Unter der Annahme, dass das kosmologische Prinzip richtig ist, impliziert dies, dass das Universum einen empirisch privilegierten Referenzrahmen besitzt?

OK ... bevor alle dies mit Verweisen auf die relativistische Invarianz der physikalischen Gesetze, Zeitdilatation usw. sprengen, lassen Sie mich etwas Kontext hinzufügen. Außerdem bin ich ein Amateur mit Interesse an Physik, daher kenne ich die Details der Physik nicht. Ich habe jedoch genug über das kosmologische Prinzip und die kosmische Zeit gelesen, um diese "Verwirrung" zu entwickeln.

Basierend auf den bisher gesammelten Beweisen scheint das Universum in hohem Maße sowohl isotrop als auch homogen zu sein , wie durch Beobachtungen und die Nützlichkeit der Freedman-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW)-Metrik belegt wird . Dieses Prinzip ermöglicht in Kombination mit der FLRW-Metrik die Aufteilung der Raumzeit in sich nicht schneidende Scheiben und damit die Festlegung einer „kosmischen Zeit“.

Nun, die Existenz einer solchen Zeit deutet keineswegs darauf hin, dass es die "richtige" Zeit oder ein wahres "Jetzt" ist, wodurch die Relativitätstheorie verletzt wird - obwohl einige präsentistische Philosophen (z. B. WL Craig) versucht haben, dieses Argument vorzubringen, aber es wird in philosophischen Kreisen nicht allgemein akzeptiert.

Dies lässt mich jedoch verwirrt über eine offensichtliche Trennung zwischen der Relativitätstheorie und dem kosmologischen Prinzip:

Isotropie gilt nur, wenn wir relativ zur kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung ruhen (universelles Ruhesystem), o/w-Anisotropie ist vorhanden - dennoch soll jedes Referenzsystem gleichermaßen gültige Beobachtungen zulassen. Wie können diese beiden in Einklang gebracht werden, wenn die meisten Referenzrahmen uns zu dem Schluss führen würden, dass das Universum NICHT isotrop ist?

Es scheint, dass wir nur durch die Berufung auf die Idee, relativ zum "universellen Ruhesystem" in Ruhe zu sein, alle Diskrepanzen von der Isotropie als Folge einer "eigentümlichen Bewegung" erklären können. Aber bekommt das „universelle Ruhesystem“ und die damit verbundene Zeit dadurch nicht einen empirisch privilegierten Status, obwohl physikalische Gesetze in jedem Bezugssystem gut funktionieren?

Zum Beispiel (verzeihen Sie jeden Missbrauch der Astronomie): Wenn Sie in einem Teil des Weltraums wegschauen und nur Quasare sehen, und dann in einem anderen Teil des Weltraums nur Braune Zwerge sehen, aber ich beide als scheinbar gleich weit von mir messe, dann kann Ich schließe daraus, dass wir in Bewegung sind, da wir sonst einen empirischen Widerspruch hätten (ähnlich wie das Auffinden von Dinosaurier- und Menschenresten in denselben Schichten)?

Jede Hilfe, wo ich falsch liege, wäre hilfreich. Intuitiv denke ich nicht, dass es eine Möglichkeit geben sollte, eine absolute Ordnung zwischen raumartig getrennten Ereignissen herzustellen, aber die obige Argumentation legt etwas anderes nahe.

Siehe auch dies
Wow... ja, das war eine tolle Diskussion. Ich brauche etwas Zeit, um es vollständig durchzulesen, aber es ist sehr ähnlich.
Ok..ich spüre, wie sich die mentalen Lücken schließen. Eine letzte Sache: Bedeutet die Tatsache, dass wir unser Universum mit sich bewegenden Koordinaten beschreiben können, nicht, dass das Universum grundsätzlich isotrop/homogen ist? Ich sage dies, weil ich mir Raumzeiten vorstellen kann, in denen Sie keine einfachen Korrekturen an der besonderen Geschwindigkeit vornehmen können, um zu einem isotropen Koordinatensystem zu gelangen. In diesem Fall wird jeder Beobachter zustimmen, dass das Universum nicht isotrop ist. Es scheint eine ganz besondere Sache zu sein, dass wir solche „trägen“ Korrekturen vornehmen können, was wiederum darauf hindeutet, dass die genaueste Art, unsere Welt zu betrachten, aus einem sich mitbewegenden Rahmen ist
John und David: Vielen Dank an euch beide für eure hilfreichen Erklärungen. Ich habe den obigen Kommentar zur Isotropie in einen anderen Thread verschoben, da er dafür zu off-topic ist. Danke noch einmal!!

Antworten (3)

Ihr Fehler besteht darin anzunehmen, dass der kosmische Mikrowellenhintergrund ein universelles Ruhesystem darstellt, weil dies nicht der Fall ist.

