Существуют ли физические доказательства различия между расширением пространства и антропоцентрической вселенной?

Я ищу какие-то наблюдаемые доказательства (которые наблюдались или могут быть обнаружены в будущем), которые могли бы опровергнуть ту или иную теорию.

Кажется, вы требуете одного (очень высокого) стандарта для FLRW и другого стандарта для вашей антропоцентрической вселенной. Это жульничество.

Не существует антропоцентрической теории , которую можно было бы проверить. Мы можем проверить теорию FLRW (и ОТО) и сделали это. Но то, что вы трактуете как антропоцентрическую теорию, не является теорией ни в каком научном смысле. Он не дает правил или законов, на основании которых можно было бы делать прогнозы, и, следовательно, не дает возможности проводить тесты.

Есть ли какие-либо физические доказательства, которые могут отличить «хаббловский поток» от какой-то причудливой антропоцентрической вселенной, в которой все, что происходит, было отброшено от Земли очень специфическим образом?

По определению вы в основном говорите, что мы можем построить произвольный сценарий, в котором все выглядит так, как оно выглядит с точки зрения расширения. Такие «магические» обстоятельства всегда можно будет придумать, если вам не придется подводить под них теоретическую и экспериментальную основу.

Разница в том, что FLRW использует ОТО для построения общей модели, которая объясняет то, что мы видим, и которую можно проверить и проверить с помощью наблюдений.

Как определить центр?

Также обратите внимание на то, что антропоцентрическая идея наталкивает на проблему того, что именно является центром этой вселенной. Это точно на Земле? Солнце? Бариоцентр системы Земля-Луна? Бариоцентр (постоянно меняющийся) системы Земля-Солнце-Луна или Солнечной системы? Что-то другое? И что бы вы ни выбрали, почему именно этот выбор?

Даже если кто-то не принимает движение Земли вокруг Солнца (и т. д.) и утверждает, что все вращается вокруг Земли, у нас сразу же нет объяснения, почему это так.

Для меня проблема определения центра вселенной является причиной, по которой антропоцентрическая идея не имеет смысла (не говоря уже о полном отсутствии какой-либо полезной теории, на основе которой можно было бы делать предсказания).

Антропоцентрическая картина не объясняет наблюдения настоящего и далекого космического микроволнового фона (КМФ)?

Должны ли мы предположить, что существует большая сферическая оболочка из оптически толстого газа, расширяющаяся от нас быстрее и дальше, чем самые далекие галактики?

Но если это так, то как можно объяснить наблюдения, демонстрирующие, используя предполагаемые физические условия облаков газа вдоль линий обзора далеких квазаров, что реликтовое излучение было горячее ровно настолько, чтобы это можно было объяснить космическим расширением? т.е. что реликтовое излучение было фактором$1+z$жарче и$(1+z)^4$более интенсивно для облаков при красном смещении$z$(например , Нотердаме и др., 2010 г. ).

Модель FLRW объясняет это событием гомогенной изотропной рекомбинации, имевшим место во всей Вселенной 13,7 миллиардов лет назад, за которым последовало космологическое красное смещение и универсальное адиабатическое расширение.

В антропоцентрической идее с далекой ускоряющейся, излучающей сферической оболочкой реликтовое излучение вокруг далекой галактики было бы сильно анизотропным, так как красное смещение частей оболочки ближе к галактике было бы намного меньше, чем в противоположном направлении. Таким образом, на одной стороне неба будет гораздо более высокая температура. Это полностью изменило бы условия возбуждения. Плотность излучения пропорциональна$T^4$, но если бы две половины неба отличались по температуре на$\pm \Delta T$, среднее$(T+\Delta T)^4$и$(T - \Delta T)^4$не является$T^4$один раз$\Delta T/T$становится значительным и будет намного выше, чем в модели FLRW.

Таким образом, было замечено , что температура реликтового излучения изменяется с красным смещением точно так же, как для расширяющейся Вселенной, но не в соответствии с антропоцентрической точкой зрения.

Я думаю, что StephenG прав, но я упомяну один контрфакт. Предположим, что мы не наблюдаем ни одной галактики на расстоянии более миллиарда световых лет от нас, что определяется их красным смещением. Скажем, они были примерно равномерно распределены внутри этого шара, но не за его пределами. Это было бы доказательством того, что мы находимся в центре Вселенной, по крайней мере, в каком-то смысле, потому что кто-то в одной из этих галактик, всего в миллиарде световых лет от нас, наблюдал бы что-то совсем другое.

