¿Qué pruebas tenemos de que la CMB es el resultado del Big bang?

Question

Tengo la imagen principal que se repite una y otra vez acerca de por qué si hay un Big bang que en realidad debería ver el CMB con esta característica. En esta pregunta que estoy haciendo algo diferente: ¿qué independientes evidencias tenemos de que el CMB es muy relacionados con lo que el Universo fue de 400k de años después del Big bang y no solo está relacionada con lo que el Universo es ahora o solo está relacionada con algo que los demás no sabemos? ¿Cuáles son los efectivos evidencias de que es el resultado del Big bang como se describe generalmente?

Si la lista es demasiado larga yo también agradecería una o dos referencias.

Answer 1

La primera cosa que pensar es lo que exactamente queremos decir con un big bang. Una versión débil del big bang hipótesis sería simplemente la afirmación de que en algún momento en el pasado, el universo era extremadamente caliente y denso -- como caliente y denso, como una explosión nuclear. Una declaración más fuerte sería que, en algún momento en el pasado, hubo una singularidad, que es en términos no técnicos, en un principio, al tiempo mismo.

Tenemos una gran variedad de pruebas de que la existencia del universo ¿ no se extienden por un tiempo ilimitado en el pasado. Un ejemplo es que en el actual universo, las estrellas utilizar hasta los núcleos de deuterio, pero no se conocen los procesos que podrían reponer su suministro. Nosotros por lo tanto, esperan que la abundancia de deuterio en el universo debería disminuir con el tiempo. Si el universo había existido infinidad de el tiempo, es de esperar que todos sus deuterio se hubiera perdido, y, sin embargo, se observa que el deuterio no existe en las estrellas y en la medio interestelar.

También se observa que el universo se está expandiendo. Hay teoremas de singularidad como la de Hawking teorema de la singularidad y el Borde-Guth-Vilenkin teorema de la singularidad ( http://arxiv.org/abs/gr-qc/0110012 ) que nos dicen que, dadas las condiciones actuales, debe haber una singularidad en el pasado. Estos teoremas dependen de la relatividad general (GR), que en este momento es un bien probado, teoría fundamental de la física con poco viable la competencia. Aunque existen diferentes teorías, tales como escalar-tensor de teorías, observaciones limitan a hacer casi el mismo predicciones como GR bajo una amplia gama de condiciones.

Hay un poco de margen de maniobra porque aquí las Hawking singularidad teorema requiere un tipo de suposición llamado un estado energético (específicamente, la energía de la condición o el valor null de la energía de la condición), y BGV es más de un modelo dependiente de argumento que tiene que ver con inflacionario spacetimes (que la violación de un estado energético durante la época inflacionaria). Un estado energético es básicamente una descripción del comportamiento de la materia, de ordenación de aproximadamente diciendo que ha positiva de masa y ejerce presión positiva.

La energía oscura viola la norma de condiciones de la energía. Así que si la energía oscura es lo suficientemente fuerte, se puede evadir la existencia de un big bang de la singularidad. Usted puede obtener un "gran rebote" en su lugar. Sin embargo, tenemos tres diferentes métodos de medición de la energía oscura (supernovas, CMB, y BAO), y estos se limitan a ser demasiado débil, por alrededor de un factor de dos, para producir un gran rebote. La figura siguiente muestra los parámetros cosmológicos de nuestro universo, después de Perlmutter, 1998, arxiv.org/abs/astro-ph/9812133 y Kowalski, 2008, arxiv.org/abs/0804.4142. Las tres regiones sombreadas representan el 95% de las regiones de confianza para los tres tipos de observaciones. Si usted toma la intersección de las tres regiones sombreadas, creo que es bastante claro que estamos en ningún lugar cerca de la región del espacio de parámetros que se traduce en un gran rebote.

Hay varias otras observaciones que verificar las predicciones del modelo big bang. Por ejemplo, la abundancia de elementos ligeros son aproximadamente de acuerdo con los cálculos de big-bang de la nucleosíntesis (aunque hay algunas discrepancias que no se entienden). El CMB es observado muy de cerca de un perfecto espectro de cuerpo negro, que es lo que se predijo por el big bang modelos. Esto es difícil de explicar en los modelos que no incluyen un big bang.

Históricamente, la expansión cosmológica fue observado, y en los modelos cosmológicos fueron construidos que se ajustan a la expansión. Había competencia entre el modelo del big bang y modelos de estado estable. El estado estacionario del modelo comenzó a sucumbir a la que se demuestre lo contrario cuando Ryle y colegas de trabajo cuentan fuentes de radio y encontraron que no se muestran los estadísticos de comportamiento predicho por el modelo. El CMB fue el golpe de estado de la gracia, y el modelo del big bang ganó. Cuando usted observa el CMB, básicamente lo que hace es buscar en el cielo y directamente viendo el big bang.

