We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Kozmolojik ilkenin karşılıklı kapsayıcılığına ilişkin kavramsal bir sorudan sadece daha fazlası. Yani, izotropik ama homojen OLMAYAN bir Evrenin VEYA homojen ama izotropik OLMAYAN bir Evrenin mümkün olup olmadığını merak ediyordum.
Örümcek hislerim bana bir Evrenin izotropik olabileceğini ancak homojen olmayabileceğini söylüyor.
Elbette, varsayılan olarak, eğer bir Evren homojen ise, o zaman izotropik olması gerekir mi?
İki durumdan hiçbiri tamamen düşünülemez:
Homojen, anizotropik bir evren
Galaksileri olan bir evren, her yere eşit olarak yayılmış, ancak hepsi aynı yönde dönüyor. Bu evren, nerede yaşarsanız yaşayın aynı görünecekti, ancak net bir açısal momentuma sahip olacaktı, bu nedenle bir yöne baktığınızda tüm galaksilerin görüş hattınız boyunca döndüğünü ve başka bir yönde onların cisme dik döndüğünü göreceksiniz. bu yönde.
Başka bir örnek, bir yönde yoğunluk dalgalarının nüfuz ettiği bir evrendir. Bu yönde, yüksek ve düşük arasında değişen galaksilerin yoğunluğunu ve buraya dik olarak sabit bir yoğunluk göreceksiniz.
Dünün arXiv hakkındaki makaleleri, başka bir tür homojen, anizotropik evrende, yani gözlemlenen genişleme hızının baktığınız yöne bağlı olduğu bir evrende yaşayabileceğimiz olasılığını tartışan bir makaleyi (Schucker 2016) içeriyordu. Buna "Bianchi I evreni" denir ve yalnızca varsayımsal bir merak değildir (bu makalenin sonuçları istatistiksel olarak önemsiz olsa da). Ayrıca @JonesTheAstronomer'ın cevabına bakın.
Homojen olmayan, izotropik bir evren
John Rennie'nin bize öğrettiği gibi, Big Bang bir noktada olmadı. Ancak, Eğer o yaptı, ve merkez bölgede yaşıyorduk, aynı şeyi her yönde gözlemleyebilirdik, ancak bu patlamanın tam olarak nasıl meydana geldiğine bağlı olarak kademeli olarak incelmekte olan bir evren veya belki bir noktaya kadar artan ve sonra azalan bir evren görüyoruz. Bu senaryo olur ancak evrende özel bir yerde yaşadığımızı ima eder, bu da Kopernikus'u üzer. Bir evren birden fazla yerden izotropik ise, aynı zamanda homojen olmalıdır.
İzotropik ama homojen OLMAYAN bir Evrenin VEYA homojen ama izotropik OLMAYAN bir Evrenin mümkün olup olmadığını merak ediyordum.
Çoğu insan homojen anlamına gelen UC Berkeley tanımından memnun olacaktır. "her yerde aynı görünüyor" ve izotropik araçlar "her yönden aynı görünüyor". Ve bazıları, Ned Wright'ın makalesine göre, bu özelliklerin tamamen aynı olmadığını bilecek:
Diyor "Yukarıdaki şekil solda homojen fakat izotropik olmayan bir model ve sağda izotropik fakat homojen olmayan bir model göstermektedir.". Ancak bildiğim kadarıyla bunun gibi resimler galaksilerle dağılmış evrenimiz için geçerli değil.
Örümcek duygum bana bir Evrenin izotropik olabileceğini ancak homojen olmayabileceğini söylüyor.
Örümcek hislerim bana 46 milyar ışıkyılı uzaklıkta bir adamın evrenin şöyle olduğunu söyleyebileceğini söylüyor. ne de izotropik veya homojendir. Çünkü yukarı baktığında, gece gökyüzünün yarısı siyah falan.
Elbette, varsayılan olarak, eğer bir Evren homojen ise, o zaman izotropik olması gerekir mi?
Bunun özüne katılıyorum. IMHO, eğer bir gözlemci homojen bir evren görürse, o da izotropik bir evren görür. Evet, evrenin homojen olduğu ancak izotropik olmadığı varsayımsal senaryolar bulunabilir. Ama onlar sadece varsayımsal. Ve bunun sadece bir varsayım olduğunu unutmayalım. Bir ormanda yaşasaydın, dünyanın ağaçlarla kaplı olduğunu düşünür müydün? Hangisi her yerde ve her yönde aynı görünüyor? Bu özellikle bilimsel bir varsayım değildir. Tek bildiğin, ormanın kenarına yakın bir yerde bir adam yaşıyor. bence söylemen daha iyi sadece bilmiyoruz.
Genel Görelilik çerçevesinde Einstein denklemlerinin (a) homojen fakat anizotropik ve (b) homojen olmayan fakat izotropik (tek bir nokta hakkında) olan önemli çözümleri vardır.
Sınıf (a), farklı yönlerde farklı genişleme oranlarına veya bir tür dönmeye sahip homojen akışkanlar olarak en basit şekilde tanımlanan Bianchi Kozmolojileridir. Bunların basit açıklamaları yok gibi görünüyor, ancak teknik düzeyde George Ellis'in Cargese derslerini yenmek zor: http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9812046.pdf
(b) sınıfı çözümler, bir nokta etrafında tüm yönlerde aynı düzgün olmayan yoğunluk dağılımına sahip olan Lemaitre-Tolman-Bondi (LTB) çözümleridir. Bkz. https://en.wikipedia.org/wiki/Lema%C3%AEtre%E2%80%93Tolman_metric
Mevcut evrenimiz ortalama olarak hem homojen hem de izotropiktir, ancak her iki çözüm türü (a) ve (b) yine de kozmolojide önemli bir rol oynar.
Kozmolojik prensip üzerine - Astronomi
136 sayfa, Jagiellonian Üniversitesi, Krakov, Polonya, 1995
İnceleme: Frank Thomas Smith
Eğer bir kozmolog değilseniz (ya da öyle olsanız bile) ve Kozmolojik İlkelerin tarihini sıradan insanın anlayabileceği bir dilde sunmaya çabalamış çok bilgili bir bilim adamı tarafından konuyla ilgili bir şeyler okumak istiyorsanız, okuyacaksınız. bu kitabı okuyarak doğru yere gittik.
Bir tür tanımıyla başlayalım:
'Kozmoloji, bir bütün olarak Evren ile ilgilenen bir bilimdir, astronomi ise gök cisimleri, sistemleri ve ilgili fenomenlerle ilgilenir. Tüm Evren gözlemlenebilir olsaydı, kozmoloji astronominin en genel bölümü olarak düşünülebilirdi. Ancak çoğu kozmolog ve astronom, tüm Evrenin gözlemlenebilir olduğuna inanmaz.
Kadim düşünürler, Evrenimizin ölçülemeyen yüce ve görünmez maddelerden oluşan gözlemlenemeyen kısımlarının varlığına inanırken, çoğu çağdaş astronoma göre “kozmolojik ufuk” adı verilen bir yüzey vardır. Bu ufkun ötesinde hiçbir fiziksel sinyal, hiçbir bilgi bize ulaşamaz. Bu nedenle, Evrenin gözlemlenemeyen kısımlarını inceleme altına alma konusundaki derin soru, modern kozmolojide merkezi bir sorun olmaya devam ediyor.
