêneos que têm diferentes taxas de expansão em diferentes direções ou alguma forma de rotação. Parece não haver descrições simples disso, mas em nível técnico é difícil vencer as palestras de George Ellis 'Cargese: http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9812046.pdf

As soluções da classe (b) são as soluções de Lemaitre-Tolman-Bondi (LTB) que têm a mesma distribuição de densidade não uniforme em todas as direções sobre um ponto. Consulte https://en.wikipedia.org/wiki/Lema%C3%AEtre%E2%80%93Tolman_metric

Nosso universo atual é, em média, homogêneo e isotrópico, mas ambos os tipos de solução (a) e (b) ainda assim desempenham um papel importante na cosmologia.

— JonesTheAstronomer
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