Tenga en cuenta que aunque en el histórico de los modelos cosmológicos, la simetría perfecta originalmente fue asumido en la forma de homogeneidad e isotropía, para hacer modelos fáciles de calcular, estos no son necesarios los supuestos. La singularidad teoremas no asume ninguna especial de simetría. Para el Hawking teorema de la singularidad, usted sólo tiene que tener un positivo límite inferior en el local de valor de la constante de Hubble, y que ha obligado a mantener en todas partes en el universo, en algunos spacelike de la superficie. Por supuesto, no podemos observar todo el universo, y se podría decir que nuestra razón para creer en un mundial obligado es la homogeneidad. Sin embargo, la existencia de un límite sólo sería un muy, muy débil tipo de homogeneidad supuesto, mucho más débil que el tipo de simetría de los supuestos realizados en modelos específicos, tales como ΛCDM.

Answer 2

Sé que este no es exactamente lo que usted está pidiendo, pero es importante porque de lo contrario la pregunta no puede ser contestada. Yo diría que esta cuestión presenta una sutil pero científicamente importante error en la forma en que se enmarca. La manera principal en que funciona la ciencia es idear hipótesis que hacer específico y a menudo las predicciones cuantitativas, y luego salimos y la comprobación de las predicciones para la máxima precisión de podemos. Pero cuando las predicciones de trabajo, nunca debemos decir "la predicción de fenómeno fue el resultado de nuestra teoría", porque los fenómenos no son el resultado de teorías, son el resultado de la naturaleza. El trabajo de una teoría no es la producción de un fenómeno, pero para explicar y predecir. Cuando una teoría tiene éxito, nos dicen que es una buena teoría. A veces nos equivocamos un poco y decir que la teoría es "correcta", pero lo que el científico significa que hay simplemente que es exitoso-- eso es todo lo que jamás en la ciencia, el éxito de las teorías, no es correcto. Simplemente caer en el hábito de utilizar los términos indistintamente, pero las causas fundamentales de la confusión acerca de lo que es la ciencia.

Así que la forma científica a la pregunta aquí es, "¿qué evidencia tenemos de que el modelo del Big Bang es el éxito en la predicción de, no sólo la existencia de la CMB, pero se trata de elementos cuantitativos a la alta precisión?" No tenemos evidencia de que el CMB viene desde el Big Bang, no es posible que un fenómeno observado a venir de una teoría, las teorías son formas de comprensión y predicción de los fenómenos, no maneras de hacer que eso suceda. Pero enmarcado correctamente, la pregunta es fácil de responder-la evidencia de que la teoría del Big Bang es la única teoría que tiene éxito en la predicción de la existencia y de los aspectos cuantitativos de la CMB es simplemente que la existencia de la CMB fue predicho, antes de que se observó, por sólo una teoría, y que es el Big Bang. También, sus elementos cuantitativos han sido probados para ser consistente con la teoría del Big Bang, con mayor y mayor precisión con varias generaciones de los más avanzados de observaciones.

Sin embargo, no sólo son observaciones que se utiliza para probar teorías, también se utilizan para modificar y mejorar las teorías. Esta es otra razón es importante darse cuenta de que las teorías no producen observaciones, si usted pensó que usted podría no entender que las teorías generalmente requieren modificación y corrección una vez que las observaciones se realizan. El Big Bang no es la excepción, como tres elementos clave que se carecía totalmente de la original teoría de la Gran Explosión se han añadido: materia oscura, energía oscura, y de la época de la inflación. Que no sucede si usted se imagina que las observaciones de los "viene de" teorías!

Hacemos teorías para ser capaz de predecir con éxito las observaciones antes de que ellos tienen, que la teoría del Big Bang hizo por el CMB, y ser capaz de entender cuantitativamente esas observaciones, que la teoría del Big Bang hace por el CMB. Además, es la única teoría que tenemos que hace estas cosas. Eso es realmente todo lo que puede decirse acerca de él. No encontramos evidencia de que el CMB "viene de" el modelo del Big Bang, que es un error de categoría: el modelo del Big Bang, con lo que las modificaciones que se necesita para hacerlo, nos permite entender el CMB, y ningún otro modelo. Diciendo que el CMB viene desde el Big Bang sería como decir que la mayor velocidad que una bala cuando dispararon desde un automóvil en movimiento "viene de" la relatividad Galileana. Por supuesto que no, ya que no es la relatividad Galileana que podría hacer que las cosas sucedan, la relatividad Galileana es una manera de entender lo que pasa que nunca es exacta y rompe completamente en algunos límites, y por lo tanto no puede ser la razón por la que las cosas sucedan. Es un éxito de la teoría científica, si se aplica adecuadamente, que es todo lo que puede decirse, sin olvidar lo que separa el pensamiento científico de casi todo lo demás.