İki olasılık var. Biri, kozmolojiyi kesin bilimlere ait değil, metafiziğin bir alanı olarak düşünmektir. Bir diğeri, gözlemlenebilir olandan gözlemlenemez olana bir tahminde bulunmaktır."
Kozmolojik ilkeler, varsayımlar Bu, gözlemlenebilirden gözlemlenemez olana dayanarak doğanın bütününü çıkarmamıza izin verir. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, herhangi bir kozmolojik ilke çalışması, astronomi, fizik ve felsefe unsurlarını birleştirmelidir.
Sorun şu ki, astronomlar felsefe hakkında fazla bir şey bilmiyorlar, fizikçiler genellikle astronomi ve felsefe konusunda bilgili değiller ve filozoflar astronom veya fizikçi değil. Yine de Rudnicki, okuyucularının en azından üç disiplinin hepsinin temel unsurlarının farkında olacağını varsaymalıdır.
Felsefenin bilimsel araştırmayla ne ilgisi olduğunu merak edebiliriz. Ancak Rudnicki, en azından temel bireysel felsefenin her bilimde bulunduğunu iddia eder. Bu şekilde bakıldığında bariz görünüyor. Ne de olsa her bilim adamı, hepimizin yaptığı gibi, dünya ve Evren hakkında bazı temel kavramlara sahiptir. Gerçekleri materyalist olarak veya daha manevi bir bakış açısıyla veya her ikisinin bir kombinasyonuyla yorumlayabilir. Kozmolojik sonuçlar, özellikle kişisel düşünme biçimleri tarafından koşullandırılır. Bu, kozmolojinin kesin bir bilim olarak kabul edilip edilmeyeceği konusunda şüphe uyandıran şeydir.
Rudnicki, çoğu bilim insanının kabul edebileceğinden bile daha ileri gidebileceğiniz kadar geriye gidiyor. Eski Hindistan'ın kozmolojik ilkesiyle başlar. Doğal olarak burada Hindistan'dan günümüze tüm Kozmolojik İlkelere derinlemesine inemeyiz, ama ben size yazarın ne yapmaya çalıştığı konusunda en azından bir fikir vermeye çalışacağım.
Bu, Dünyamızın benzersiz bir gök cismi olmadığı ve bu tür birçok “dünya”nın bizimkinden önce geldiği ve diğerlerinin de onu izleyeceği anlamına gelir. Ayrıca, Evrende eşit öneme sahip başka birçok “dünya” vardır. Evrenin fraktal modeli bu yöndedir. Bununla birlikte, fraktal yapıya dayanan kozmoloji, Hint dünya görüşünden hala uzaktır. Eski bir Hint bilgesi muhtemelen Evrenin modern matematiksel formüllere sığdırılamayacak kadar karmaşık olduğundan şikayet ederdi. Rudnicki antik ilkeleri büyüleyici ve bilimin önemli bir öncüsü bulsa da, herhangi bir öneme sahip bilimsel sonuçların eski Hint veya Mısır yöntemleri kullanılarak elde edilebileceği fikrini kesinlikle reddediyor. Bu türden en az yüzden fazla “bilimsel “ makale aldı. Onlara bir itirazı yok, “birkaç bin yıl geç kalmış olmaları dışında.”.
Antik Yunan Kozmolojik İlkesi
Eski Hindistan'dan sonra ortaya çıkan İran, Mısır, Kalde ve Babil gibi birçok kültür, gök olayları hakkında kesin görüşlere sahipti ve bir bütün olarak astronomiye çok katkıda bulundu. Ancak, Antik Hindistan ile ilgili olarak Bhagavad-Gita'da olduğu gibi, tüm kozmos hakkındaki görüşlerini açıklayan hiçbir belge bulunamadı. Ancak Yunanistan çok farklı. Evrenin matematiksel modellerinin dayandırıldığı genel felsefi varsayımı açıklayan birçok belge vardır.
Yunanlılar muhtemelen ateizmi bugün tam olarak anladığımız şekilde değil, ateizme giden bir tür ara aşama keşfeden ilk kültürdü. Yunanlıların çoğu elbette tanrılara inanıyorlardı, ancak bu tanrılar çoğunlukla dünyevi meselelerle ilgileniyordu. Tanrılara inanıyorlardı, ama Tanrı'ya inanmıyorlardı, ruhlara inanıyorlardı, ama ruha değil. Elbette, Herakleitos'un LOGOS'u ya da Anaxagoras'ın NUOS'u gibi yüksek düzeyde ruhsallaştırılmış nosyon gibi önemli istisnalar vardı. Ama genel olarak:
Yunanlılar için astronomik gerçekliğin her makul, mantıklı tanımı yer merkezli olmak zorundaydı. Ortak Yunan görüşünü yansıtan Eskilerin Kozmolojik Prensibi şu şekilde tanımlanabilir:
Dünyamız Evrenin doğal merkezidir.
Daha fazla genelleme: Evrenin seçkin bir merkezi vardır. Bu genelleştirilmiş varsayım, yalnızca küreler ve dairelere sahip Eskiler tarafından değil, aynı zamanda Copernicus ve Kepler'in (Güneş'in merkez olduğu) modelleri tarafından da yerine getirilmiştir.
Hakiki Kopernik Kozmolojik İlke
Copernicus, merkezinde güneş, Dünyamız ve diğer gezegenlerin çevresinde döndüğü yeni bir Evren modeli inşa etti. Yaklaşık yüz yıl sonra onun yerini Kepler'in eliptik yörüngeli modeli aldı. Ancak Kopernik'in ölümünden beş yıl sonra doğan Giordano Bruno, daha da ileri giderek diğer yıldızların da kendi gezegen sistemlerine sahip güneşler olduğunu ilan etti. Böylece güneş artık evrenin merkezi değildi.
Ancak Copernicus'un çalışmasının en önemli yönü, Hakiki Kopernikçi Kozmolojik İlke olarak adlandırılan şeydi:
“Herhangi bir gezegenden gözlemlenen Evren hemen hemen aynı görünüyor.”
Kopernik İlkesine dayanan üç model geliştirildi: Kopernik'in kendi, Kepler'in ve Tycho Brahe'nin daha az bilinen modeli, buna göre merkezi yer Dünya (Eskilerin Kozmolojik İlkesi), ancak evren tarafından işgal edildi. herhangi bir gezegenden gözlemlenen çok benzer görünüyor (Kopernik İlkesi).
Burada "gerçek" Kopernik İlkesinin tüm varyasyonlarına giremeyiz, ancak Rudnicki'nin daha modern ilkelere atılan adımlar olarak hepsi hakkında söyleyecekleri var.
