Gibt es physikalische Beweise, um zwischen der Expansion des Weltraums und einem anthropozentrischen Universum zu unterscheiden?

Ich suche nach beobachtbaren Beweisen (die beobachtet wurden oder in Zukunft beobachtet werden könnten), die die eine oder andere Theorie widerlegen könnten.

Sie scheinen einen (sehr hohen) Standard für FLRW und einen anderen für Ihr antropozentrisches Universum zu fordern. Das ist Betrug.

Es gibt keine antropozentrische Theorie zu testen. Wir können die Theorie von FLRW (und GR) testen und haben es getan. Aber was Sie als antropozentrische Theorie behandeln, ist keine Theorie im wissenschaftlichen Sinne. Es bietet keine Regeln oder Gesetze, um Vorhersagen zu treffen, und daher keine Möglichkeit, Tests durchzuführen.

Gibt es irgendwelche physikalischen Beweise, die zwischen „Hubble-Fluss“ und einer Art bizarrem anthropozentrischen Universum unterscheiden können, in dem alles zufällig auf eine ganz bestimmte Weise von der Erde weggetrieben wurde?

Per Definition sagen Sie im Grunde, dass wir ein beliebiges Szenario konstruieren können, in dem alles zufällig so aussieht, wie es in Bezug auf die Erweiterung aussieht. Es wird immer möglich sein, solche „magischen“ Umstände zu erfinden, wenn man sie nicht theoretisch und experimentell begründen muss.

Der Unterschied besteht darin, dass FLRW GR verwendet, um ein allgemeines Modell zu konstruieren, das erklärt, was wir sehen, und das anhand von Beobachtungen überprüft und verifiziert werden kann.

Wie definiert man ein Zentrum?

Beachten Sie auch, dass die antropozentrische Idee auf das Problem stößt, was genau das Zentrum dieses Universums ist. Ist es genau auf der Erde? Die Sonne? Das Baryozentrum des Erde-Mond-Systems? Das (sich ständig verändernde) Baryozentrum des Erde-Sonne-Mond-Systems oder des Sonnensystems? Etwas anderes? Und was auch immer Sie wählen, warum diese Wahl?

Selbst wenn jemand die Bewegung der Erde um die Sonne (usw.) nicht akzeptiert und behauptet, dass sich alles um die Erde dreht, haben wir sofort keine Erklärung dafür, warum dies der Fall wäre.

Für mich ist die Frage nach der Definition eines Zentrums des Universums der Grund, warum eine anthropozentrische Idee keinen Sinn macht (ganz abgesehen vom völligen Fehlen einer brauchbaren Theorie, aus der sich Vorhersagen machen lassen).

Das anthropozentrische Bild erklärt nicht Beobachtungen des gegenwärtigen und fernen kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB)?

Sollen wir annehmen, dass es eine große, kugelförmige Hülle aus optisch dickem Gas gibt, die sich schneller und weiter von uns weg ausdehnt als die entferntesten Galaxien?

Aber wenn ja, wie könnte man dann die Beobachtungen erklären, die unter Verwendung der abgeleiteten physikalischen Bedingungen von Gaswolken entlang der Sichtlinien zu entfernten Quasaren zeigen, dass der CMB genau um den richtigen Betrag heißer war, um durch kosmische Expansion erklärt zu werden? dh dass der CMB ein Faktor war$1+z$heißer u$(1+z)^4$intensiver für Wolken bei einer Rotverschiebung von$z$(z. B. Noterdaeme et al. 2010 ).

Das FLRW-Modell erklärt dies als ein homogenes, isotropes Rekombinationsereignis, das vor 13,7 Milliarden Jahren im gesamten Universum vorhanden war, gefolgt von einer kosmologischen Rotverschiebung und einer universellen, adiabatischen Expansion.

In der anthropozentrischen Vorstellung mit einer entfernt beschleunigenden, emittierenden Kugelhülle wäre der CMB um eine entfernte Galaxie stark anisotrop, da die Rotverschiebung der näher an der Galaxie liegenden Teile der Hülle viel geringer wäre als in der entgegengesetzten Richtung. Somit würde es auf einer Seite des Himmels eine viel höhere Temperatur geben. Dies würde die Anregungsbedingungen völlig verändern. Die Strahlungsdichte ist proportional zu$T^4$, aber wenn sich die Temperatur der beiden Himmelshälften um$\pm \Delta T$, der Durchschnitt von$(T+\Delta T)^4$Und$(T - \Delta T)^4$ist nicht$T^4$einmal$\Delta T/T$signifikant wird und viel höher wäre als im FLRW-Modell.

