¿Qué nos hace creer que una métrica dependiente del tiempo es la forma correcta de describir el universo en expansión en lugar de simplemente afirmar que las galaxias se alejan unas de otras?
Puedo ver, que les permite retroceder con una velocidad mayor que la velocidad de la luz, pero no estoy satisfecho con tal premisa.
¿Podemos decir que se mueven de forma diferente a como si siguieran la geodésica en un universo estático?
Históricamente, hubo un modelo cosmológico que explicar adecuadamente las observaciones de galaxias de volar lejos de nosotros dentro de una imagen de inmutable a gran escala del universo: la Teoría del Estado Constante.
Dentro de este modelo, el universo es eterno y en continua expansión, por lo que el asunto se propaga a través del constante aumento de volumen. En el fin de mantener constante la densidad media de la materia debe ser un proceso de la materia de la creación, la reposición de la materia que está siendo llevado por la expansión. Este modelo es illustated por un siguiente diagrama espacio-temporal (tomado de [1]):
Nota, el worldlines de las galaxias tienen un principio: se crea "de la nada", el promedio de la densidad de galaxias se mantiene constante, y los observadores en el centro de la galaxia ("nosotros"), verás la que el más distante de la galaxia, la más desplazada hacia el rojo es (indicado por el ángulo de intersección de la red últimos cono de luz con el worldline de la galaxia).
Sin embargo, además de la corrida hacia el rojo de las galaxias modelo cosmológico debe explicar un montón de otros datos observacionales. En particular, la teoría del estado constante no pudo explicar adecuadamente radiación de fondo de microondas (más concretamente, su alto grado de isotropía y espectro). Como se explica en [1]:
El Universo ya no es la producción de un cuerpo negro, ya que no es isotérmica y es transparente en lugar de opaco. En el Estado Estacionario del Universo era siempre el mismo, por lo que nunca se produjo un cuerpo negro. De ahí la existencia de un cuerpo negro de fondo descartó que en el Estado Estacionario.
Hubo esfuerzos (que hasta cierto punto siguen ahora) para actualizar el modelo para dar cuenta de las nuevas observaciones con el Cuasi-Estado Estacionario (QSS) de la cosmología. Las discrepancias que siguen se resumen en [1].
Sólo para agregar a la persona anterior respuesta. La razón por la que estamos interesados en la relatividad general (GR) es fenomenológica. Observaciones de las cosas de arriba planetaria distancia parecen alinearse perfectamente con el GR. A escalas más de, digamos, 100.000 km, el cosmos parece estar tan cerca de la GR como podemos discernir. Y en muchas maneras en que esas observaciones son excepcionalmente sensibles.
Hay un par de situaciones en la corta distancia que podemos obtener algunas pruebas de GR. Pero yo soy así fuera de fecha en los. Cosas como la gravedad de la onda de detección. Y hay algunos tentadora situaciones donde los resultados son muy interesantes. Como el oscuro mate problema. Y ciertos sistemas de estrellas que muestra un comportamiento interesante que parecen que están en los límites de exactitud. Hasta ahora, GR es todavía el campeón.
Así, pensamos que el universo sigue GR. Y GR, dice, en una muy amplia gama de posibles condiciones que podrían resultar en lo que podemos observar hoy en día, que el universo debe estar en expansión. Y eso significa que la métrica debe estar cambiando a lo largo del tiempo.
Otra adición a la respuesta anterior acerca de lo que significa ser dependientes del tiempo. La cosa no es para encontrar coordinar las expresiones libres. La cosa es buscar cantidades escalares que no dependen de las coordenadas. Es una diferencia sutil. Las componentes de la métrica dependerá del sistema de coordenadas que utiliza. Así, conseguir uno de los componentes de la métrica, en un determinado sistema de coordenadas, no es suficiente para decir "tiempo dependiente" o "independiente del tiempo." Lo que usted necesita hacer es encontrar una cantidad escalar. Como un ejemplo de motivación, la página de la wiki sobre el escalar de curvatura en el espacio de Riemann es instructivo.
https://en.wikipedia.org/wiki/Scalar_curvature
Hay un poco más de complicación en la GR, debido a que el colector es de pseudo-Riemann, lo que significa que tiene 3 espacio y el 1 de coordenadas de tiempo. Pero esto da la idea general. Construir valores que no dependen del sistema de coordenadas. Un ejemplo podría ser una derivación de la constante de Hubble en cada fase de la evolución de un modelo de la cosmología. En la habitual FLRW tipo de modelo, la constante de Hubble no es realmente constante.
Hemos teórico de las limitaciones de la teoría general de la relatividad. Si usted hace los modelos de GR que son homogénea e isotrópica, usted termina con una clase general de modelos llamado la FLRW modelos.
La pregunta formulada en términos de un tiempo-dependiente de la métrica, pero esto no es técnicamente bastante de la manera correcta para describirlo. En GR, usted puede tomar el espacio-tiempo plano (espacio de Minkowski) descrito en las coordenadas habituales, sujeto a un cambio de coordenadas, y vienen con una nueva descripción en la que la métrica varía. Así que en lugar de hablar acerca de si una métrica FLRW es dependiente del tiempo, tenemos que hablar de dependencia de tiempo usando las definiciones que son de coordenadas independientes. La coordenada independiente de la forma de la que hablamos es de si o no el espacio-tiempo es estático.
FLRW modelos no son estáticos, excepto en el caso especial donde la densidad de la materia es igual a cero. Se observa que la densidad de la materia no es cero. (Como se ha señalado por HeisenbergImage en un comentario, usted también puede tener el universo estático de Einstein, que es inestable.)
Usted enunciado de la pregunta en términos de un tiempo-dependiente de la métrica, que no es realmente una buena manera de definir el problema. Dependiendo de cómo solucionar ese problema, usted podría terminar de hablar sobre el vacío FLRW, Einstein del universo estático, el estado estacionario del modelo (A. V. S. la respuesta), o el vacío dominado FLRW. Ninguna de estas es una descripción exacta de nuestro presente o el pasado del universo, aunque el vacío dominado FLRW finalmente será una muy buena aproximación.
Lo que nos hace creer que una vez dependiente de la métrica es la manera correcta de describir el universo en expansión, en lugar de simplemente alegando que las galaxias volar lejos el uno del otro?
Lo que usted sugiere diciendo: "volar lejos el uno del otro" se ajusta a la Milne Modelo, que es una explosión escenario basado en la teoría especial de la relatividad en el plano espacio-tiempo de Minkowski. El Milne modelo es matemáticamente equivalente a la "vacío FRW universo'. Su métrica es también dependiente del tiempo sin embargo. Esto es inevitable si algo cambia en el tiempo. En otras palabras, los términos de universo y el espacio-tiempo son inseparables.
Podemos decir que se mueven de una manera diferente que si siguen la línea geodésica en un universo estático?
Sí, en el universo estático de Einstein timelike geodesics de comoving observadores (que experimentar el universo isótropo) no se apartan el uno del otro lo que contradice ("fly away ..."). Pero también esta métrica contiene dt2 porque velocidades peculiares siempre son posibles en cualquier espacio-tiempo.
I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.