Kopernik esasen Evreni 'maddileştirdi'. Bütün gök cisimlerinin dünya ile aynı statüye, yani maddeye sahip olduğunu söyleyecek kadar ileri gitmese de, gezegenler söz konusu olduğunda bunu yapmıştır. Bu, mevcut dünya görüşümüz için çok büyük bir öneme sahiptir, çünkü çok geçmeden tüm gök cisimlerinin maddi olması gerektiği ortaya çıktı. Ortaçağın Kilise filozofları, sabit yıldızların ötesinde uzayda bulunan en yüksek maneviyat için Evrende (Empyrean) görünmez bir yer ayırdı. En azından cenneti materyalizmden korumaları gerekiyordu.
Kopernik İlkesinin bir varyasyonu, “Mükemmel” veya “Güçlü” Kozmolojik İlkedir. Bu ilke, kozmolojideki temel bir sorunun üstesinden gelmeye çalışır. Çoğu çağdaş kozmolog, Evrenimizin, geçmişinde bir noktanın ötesinde, bilimsel araştırma için aşılmaz olduğuna ikna olmuştur. Bu nedenle, zaman ufkuna nasıl yaklaşılacağı sorunu temeldir. Mükemmel veya Güçlü İlke şöyle der:
“Evren her noktadan, her yönden ve her zaman gözlemlenir ve aşağı yukarı aynı görünür”. Bu ilke, zamanın matematiksel sonsuzluğunu ve çoğu durumda uzayı gerektirir. Bununla birlikte, zaman ufkunu düzgün bir şekilde aşar.
Kusursuz İlke'nin taraftarlarının materyalist düşüncesi Rudnicki tarafından şu şekilde tarif edilir:
Kopernikçiliğe karşı Genel Görelilik
Garip bir şekilde, Kopernikçilik ve Görelilik Teorisi bir anlamda çelişkili kavramlardır. Einstein'ın teorisi çeşitliliğe, daha bireyselliğe yönelirken, Copernicus bizi homojen olana götürür. Rudnicki'ye göre, Genel Görelilik, Genelleştirilmiş Kopernik İlkesinden türeyen Hubble Yasasını (ve dolayısıyla Büyük Banka teorisini) üretmekten sorumlu değildir. Aslında, Genel Görelilik ve Kopernik İlkesi zıt yönlere eğilimlidir. Ancak, 1927'de Einstein, Evren modeliyle ikisinden bir "yanlış uyum" yarattı. Rudnicki, bu bir hata mı, yoksa Einstein'ın büyük icatlarından biri mi diye soruyor. “Ancak,” yazıyor, “matematiğin gelecekteki gelişimi izin verdiğinde, Genel Görelilik ile örneğin Eski Hint Kozmolojik İlkesi birleştirilerek ne tür Evren modellerinin elde edilebileceğini görmek ilginç olacak. #8221.
Kısacası: genişlemeyen homojen nüfuslu sonsuz bir Evren. Klasik materyalist bir model. Onu ilginç kılan, Stalin dönemindeki resmi Sovyet kozmolojisi olmasıdır. Komünist parti, onu gerçek Evrene karşılık gelen tek model olarak ilan etti. Başka herhangi bir modelin yayılması yasalarca yasaklanmıştır!
Ancak, “teori ne kadar basit, ne kadar zarifse, gerçeklikle o kadar az ilgilenir…”
Antropik Kozmolojik İlke
Antropik İlkenin ilk bilimsel öncülleri, Barrow ve Tipler'e (1987) göre MÖ 500 civarındaydı. Bununla birlikte, modern bilim söz konusu olduğunda, Igor Karachentsev ve Brandon Carter'ın Kopernik İlkesinin kabul edilebilir olmasına rağmen, onun bir 'ekolojik düzeltme'ye ihtiyacı olduğu konusunda görüş bildirdiği 1974 yılına kadar geriye gitmemiz gerekiyor. Anlamın özü, Evrende var olma olasılığımızın son derece düşük olmasıdır: galaksimizin konumu, galaksideki özel yerimiz, su ve karbonun varlığı, vb. Bu nedenle, benzer olma olasılığı. gözlemlenebilir Evrenin başka herhangi bir yerinde akıllı yaşam formları vardır, en azından aynı derecede düşüktür. (Dünya dışı hayranlarını hayal kırıklığına uğrattığım için üzgünüm.) Evrendeki bilinçli bir gözlemcinin konumu, Kopernik Prensibi'ndeki bu 'ekolojik düzeltme' nedeniyle, zorunlu olarak çok özeldir. Kopernik İlkesinin insanı kozmolojik düşüncelerden uzaklaştırdığı söylenebilir. Ekolojik düzeltme, insanı yeniden odak noktasına getirdi. Einstein'ın Genel Görelilik kuramındaki, Evrenin herhangi bir yerinde olabilecek teorik gözlemciyi gerçek kılmak için, onu dünyamıza yerleştirmeliyiz. Hawking (1988), "Evreni olduğu gibi görüyoruz çünkü farklı olsaydı, onu gözlemlemek için burada olmazdık" dedi. Bununla birlikte, antropik ilkeye birçok itiraz vardır, örneğin: farklı fiziksel özelliklere sahip başka Evrenler, insan olmayan bilinçli varlıklar var olabilir. Rudnicki, sayısız, hatta sonsuz evren ve kuantum mekaniği fikri hakkında önemli ayrıntılara giriyor, ancak bu konuda tarafsız kalıyor gibi görünüyor.
Nihai Antropik İlke ve The Big Bang/Crunch
Barrow ve Tipler'e göre, Antropik İlkenin üç versiyonu vardır: zayıf ve güçlü versiyon ve üçüncüsü, Son Antropik Prensip. Burada sadece ikincisini kısaca ele alabiliriz. Bir hipotez şeklinde sağlanır:
Bilgisayarlar, yazarların belirttiği gibi, “davranışsal anlamda” olduğundan, akıllı varlıklar olarak sayılırlar, canlı, zeki varlıklar olarak hareket ederler. Böyle bir medeniyet, Evrenin her zamankinden daha büyük kısımlarını fethedebilir ve diğer medeniyetlerle temasa geçebilir. Büyük Kriz anına kadar (Evren kendi üzerine çöktüğünde) hayatta kalabilir veya Evren sonsuza kadar genişleyecekse, muazzam kozmik çağlar boyunca hayatta kalabilir.
Ancak her iki durumda da, zaman aralıkları o kadar büyük ki, koşullar o kadar değişecek ki, ne günümüz insanı ne de doğal yavruları hayatta kalamayacak. Sorun değil: O kadar akıllı hale geliyoruz ki, yaşayabilecek yapay torunlar inşa edebileceğiz. ve …'da aşırı düşük madde yoğunluğu (sürekli genişleme) veya sonsuz yoğunluk (Big Crunch) gibi olumsuz koşullar altında. Crunch içkin hale geldiğinde, uygar, akıllı otomatlar sonsuz bilgiye sahip olacaklar. Bu, insan (sic) uygarlığının mutlu (sic) sonu olacaktır. (Sevgili okuyucu, bunu duyduğunuz en saçma fikir olarak görüyorsanız, peki, bir bakıma size katılıyorum. Yine de bu beni endişelendiriyor, çünkü işler bu yönde ilerliyor gibi görünüyor.)
