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.
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homogeneity
MichaelJRoberts
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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.
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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:
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 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.
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 .
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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.
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