Существует ли какой-то «космологический принцип»?

случается, что наблюдаемая вселенная действительно такова... нет никакого принципа, который говорит, что она должна быть такой. Это не принцип, а эмпирическое наблюдение.

Верно! Физика объясняет мир простейшими эффективными моделями. Наше место типично, пока не доказано обратное. Нам не нужно оправдывать его типичность для кабинетного философа; нам нужны только объяснения, которые соответствуют наблюдениям до сих пор. Без них вы мало чему можете научиться.

Есть ли какой-либо аргумент, исходящий либо из логики, либо из физики в целом (не из наблюдений, таких как обзоры неба и измерения реликтового излучения), который говорит, что космос должен быть однородным?

Интересно, что вы даете определение физике, исключая наблюдения, проверяющие твердость ее идей. В конце концов, физики попробовали различные решения общей теории относительности для полной Вселенной и поняли, что единственные приемлемые решения, которые данные не опровергли быстро, были однородными и изотропными, но не статичными. С тех пор дополнительные данные в основном сопровождали эти идеи. Идея с деревом оказалась менее успешной.

Под логикой я подразумеваю философские анализы, правдоподобные, но потенциально открытые для эмпирического опровержения, хотя бы потому, что тавтологии не могут сказать нам, как выглядит Вселенная. Есть те, кто будет утверждать, что принцип Коперника является разумной отправной точкой prima facie (что еще может быть?), и что он мотивирует космологический принцип.

А если бы она не была однородной, то существовал бы какой-либо аргумент, заслуживающий названия «принцип», вывод которого состоял бы в том, что физические условия, обеспечивающие жизнь, можно было бы с одинаковым успехом ожидать как в одном месте, так и в другом?

Я не буду пытаться решить, что следует называть принципом, но я могу сказать, сделает ли неоднородность жизнь более осуществимой в некоторых местах, при условии, что это узкое понятие жизни . Определенные виды звезд и определенные типы распределения элементов на планетах и ​​т. д. легче возникают при определенном распределении материи и имеют решающее значение для жизни, какой мы ее знаем. Мы могли бы торчать здесь весь день, пытаясь привести примеры, каждый из которых был бы очень спорным. Чтобы согласиться с одним из них, было высказано предположение, что решающая роль, которую эволюция отвела фосфору в жизни Земли, несмотря на то, что его мало, предполагает, что (i) жизнь нуждается в нем и (ii) в других частях галактики, где фосфор встречается реже, его будет меньше. жизнь, если есть.

Насколько я могу судить, использование «принципа» в физике во многом взаимозаменяемо с «постулатом». Например, часто говорят, что двумя постулатами специальной теории относительности Эйнштейна были принцип относительности и принцип постоянства скорости света.

Космологический принцип является постулатом космологии FLRW. Его эффект заключается в том, чтобы заставить крупномасштабную геометрию пространства-времени быть геометрией FLRW. Вместо этого вы могли бы просто принять FLRW-геометрию, но более абстрактная идея гомогенности и изотропии звучит, как мне кажется, более принципиально. Принципиально это или нет, это предположение, а не то, что вы можете знать априори. В конечном счете, как и всякий постулат, он оправдывается согласием полученной теории с экспериментом.

Я думаю, что это так же оправдано, как и любой другой так называемый принцип. Принцип относительности хорошо себя зарекомендовал, но он, безусловно, мог быть ошибочным. Принцип наименьшего действия — это всего лишь приближение в квантовой механике. И так далее.

Я думаю, что это очень близко к обсуждению определений, а не физики, но я попробую.

Во-первых, мы могли бы утверждать, что это был принцип по историческим причинам. И терминология прижилась, поэтому люди до сих пор называют это «принципом».

С прагматической точки зрения это самый простой возможный сценарий с точки зрения вычислений, и он напрямую говорит о простейшем приближении, которое вы можете сделать, если хотите смоделировать вселенную. И использовался в научном сообществе задолго до реальных крупномасштабных наблюдений.

Теперь позвольте мне рассуждать со стороны теории. Есть на мой взгляд два важных момента. Один из них — Естественность, а другой — Симметрия. Если вы принимаете до такой степени, что вселенная, начинающаяся без предпочтительного направления, местоположения или очень специфической настройки какой-либо величины, более привлекательна, чем вселенная, нарушающая любое из вышеупомянутых, вы снова заключаете, что изотропная и однородная жидкость — это самое простое, что вы можете использовать (что это и есть космологический принцип). Мы на самом деле наблюдаем, что законы физики не предпочитают направление здесь, на Земле, и наблюдения в разных местах, кажется, указывают на то, что местоположение также не важно для фундаментальных законов, поэтому мы экстраполируем... Допустим, это происходит везде. Мы снова называем это приближение нулевого порядка «принципом» по привычке.