John A. Wheeler, Barrow'un 8217'leri ve Tipler'ın (1986) kitabına yazdığı ön yazısında şöyle yazar:
“Antropik İlke Nedir? Bu bir teorem mi? Hayır. Bu, "Evren tarihin bir yerinde, bir noktada yaşamı kabul edecek şekilde olmalı, çünkü biz buradayız" şeklindeki önemsiz ifadeye eşdeğer bir totoloji midir? tahminler? Belki. O halde antropik ilkenin statüsü nedir?
Okuyucuyu kendi kararını vermeye çağırıyor.
Georg Unger (1991) soruyu Goethe'ci bakış açısından tartıştıktan sonra, antropik ilkenin hüsrana uğramış bilim adamlarının boş düşüncelerinden başka bir şey olmadığını düşünüyor!
Estetik Temyiz Prensibi
Evren hakkında bir hipotez, yalnızca basitlik uğruna varlıkları çoğaltmaktan kaçınmamalı (Ockham'ın Usturası), kelimenin estetik anlamında basit olmalıdır. “Kozmos”, düzenli bir şey için Yunanca bir kelimedir - güzel, estetik ve çok karmaşık değil. “‘kozmos’ kelimesinin etimolojisini kavradığımızda, o zaman estetik çekicilik ilkesi, ‘kozmolojik ilke’ ifadesinin özünde saklıdır. Bunu aklımızda tutmalıyız.”
Bu hipotez (Lovelock 1979), antropik ilkeyle eşzamanlı olarak ortaya çıktı. İkincisi, Evrenin zeki varlıklar üretme ve sürdürme yeteneğine sahip olduğunu belirtir. Gaia, dünyayı, dünyalılara karşı bir tür “duygu” ile donatılmış, kendinin farkında olan bir organizma olarak görür. Bu hipotezi tüm gök cisimlerini kapsayacak şekilde genişleterek, yalnızca zeki varlıklar üretip sürdürebilen değil, aynı zamanda kendisi de zeki olan bir Evren elde ederiz. Bu, Evrenin, muhtemelen en yüksek ruhsal varlık olan bir ruhsal varlığın bedeni olduğu eski Hint görüşüne yakındır.
Bilimde Goetheanizm
Johann Wolfgang von Goethe, Almanya'nın en büyük şairi olarak bilinir, ancak bir zamanlar kendisini boş zamanlarında şiir yazan bir bilim adamı olarak tanımlamıştır. Belki de en ünlüsü bir zamanlar renkler teorisi olan birçok alanda bilimsel makaleler yazdı. Toplamda, bunlar bilime küçük katkılardır. Ancak, kendilerini Goetheanist olarak adlandıran bilim adamlarının ilgisini çeken, araştırmasının sonuçlarından çok, onun düşünme yöntemi (ya da bilgi teorisidir). Bir bilgi teorisi belirli bir araştırma disiplinine dayanmamalıdır. Herhangi bir mantıksal veya bilimsel varsayıma dayanamaz. Böyle bir teori inşa etmek için Goetheanistler, kesin olarak kabul edilebilecek veya reddedilebilecek biliş sürecinin bir resmini önerirler. Bu açıkça kişisel tercih meselesidir.
Rudnicki esas olarak Rudolf Steiner'ın Goetheanism'in (1886) yorumuna dayanır ve şöyle devam eder:
Biliş süreci (yani, bir algının bir düşüncenin algısıyla ilişkilendirilmesi) bir tür vahiydir. Goetheanizm, yalnızca keyfi görüntülerin inşasını değil, gerçek araştırmayı kastettiğimiz sürece, matematik, fizik, beşeri bilimler veya teolojide yapılan araştırmalar arasında temel bir fark görmez.
Birkaç düşünme seviyesi vardır:
1) fiziksel ve kimyasal fenomenler alanındaki algıları açıklayabilen kavramlar.
2) Fikirler –, iç metamorfozlara, yani bitki yaşamına konu olan kavramları açıklamak için gerekli kavramların karmaşık çağrışımlarıdır.
3) Hayvanlar gibi hisseden yaratıkları araştırmak istiyorsak, “daha yüksek bir düşünme düzeyi”– gerekir.
4) Bilinçli insanları incelerken “hala daha yüksek bir seviye”.
Yazara göre, fiziksel kozmolojide, şimdiye kadar yalnızca Evrenin fiziksel şekline uygulanmış olan Antropik Kozmolojik İlke ile bile fiziksel fenomenlerin ötesine geçmiyoruz. Bunu yapmak için, yukarıda bahsedilen daha yüksek düşünme düzeylerini geliştirmemiz gerektiğini öne sürüyor.
Goethe ünlü aforizmalarından birinde şunları söyledi:
“Teori ile gerçeği ayırt edemeyen, iskele ile binanın kendisini ayırt edemeyen gibidir.”
Kozmolojide çalışan bir Goetheanist (ve Rudnicki açıkça kendini bunlardan biri olarak görür), Evren'in bir bütün olarak inşası hakkında yeni bakış açıları kazanmayı umar. Bunu, temel kozmolojik fenomenlerin yardımıyla ve herhangi bir kozmolojik ilke olmadan yapmaya çalışır – kolay bir iş değildir. Ancak onları dikkate aldığında bile, bir tanesine bağlı kalmaz, hepsini kullanılan morfolojik kutu içindeki bir parametrenin çeşitli değerleri olarak kabul eder.
Bir bakıma bu, Polonyalı bir üniversite tarafından İngilizce olarak basılmış, kötü ciltlenmiş (benim kopyam zaten dağılıyor) tuhaf bir kitap. İngilizce çok iyi olmasına rağmen, yazım hatalarından bahsetmeye gerek yok, ana dili Slavca olan biri için tipik olan eksik makalelerle ilgili hatalar var. Eğer bu benim için son derece önemli ve iyi yazılmış bir kitapsa, profesyonel bir editör de dahil olmak üzere çok daha iyisini hak ediyor.
Konrad Rudnicki Jagiellonian Üniversitesi'nde profesör ve Krakov'daki Üniversite Gözlemevi'nin eski Direktörüdür. Hür Avrupa Bilim Akademisi (Hollanda) ve Uluslararası Astronomi Birliği Galaksiler Komisyonu üyesi, California Teknoloji Enstitüsü'nde Kıdemli Araştırma Görevlisi (1965-67), ABD'de Rice Üniversitesi'nde misafir profesör ve İsviçre, Goetheanum'daki Matematiksel-Astronomik Bölüm üyesi.
Gökbilimciler Kozmolojik Prensip Üzerine Kuşku Duyuyor
Büyük patlama teorisi iki varsayıma dayanır: birincisi Einstein'ın kütleçekimi ve maddenin etkileşimlerini doğru bir şekilde tanımlayan genel görelilik teorisi etrafında merkezlenir ve ikincisi, kozmolojik ilke olarak da bilinir, evrenin homojen olduğunu ve Yeterince geniş bir ölçekte izotropiktir, yani aynı gözlemsel kanıt, evrenin farklı yerlerinde herhangi bir yöne bakan gözlemciler için mevcuttur.