И это было бы большой научной загадкой, потому что вы не ожидали бы, что мы окажемся в таком уникальном месте.

Наоборот, то, что мы наблюдаем, в точности соответствует тому, что вы могли бы ожидать, если бы оно было равномерно расширяющимся и бесконечным по своим размерам. (Хотя все, что мы действительно знаем из наблюдений, это то, что область, содержащая галактики, больше, чем наблюдаемая Вселенная.)

Я хотел бы указать на еще один изъян в вопросе: модель «все удаляется от нас пропорционально своему расстоянию» на самом деле не является антропоцентрической в ​​базовом приближении.

Давайте на данный момент проигнорируем относительность, гравитацию и кривизну, поскольку другие ответы касаются этого. Итак, представьте для простоты галилеевскую вселенную, евклидову и с неподвижной Землей в начале координат, где во времени$0$каждое небесное тело$B$на позиции$p_B$в настоящее время движется прямо от начала координат с постоянной скоростью$v_B$пропорциональна расстоянию, поэтому$v_B = \alpha p_B$для некоторой константы$\alpha$.

Теперь рассмотрим наблюдаемую информацию с Земли$E$. Что мы можем наблюдать на Земле? Для всех$B$мы можем наблюдать положение$p_B - p_E$относительно Земли, а скорость$v_B - v_E$относительно Земли, и мы находим, что существует отношение пропорциональности:$v_B - v_E = v_B - 0 = \alpha p_B - 0\alpha = \alpha(p_B - p_E)$. Достаточно справедливо, это именно то, что мы ожидали. А теперь посмотрим, что такое инопланетянин на чужой планете$A$может наблюдать. Инопланетянин может измерять позиции$p_B - p_A$небесных тел относительно своей планеты, а скорости$v_B - v_A$небесных тел относительно своей планеты. Теперь инопланетянин найдет отношение пропорциональности$v_B - v_A = \alpha p_B - \alpha p_A = \alpha(p_B - p_A)$между этими измерениями для всех других небесных тел, включая Землю, так что инопланетянин также наблюдает все, что движется прямо от его родной планеты, пропорционально расстоянию! Теперь инопланетянин мог утверждать, что чужая планета$A$является особым центром вселенной, и это было бы точно так же справедливо, как утверждение, что Земля является особым центром. Поскольку оба утверждения противоречат друг другу, ни одно из них не является верным.

Если бы (упрощенная) модель была действительно антропоцентрической, а Земля была бы космологически особым местом во Вселенной, инопланетянин смог бы выяснить, где находится это особое место. Но, как мы только что видели, это не так. Это только производило впечатление особого места для вас, потому что мы измеряем все относительно него; он находится в центре всех наших карт пространства, и мы основываем на нем нашу систему отсчета и систему координат. Древние римляне совершали ту же ошибку: они рисовали Рим в центре своих карт и предполагали, что это означает, что Рим является центром мира.

Я собираюсь не согласиться с ответом @StephenG. Эта гипотеза эмпирически опровергается:

по какой-то другой причине все вокруг нас физически удаляется от нас, и чем дальше, тем быстрее удаляются вещи, без какого-либо расширения пространства

Красное смещение света может быть вызвано удалением источника света от нас, но оно также может быть вызвано расширением самого пространства. Как только свет излучается движущимся источником, все красное смещение, вызванное относительной скоростью источника по отношению к нам, уже произошло, но расширение пространства постоянно «растягивает» свет на его пути до того, как он достигнет нас, смещая его дальше в красную сторону. (Общая теория относительности также говорит, что смещение может быть вызвано гравитацией.)

Таким образом, модель расширяющегося пространства предсказывает, что объекты могут иметь одинаковую относительную скорость по отношению к нам, но иметь разное красное смещение, если свету от одного объекта требуется больше времени, чтобы достичь нас. Предложенная антропоцентрическая модель, не претендующая на расширение пространства, противоречит этому; если нет расширения пространства, расстояние, которое проходит свет, не должно иметь значения, только относительная скорость источника. (И гравитация.)

