¿Existe evidencia física para distinguir entre la expansión del espacio y un universo antropocéntrico?

Estoy buscando algún tipo de evidencia observable (que haya sido observada o pueda observarse en el futuro) que pueda falsear una u otra teoría.

Parece que necesita un estándar (muy alto) para FLRW y otro diferente para su universo antropocéntrico. Eso es hacer trampa.

No hay una teoría antropocéntrica que probar. Podemos probar la teoría de FLRW (y GR) y lo hemos hecho. Pero lo que estás tratando como una teoría antropocéntrica no es una teoría en ningún sentido científico. No proporciona reglas o leyes para hacer predicciones y, por lo tanto, no hay forma de hacer pruebas.

¿Hay alguna evidencia física que pueda distinguir entre el "flujo de Hubble" y algún tipo de universo antropocéntrico extraño donde todo ha sido impulsado lejos de la Tierra de una manera muy específica?

Por definición, básicamente estás diciendo que podemos construir un escenario arbitrario en el que todo se ve de la forma en que se ve en términos de expansión. Siempre será posible inventar tales circunstancias "mágicas" si no es necesario proporcionarles una base teórica y experimental.

La diferencia es que FLRW usa GR para construir un modelo general que explica lo que vemos y que se puede comprobar y verificar con la observación.

¿Cómo se define un centro?

También tenga en cuenta que la idea antropocéntrica choca de golpe con el problema de cuál es exactamente el centro de este universo. ¿Está exactamente en la Tierra? ¿El sol? ¿El bariocentro del sistema Tierra-Luna? ¿El (siempre cambiante) bariocentro del sistema Tierra-Sol-Luna o del sistema solar? ¿Algo más? Y elijas lo que elijas, ¿ por qué esa elección?

Incluso si alguien no aceptara el movimiento de la Tierra alrededor del Sol (etc.) y afirmara que todo giraba alrededor de la Tierra, inmediatamente no tendríamos ninguna explicación de por qué sería así.

Para mí, la cuestión de definir un centro del universo es la razón por la cual una idea antropocéntrica no tiene sentido (más allá de la falta total de una teoría útil para hacer predicciones).

¿ La imagen antropocéntrica no explica las observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB) presente y distante ?

¿Debemos suponer que hay una gran capa esférica de gas ópticamente grueso que se expande lejos de nosotros más rápido y más lejos que las galaxias más distantes?

Pero si es así, ¿cómo se podrían explicar las observaciones que demuestran, utilizando las condiciones físicas inferidas de las nubes de gas a lo largo de las líneas de visión de los cuásares distantes, que el CMB estaba más caliente en la cantidad justa para ser explicado por la expansión cósmica? es decir, que el CMB fue un factor de$1+z$más caliente y$(1+z)^4$más intenso para las nubes con un corrimiento al rojo de$z$(por ejemplo, Noterdaeme et al. 2010 ).

El modelo FLRW explica esto como un evento homogéneo de recombinación isotrópica presente en todo el universo hace 13.700 millones de años, seguido de un corrimiento al rojo cosmológico y una expansión adiabática universal.

En la idea antropocéntrica, con una capa esférica distante acelerada y emisora, el CMB alrededor de una galaxia distante sería altamente anisotrópico, ya que el corrimiento hacia el rojo de las partes de la capa más cercanas a la galaxia sería mucho menor que en la dirección opuesta. Por lo tanto, habría una temperatura mucho más alta en un lado del cielo. Esto cambiaría totalmente las condiciones de excitación. La densidad de radiación es proporcional a$T^4$, pero si las dos mitades del cielo diferían en temperatura por$\pm \Delta T$, el promedio de$(T+\Delta T)^4$y$(T - \Delta T)^4$no es$T^4$una vez$\Delta T/T$se vuelve significativo, y sería mucho más alto que en el modelo FLRW.

Por lo tanto, se ha observado que la temperatura del CMB cambia con el corrimiento al rojo exactamente de la manera correcta para un universo en expansión, pero no de acuerdo con una visión antropocéntrica.

Creo que StephenG tiene razón, pero mencionaré un contrafactual. Supongamos que no observamos galaxias a más de mil millones de años luz de distancia, según lo determinado por sus desplazamientos hacia el rojo. Digamos que estaban distribuidos de manera más o menos uniforme dentro de esa bola, pero ninguno más allá. Eso sería evidencia de que estábamos en el centro del universo, al menos en cierto sentido, porque alguien en una de esas galaxias a unos mil millones de años luz de nosotros observaría algo muy diferente.

Y sería un gran misterio científico, porque no esperarías que estuviéramos en un lugar tan singular.