Bu iki varsayım, kozmosun tarihini hesaplamayı mümkün kılar. Astronomi astronomu Attila Mészáros, "Kozmolojik ilkeyi ve kırmızıya kaymalar gibi ek gözlemsel verileri kullanarak, bir başlangıç (Big Bang) olduğu ve bu nedenle evrenin yaşının sonlu olması gerektiği sonucu çıkar" diyor. Charles Üniversitesi Enstitüsü, esas olarak kozmolojide araştırma yapıyor.
Evrendeki büyük ölçekli yapı çalışmaları ve mikrodalga arka plan radyasyonunun analizi bu varsayımı doğrulamaya yardımcı oldu. Ancak, bu teorinin kusurları ve şüpheleri var.
Kozmolojik ilkenin yerine getirildiğini doğrulamak için istatistiklere dayalı birkaç klasik gözlem testi vardır. Bununla birlikte, bu testler galaktik düzlemde soğurulma ile güçlü bir şekilde önyargılıdır - bu, galaksimizin düzlemine doğru güçlü bir şekilde yoğunlaşan yıldızlar arasındaki boşlukta yıldız ışığının toz ve gaz tarafından emilmesine (veya “yok oluşu”) atıfta bulunur.
Daha önce galaksiler veya kuasarlar gibi kozmolojik nesneler, kozmolojik ilke için sondalar olarak kullanılıyordu. Mészáros, bununla birlikte, gama ışını patlamalarını içeren son çalışmaların bazı ilginç yeni sonuçlar verdiğini söylüyor.
Evrenin gözlemlenebilir kısmı ≈ 10–20 gigaparsek (bir gigaparsek yaklaşık 3,26 milyar ışıkyılı) olarak hesaplanmıştır ve sonlu olmalıdır. Kozmolojik ilkeye göre, evren homojen ise maddenin uzaysal bir dağılımının olması ve dolayısıyla bir uzaysal ortalamanın olması gerekir. Evrende megaparsek ölçeğinde yapıların var olduğunu gözlemden bildiğimiz için, bilinen en büyük nesne varsayımsal olarak onlarca veya yüzlerce megaparsek civarında bir yerde olmalıdır. Mantıksal olarak, en büyük yapı gigaparsekler aleminde bulunamazdı çünkü o zaman ortalama evrenin kendi ölçeğinde olurdu.
Astronomical Notes'ta yayınlanan yakın tarihli bir çalışmada Mészáros, gama ışını patlamalarından - bir yıldızın çekirdeği çöktüğünde meydana gelen son derece enerjik gama ışını ışığı patlamalarından - toplanan verilere dayanarak kozmolojik ilkeyi tartışmaya girişti. Mészáros, "Kozmolojik ilke, ortalama bir değer gerektirir, ancak gama ışını patlamalarının uzamsal dağılımının istatistiksel analizleri, gigaparsek ölçeğinde yapılar önerir, bu da bu ifadeyle çelişir," diyor Mészáros. “Cevap oldukça basit: Bu ortalama, bu kadar büyük bir ölçekte mümkün değil.
“Gama ışını patlamaları, diğer kozmolojik nesneler gibi [tıpkı] gökyüzünde izotropik olarak dağıtılmalıdır. Bu testler için, gama ışını patlamaları özellikle yararlıdır çünkü gama bandında ve galaktik düzlemde de görülürler ve bu nedenle gözlemsel bir yanlılık yoktur.
Anket, kozmolojik ilke tarafından ortaya konan ortalamayı desteklemeyen gigaparsek boyutlarındaki yapıların gama ışını patlamalarını gözlemleyen makaleleri topladı. Mészáros, "Bu sonuçlar, gigaparsek ölçeğinin altında bir homojenlik geçiş ölçeği gerektiren kozmolojik ilkeyle güçlü bir çelişki içinde" diyor.
Friedmann-Lemaitre modelleri
1922'de Rus meteorolog ve matematikçi Aleksandr A. Friedmann ve 1927'de Belçikalı bir din adamı olan Georges Lemaître, Einstein'ın gerçekçi miktarlarda madde içeren denklemlerine birbirinden bağımsız çözümler keşfetti. Bu evrimsel modeller, büyük patlama kozmolojilerine karşılık gelir. Friedmann ve Lemaître, Einstein'ın uzamsal homojenlik ve izotropi varsayımını (kozmolojik ilke) benimsediler. Bununla birlikte, onun zamandan bağımsız olduğu varsayımını reddettiler ve hem pozitif kavisli uzayları (“kapalı” evrenler) hem de negatif kavisli uzayları (“açık” evrenler) düşündüler. Friedmann ve Lemaître'nin yaklaşımları arasındaki fark, birincisinin kozmolojik sabiti sıfıra eşitlemesi, ikincisinin ise sıfırdan farklı bir değere sahip olma olasılığını muhafaza etmesidir. Tartışmayı basitleştirmek için burada sadece Friedmann modelleri ele alınmıştır.
Statik bir modeli terk etme kararı, Friedmann modellerinin zamanla geliştiği anlamına geliyordu. Bu nedenle, komşu madde parçaları, artan mesafe ile doğrusal olarak artan görünür bir hızla birbirlerinden ayrıldıklarında (veya yaklaştıklarında) durgunluk (veya daralma) fazlarına sahiptirler. Friedmann'ın modelleri bu nedenle Hubble yasasını gözlemsel bir temelde formüle edilmeden önce öngördü. Bununla birlikte, galaksilerin durgunluğunun temel bir kozmolojik gözlem olarak kabul edildiği sırada sonuçları elde etme şansına sahip olan Lemaitre'ydi ve fenomenin teorik temelini açıklığa kavuşturan da oydu.
Friedmann'ın kapalı modellerindeki uzayın geometrisi Einstein'ın orijinal modeline benzer, ancak uzaya olduğu kadar zamana da bir eğrilik vardır. Zamanın, geçmişe ve geleceğe sonsuzca uzanan kesintisiz bir yatay çizgi üzerinde her bir uzaysal noktada ebediyen aktığı Einstein'ın modelinden farklı olarak, Friedmann'ın malzeme genişlediğinde veya sonsuzluğa yeniden sıkıştırıldığında kapalı bir evren versiyonunda zamanın bir başlangıcı ve sonu vardır. yoğunluklar. Bu anlara sırasıyla "büyük patlama" ve "büyük sıkışma" anları denir. Genişleme-sıkıştırma evrelerinin orta yarısı için küresel uzay-zaman diyagramı, yan yatmış bir varil olarak gösterilebilir. Uzay ekseni yine evrendeki herhangi bir yöne karşılık gelir ve namlunun etrafını sarar. Her uzamsal nokta boyunca, (uzay-zaman) yüzeyinde namlunun uzunluğu boyunca uzanan bir zaman ekseni geçer. Namlu hem uzayda hem de zamanda kavisli olduğundan, uzay-zaman yüzeyini işaretleyen eğri grafik kağıdının ızgarasındaki küçük kareler, namlu genişlediğinde (evren genişlediğinde) daha büyük olmak için gerilir ve küçülür. namlu daraldığında küçülür (evren büzülür).
