Kozmolojik ilke - Cosmological principle

Modern fiziksel kozmolojide , kozmolojik ilke , evrendeki maddenin uzaysal dağılımının, yeterince büyük bir ölçekte bakıldığında homojen ve izotropik olduğu fikridir , çünkü kuvvetlerin evren boyunca düzgün bir şekilde hareket etmesi beklenir ve bu nedenle, Madde alanının başlangıçta Büyük Patlama tarafından ortaya konan evrim sürecindeki büyük ölçekli yapılanmasında gözlemlenebilir hiçbir düzensizlik yoktur .

Tanım

Gökbilimci William Keel şöyle açıklıyor:

Kozmolojik ilke genellikle biçimsel olarak 'Yeterince büyük bir ölçekte bakıldığında, evrenin özellikleri tüm gözlemciler için aynıdır' şeklinde ifade edilir. Bu, evrenin görebildiğimiz kısmının adil bir örnek olduğu ve her yerde aynı fiziksel yasaların geçerli olduğu şeklindeki güçlü felsefi ifadeye tekabül eder. Özünde bu, bir anlamda evrenin bilinebilir olduğunu ve bilim adamlarına adil davrandığını söylüyor.

Kozmolojik ilke, bir "gözlemci" tanımına dayanır ve örtük bir nitelik ve iki test edilebilir sonuç içerir.

"Gözlemciler", evrenin herhangi bir yerindeki herhangi bir gözlemci anlamına gelir, sadece Dünya üzerindeki herhangi bir yerdeki herhangi bir insan gözlemci değil: Andrew Liddle'ın belirttiği gibi, "kozmolojik ilke [anlamına gelir] evren, nerede ve kim olursanız olun aynı görünür."

Nitelik, gözlemden elde edilen sonuçların tekdüzeliğini tehlikeye atmamak şartıyla, fiziksel yapılardaki varyasyonun gözden kaçırılabileceğidir: Güneş Dünya'dan farklıdır, bizim galaksimiz bir kara delikten farklıdır, bazı galaksiler ondan uzaklaşmak yerine ona doğru ilerler. biz ve evren, galaksi kümeleri ve boşluklardan oluşan "köpüklü" bir dokuya sahiptir, ancak bu farklı yapıların hiçbiri temel fizik yasalarını ihlal etmiyor gibi görünmektedir.

Kozmolojik ilkenin test edilebilir iki yapısal sonucu homojenlik ve izotropidir . Homojenlik, aynı gözlemsel kanıtın, evrendeki farklı konumlardaki gözlemciler için mevcut olduğu anlamına gelir ("evrenin görebildiğimiz kısmı adil bir örnektir"). İzotropi, aynı gözlemsel kanıtın, evrende herhangi bir yöne bakarak elde edilebileceği anlamına gelir ("aynı fiziksel yasalar her yerde geçerlidir"). İlkeler farklı ama yakından ilişkilidir, çünkü herhangi iki (küresel bir geometri için üç) konumdan izotropik görünen bir evren de homojen olmalıdır.

Menşei

Kozmolojik ilke ilk olarak Isaac Newton'un Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica'da (1687) açıkça ortaya konmuştur . Dünyanın evrenin merkezinde durduğu önceki klasik veya ortaçağ kozmolojilerinin aksine, Newton, Dünya'yı, her yöne eşit olarak ölçülemeyecek kadar büyük mesafelere uzanan boş bir uzay içinde Güneş'in etrafında yörünge hareketi yapan bir küre olarak kavramsallaştırdı. Daha sonra, gezegenlerin ve kuyruklu yıldızların hareketlerinin ayrıntılı gözlem verileri üzerindeki bir dizi matematiksel kanıt aracılığıyla, onların hareketlerinin, Jüpiter çevresindeki Galilean uydularının yörüngelerine de uygulanan tek bir " evrensel kütleçekim " ilkesiyle açıklanabileceğini gösterdi. , Ay'ın Dünya'nın etrafında, Dünya'nın Güneş'in etrafında ve Dünya'daki düşen cisimlere. Yani, Güneş Sistemi'ndeki tüm cisimlerin eşdeğer maddi doğasını, Güneş'in ve uzak yıldızların özdeş doğasını ve dolayısıyla fiziksel hareket yasalarının Dünya'nın kendisinin gözlemsel konumunun çok ötesindeki tekdüze genişlemesini ileri sürdü.