Я не знаю, есть ли уже данные, которые позволили бы нам проверить это, но простой способ, которым мы могли бы экспериментально проверить это, — это запуск объекта вдали от нас с мощным лазером, направленным на нас. Зная, что объект движется с постоянной скоростью и что лазер излучает свет с постоянной длиной волны, предлагаемая антропоцентрическая модель предсказывает, что красное смещение лазера останется неизменным по мере удаления от нас, тогда как модель расширяющегося пространства предсказывает что чем дальше он удаляется от нас, тем больше его свет должен смещаться в красную сторону.

Рассмотрим дипольную анизотропию реликтового излучения .

Возможно, вы привыкли видеть реликтовое излучение таким: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0b/Planck_satellite_cmb.jpg

Но прежде чем это будет выглядеть так, это выглядит как то, что в середине:

(После вычитания компонентов большего масштаба вы увидите компоненты меньшего масштаба)

Это потому, что Солнце и Земля движутся относительно нашей локальной сопутствующей системы отсчета примерно на 400 км/с, и это движение создает красное смещение с одной стороны и синее смещение с другой. Имейте в виду, это не 400 км/с сферически-симметричного расширения во всех направлениях. Это анизотропия: 400 км/с движения в одном направлении.

Если хотите, можете сказать: «Все относительно и Вселенная движется относительно нас со скоростью 400 км/с». Но если следовать соглашению о том, что более массивный объект определяет систему отсчета (как мы поступаем, когда описываем наше движение относительно Земли), то очевидно, что Земля движется относительно Вселенной и не может быть ее центром.

Вот предсказание теории FLRW.

Если я стою на любой планете$P$ в любой точке Вселенной, и посмотрите на любую (достаточно далекую) галактику$G$с точки зрения планеты$P$, и вычислить расстояние$D$между$P$и$G$, и вычислить красное смещение$R$из$G$с точки зрения$P$, значение$R$зависит от$D$один. Это предсказание можно проверить (хотя и с трудом, учитывая, что ни один человек еще никогда не был на другой планете).

Какой прогноз делает «антропоцентрическая теория» относительно появления красных смещений на планете$P$? Делает ли он вообще какие-либо прогнозы? Если нет, то это явный недостаток теории.

Расширение пространства растягивает не только отдельные фотоны, но и целые световые потоки. Так что подобные взрывы сверхновых длятся дольше в далеких галактиках.

Также мы можем использовать стандартную линейку . Если у нас есть объект известного размера, то расширение пространства заставляет его казаться больше. Если мы подтвердим расстояние стандартной свечой, то сможем отличить расширение от движения.

Например, эллиптическая галактика со сверхновыми типа Ia. Соотношение Sigma-D позволило бы оценить ее реальный размер, а сверхновые позволили бы оценить расстояние.

Более гипотетический способ:

Благодаря гравитационному линзированию мы наблюдали взрыв СН Рефсдала несколько раз с интервалом в год.

Таким образом, фотоны, прибывшие в последний раз, испытали «растяжение» Хаббла +1 год или разницу примерно в 10 ^ -10 (разница в 10 ^ 5 Гц для видимого света). Спектральные линии имеют ширину одного порядка. Так что разница между этими призраками достаточно велика.

Но я не уверен, каков порядок "растягивания" случайных возмущений фотонов во время такого долгого путешествия - возможно, что шум был бы слишком большим.

Я не читал другие ответы, но одно очень простое доказательство против того, что мы являемся стационарным центром Вселенной, заключается в том, что красное смещение реликтового излучения не изотропно, оно имеет дипольную анизотропию, которая показывает, что наше Солнце не стационарно относительно сопутствующего космического пространства. кадр отдыха.

С антропоморфной точки зрения, поскольку объекты удаляются от нас, мы все еще должны подозревать, что все они были в нашем районе давным-давно. мы живем (сферическая Земля имеет очень небольшую гравитацию в центре. В результате по соседству с нами должны быть крупномасштабные структуры, такие как скопления галактик, которые менее плотно упакованы, чем скопления дальше. Это не похоже на случай)

Если вы просите прямых физических доказательств расширения в том смысле, что расстояние до данной галактики увеличивается, то нет, их нет просто потому, что мы не могли наблюдать Вселенную достаточно долго, чтобы заметить любое изменение расстояния, будь то глобальное расширение или антропоцентрическое.

В любом случае обратите внимание, что ассоциировать Хаббла с концепцией расширяющейся Вселенной сомнительно. Сам Хаббл никогда полностью не верил в это , но предполагал, что за наблюдаемую зависимость красного смещения от расстояния могут быть ответственны другие физические механизмы.