Es wurde also beobachtet , dass sich die Temperatur des CMB mit der Rotverschiebung genau richtig für ein expandierendes Universum ändert, aber nicht in Übereinstimmung mit einer anthropozentrischen Sichtweise.

Ich denke, StephenG hat Recht, aber ich werde eine kontrafaktische Aussage erwähnen. Angenommen, wir haben keine Galaxien beobachtet, die weiter als eine Milliarde Lichtjahre entfernt sind, was durch ihre Rotverschiebung bestimmt wird. Angenommen, sie waren ungefähr gleichmäßig in diesem Ball verteilt, aber nicht darüber hinaus. Das wäre ein Beweis dafür, dass wir uns zumindest in gewisser Weise im Zentrum des Universums befinden, denn jemand in einer dieser Galaxien, nur etwa eine Milliarde Lichtjahre von uns entfernt, würde etwas ganz anderes beobachten.

Und es wäre ein großes wissenschaftliches Rätsel, denn Sie würden nicht erwarten, dass wir uns an einem so einzigartigen Ort befinden.

Was wir stattdessen beobachten, ist genau das, was man erwarten würde, wenn es sich gleichmäßig ausdehnt und unendlich ausgedehnt wäre. (Obwohl alles, was wir wirklich aus der Beobachtung wissen, ist, dass die Region, die Galaxien enthält, größer ist als das beobachtbare Universum.)

Ich möchte noch auf einen weiteren Mangel der Frage hinweisen: Das Modell „alles bewegt sich proportional zu seiner Entfernung von uns weg“ ist in einer grundsätzlichen Annäherung eigentlich nicht anthropozentrisch .

Lassen Sie uns die Relativitätstheorie, die Schwerkraft und die Krümmung für den Moment außer Acht lassen, da die anderen Antworten dies ansprechen. Stellen Sie sich also der Einfachheit halber ein galiläisches Universum vor, euklidisch und mit stationärer Erde am Ursprung, wo zur Zeit$0$jeden Himmelskörper$B$an Stelle$p_B$bewegt sich derzeit mit konstanter Geschwindigkeit direkt vom Ursprung weg$v_B$proportional zur Entfernung, also$v_B = \alpha p_B$für einige konstant$\alpha$.

Betrachten wir nun die beobachtbaren Informationen von der Erde$E$. Was können wir auf der Erde beobachten? Für jeden$B$Wir können die Position beobachten$p_B - p_E$relativ zur Erde und die Geschwindigkeit$v_B - v_E$relativ zur Erde, und wir finden, dass es eine Proportionalitätsbeziehung gibt:$v_B - v_E = v_B - 0 = \alpha p_B - 0\alpha = \alpha(p_B - p_E)$. Fair genug, das ist genau das, was wir erwartet hatten. Mal sehen, was für ein Alien auf einem fremden Planeten$A$vielleicht beobachten. Der Außerirdische kann die Positionen messen$p_B - p_A$von Himmelskörpern relativ zu seinem Planeten und die Geschwindigkeiten$v_B - v_A$von Himmelskörpern relativ zu seinem Planeten. Nun findet auch der Außerirdische eine Proportionalitätsrelation$v_B - v_A = \alpha p_B - \alpha p_A = \alpha(p_B - p_A)$zwischen diesen Messungen für alle anderen Himmelskörper, einschließlich der Erde, so beobachtet der Außerirdische auch alles, was sich proportional zur Entfernung direkt von seinem Heimatplaneten wegbewegt! Nun konnte der Außerirdische behaupten, dass der außerirdische Planet$A$ist das besondere Zentrum des Universums, und es wäre genauso gültig wie die Behauptung, dass die Erde das besondere Zentrum ist. Da sich beide Behauptungen widersprechen, ist keine davon wahr.