etkileri

Gözlemler, daha uzak galaksilerin birbirine daha yakın olduğunu ve lityumdan daha ağır kimyasal element içeriğinin daha düşük olduğunu gösteriyor. Kozmolojik prensibi uygulayarak, bu, daha ağır elementlerin Büyük Patlama'da yaratılmadığını, dev yıldızlarda nükleosentez ile üretildiğini ve bir dizi süpernova patlaması ve süpernova kalıntılarından yeni yıldız oluşumu boyunca atıldığını, yani daha ağır elementlerin zamanla birikeceği anlamına gelir. . Başka bir gözlem, en uzak gökadaların (önceki zaman) yerel gökadalardan (son zamanlarda) genellikle daha parçalı, etkileşimli ve alışılmadık şekilde şekillendirilmiş olması ve bu da gökada yapısındaki evrimi akla getiriyor.

Kozmolojik ilkenin ilgili bir anlamı, evrendeki en büyük ayrık yapıların mekanik dengede olmasıdır . En büyük ölçeklerde maddenin homojenliği ve izotropisi, en büyük ayrık yapıların, bir pastanın içini oluşturan kırıntılar gibi, tek bir ayrık formun parçaları olduğunu düşündürür. Aşırı kozmolojik uzaklıklarda, görüş hattına yanal yüzeylerde mekanik denge özelliği ampirik olarak test edilebilir; ancak kozmolojik ilke varsayımı altında görüş hattına paralel olarak tespit edilemez (bkz . evrenin zaman çizelgesi ).

Kozmologlar, uzak galaksilerin gözlemlerine göre, kozmolojik ilkeyi takip eden bir evrenin statik olmaması gerektiği konusunda hemfikirdir. 1923'te Alexander Friedmann , Albert Einstein'ın homojen bir izotropik evrenin dinamiklerini tanımlayan genel görelilik denklemlerinin bir varyantını ortaya koydu . Bağımsız olarak, Georges Lemaître 1927'de Genel Görelilik denklemlerinden genişleyen bir evrenin denklemlerini çıkardı. Böylece, kozmolojik ilkenin genel göreliliğe uygulanmasının bir sonucu olarak, uzak galaksilerin gözlemlerinden bağımsız olarak statik olmayan bir evren de ima edilir .

eleştiri

Karl Popper , kozmolojik ilkeyi, " bilgi eksikliğimizi bir şeyi bilmenin ilkesi haline getirdiği" gerekçesiyle eleştirdi . Pozisyonunu şöyle özetledi:

"kozmolojik ilkeler", korkarım, önerilmemesi gereken dogmalar idi.

gözlemler

Evren küçük ölçeklerde homojen olmayan olmasına rağmen, olduğu 250 milyon ışık yılı daha büyük ölçeklerde istatistiksel olarak homojen. Kozmik mikrodalga arkaplan onun yoğunluğu baktığımız aynı hangisi yönü hakkında olduğunu söylemek olduğunu, izotropik olduğunu.

Ancak, son bulgular bu görüşü sorguya çekti. Planck Misyonu'ndan elde edilen veriler, 2 açıdan yarım küre yanlılığı gösterir: biri ortalama sıcaklığa göre (yani sıcaklık dalgalanmalarına), ikincisi ise bozulma derecesindeki (yani yoğunluklara) daha büyük değişikliklere göre. Avrupa Uzay Ajansı (Planck Misyon yönetim organı) aslında, istatistiksel olarak anlamlı ve artık göz ardı edilebilir, bu anizotropilerin olduğu sonucuna vardı.

tutarsızlıklar

Kozmolojik prensip yeterince büyük bir ölçekte, evrenin olduğunu ima eder homojen . Bir ΛCDM evrenindeki N-cisim simülasyonlarına dayanarak , Yadav ve meslektaşları, galaksilerin uzamsal dağılımının, 260 /h Mpc veya daha fazla ölçekler üzerinden ortalaması alınırsa istatistiksel olarak homojen olduğunu gösterdi .