In einem FLRW-Universum gibt es einen Rahmen, der als Commoving Frame oder Proper Frame bezeichnet wird und mathematisch besonders praktisch ist. Dies ist der Rahmen, in dem die Distanz zwischen allen Bewohnern dieses Rahmens konstant ist, sodass alle "Sachen" im Universum gegenseitig stationär sind (der sich mitbewegende Rahmen berücksichtigt die Hubble-Expansion). Da wir erwarten, dass alle "Sachen" im Universum auf ähnliche Weise erschaffen werden, würden wir erwarten, dass es ungefähr stationär ist (in einem sich mitbewegenden Sinne), sodass die Gesamtsumme von allem, Materie und Energie, als Bezugspunkt für dient der sich bewegende Rahmen.

Das CMB ist also nichts Besonderes. Wenn Sie den CMB ignorieren und die Erdgeschwindigkeit zu allen Galaxien messen würden, die wir sehen können, würden Sie erwarten, das gleiche Ergebnis zu erhalten wie die Messung der Erdgeschwindigkeit relativ zum CMB. Das CMB nimmt den gleichen Frame ein wie alles andere, weil es im Grunde auf die gleiche Weise erstellt wurde. Das einzig Besondere am CMB ist, dass Gravitationswechselwirkungen ihm nicht verschiedene besondere Geschwindigkeiten verliehen haben, wie dies bei großen Materieansammlungen der Fall war.

Aha. Ich schätze, es ist nur dieser sich mitbewegende Rahmen, der besonders in unser Gesamtuniversum eingebettet zu sein scheint, was mich denken lässt, dass ein sich mitbewegender Beobachter bei t = 0+ existiert hat ϵ Ihre Uhr würde immer schneller laufen als jede andere Uhr im Universum. Ich habe keine Theorie, um dies zu untermauern, und es könnte sehr gut falsch sein. Wenn ja, dann wäre ich weniger verwirrt.
Ich bin mir nicht sicher, was Sie damit meinen, dass ein sich mitbewegender Beobachter bei t=0+ϵ existierte , aber wenn Sie eine separate Frage dazu stellen möchten, würde ich sie mir gerne ansehen.
Entschuldigung, nur dass es scheint, dass Uhren, die an Beobachtern angebracht sind, die sich immer nur mit dem Hubble-Fluss bewegt haben, im Vergleich zu allen anderen die schnellsten Uhren haben sollten.
@Eupraxis1981: naja, nein. Ein Beobachter mit einer besonderen Geschwindigkeit von 0,999 c würde sehen, dass die Uhren aller anderen langsam laufen. Wir sind wieder bei dem Punkt, den ich oben angesprochen habe: Wenn Sie sehen, dass 99,999 % der Uhren langsamer laufen als Ihre, dann würden Sie wahrscheinlich annehmen, dass Ihre Uhr ungewöhnlich war, obwohl es vollkommen richtig ist, sich selbst als stationär und alles andere als in Bewegung zu betrachten.
Da ist es! Ok, ich bevorzuge also fälschlicherweise das scheinbar "wahrscheinlichste" Szenario (dh ich bewege mich, andere ruhen), obwohl wir eigentlich nur wissen, dass unsere relative Bewegung an dem Punkt, an dem ich die Beobachtung mache, entgegengesetzt ist.
@Eupraxis1981: ja! :-)
@Eupraxis1981: Gute Frage, und die positive Bewertung wert!
Okay, fast geschafft. Siehe meinen allgemeinen Kommentar oben. Ich fand sowohl Sie als auch Davids Antworten hilfreich. Könnten Sie mein letztes Problem ansprechen? Die Lösung dieses Problems wird mich, um es besser auszudrücken, beruhigen. :)
Danke noch einmal. Ich habe eine verwandte Frage basierend auf unserem Austausch gepostet.
Wäre es in Bezug auf die Symmetrie richtig, den sich mitbewegenden Rahmen eher als "dynamischen Symmetriebrechungseffekt" als als grundlegend gebrochene Symmetrie zu bezeichnen?
@CuriousOne: Durch Symmetrie beziehen Sie sich wohl auf die FRW-Annahmen von Isotropie und Homogenität. Ich bin mir nicht sicher, ob das Brechen dieser Symmetrien in einem Frame mit einer besonderen Geschwindigkeit ungleich Null etwas sehr Bedeutsames ist.

Dass das Universum nicht isotrop ist, ist eine vollkommen gültige Beobachtung, soweit es die Relativitätstheorie betrifft.

Aber bekommt das „universelle Ruhesystem“ und die damit verbundene Zeit dadurch nicht einen empirisch privilegierten Status, obwohl physikalische Gesetze in jedem Bezugssystem gut funktionieren?

Ja, das geht, aber das ist kein Problem. Die Relativitätstheorie verbietet es einem physikalischen System nicht, bestimmte Referenzrahmen auszuwählen, die in dem Sinne „bevorzugt“ sind, dass sie bequemer zu handhaben sind. Tatsächlich geschieht dies nicht nur mit dem Universum. Selbst für ein kleines System, wie zwei Teilchen, gibt es einen empirisch privilegierten Referenzrahmen, den Energiezentrumsrahmen, in dem der Gesamtimpuls null ist. (Dies ist ein spontaner Bruch der Lorentz-Symmetrie, wenn Sie solche Begriffe zu schätzen wissen.)

