Sur le principe cosmologique

Juste une question conceptuelle sur l'inclusivité mutuelle du principe cosmologique. C'est-à-dire que je me demandais s'il était possible d'avoir un Univers isotrope mais PAS homogène OU un Univers homogène mais PAS isotrope.

Mon sens ambide me dit qu'il est possible qu'un univers soit istropique mais pas homoegène.

Sûrement, par défaut, si un univers est homogène, il s'ensuit qu'il doit être isotrope?

cosmology cosmological-principle homogeneity

— MichaelJRoberts
source

Est- ce que cela aide du tout? Regard intéressant sur l'isotropie vs l'homogénéité des matériaux

— costrom

Je pense que nous pouvons avoir une istropie dans un matériau inhomogène (couches de densité variables ou anneaux de densité concentriques, par exemple), mais sûrement une fois que nous avons l'homogénéité dans un milieu, alors c'est aussi istropique par défaut?

— MichaelJRoberts

@costrom PS Ça a aidé, un peu.

— MichaelJRoberts

Réponses:

Aucun des deux cas n'est totalement inconcevable:

Un univers homogène et anisotrope

Un univers avec des galaxies réparties uniformément partout, mais toutes tournant dans la même direction. Cet univers aurait la même apparence, peu importe où vous viviez, mais aurait un moment angulaire net, donc en regardant dans une direction vous verriez toutes les galaxies tourner le long de votre ligne de vue, et dans une autre direction, vous les verriez tourner perpendiculairement à cette direction.

Un autre exemple est un univers qui avait été imprégné d'ondes de densité dans une direction. Dans cette direction, vous verriez la densité des galaxies alternant entre haute et basse, et perpendiculairement à celle-ci, vous verriez une densité constante.

Les articles d'hier sur arXiv comprenaient un article ( Schucker 2016 ) qui discute de la possibilité que nous vivions dans un autre type d'univers homogène et anisotrope, à savoir celui dans lequel le taux d'expansion observé dépend de la direction dans laquelle vous regardez. C'est ce qu'on appelle un "univers Bianchi I", et n'est pas seulement une curiosité hypothétique (bien que les résultats de cet article ne soient pas statistiquement significatifs). Voir aussi la réponse de @JonesTheAstronomer .

Un univers isotrope inhomogène

Comme John Rennie nous l'a appris, le Big Bang ne s'est pas produit à un moment donné . Cependant, si c'était le cas, et que nous vivions dans la région centrale, nous pourrions observer la même chose dans toutes les directions, mais voir un univers s'amincir progressivement, ou peut-être augmenter jusqu'à un certain point puis décroître, selon exactement comment cette exsplosion s'est produite . Ce scénario serait toutefois laisser entendre que nous habitons une place particulière dans l'univers, ce qui rendrait Kopernikus triste. Si un univers est isotrope à plusieurs endroits, il doit également être homogène.

— pela
source

Belles photos, pela, +1. Mais je dois dire que nous ne voyons pas vraiment de galaxies comme celles ci-dessus. Quant à la réponse de JR, "l'univers n'a pas de centre" est une affirmation non étayée qui est sans doute en contradiction avec "il n'y a pas d'espace en dehors de l'univers".

— John Duffield

@JohnDuffield: Non non, je ne voulais pas dire que nous voyons des galaxies comme ci-dessus. Mon point est que de tels univers sont en principe physiquement concevables - nous constatons simplement par observation que nous ne vivons pas dans un tel univers. En revanche, il est plus difficile d'imaginer un univers où, disons, les galaxies se trouvent dans des ruisseaux étroits pointant depuis un centre commun, comme la figure de gauche de Ned Wright.

— pela

Quant à la réponse de JR, il y a beaucoup de preuves observationnelles (pas de preuves, bien sûr, comme c'est toujours le cas en physique), et je ne comprends pas ce que vous voulez dire, c'est en contradiction avec "il n'y a pas d'espace en dehors de l'univers"

— pela

Ω_{t o t} ≫ 1

$\Omega_\mathrm{tot}\gg1$

Wrt. un centre ou non, je vous dirai qu'il n'y a aucune preuve que l'Univers entier n'a pas de centre, sinon si le principe cosmologique qui donne de nombreuses prédictions significatives est faux, et tout le monde sera triste. Il n'y a pas non plus de preuve d'un centre.