Можем ли мы проверить все возможные места? Нет, поэтому нам нужно экстраполировать. Это приближение, да, мы знаем. Мы вышли за его пределы? Да у нас и возмущения вокруг такие крайне актуальные для реликтового излучения, структурообразования и вообще истории Вселенной.

Будет ли это еще называться принципом...? Наверное, да, я боюсь

Космологический принцип не только не является логическим требованием, но фактически нарушается во многих космологических моделях, таких как вечная инфляция.

Однако у нас есть доступ только к одной Вселенной, поэтому существует ограничение на самые большие масштабы, которые мы можем исследовать с помощью наблюдений; кроме того, вы начинаете кричать о метафизических вещах, например, о том, как определить вероятностную меру бесконечно большого пространства или о том, что считается наукой. Космологический принцип, по-видимому, работает для масштабов от 100 Мпк до нашего космологического горизонта.

Есть некоторые предположения, что мы на самом деле находимся в условиях пониженной плотности космологической жидкости, и, возможно, это объясняет противоречие между измерениями постоянной Хаббла с «локальными» измерениями, такими как сверхновая, и «отдаленными» измерениями, такими как реликтовое излучение. Однако, насколько я понимаю, эти модели требуют, чтобы мы находились очень близко к центру пониженной плотности (если мы действительно находимся в одном из них), и поэтому они точно настроены.

Фундаментальная физика или логика не утверждают, что Вселенная должна быть однородной. Мое основание для этого утверждения — argumentsum ex Silenceio : если бы такой аргумент существовал, то он был бы упомянут в этой статье , а его нет.

Название «принцип» является своего рода неправильным, потому что оно не основано на фундаментальной физике и больше отражает то, что, по нашему мнению, должно быть правдой. Принцип относительности (то есть идея о том, что законы физики должны быть одинаковыми для всех наблюдателей) — еще один принцип с таким же названием. Интуитивно было бы действительно странно, если бы принцип относительности был ложным, но это все еще фальсифицируемое утверждение, и мы верим ему из-за эмпирического обоснования.

Точно так же уже существует другой «принцип», который оказался неверным в космологии — совершенный космологический принцип , названный так потому, что он говорит, что мы не находимся в особом положении во Вселенной и не находимся в особом времени во Вселенной. . Это интуитивно привлекательно, но наблюдения, которые привели к теории Большого Взрыва, доказали ее неверность.

Прежде чем искать, у нас нет априорных оснований ожидать однородности.

У нас есть основания брать его за отправную точку. Это сродни бритве Оккама: самая простая гипотеза состоит в том, что везде все одинаково. По мере того, как мы получаем больше данных, опровергающих это предположение в некоторых конкретных смыслах, мы приходим к выводу, что Вселенная неоднородна в этих смыслах, в то время как однородность в других смыслах остается нашим допущением по умолчанию.

Итак, вы видите, я начинаю сомневаться в существовании какого-либо «космологического принципа» в смысле принципа логики или теоретической физики. Это неправильное название интересного и важного эмпирического наблюдения.

Никакие физические закономерности не могут быть полностью выведены из одной только логики. Все физические закономерности в конечном счете являются эмпирическими наблюдениями. Насколько я могу судить, «принцип» — это просто эмпирическая закономерность, которая имеет место в особенно широком диапазоне режимов и ситуаций. Нам посчастливилось жить во Вселенной, которая содержит эмпирические закономерности, такие как уравнение Шредингера или правила специальной теории относительности, которые, кажется, справедливы во множестве различных режимов. Но, конечно, мы не можем исключить возможность того, что в конечном итоге мы наткнемся на какой-то участок пространства, где уравнение Шредингера или специальная теория относительности просто неприменимы.

Но я думаю, что точное ограничение того, что считается «принципом», всегда будет несколько субъективным, и поэтому я бы поставил под сомнение приведенную выше предпосылку. Это также зависит от того, что вы пытаетесь описать: глубоководный морской биолог может разумно принять за «принцип» то, что температура всегда составляет 4 градуса по Цельсию, но звездный астрофизик не может.

Тогда мой вопрос таков: есть ли какой-либо аргумент, исходящий либо из логики, либо из физики в целом (не из наблюдений, таких как обзоры неба и измерения реликтового излучения), который утверждает, что космос должен быть однородным?

Нет. Это эмпирическое наблюдение, которое нельзя вывести из «фундаментальных» (то есть микроскопических) законов физики.

А если бы оно не было однородным, то существовал ли бы какой-либо аргумент, заслуживающий названия «принцип», вывод которого состоял бы в том, что физические условия, обеспечивающие жизнь, можно было бы с одинаковым успехом ожидать как в одном месте, так и в другом?

Нет, я не могу думать ни об одном.