Kann die Schwerkraft einen Big Crunch verursachen, wenn das kosmologische Prinzip gilt?

Sie denken falsch über die Schwerkraft nach und wie sie das Universum als Ganzes beeinflusst.

Die Dynamik des Universums wird durch die Friedmann-Gleichungen bestimmt , die gelöst werden können, um zu sagen, wie sich der Skalierungsfaktor eines homogenen, isotropen Universums mit der Zeit verhält.

Wenn im Universum genügend gravitative Materie-/Energiedichte vorhanden ist, kann der Skalierungsfaktor schließlich in endlicher Zeit auf Null sinken. Der einfachste Fall ist ein geschlossenes Universum ohne kosmologische Konstante und einer Massendichte größer als die kritische Dichte (was nicht das Universum ist, in dem wir derzeit leben: Unser Universum scheint (a) flach zu sein und (b) sich mit einer Beschleunigungsrate auszudehnen).

Die Interpretation davon ist, dass sich der Raum zwischen den Galaxien zusammenzieht. Es ist die Umkehrung dessen, was wir derzeit im expandierenden Universum beobachten.

Genauso wie Sie die universelle Expansion eines homogenen, isotropen Universums nicht als eine Art Abstoßung zwischen Galaxien interpretieren; auch würde die Kontraktion nicht als eine Art Anziehungskraft zwischen Galaxien interpretiert werden. Wie Sie zu Recht darauf hinweisen, gäbe es im streng Newtonschen Sinne keine Nettogravitationskraft auf eine Galaxie, und daher würden ihre sich mitbewegenden Koordinaten während der Kontraktion unverändert bleiben.

Kann die Schwerkraft einen Big Crunch verursachen, wenn das kosmologische Prinzip gilt?

Nein. Das ist ein Mythos, der sich aus den Friedmann-Gleichungen entwickelt hat. Alexander Friedmann war Ballistikausbilder an der österreichischen Front. Er modellierte das expandierende Universum als etwas wie eine in die Höhe geschossene Kanonenkugel. Ein Beispiel ist die kosmologische Physik von John Peacocks : „Die Dynamik des gesamten Universums ist dieselbe wie die einer Kanonenkugel, die senkrecht gegen die Schwerkraft der Erde abgefeuert wird. So wie die Schwerkraft der Erde eine Fluchtgeschwindigkeit für Projektile definiert, so wird sich ein Universum, das sich ausreichend schnell ausdehnt, für immer weiter ausdehnen. Umgekehrt gibt es für eine gegebene Expansionsrate eine kritische Dichte, die die Expansion asymptotisch zum Stillstand bringt .

                                 ^{Bild aus Norbert Rumianos Artikel ein kosmologisches Modell}

Es ist völlig falsch, fürchte ich. Die Schwerkraft stoppt die Expansion des Universums nicht. Ein Gravitationsfeld ist vergleichbar mit einem Druckgradienten im Raum. Es lässt Materie herunterfallen, aber es lässt den Raum nicht herunterfallen. Sie können sagen, dass es falsch ist, weil die Urknall-Kosmologie angeblich auf Messers Schneide balanciert ist, so dass die Dichte des Universums unglaublich nahe an der kritischen Dichte liegt. Das ist nur eine Wiederholung von Einsteins größtem Fehler, bei dem eine leichte Zunahme der Dichte eine Kontraktion und eine leichte Abnahme eine Expansion auslösen würde. Es ist auch falsch, weil die Supernova-Beobachtungen von 1998 mit keiner der Kanonenkugel-Flugbahnen übereinstimmten. Sie haben nicht gemessen, dass sich die Expansion verlangsamt, sie haben ihre Beschleunigung gemessen. Wie der aufsteigende Lichtstrahl beschleunigt , weilDie Lichtgeschwindigkeit ist räumlich variabel . Unglücklicherweise sagten Leute wie John Moffat und João Magueijo und andere VSL-Typen, dass die Lichtgeschwindigkeit im Universum langsamer und nicht schneller wird. Leider haben die Friedmann-Gleichungen nicht nur ein festes c, sondern eine Krümmung k. Obwohl ein Gravitationsfeld ein Ort ist, an dem die Lichtgeschwindigkeit variiert, weil der Raum weder homogen noch isotrop ist . Kein Ort, an dem der Raum gekrümmt ist.

Angenommen, wir haben ein geschlossenes Universum, das dem kosmologischen Prinzip folgt.

Wir haben keine Beweise dafür, dass das Universum geschlossen ist oder dass das kosmologische Prinzip wissenschaftlich ist. Ich denke, es ist ungefähr so, als würde man sagen, ich lebe in einem Wald, also muss jeder Bäume sehen .

Infolgedessen wird die Masse gleichmäßig verteilt, und soweit ich weiß, sollte die Schwerkraft keinen Nettoeffekt auf die Bewegungen von Galaxien haben (es gibt keine besonderen Geschwindigkeiten).

Das Problem sind nicht die Galaxien, sondern der Weltraum. Der Raum dehnt sich aus wie die Rosinenkuchen-Analogie, und die Schwerkraft wird das nicht aufhalten.

Beim Big Crunch hört das Universum jedoch auf, sich auszudehnen, und die Schwerkraft bewirkt, dass der Skalierungsfaktor abnimmt. Wie ist das möglich? Sollte die Schwerkraft keinen Einfluss auf ein homogenes und isotropes Universum haben?

Ich glaube nicht, dass es möglich ist. Beachten Sie, dass Einstein ein Gravitationsfeld als einen Ort beschrieb, an dem der Raum weder homogen noch isotrop war. Ein homogenes isotropes Universum ist also eines, in dem es keine Schwerkraft gibt.

In diesem Sinne, wenn die Schwerkraft tatsächlich einen Kollaps verursachen würde, würde die Schwerkraft dann dazu führen, dass sich die mitbewegten Koordinaten der Galaxien ändern?

Ich würde nein sagen. Ich würde auch sagen, dass die Schwerkraft keinen Zusammenbruch verursacht.