En cambio, lo que observamos es exactamente lo que esperaría si se expandiera uniformemente y tuviera una extensión infinita. (Aunque todo lo que realmente sabemos por la observación es que la región que contiene las galaxias es más grande que el universo observable).

Me gustaría señalar otra falla en la pregunta: el modelo "todo se aleja de nosotros proporcionalmente a su distancia" no es realmente antropocéntrico en una aproximación básica.

Descartemos la relatividad, la gravedad y la curvatura por el momento, ya que las otras respuestas abordan esto. Así que imagina por simplicidad un universo galileano, euclidiano y con la Tierra estacionaria en el origen, donde en el tiempo$0$cada cuerpo celeste$B$en la posición$p_B$actualmente se está alejando directamente del origen con velocidad constante$v_B$proporcional a la distancia, entonces$v_B = \alpha p_B$por alguna constante$\alpha$.

Ahora consideremos la información observable de la Tierra$E$. ¿Qué podemos observar en la Tierra? Para todos$B$podemos observar la posición$p_B - p_E$con respecto a la Tierra, y la velocidad$v_B - v_E$con respecto a la Tierra, y encontramos que existe una relación de proporcionalidad:$v_B - v_E = v_B - 0 = \alpha p_B - 0\alpha = \alpha(p_B - p_E)$. Bastante justo, eso es exactamente lo que esperábamos. Ahora veamos lo que es un alienígena en un planeta alienígena.$A$podría observar. El alienígena puede medir las posiciones$p_B - p_A$de los cuerpos celestes en relación con su planeta, y las velocidades$v_B - v_A$de los cuerpos celestes en relación con su planeta. Ahora el extranjero también encontrará una relación de proporcionalidad$v_B - v_A = \alpha p_B - \alpha p_A = \alpha(p_B - p_A)$entre estas medidas para todos los demás cuerpos celestes, incluida la Tierra, por lo que el extraterrestre también observa todo lo que se mueve directamente alejándose de su planeta de origen, ¡proporcionalmente a la distancia! Ahora el alienígena podría afirmar que el planeta alienígena$A$es el centro especial del universo, y sería exactamente tan válido como la afirmación de que la Tierra es el centro especial. Dado que ambas afirmaciones se contradicen, ninguna es cierta.

Si el modelo (simplificado) fuera realmente antropocéntrico y la Tierra fuera un lugar cosmológicamente especial en el universo, el extraterrestre podría averiguar dónde está el lugar especial. Pero como acabamos de ver, no lo es. Solo te daba la impresión de ser un lugar especial porque medimos todo lo relativo a él; está en el medio de todos nuestros mapas del espacio y basamos nuestro marco de referencia y sistema de coordenadas en él. Los antiguos romanos cometieron el mismo error: dibujaron a Roma en el centro de sus mapas y asumieron que significaba que Roma era el centro del mundo.

No estoy de acuerdo con la respuesta de @StephenG. Esta hipótesis es empíricamente falsable:

por alguna otra razón todo lo que nos rodea se está alejando físicamente de nosotros, y cuanto más lejos se están alejando más rápido, sin ninguna expansión del espacio

El corrimiento al rojo de la luz puede ser causado por la fuente de luz alejándose de nosotros, pero también puede ser causado por la expansión del espacio mismo. Una vez que la luz ha sido emitida desde su fuente en movimiento, todo el desplazamiento hacia el rojo causado por la velocidad relativa de la fuente hacia nosotros ya ha ocurrido, pero la expansión del espacio continuamente "estira" la luz en su viaje antes de que nos alcance, desplazándola hacia el rojo aún más. (La relatividad general también dice que el cambio puede ser causado por la gravedad).

Entonces, el modelo de espacio en expansión predice que los objetos pueden tener la misma velocidad relativa que nosotros, pero tener diferentes cantidades de corrimiento al rojo si la luz de un objeto tarda más en llegar a nosotros. El modelo antropocéntrico propuesto que afirma que no hay expansión del espacio lo contradice; si no hay expansión del espacio, la distancia que viaja la luz no debería importar, solo la velocidad relativa de la fuente. (Y la gravedad.)

No sé si ya hay datos que nos permitan probar eso, pero una forma sencilla de probarlo experimentalmente es lanzando un objeto lejos de nosotros, con un potente láser apuntando hacia nosotros. Sabiendo que el objeto viaja a una velocidad constante y que el láser produce luz a una longitud de onda constante, el modelo antropocéntrico propuesto predeciría que el corrimiento al rojo del láser permanecería igual a medida que se aleja de nosotros, mientras que el modelo de espacio en expansión predice que cuanto más se aleje de nosotros, más se desplazará hacia el rojo su luz.