Wenn das (vereinfachte) Modell wirklich anthropozentrisch wäre und die Erde ein kosmologisch besonderer Ort im Universum wäre, könnte der Außerirdische herausfinden, wo sich der besondere Ort befindet. Aber wie wir gerade gesehen haben, ist es das nicht. Es machte auf Sie nur den Eindruck eines besonderen Ortes, weil wir alles daran messen; Es befindet sich in der Mitte all unserer Weltraumkarten und wir stützen unseren Referenzrahmen und unser Koordinatensystem darauf. Die alten Römer machten den gleichen Fehler: Sie zeichneten Rom in die Mitte ihrer Karten und nahmen an, dass dies bedeute, dass Rom das Zentrum der Welt sei.

Ich werde der Antwort von @ StephenG nicht zustimmen. Diese Hypothese ist empirisch falsifizierbar:

aus irgendeinem anderen Grund bewegt sich alles um uns herum physisch von uns weg, und je weiter die Dinge sich entfernen, desto schneller entfernen sie sich, ohne dass sich der Raum ausdehnt

Rotverschiebung des Lichts kann dadurch verursacht werden, dass sich die Lichtquelle von uns wegbewegt, aber sie kann auch durch die Ausdehnung des Raums selbst verursacht werden. Sobald das Licht von seiner sich bewegenden Quelle emittiert wurde, ist die gesamte Rotverschiebung, die durch die relative Geschwindigkeit der Quelle zu uns verursacht wird, bereits eingetreten, aber die Ausdehnung des Raums „dehnt“ das Licht auf seiner Reise kontinuierlich aus, bevor es uns erreicht, und verschiebt es weiter rot. (Die Allgemeine Relativitätstheorie sagt auch, dass Verschiebungen durch die Schwerkraft verursacht werden können.)

Das Expansionsraummodell sagt also voraus, dass Objekte die gleiche relative Geschwindigkeit zu uns haben können, aber unterschiedliche Rotverschiebungen haben, wenn das Licht von einem Objekt länger braucht, um uns zu erreichen. Dem widerspricht das vorgeschlagene anthropozentrische Modell, das keine Raumausdehnung beansprucht; Wenn es keine Raumausdehnung gibt, sollte die Entfernung, die das Licht zurücklegt, keine Rolle spielen, nur die Relativgeschwindigkeit der Quelle. (Und die Schwerkraft.)

Ich weiß nicht, ob es bereits Daten gibt, die es uns ermöglichen würden, das zu testen, aber eine einfache Möglichkeit, wie wir es experimentell testen könnten, besteht darin, ein Objekt von uns weg zu starten, wobei ein starker Laser auf uns gerichtet ist. In dem Wissen, dass sich das Objekt mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt und dass der Laser Licht mit einer konstanten Wellenlänge erzeugt, würde das vorgeschlagene anthropozentrische Modell vorhersagen, dass die Rotverschiebung des Lasers gleich bleiben würde, wenn er sich weiter von uns entfernt, während das Modell des expandierenden Raums dies vorhersagt Je weiter es von uns entfernt ist, desto mehr sollte sein Licht rotverschoben sein.

Betrachten Sie die CMB-Dipol-Anisotropie .

Vielleicht sind Sie es gewohnt, das CMB so zu sehen: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0b/Planck_satellite_cmb.jpg

Aber bevor es so aussieht, sieht es so aus wie in der Mitte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:COBE_monopole_dipole_and_primordial_perturbations.gif

(Nachdem Sie Komponenten mit größerem Maßstab subtrahiert haben, sehen Sie die Komponenten mit kleinerem Maßstab.)

Das liegt daran, dass sich Sonne und Erde relativ zu unserem lokalen sich bewegenden Bezugssystem mit etwa 400 km/s bewegen, und diese Bewegung erzeugt auf der einen Seite eine Rotverschiebung und auf der anderen eine Blauverschiebung. Wohlgemerkt, das sind keine 400 km/s kugelsymmetrischer Ausdehnung in alle Richtungen. Es ist eine Anisotropie: 400 km/s Bewegung in eine Richtung.

Wenn Sie möchten, können Sie sagen: "Alles ist relativ und das Universum bewegt sich relativ zu uns mit 400 km/s." Aber wenn Sie der Konvention folgen, dass das massereichere Objekt den Rahmen definiert (wie wir es tun, wenn wir unsere Bewegung relativ zur Erde beschreiben), dann bewegt sich die Erde eindeutig relativ zum Universum und kann nicht sein Mittelpunkt sein.