Unutulmamalıdır ki, yalnızca namlunun yüzeyinin fiziksel önemi vardır, namlunun eksenine doğru yüzeyden çıkan boyut, gerçek üç boyutlu dünyanın bir parçası olmayan dördüncü uzamsal boyutu temsil eder. Uzay ekseni namluyu çevreler ve 2π'ye eşit bir çevreyi geçtikten sonra kendi üzerine kapanır.$, nerede $, evrenin yarıçapı (dördüncü boyutta), şimdi zamanın bir fonksiyonudur t. Kapalı bir Friedmann modelinde, $ zamanda sıfıra eşit başlar t = 0 (namlu şemasında gösterilmemiştir), zaman içinde maksimum değere genişler t = tm (namlunun ortası) ve zaman içinde sıfıra (gösterilmemiştir) yeniden büzülür t = 2tm, değeri ile tm evrende var olan toplam kütle miktarına bağlıdır.
Şimdi galaksilerin, uzay ekseni boyunca eşit aralıklı onay işaretlerinde bulunduğunu hayal edin. Ortalama olarak her galaksi, kene işaretine göre uzamsal (halkalı) yönde uzamsal olarak hareket etmez, ancak zamanın akışıyla yatay olarak ileriye taşınır. Uzaysal halkadaki toplam gökada sayısı zaman değiştikçe korunur ve bu nedenle toplam çevre 2π olarak ortalama aralıkları artar veya azalır.$ halkada artar veya azalır (genişleme veya büzülme aşamalarında). Böylece, bir anlamda uzaysal yönde fiilen hareket etmeden, uzayın kendisinin genişlemesiyle galaksiler birbirinden ayrılabilir. From this point of view, the recession of galaxies is not a “velocity” in the usual sense of the word. For example, in a closed Friedmann model, there could be galaxies that started, when $ was small, very close to the Milky Way system on the opposite side of the universe. Now, 10 10 years later, they are still on the opposite side of the universe but at a distance much greater than 10 10 light-years away. They reached those distances without ever having had to move (relative to any local observer) at speeds faster than light—indeed, in a sense without having had to move at all. The separation rate of nearby galaxies can be thought of as a velocity without confusion in the sense of Hubble’s law, if one wants, but only if the inferred velocity is much less than the speed of light.
On the other hand, if the recession of the galaxies is not viewed in terms of a velocity, then the cosmological redshift cannot be viewed as a Doppler shift. How, then, does it arise? The answer is contained in the barrel diagram when one notices that, as the universe expands, each small cell in the space-time grid also expands. Consider the propagation of electromagnetic radiation whose wavelength initially spans exactly one cell length (for simplicity of discussion), so that its head lies at a vertex and its tail at one vertex back. Suppose an elliptical galaxy emits such a wave at some time t1. The head of the wave propagates from corner to corner on the little square grids that look locally flat, and the tail propagates from corner to corner one vertex back. At a later time t2, a spiral galaxy begins to intercept the head of the wave. At time t2, the tail is still one vertex back, and therefore the wave train, still containing one wavelength, now spans one current spatial grid spacing. In other words, the wavelength has grown in direct proportion to the linear expansion factor of the universe. Since the same conclusion would have held if n wavelengths had been involved instead of one, all electromagnetic radiation from a given object will show the same cosmological redshift if the universe (or, equivalently, the average spacing between galaxies) was smaller at the epoch of transmission than at the epoch of reception. Each wavelength will have been stretched in direct proportion to the expansion of the universe in between.
A nonzero peculiar velocity for an emitting galaxy with respect to its local cosmological frame can be taken into account by Doppler-shifting the emitted photons before applying the cosmological redshift factor i.e., the observed redshift would be a product of two factors. When the observed redshift is large, one usually assumes that the dominant contribution is of cosmological origin. When this assumption is valid, the redshift is a monotonic function of both distance and time during the expansional phase of any cosmological model. Thus, astronomers often use the redshift z as a shorthand indicator of both distance and elapsed time. Following from this, the statement “object X lies at z = bir” means that “object X lies at a distance associated with redshift bir” the statement “event Y occurred at redshift z = b” means that “event Y occurred a time ago associated with redshift b.”
The open Friedmann models differ from the closed models in both spatial and temporal behaviour. In an open universe the total volume of space and the number of galaxies contained in it are infinite. The three-dimensional spatial geometry is one of uniform negative curvature in the sense that, if circles are drawn with very large lengths of string, the ratio of circumferences to lengths of string are greater than 2π. The temporal history begins again with expansion from a big bang of infinite density, but now the expansion continues indefinitely, and the average density of matter and radiation in the universe would eventually become vanishingly small. Time in such a model has a beginning but no end.
FUNDAMENTAL ISSUES IN COSMOLOGY
Unlike other branches of science, cosmology is unique in that there is only one universe available for study. We cannot tweak one parameter, juggle another, and end up with a different system on which to experiment. We can never know how unique is our universe, for we have no other universe with which to compare. The universe denotes everything that is or ever will be observable, so that we can never hope to glimpse another universe.
Nevertheless, we can imagine other possible universes. One could have a universe containing no galaxies, no stars and no planets. Needless to say, man could not exist in such a universe. The very fact that our species has evolved on the planet Earth sets significant constraints on the possible ways our universe has evolved. Indeed, some cosmologists think that this may be the only way we can ever tackle such questions as why does space have three dimensions, or why does the proton have a mass that is precisely 1836 times larger than the electron? If neither were the case, we certainly would not be here. One can take the argument further: our actual existence requires the universe to have had three space dimensions and the proton mass to be 1836 electron masses. This conclusion is called the anthropic cosmological principle: namely, that the universe must be congenial to the origin and development of intelligent life. Of course, it is not an explanation, and the anthropic principle is devoid of any physical significance. Rather it limits the possibilities. There could be a host of radically different universes that we need not worry about.
It is inevitable that an astronomer studies objects remote in time as well as in space. Light travels a distance of 300,000 kilometers in one second, or ten thousand billion kilometers in a year. The nearest star, Alpha Centauri, is 3 light years from us: we see it as it was three years ago. The nearest galaxy comparable to our own Milky Way is two million light years distance: we are seeing the Andromeda galaxy, a naked eye object in a dark sky, as it was when homo sapiens had not yet evolved. A large telescope is a time-machine that can take us part way to creation, to examine regions from which light emanated more than five billion years ago, before our sun had ever formed. To a cosmologist, the issue of creation is inevitable.
There are three possibilities that one may envisage for the creation of the universe.
- The beginning was a singular state, not describable by physical science. A skeptic might ask, what did God do before He created the Universe? The apocryphal answer is that He was preparing Hell for people who might ask such questions (attributed to St. Augustine).
- The beginning was the most simple and permanent state imaginable, containing within itself the seeds of future evolution. This is the modern view, and one searches for the correct physical laws that describe this initial state.
- There was no creation, and the universe is unchanging and of infinite age. We can try to distinguish between the latter two possibilities, the only two options on which scientific tools can be brought to bear. The earlier considerations about the simplicity of a successful theory are incorporated into a simple principle that serves as a guide for building a model of the universe. There are various versions of such a cosmological principle.