Bir dizi gözlemin, maksimum yapı boyutlarının tahminleriyle çeliştiği bildirilmiştir:

Clowes-Campusano LQG 1991 yılında keşfedilmiştir, 580 MPC bir uzunluğa sahiptir, ve tutarlı bir ölçekte marjinal büyüktür.
Sloan Seddi 2003 yılında keşfedilen, kozmolojik ilkesi ile sadece tutarlı 423 MPC, bir uzunluğa sahiptir.
2011 yılında keşfedilen büyük bir kuasar grubu olan U1.11 , 780 Mpc uzunluğa sahiptir ve homojenlik ölçeğinin üst sınırından iki kat daha büyüktür.
İri-LQG 2012 yılında keşfedilen, üç kat daha uzun olduğunu ve iki kat daha geniş olarak bu akım modellere göre mümkün tahmin edilir ve çok büyük ölçeklerde evrene anlayışımızı meydan okuyor.
Kasım 2013'te, 10 milyar ışıkyılı uzaklıkta, 2000–3000 Mpc (SGW'nin yedi katından fazla) ölçen yeni bir yapı keşfedildi, Hercules-Corona Borealis Çin Seddi , kozmolojik ilkenin geçerliliği konusunda daha fazla şüphe uyandırdı.
Haziran 2021'de, yaklaşık 1000 Mpc'yi kapsayan bir yapı olan Giant Arc keşfedildi. 2820 MPc uzaklıkta bulunur ve galaksiler, galaktik kümeler, gaz ve tozdan oluşur.

Bununla birlikte, 2013 yılında Seshadri Nadathur tarafından belirtildiği gibi, homojen ölçekten ( Yadav'ın tahminine göre 260 /h Mpc) daha büyük yapıların varlığı , kozmolojik ilkeyi mutlaka ihlal etmez (bkz. Huge-LQG#Dispute ).

Evrenin Dünya çevresindeki izotropisi, kozmik mikrodalga arka plan sıcaklık haritalarının çalışmaları ile yüksek önemde doğrulanırken, kozmolojik ölçekler üzerindeki homojenliği hala bir tartışma konusudur.

kozmik dipol

Yukarıda belirtildiği gibi, kozmik mikrodalga arka planının izotropik ve homojen bir evrenin anlık görüntüsünü sağladığı doğrudur . Bununla birlikte, genellikle reklamı yapılmayan şey, kozmik mikrodalga arka planında bir dipol anizotropisi olduğudur . Dipolün genliği, diğer sıcaklık dalgalanmalarının genliklerini aşar ve bu nedenle, bunun bir Doppler etkisi olduğu varsayımıyla veya basitçe bağıl hareketten dolayı çıkarılır . Son yıllarda bu varsayım test edildi ve mevcut sonuçlar uzak radyo galaksilerine ve kuasarlara göre hareketimizin kozmik mikrodalga arka planına göre hareketimizden farklı olduğunu gösteriyor . Aynı sonuca Tip Ia süpernova ve kuasarların Hubble diyagramı üzerinde yapılan son çalışmalarda da ulaşılmıştır . Bu, kozmolojik ilkeyle çelişir ve SPK dipolünün sadece göreli hareketten kaynaklandığı varsayımına meydan okur .

SPK dipolünün bu olası yanlış yorumlanması, bir dizi başka gözlem yoluyla ima edilir. Birincisi, kozmik mikrodalga arka planında bile , ilginç yönsel hizalamalar ve SPK dipolünde bir kökene sahip olabilecek anormal bir parite asimetrisi vardır. Ayrı olarak, CMB dipol yönü, kuasar polarizasyonlarındaki hizalamalar, galaksi kümelerindeki ölçekleme ilişkileri, güçlü merceklenme zaman gecikmesi, Tip Ia süpernovalar ve standart mumlar olarak kuasarlar ve gama ışını patlamaları çalışmalarında tercih edilen bir yön olarak ortaya çıkmıştır . Farklı fiziğe dayanan tüm bu bağımsız gözlemlenebilirlerin CMB dipol yönünü takip ediyor olması, Evrenin SPK dipolü yönünde anizotropik olduğunu göstermektedir.

Mükemmel kozmolojik ilke

Mükemmel kozmolojik prensip evren boşlukta homojen ve izotropik olduğu kozmolojik prensip bir uzantısıdır ve devletler ve zaman. Bu görüşte evren her yerde (geniş ölçekte) aynı görünüyor, her zaman olduğu ve her zaman olacağı gibi. Mükemmel kozmolojik ilke, Durağan Durum teorisinin temelini oluşturur ve kaotik şişirme teorisinden ortaya çıkar .

Languages

In other projects