Considere la anisotropía del dipolo CMB .

Es posible que esté acostumbrado a ver el CMB así: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0b/Planck_satellite_cmb.jpg

Pero antes de que se vea así, se parece al que está en medio de esto: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:COBE_monopole_dipole_and_primordial_perturbations.gif

(Después de restar los componentes de mayor escala, puede ver los componentes de menor escala)

Esto se debe a que el Sol y la Tierra se están moviendo en relación con nuestro marco de movimiento local en aproximadamente 400 km/s, y ese movimiento crea un desplazamiento hacia el rojo en un lado y un desplazamiento hacia el azul en el otro. Eso sí, esto no es 400 km/s de expansión esféricamente simétrica en todas las direcciones. Es una anisotropía: 400 km/s de movimiento en una dirección.

Si lo desea, puede decir: "todo es relativo y el Universo se mueve a 400 km/s en relación con nosotros". Pero si sigues la convención de que el objeto más masivo define el marco (como hacemos cuando describimos nuestro movimiento en relación con la Tierra), entonces claramente la Tierra se mueve en relación con el Universo y no puede ser su centro.

Aquí hay una predicción de la teoría FLRW.

Si me paro en cualquier planeta$P$ en cualquier parte del universo, y mira cualquier galaxia (suficientemente lejana)$G$desde el punto de vista del planeta$P$y calcula la distancia$D$entre$P$y$G$, y calcule el corrimiento al rojo$R$de$G$desde el punto de vista de$P$, El valor de$R$depende de$D$solo. Esta predicción es comprobable (aunque con dificultad, dado que ningún ser humano ha estado nunca en otro planeta).

¿Qué predicción hace la "teoría antropocéntrica" ​​sobre la aparición de corrimientos hacia el rojo en el planeta$P$? ¿Hace alguna predicción en absoluto? Si no, eso es un defecto definitivo en la teoría.

La expansión del espacio extiende no solo los fotones individuales sino todo el flujo de luz. Entonces, las explosiones de supernovas similares duran más en las galaxias lejanas.

También podemos usar una regla estándar . Si tenemos un objeto de tamaño conocido, la expansión del espacio lo hace parecer más grande. Si confirmamos la distancia con una vela estándar, podemos distinguir la expansión del movimiento.

Por ejemplo, galaxia elíptica con supernovas de tipo Ia. La relación Sigma-D permitiría estimar su tamaño real, y las supernovas permitirían estimar la distancia.

Forma más hipotética:

Gracias a las lentes gravitacionales, vimos la explosión de SN Refsdal varias veces en un intervalo de un año.

Entonces, los fotones que llegaron por última vez experimentaron +1 año de "estiramiento" del Hubble o una diferencia de aproximadamente 10 ^ -10 (diferencia de 10 ^ 5 Hz para la luz visible). Las líneas espectrales tienen un ancho del mismo orden. Entonces, la diferencia entre esos espectros es lo suficientemente grande.

Pero no estoy seguro de cuál es el orden de "estiramiento" que sería causado por las perturbaciones aleatorias de los fotones durante un viaje tan largo; es posible que el ruido sea demasiado grande.

No leí las otras respuestas, pero una evidencia muy simple en contra de que seamos un centro estacionario del universo es que el desplazamiento al rojo de CMBR no es isotrópico, tiene una anisotropía dipolar, lo que muestra que nuestro sol no está estacionario en relación con el cósmico en movimiento. marco de descanso.

Desde un punto de vista antropomórfico, debido a que los objetos se alejan de nosotros, aún debemos sospechar que estuvieron todos en nuestro vecindario hace mucho tiempo. Dado que la distribución de la materia parece ser pareja en el cielo, habría gravedad cero o poca gravedad donde estamos viviendo (la tierra esférica tiene muy poca gravedad en su centro. Como resultado, en nuestro vecindario debería haber estructuras a gran escala, como cúmulos de galaxias que están menos densamente empaquetados que los cúmulos más alejados. Este no parece ser el caso

Si está pidiendo evidencia física directa de una expansión en el sentido de que se ha observado que la distancia a una galaxia dada aumenta, entonces no, no hay ninguna, simplemente porque no hemos podido observar el universo durante el tiempo suficiente para notarlo. cualquier cambio en la distancia, ya sea una expansión global o antropocéntrica.

En cualquier caso, tenga en cuenta que es cuestionable asociar Hubble con el concepto de un universo en expansión. El propio Hubble nunca creyó completamente en esto , pero asumió que otros mecanismos físicos podrían ser responsables de la relación observada entre el corrimiento al rojo y la distancia.