A stronger version, the perfect cosmological principle, goes further: the universe appears the same from all points and at all times. In other words, there can have been no evolution: the universe must always have been in the same state, at least as averaged over long times.
Finally, the anthropic cosmological principle argues that the universe must have been constructed so as to have led to the development of intelligence.
The darkness of the night sky.
We have a contradiction with the trivial observation that apart from the Milky Way, our own galaxy, the night sky is remarkably dark. Olbers' paradox is not resolved by allowing for interstellar dust since this absorbs and radiates energy. Possible resolutions are (A) the universe is young, so stars have only been shining for about ten billion years, or (B) the universe is of infinite age but expanding so as to avoid a state of thermodynamic equilibrium. Expansion ``cools off" the universe, due to the Doppler shift (which reddens light or reduces the energy of photons that are received from a receding source). Of course, the universe may be both young ve expanding, but only hypothesis B requires expansion.
Steady State Cosmology.
One may compare this with radioactive dating technique of old rocks, e.g. U-238 -> Pb-205 with half-life of 4x10^9 yr. Measured for different rock and meteorite samples, the present lead isotope abundances allow an estimate of age. We infer 4.6x10^9 yr for oldest meteoritic, lunar rocks.
Stellar evolution theory with hydrogen fusion to helium as an energy source yields the age of globular clusters, the oldest stars in our galaxy. The main sequence turnoff denotes the duration of the observed era of hydrogen burning, while the horizontal branch (on the HR diagram) indicates the location of helium burning stars. The inferred age to fit the observed HR diagram is 10x10^9 yr. The discrepancy between the universal expansion age, on the one hand, and meteoritic and stellar ages on the other hand, was only removed in the 1950's, when a more accurate value for H_0 emerged. The best modern value is H_0=50 km/s Mpc, or 1/H_0=20x10^9 yr.
On the cosmological principle - Astronomy
The oldest cosmological paradox concerns the fact that the night sky should not appear dark in a very large (or infinite), ageless Universe. It should glow with the brightness of a stellar surface.
- There's too much dust to see the distant stars.
- The Universe has only a finite number of stars.
- The distribution of stars is not uniform. So, for example, there could be an infinity of stars, but they hide behind one another so that only a finite angular area is subtended by them.
- The Universe is expanding, so distant stars are red-shifted into obscurity.
- The Universe is young. Distant light hasn't even reached us yet.
The premise of the second explanation may technically be correct. But the number of stars, finite as it might be, is still large enough to light up the entire sky, i.e., the total amount of luminous matter in the Universe is too large to allow this escape. The number of stars is close enough to infinite for the purpose of lighting up the sky. The third explanation might be partially correct. We just don't know. If the stars are distributed fractally, then there could be large patches of empty space, and the sky could appear dark except in small areas.
But the final two possibilities are surely each correct and partly responsible. There are numerical arguments that suggest that the effect of the finite age of the Universe is the larger effect. We live inside a spherical shell of "Observable Universe" which has radius equal to the lifetime of the Universe. Objects more than about 15 billion years old are too far away for their light ever to reach us.
The resolution of Olber's paradox is found in the combined observation that 1) the speed of light is finite (although a very high velocity) and 2) the Universe has a finite age, i.e. we only see the light from parts of the Universe less than 15 billion light years away.
The Copernican Principle is a basic statement in physics that there should be no ``special'' observers. For example, the Aristotelian model of the solar system in the Middle Ages placed the Earth at the center of the solar system, a unique place since it ``appears'' that everything revolved around the Earth. Nicolaus Copernicus demonstrated that this view was incorrect and that the Sun was at the center of the solar system with the Earth in orbit around the Sun.
The implications of Copernicus' work can not be exaggerated. His views challenged the literal interpretation of Scripture, the philosophical and metaphysical foundations of moral theory, and even common sense itself. The result was a massive opposition to his reported ideas. It was the slow, sure acceptance of the heliocentric theory by natural philosophers that ultimately quieted the general clamor, however the name of Copernicus is still a battle cry against the establishment in religion, philosophy and science. In later years with Freud, man lost his Godlike mind with Darwin his exalted place among the creatures of the Earth with Copernicus man had lost his privileged position in the Universe.
The lesson learned by future scientists is that if a theory requires a special origin or viewpoint, then it is not plausible. Almost all cosmological and scientific theories are scrutinized by the Copernican principle. Often interpreted that is an idea requires some special condition, then it is incomplete.
The Copernican principle, when applied to cosmology and the structure of the Universe, basically asks the question of whether the Universe is isotropic and homogeneous. These two terms are not equivalent and have a special meaning to cosmology. Isotropy means there are no special directions to the Universe, homogeneous means there are no special places in the Universe.
Again, while these two definitions appear similar, they describe very different properties to the Universe as a whole. For example, if the Universe is isotropic then this means you will see no difference in the structure of the Universe as you look in different directions. When viewed on the largest scales, the Universe looks the same to all observers and the Universe looks the same in all directions as viewed by a particular observer. Homogeneity, when viewed on the largest scales, means that the average density of matter is about the same in all places in the Universe and the Universe is fairly smooth on large scales.
Notice that this is clearly not true for the Universe on small scales such as the size of the Earth, the size of the Solar System and even the size of the Galaxy. Terms such as look the same and smooth in density are applied only on very large scales. For cosmology, we only consider the isotropy and homogeneity of the Universe on scales of millions of light-years (the distance it takes light to travel in one year, is roughly 10 18 cm) in size.
Notice that isotropy for all observers (all places in the Universe) implies homogeneity for all observers. It is possible to construct universes that are homogeneous but anisotropic the reverse, however, is not possible. Consider an observer who is surrounded by a matter distribution that is perceived to be isotropic this means not only that the mass density is a function of radius only, but that there can be no preferred axis for other physical attributes such as the velocity field.
An isotropic Universe also means that there is no `center' to the Universe. The rotation of the Earth produces a unique orientation (i.e. north and south poles), but the Universe appears the same from any position. This is an important point when we consider the origin of the Universe known as the Big Bang. Due to isotropy, there is no `place' where the Big Bang occurred, there is no center point. Empedocles stated it best by saying `God is an infinite sphere whose center is everywhere and circumference nowhere.
Observations to date support the idea that the Universe is both isotropic and homogeneous. Both facts are linked to what is called the cosmological principle. The cosmological principle derives from the Copernican Principle but has no foundation in any particular physical model or theory, i.e. it can not be `proved' in a mathematical sense. However, it has been supported by numerous observations of our Universe and has great weight from purely empirical grounds.
A corollary to the cosmological principle is that the laws of physics are universal. The same physical laws and models that applies here on the Earth also works in distant stars, galaxies, and all parts of the Universe - this of course simplifies our investigations immensely. Note also that it is assumed that physical constants (such as the gravitational constant, mass of the electron, speed of light) are also the unchanging from place to place within the Universe, and over time.
The clearest modern evidence for the cosmological principle is measurements of the cosmic microwave background (shown above). Briefly (we will cover the CMB in a later lecture), the CMB is an image of the photons emitted from the early Universe. Isotropy and homogeneous is reflected in its random appearance.
