¿Qué experimento refutaría el modelo de cosmología de Friedmann?

El resultado clave de la métrica FLRW es el factor de escala$a(t)$como una función del tiempo. A partir de esto podemos calcular la derivada del tiempo$\dot{a}(t)$(que es lo que mide el desplazamiento hacia el rojo) y luego verifique si satisface o no la ecuación:

donde el etc. incluye energía oscura y cualquier otra cosa que desee agregar.

Entonces, básicamente, la prueba es medir el corrimiento al rojo en función de la distancia. El problema es que esto es extraordinariamente difícil de hacer en las escalas donde la distribución de la materia es homogénea. Se están probando varios enfoques, como las oscilaciones acústicas bariónicas y las propiedades de los cúmulos de galaxias , pero aún es pronto.

Una prueba simple que prueba directamente el modelo es la relación de consistencia entre la distancia del diámetro angular $d_A(z)$y la distancia de luminosidad $d_L(z)$

Esta relación se mantiene independientemente del contenido y estado del Universo. Si se descubre que esto se viola, sería un duro golpe contra el Universo Friedmann, ya que uno no puede simplemente agregar nuevas "cosas" para solucionarlo.

Esta relación se ha probado experimentalmente (intentaré encontrar la referencia cuando tenga tiempo, pero si no recuerdo mal, se parametrizaron)$d_L(z) = (1+z)^{\beta} d_A(z)$y se ajustó a los datos y encontró algo como$\beta = 1.95 \pm 0.2$[los números son de memoria y deben tomarse con un grano de sal] perfectamente consistentes con la predicción).

El modelo de Friedman se deriva de la relatividad general bajo el supuesto de que, a escalas cosmológicas, el Universo es homogéneo e isotrópico. Por lo tanto, podría falsificar el modelo de Friedman por

• Mostrando que en escalas cosmológicas la Relatividad General no es un modelo válido (bueno, podría suceder)
• Demostrando que en escalas cosmológicas el universo no es homogéneo. es decir, si lograra demostrar que todavía existían variaciones significativas de densidad en todas las escalas de longitud.
• Demostrar que en una escala cosmológica el universo no es isótropo, es decir, mostrar que la distribución de la materia en el universo tiene una dirección preferida

Ninguno de estos parece terriblemente probable, pero no creo que esperaras una publicación de Physics SE para mostrar que la mayor parte de la Cosmología no es válida.

en una parcela de$\Omega_\Lambda$versus$\Omega_M$, hay tres conjuntos de observaciones que proporcionan restricciones: supernovas, el fondo cósmico de microondas y las oscilaciones acústicas bariónicas. Estas tres regiones del$\Omega_\Lambda$-$\Omega_M$Todos los planos tienen una región común de intersección, que es bastante pequeña. Si no se hubieran superpuesto, habría demostrado que había una falta de consistencia en los modelos cosmológicos. Si futuras mejoras en los datos reducen el tamaño de estas regiones y luego no se superponen, será el mismo problema.

Hubo un tiempo en que se afirmaba que los cúmulos globulares más antiguos eran más antiguos que la edad del universo deducida de la expansión del Hubble. Si esto hubiera sido correcto, habría sido una evidencia en contra de la cosmología del Big Bang, o al menos en contra de un modelo particular. Pero, de hecho, ahora vivimos en la era de la cosmología de alta precisión, y los datos actuales muestran que, después de todo, los cúmulos son más jóvenes que el universo.

La nucleosíntesis del Big Bang hace predicciones específicas sobre las abundancias relativas de varios isótopos. En la mayoría de los casos, estas predicciones son correctas, pero todavía parece haber un problema con la relación 7Li/H. No creo que nadie vaya a tirar por la borda toda la cosmología moderna sobre este tema, pero en algún momento debe resolverse, o habrá algún problema con nuestros modelos cosmológicos o nuestro conocimiento de la física nuclear.

Según GR, es posible que el universo esté girando . Las observaciones del sistema solar nos permiten poner un límite superior a la velocidad de rotación. Si se demostrara que la velocidad de rotación es distinta de cero, se violaría la suposición de isotropía en los modelos de Friedmann. Sin embargo, las restricciones observacionales ya son lo suficientemente estrictas como para no permitir que la rotación tenga un gran efecto (por ejemplo, las fuerzas centrífugas no pueden contribuir significativamente a la expansión cosmológica), por lo que los modelos de Friedmann probablemente serían buenos al menos como aproximaciones.

La relatividad general no es una teoría autoconsistente si la energía-momento no se conserva localmente. Por lo tanto, cualquier evidencia de no conservación local de la energía-momento indicaría que GR necesita ser revisado y, por lo tanto, nuestros modelos cosmológicos probablemente también necesiten ser revisados. Hay una historia de personas como Fred Hoyle que propusieron seriamente que la materia se creó espontáneamente en el vacío (por algo que él llamó un "campo C"). Esta hipótesis es comprobable, y actualmente no hay evidencia creíble para ello.

¿Cómo refuta que el corrimiento al rojo está determinado por el estiramiento del espacio, cómo refuta que el espacio puede expandirse y que solo una métrica ideada por un teórico puede hacer que se expanda?

Ha habido propuestas serias por parte de los partidarios de Hoyle de que los desplazamientos hacia el rojo no eran puramente cosmológicos sino que eran al menos parcialmente "intrínsecos". Esto requeriría algún tipo de modificación no especificada a la mecánica cuántica estándar, y no hay evidencia que respalde tal modificación. Como explica Ned Wright en este artículo , los intentos de construir modelos cosmológicos utilizando estas ideas no han tenido éxito; los modelos resultantes son inconsistentes con la observación.