Hier ist eine Vorhersage der FLRW-Theorie.

Wenn ich auf irgendeinem Planeten stehe$P$ überall im Universum, und schauen Sie sich jede (ausreichend weit entfernte) Galaxie an$G$aus Sicht des Planeten$P$, und berechnen Sie die Entfernung$D$zwischen$P$Und$G$, und berechnen Sie die Rotverschiebung$R$von$G$aus Sicht von$P$, der Wert von$R$kommt drauf an$D$allein. Diese Vorhersage ist überprüfbar (wenn auch mit Schwierigkeiten, da noch nie ein Mensch auf einem anderen Planeten war).

Welche Vorhersage macht die "anthropozentrische Theorie" bezüglich des Auftretens von Rotverschiebungen auf dem Planeten?$P$? Macht es überhaupt eine Vorhersage? Wenn nicht, ist das ein definitiver Fehler in der Theorie.

Die Ausdehnung des Raumes dehnt nicht nur einzelne Photonen aus, sondern ganze Lichtströme. Daher dauern ähnliche Supernova-Explosionen in weit entfernten Galaxien länger an.

Wir können auch ein Standardlineal verwenden . Wenn wir ein Objekt bekannter Größe haben, dann lässt die Ausdehnung des Raums es größer erscheinen. Wenn wir den Abstand mit einer Standardkerze bestätigen, können wir die Ausdehnung von der Bewegung unterscheiden.

ZB elliptische Galaxie mit Supernovae vom Typ Ia. Die Sigma-D-Beziehung würde es ermöglichen, ihre tatsächliche Größe abzuschätzen, und Supernovae würden es ermöglichen, die Entfernung abzuschätzen.

Hypothetischer Weg:

Dank des Gravitationslinseneffekts sahen wir mehrmals innerhalb eines Jahres die Explosion von SN Refsdal .

Photonen, die zuletzt ankamen, erfuhren also +1 Jahr Hubble-"Stretching" oder etwa 10^-10 Unterschied (10^5 Hz Unterschied für sichtbares Licht). Spektrallinien haben eine Breite in der gleichen Größenordnung. Der Unterschied zwischen diesen Gespenstern ist also groß genug.

Aber ich bin mir nicht sicher, in welcher Reihenfolge das "Dehnen" durch zufällige Störungen der Photonen während einer so langen Reise verursacht würde - es ist möglich, dass das Rauschen zu groß wäre.

Ich habe die anderen Antworten nicht gelesen, aber ein sehr einfacher Beweis dafür, dass wir ein stationäres Zentrum des Universums sind, ist, dass die CMBR-Rotverschiebung nicht isotrop ist, sondern eine Dipolanisotropie aufweist, was zeigt, dass unsere Sonne relativ zum sich bewegenden Kosmos nicht stationär ist Ruherahmen.

Aus anthropomorpher Sicht müssen wir, weil sich Objekte von uns entfernen, immer noch vermuten, dass sie alle vor langer Zeit in unserer Nachbarschaft waren. Da die Verteilung der Materie gleichmäßig über den Himmel zu sein scheint, hätte es dort Schwerelosigkeit oder geringe Schwerkraft gegeben wir leben (die kugelförmige Erde hat sehr wenig Gravitation in ihrem Zentrum. Infolgedessen sollte es in unserer Nachbarschaft großräumige Strukturen wie Galaxienhaufen geben, die weniger dicht gepackt sind als weiter entfernte Haufen. Dies scheint nicht der Fall zu sein

Wenn Sie nach direkten physikalischen Beweisen für eine Expansion fragen, in dem Sinne, dass beobachtet wurde, dass die Entfernung zu einer bestimmten Galaxie zunimmt, dann nein, es gibt keine, einfach weil wir das Universum nicht lange genug beobachten konnten, um es zu bemerken überhaupt eine Distanzänderung, sei es eine globale Expansion oder eine anthropozentrische.

Beachten Sie auf jeden Fall, dass es fragwürdig ist, Hubble mit dem Konzept eines expandierenden Universums in Verbindung zu bringen. Hubble selbst glaubte nie ganz daran, nahm aber an, dass andere physikalische Mechanismen für die beobachtete Beziehung zwischen Rotverschiebung und Entfernung verantwortlich sein könnten.