Aber die Tatsache bleibt, dass die grundlegenden Gesetze der Physik vollkommen gültig sind, egal ob Sie sich in diesem empirisch privilegierten Rahmen befinden oder nicht. Der einzige Sinn, in dem es empirisch privilegiert ist, ist, dass es praktisch ist, aber es ist keine notwendige Wahl.

Danke für diese Erklärung. Ich habe keinen Lastwagen, bei dem alle Referenzrahmen relativistisch gültig sind. Ich möchte nur wissen, ob ein Beobachter, der zu dem Schluss kommt, dass das Universum NICHT isotrop ist, tatsächlich falsch liegt. Wenn ja, wie können wir das wissen oder dem Beobachter demonstrieren?
Nein, ein Beobachter, der zu dem Schluss kommt, dass das Universum nicht isotrop ist, liegt nicht (notwendigerweise) sachlich falsch. Isotropie ist eine rahmenabhängige Schlussfolgerung, sodass Beobachter in einem Rahmen zu dem Schluss kommen, dass es isotrop ist, und Beobachter in anderen Rahmen zu dem Schluss, dass dies nicht der Fall ist, und beide sind gültig.
Aha. Das kosmologische Prinzip ist also nur richtig, wenn Sie sich bezüglich CMBR in Ruhe befinden. Würde dies nicht die Raumzeit selbst als Referenzrahmen in dem Sinne etablieren, dass zwei Beobachter, die sich nur mit dem Hubble-Fluss bewegen, synchronisierte Uhren hätten, während ein anderer, der sich mit einer bestimmten Bewegung mit dem Hubble-Fluss bewegt, relativ zu einem der anderen langsamer laufen würde? Entschuldigung, wenn dies vom Thema abweicht, vielleicht können wir einen Chat einrichten.
Normalerweise würde ich gerne darüber reden, aber ich bin heute ziemlich beschäftigt, also werde ich keine Zeit haben. Sie können dies im Physik-Chat zur Sprache bringen, und jemand anderes könnte es vielleicht erweitern.
@ Eupraxis1981: es hängt von Ihrer Definition von isotrop ab . Wenn 99,999 % der Beobachter das Universum als isotrop messen, Sie aber nicht, dann könnten sich entweder die 99,999 % der Beobachter relativ zu Ihnen bewegen oder Sie könnten sich relativ zu ihnen bewegen. Jede Wahl ist gültig, aber letztere ist mathematisch einfacher.
@DavidZ: Danke für deine Hilfe. Ich habe eine verwandte Frage gepostet, die auf dem basiert, was Sie mir beide gesagt haben.

Ich bin ein Ingenieur, der seit meiner Pensionierung als Hobby mit Relativitätstheorie und Kosmologie spielt. Es scheint mir, dass Einstein sich mit der Relativitätstheorie nie ganz wohl gefühlt hat, wenn es um Beschleunigung ging. 1920 sagte er:

„Newton hätte seinen absoluten Raum möglicherweise nicht weniger ‚Äther‘ nennen können; wesentlich ist nur, dass neben beobachtbaren Objekten noch etwas anderes, was nicht wahrnehmbar ist, als wirklich angesehen werden muss, damit Beschleunigung oder Drehung als etwas Wirkliches angesehen werden können.“

Einstein, Albert: „Äther und die Relativitätstheorie“ (1920), Sidelights on Relativity (Methuen, London, 1922)

Das Zwillingsparadoxon (ein Zwilling altert mehr als der andere, obwohl keiner eine bevorzugte Referenz hat) wird erklärt, weil einer Beschleunigung beim Umdrehen erfährt. Soweit ich das beurteilen kann, rechtfertigt nichts in der Relativitätstheorie diese Erklärung. Wenn andererseits Effekte von Bewegung relativ zum Universum als Ganzem abhängen, ist die Erklärung der Beschleunigung unnötig. Obwohl die meisten Dinge mit einer Nur-Zwei-Körper-Version der Relativitätstheorie erklärt werden können, scheitern viele andere mit nur Zwei-Körper-Relativität - insbesondere wenn Beschleunigung involviert ist. Ich habe eine mathematische Mehrkörperdarstellung der Relativitätstheorie entwickelt, die dies zu lösen scheint. Dies gibt jedoch der Trägheitsreferenz, für die das kosmologische Prinzip gilt, eine Sonderstellung.

Darüber hinaus stellte Einstein fest, dass die Geschwindigkeit zwar relativ ist, die Beschleunigung jedoch nicht. Die Interpretation der Beschleunigung als zeitliche Ableitung der Geschwindigkeit funktioniert einfach nicht für eine Zwei-Körper-Interpretation. Eine Summierung von Mehrkörperbeziehungen löst dies jedoch. Wenn Einsteins Methode zur Ableitung der klassischen Physik aus der Relativitätstheorie auf Gravitationsenergie angewendet wird, präsentiert sich interessanterweise die Mehrkörperinterpretation auf eine offensichtliche und schwer zu leugnende Weise.