— pela

Je me demandais s'il était possible d'avoir un Univers isotrope mais PAS homogène OU un Univers homogène mais PAS isotrope.

La plupart des gens seront satisfaits de la définition de UC Berkeley qui dit que l'homogénéité signifie "la même apparence à chaque endroit" et isotrope signifie "la même chose dans toutes les directions" . Et certains sauront que selon l'article de Ned Wright , ces attributs ne sont pas tout à fait les mêmes:

entrez la description de l'image ici

Il dit que "la figure ci-dessus montre un schéma homogène mais non isotrope à gauche et un schéma isotrope mais pas homogène à droite ". Cependant, pour autant que je sache, des images comme celle-ci ne s'appliquent tout simplement pas à notre univers parsemé de galaxies.

Mon sens vague me dit qu'il est possible qu'un univers soit isotrope mais pas homogène.

Mon sens ambide me dit qu'un gars à 46 milliards d'années-lumière pourrait dire que l'univers n'est ni isotrope ni homogène. Parce que quand il lève les yeux, la moitié du ciel nocturne est noir ou quelque chose.

Sûrement, par défaut, si un univers est homogène, il s'ensuit qu'il doit être isotrope?

Je suis d'accord avec l'essentiel de cela. À mon humble avis, si un observateur voit un univers homogène, il voit aussi un univers isotrope. Oui, on peut trouver des scénarios hypothétiques dans lesquels l'univers est homogène mais pas isotrope. Mais ils ne sont qu'hypothétiques. Et n'oublions pas que ce n'est qu'une hypothèse . Si vous viviez dans une forêt, supposeriez-vous que le monde était couvert d'arbres? Quels sont les mêmes à tous les endroits et dans toutes les directions? Ce n'est pas une hypothèse particulièrement scientifique. Pour tout ce que vous savez, un gars habite près de la lisière de la forêt. Je pense que vous feriez mieux de dire que nous ne savons tout simplement pas .

— John Duffield
source

Juste pour faire une remarque concernant le diagramme LHS d'un univers homogène mais pas isotopique, ce n'est sûrement pas la même chose à chaque endroit? Parce que vous pourriez être une brique ou une partie du coulis? Rouge et blanc, respectivement.

— MichaelJRoberts

Dans la même veine, vous pourriez être dans une galaxie ou dans l'espace intermédiaire, ou même dans une étoile ou non. Ce dont nous parlons, c'est de l'homogénéité à grande échelle. L'univers n'est pas homogène ou isotrope à plus petite échelle. Si c'était le cas, il n'y aurait même pas de gravité. Lisez ceci où Einstein a décrit un champ gravitationnel comme un espace qui n'était "ni homogène ni isotrope" .

— John Duffield

Je ne peux toujours pas accepter que ces deux diagrammes représentent les deux descriptions distinctes, je sais que ce ne sont pas les vôtres. Ne le vois pas.

— MichaelJRoberts

Ne vous en faites pas, Mike, car comme je l'ai dit, pour autant que je sache, des images comme ça ne s'appliquent pas à notre univers parsemé de galaxies.

— John Duffield

Bien sûr. Je me demande souvent, cependant, qu'avec les fluctuations du CMB et l'isotropie dipolaire mesurée, nous ne pouvons certainement plus étayer notre vision du "monde" (Univers) avec le principe cosmologique?

— MichaelJRoberts

Dans le cadre de la relativité générale, il existe des solutions importantes des équations d'Einstein qui sont (a) homogènes mais anisotropes et (b) inhomogènes mais isotropes (sur un seul point).

La classe (a) correspond aux cosmologies Bianchi qui sont décrites le plus simplement comme des fluides homogènes qui ont des taux d'expansion différents dans différentes directions ou une certaine forme de rotation. Il ne semble pas y avoir de description simple de ces derniers, mais au niveau technique, il est difficile de battre les conférences Cargese de George Ellis: http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9812046.pdf

Les solutions de classe (b) sont les solutions Lemaitre-Tolman-Bondi (LTB) qui ont la même distribution de densité non uniforme dans toutes les directions autour d'un point. Voir https://en.wikipedia.org/wiki/Lema%C3%AEtre%E2%80%93Tolman_metric

Notre univers actuel est en moyenne à la fois homogène et isotrope, mais les deux types de solutions (a) et (b) jouent néanmoins un rôle important en cosmologie.

— JonesTheAstronomer
source