The greatest consequence of the cosmological principle is that it implies that all parts of space are causally connected at some time in the past (although they may no longer be connected today). Thus, a homogeneous Universe leads to the conclusion that the whole Universe appeared at a single moment of time, a Creation.
Lastly, we is we extend the cosmological principle through time we have the `perfect' cosmological principle, that the Universe is isotropic and homogeneous, and has been for all time. This means that the laws of Nature are unchanging and that things we observe from the past can be assumed to operate under that same physics as things toady.
The large size of the Universe, combined with the finite speed for light, produces the phenomenon known as lookback time. The speed of light (299,790 km/sec) is very fast, but finite. For any phenomenon on the Earth's surface, the distances are small enough that light signals appear instantaneous. However, the distances in space are vast. And, in particular, the distance between galaxies are measured in hundreds of millions of light-years. Thus, the time for light to travel from distance galaxies is on the order of hundreds of millions of years up to billions of years for the most distant objects.
Lookback time means that the farther away an object is from the Earth, the longer it takes for its light to reach us. Thus, we are looking back in time as we look farther away.
This effect can be of an advantage to astronomers. The more distant an object, the farther in its past we are observing its light. Combined with the cosmological principle, the fact that the Universe is homogeneous at all points and all times, then the finite speed of light means that observation so distant galaxies are equivalent to lookback time. Lookback time is what makes the subfield of galaxy evolution possible, the ability to study the changes in galaxies with time by observing them at various distances means equals different epochs.
One of the first cosmic riddles is `Is there an edge to the Universe?' This question illuminates one of the common problems in dealing with cosmological issues. By definition, all discussion of the characteristics of the Universe must face the fact that the Universe has to contain the properties of everything. Thus, the term `edge' of the Universe assumes that there exists something that is not contained in the Universe. Invoking an outside property the the Universe (an edge or outside to the Universe) is logically inconsistent since, by definition, the Universe must contain everything.
A corollary to this point is that the Universe must be boundless. This does not necessary mean that the Universe is infinite, although this is the simplest solution. Notice also that space is not a receptacle for the Universe, space is physical and is contained with the Universe. Lastly, if the Universe contains everything, the it must contain its own origin mechanism, a bootstrap program.
Mapping the universe
This image is the result of the first slice galaxy survey, mapping about 1000 galaxies over a wide field, using their redshifts to determine their distances away. The figure in the center was dubbed the "Stickman" by Margaret Geller upon its discovery. The body and arms of the Stickman are huge walls of galaxies. Notably, there are large bubble-like voids, stretching several million light years across. You could argue that on this scale, the universe does not look like it is the same everywhere (homogeneous).
The Sloan Digital Sky Survey was an even more extensive mapping of galaxies. The homogeneous nature of the universe becomes apparent with large enough sampling. The walls and voids tend to show up everywhere. If you sample big enough slices of the universe, it starts to look the same everywhere.
Recently, the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) was extended from the earlier 2-D slices into a fully 3-D survey to include four million galaxies and quasars between 2014 and 2020. The new, extended map also includes four types of galaxies: nearby galaxies, red galaxies, more distant star-forming galaxies and quasars. The SDSS provides information about the accelerated expansion of the universe by mapping the redshift pattern of the galaxies in 3-D space.
This video from the Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS) describes the mapping mission and illustrates the 3-D map produced by the Sloan Digital Sky Survey, highlighting the spectral analysis of the galactic redshifts.
23.6 REDSHIFT DISTANCES, REDSHIFT MAPS
Since a receding galaxy's spectral lines are Doppler shifted to the red, a galaxy's recession velocity is often called its redshift.
To discover the v=Hd relation, Hubble needed galaxies with measured redshifts ve distances.
A galaxy's distance is hard to measure directly, but its redshift is relatively easy to measure from its spectrum.
[Note, however, that the fractional change in the wavelength of light is only v/c, so except for the most distant galaxies, the redshift does not significantly change a galaxy's color.]
Once we know Hubble's law, we can use it to infer a galaxy's distance from its redshift:
By measuring galaxy spectra, we can map the distribution of galaxies in 3 dimensions. The largest such maps today have about 20,000 galaxies.
These maps show that galaxies and clusters lie in enormous sheets and filaments, separated by gigantic voids.
- Peculiar velocities affect inferred distance.
- We don't know the absolute scale of the maps well, because the value of H is uncertain.
Definition of the anthropic principle
- Weak anthropic principle. The observed values of all physical and cosmological quantities are not equally probable, but they take on values restricted by the requirement that there exist sites where carbon-based life can evolve and by the requirement that the universe be old enough for it to have already done so.
- Strong anthropic principle. The universe must have those properties which allow life to develop within it at some stage in its history.
- Final anthropic principle. Intelligent information-processing must come into existence in the universe, and, once it comes into existence, it will never die out.
Leading scientists on the anthropic principle
- Stephen Hawking: "[T]he Anthropic Principle is essential, if one is to pick out a solution to represent the universe, from the whole zoo of solutions allowed by M theory." [Susskind2005, pg. 353].
- Andrei Linde: "Those who dislike anthropic principles are simply in denial. This principle is not a universal weapon, but a useful tool, which allows us to concentrate on the fundamental problems of physics by separating them from the purely environmental problems, which may have an anthropic solution. One may hate the Anthropic Principle or love it, but I bet that eventually everyone is going to use it." [Susskind2005, pg. 353].
- Leonard Susskind: "The fact that [the cosmological constant] is not absent is a cataclysm for physicists, and the only way that we know how to make any sense of it is through the reviled and despised Anthropic Principle." [Susskind2005, pg. 22].
The latest physics findings, the multiverse, cosmic coincidences and the anthropic principle are nicely summarized in a feature article on the Simons Foundation news site [Wolchover2013].
The anthropic principle and Judeo-Christian theology
In short, the anthropic principle of cosmology has emerged as the centerpiece of an intense debate among leading physicists, astronomers, cosmologists and theologians, as to the fundamental meaning and ultimate fate of the universe. While many are eager to see the current debates as a "solution" to the age-old debate between science and religion, clearly considerable caution is in order. More than once, both theologians and scientists have been captivated by some development, only later to see it succumb to a more prosaic explanation. But it will be interesting to see how all of this plays out.
Around the axis
That's odd. It's one thing for two of the multipoles to be aligned &mdash maybe that's just random coincidence &mdash but it's another for them to be associated with our solar system. Hence the nickname "Axis of Evil," a tongue-in-cheek reference to President George W. Bush's labeling of Iran, Iraq, and North Korea in 2002.
What's going on? The CMB shouldn't give two photons about our solar system &mdash it was generated before the sun was a twinkle in the Milky Way's eye. And we can't find any simple astrophysical explanation, like a random cloud of dust in our southern end, that might interfere with the pristine cosmological signal in this odd way.
Is it really just coincidence? A chance alignment that we're conditioned to find because of our pattern-loving brains? Or does it seductively point the way to new and revolutionary physics? Or maybe we just screwed something up with the measurements?
At this early stage, it's tough to say. There aren't a lot of data, and it's easy to get excited. We'll just have to wait and see eventually the universe will….wait for it…point us in the right direction.