关于宇宙学原理

关于宇宙学原理的相互包容性的更多概念问题。就是说，我想知道是否有可能具有一个各向同性但不是同质的宇宙，或者一个具有同质但又不是各向同性的宇宙。

我的间谍意识告诉我，宇宙可能是各向同性的，而不是同质的。

当然，默认情况下，如果某个宇宙是同质的，那么它必然是各向同性的吗？

cosmology cosmological-principle homogeneity

— 迈克尔·罗伯茨
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难道这帮助呢？关于材料的各向同性与均质性的有趣观察

— costrom 2016年

我以为我们可以在不均匀的材料（例如，不同的密度层或同心的密度环）中具有等距性，但是可以肯定的是，一旦我们在介质中具有同质性，那么默认情况下它也是等向性的吗？

— MichaelJRoberts

@costrom PS它有所帮助。

— MichaelJRoberts

Answers:

两种情况都不是完全不可想象的：

均匀的各向异性宇宙

拥有星系的宇宙均匀分布，但都朝着同一方向旋转。无论您身在何处，该宇宙看起来都是一样的，但是具有净角动量，因此从一个方向看，您会看到所有星系都沿着视线旋转，而在另一个方向上，您会看到它们垂直于视线旋转。这个方向。

另一个例子是一个被密度波向一个方向渗透的宇宙。在这个方向上，您会看到星系的密度在高低之间交替，并且垂直于此，您将看到恒定的密度。

昨天关于arXiv的论文包括一篇论文（Schucker，2016年），讨论了我们可能生活在另一种均质的各向异性宇宙中的可能性，即观察到的膨胀率取决于您所观察的方向。这被称为“ Bianchi I宇宙”，而不仅仅是假设的好奇心（尽管本文的结果在统计上并不重要）。另请参见@JonesTheAstronomer的答案。

不均匀的各向同性宇宙

正如约翰·雷尼（John Rennie）教给我们的那样，大爆炸并没有发生。但是，如果确实如此，并且我们恰好生活在中部地区，我们可以在各个方向观察到相同的情况，但看到的是逐渐变薄的宇宙，或者可能增大到某个点然后减小，这取决于这种展开的确切方式。此方案将然而意味着我们居住在宇宙中的一个特殊的地方，这会使得哥白尼伤心。如果一个宇宙从多个位置都是各向同性的，那么它也必须是同质的。

— 佩拉
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漂亮的照片，佩拉，+ 1。但是我不得不说我们实际上并没有看到像上面这样的星系。至于JR的回答，“宇宙没有中心”是一个不受支持的主张，可以说与“宇宙之外没有空间”不符。

— 约翰·杜菲尔德

@JohnDuffield：不，我不是说我们看到了像上面这样的星系。我的观点是，从原则上讲，这样的宇宙在物理上是可以想象的-我们只是观察地发现我们恰巧不生活在这样的宇宙中。相比之下，很难想象一个宇宙，其中，星系位于从共同中心指向的狭窄流中，例如内德·赖特（Ned Wright）的左图。

— pela

至于JR的答案，有大量的观察证据（当然，没有证据，就像物理学中的情况一样），我不明白您的意思与“宇宙之外没有空间”是矛盾的。

— pela

Ω_{t o t} ≫ 1

$\Omega_\mathrm{tot}\gg1$

Wrt。一个中心与否，我会告诉你，没有证据表明整个宇宙都没有中心，除非如此，提供许多有意义的预测的宇宙学原理是错误的，每个人都会感到悲伤。不过，也没有证据表明有中心。

— pela

我想知道是否可能有一个各向同性但不均质的宇宙，或者一个同质但非各向同性的宇宙。

大多数人会对加州大学伯克利分校的定义感到满意，该定义说均质的意思是“在每个位置看起来都一样”，而各向同性的意思是“在各个方向上看起来都一样”。而且有些人会知道，根据Ned Wright的文章，这些属性并不完全相同：

在此处输入图片说明

他说：“上图在左侧显示了均质但并非各向同性的图案，在右侧显示了均质但并非均质的图案 ”。但是据我所知，这样的照片并不适用于散布着星系的宇宙。

我的幻想告诉我，宇宙可能是各向同性的，但不是同质的。

我的阴险感觉告诉我，某位距今460亿光年的家伙可能会说宇宙既不是各向同性的也不是同质的。因为当他抬头看时，半夜的天空是黑色的。

当然，默认情况下，如果某个宇宙是同质的，那么它必然是各向同性的吗？

我同意这一点。恕我直言，如果观察者看到均匀的宇宙，他也会看到各向同性的宇宙。是的，人们可以找到其中宇宙是同质的而不是各向同性的假设情景。但它们只是假设。而且不要忘了这只是一个假设。如果您生活在森林中，您会认为世界被树木覆盖了吗？在每个位置和各个方向上哪个看上去相同？这不是一个特别科学的假设。众所周知，有些人住在森林的边缘。我认为你最好说我们不知道。

— 约翰·杜菲尔德
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只是为了说明一个同质但不是同位素宇宙的LHS图，难道每个地方的LHS图都不相同吗？因为您可能是砖头还是水泥浆的一部分？红色和白色。

— MichaelJRoberts

同样，您可能处于星系中，也可能处于中间空间，甚至可能不在恒星中。我们所说的是大规模同质化。宇宙在较小尺度上不是均质的或各向同性的。如果是这样，甚至没有重力。在爱因斯坦将引力场描述为“既非均质也非各向同性”的空间的情况下，请阅读本文。

— 约翰·杜菲尔德

仍然不能接受那两个图代表两个不同的描述，我知道它们不是您的。只是看不到。

— MichaelJRoberts

别担心，迈克，因为就像我说的那样，据我所知，那样的照片并不适用于散布着星系的宇宙。

— 约翰·杜菲尔德

当然。但是，我确实经常想知道，随着CMB的波动和测得的偶极各向同性，我们肯定不再能够借助宇宙学原理来支撑我们的“世界”（宇宙）观点吗？

— MichaelJRoberts

在广义相对论的框架内，爱因斯坦方程组具有重要的解决方案，这些解决方案是（a）均质但各向异性的；以及（b）不均质但各向同性的（大约一个点）。

（a）类是Bianchi宇宙学，最简单地描述为在不同方向或某种旋转形式下具有不同膨胀率的均质流体。似乎没有这些的简单描述，但是在技术层面上，很难击败乔治·埃利斯（George Ellis）的Cargese讲座：http : //arxiv.org/pdf/gr-qc/9812046.pdf

（b）类解决方案是Lemaitre-Tolman-Bondi（LTB）解决方案，它在大约一个点的所有方向上具有相同的非均匀密度分布。参见https://en.wikipedia.org/wiki/Lema%C3%AEtre%E2%80%93Tolman_metric

我们目前的宇宙平均而言是均质的和各向同性的，但是溶液（a）和（b）的两种类型在宇宙学中仍起着重要作用。

— 琼斯天文学家
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