Коперниканский принцип
| Часть серии о |
| Физическая космология |
|---|
 |
В физической космологии принцип Коперника гласит, что люди на Земле или в Солнечной системе не являются привилегированными наблюдателями Вселенной . [1] что наблюдения с Земли являются репрезентативными для наблюдений из среднего положения во Вселенной. Названное в честь гелиоцентризма Коперника , это рабочее предположение, возникающее в результате модифицированного космологического расширения аргумента Коперника о движущейся Земле. [2]
Происхождение и последствия
[ редактировать ]Герман Бонди 16-17 веков назвал этот принцип в честь Коперника в середине 20-го века, хотя сам принцип восходит к сдвигу парадигмы от системы Птолемея , которая помещала Землю в центр Вселенной . Коперник предположил, что движение планет можно объяснить, исходя из предположения, что Солнце расположено в центре и стационарно, в отличие от геоцентризма . Он утверждал, что кажущееся ретроградное движение планет — это иллюзия, вызванная движением Земли вокруг Солнца , которое согласно модели Коперника помещалось в центр Вселенной. Сам Коперник в основном руководствовался технической неудовлетворенностью предыдущей системой, а не поддержкой какого-либо принципа посредственности . [3] Хотя гелиоцентрическую модель Коперника часто описывают как «понижающую» Землю с ее центральной роли, которую она играла в геоцентрической модели Птолемея, именно преемники Коперника, особенно Джордано Бруно XVI века , приняли эту новую точку зрения. Центральное положение Земли интерпретировалось как находящееся в «самых низких и грязных частях». Вместо этого, как сказал Галилей, Земля является частью «танца звезд», а не «отстойником, в котором собираются грязь и эфемеры Вселенной». [4] [5] В конце 20-го века Карл Саган спросил: «Кто мы? Мы обнаруживаем, что живем на незначительной планете скучной звезды, затерянной в галактике, спрятанной в каком-то забытом уголке вселенной, в котором галактик гораздо больше, чем людей. ." [6]
Хотя принцип Коперника вытекает из отрицания прошлых предположений, таких как геоцентризм , гелиоцентризм или галактоцентризм , которые утверждают, что люди находятся в центре Вселенной, принцип Коперника сильнее, чем ацентризм , который просто утверждает, что люди не находятся в центре Вселенной. центр вселенной. Принцип Коперника предполагает ацентризм, а также утверждает, что человеческие наблюдатели или наблюдения с Земли являются репрезентативными для наблюдений из среднего положения во Вселенной. Майкл Роуэн-Робинсон подчеркивает принцип Коперника как пороговый критерий для современной мысли, утверждая, что: «Очевидно, что в посткоперниканскую эпоху человеческой истории ни один хорошо информированный и разумный человек не может себе представить, что Земля занимает уникальное положение. во Вселенной». [7]
Большая часть современной космологии основана на предположении, что космологический принцип почти, но не совсем верен в крупнейших масштабах. Принцип Коперника представляет собой непреодолимое философское предположение, необходимое для оправдания этого, в сочетании с наблюдениями. Если принять принцип Коперника и заметить, что Вселенная кажется изотропной или одинаковой во всех направлениях с точки зрения Земли, то можно сделать вывод, что Вселенная в целом однородна или одинакова везде (в любой момент времени), а также изотропна. относительно любой заданной точки. Эти два условия составляют космологический принцип . [7]
На практике астрономы наблюдают, что Вселенная имеет гетерогенные или неоднородные структуры вплоть до масштабов галактических сверхскоплений , волокон и великих пустот . В текущей модели Lambda-CDM , преобладающей модели космологии в современную эпоху, предсказывается, что Вселенная будет становиться все более и более однородной и изотропной при наблюдении во все больших и больших масштабах, с малообнаружимой структурой в масштабах более 260 миллионов. парсек . [8] Однако недавние данные по скоплениям галактик , [9] [10] квазары , [11] и сверхновые типа Ia [12] предполагает, что изотропия нарушается в больших масштабах. Кроме того, были обнаружены различные крупномасштабные структуры, такие как LQG Клоуза-Кампусано , Великая стена Слоана , [13] U1.11 , Огромный-LQG , Великая стена Геркулеса – Северной Короны , [14] и Гигантская Дуга , [15] все это указывает на то, что однородность может быть нарушена.
В масштабах, сравнимых с радиусом наблюдаемой Вселенной, мы видим систематические изменения по мере удаления от Земли. Например, на больших расстояниях галактики содержат больше молодых звезд и менее сгруппированы, а квазары кажутся более многочисленными. Если принять принцип Коперника, то из этого следует, что это является свидетельством эволюции Вселенной во времени: этому далекому свету потребовалась большая часть возраста Вселенной, чтобы достичь Земли, и он показывает Вселенную, когда она была молодой. Самый далекий свет из всех, космическое микроволновое фоновое излучение , изотропен по крайней мере с точностью до одной тысячной.
Бонди и Томас Голд использовали принцип Коперника, чтобы обосновать совершенный космологический принцип , который утверждает, что Вселенная также однородна во времени, и является основой устойчивой космологии . [16] Однако это сильно противоречит доказательствам космологической эволюции, упомянутым ранее: Вселенная развивалась от совершенно разных состояний при Большом взрыве и будет продолжать двигаться к совершенно другим условиям, особенно под растущим влиянием темной энергии , очевидно, к Большому взрыву. Заморозка или Большой разрыв .
С 1990-х годов этот термин использовался (взаимозаменяемо с «методом Коперника») для Дж. Ричарда Готта на основе байесовского вывода предсказания продолжительности происходящих событий , обобщенной версии аргумента Судного дня . [ нужны разъяснения ]
Испытания принципа
[ редактировать ]Принцип Коперника никогда не был доказан и в самом общем смысле не может быть доказан, но он подразумевается во многих современных теориях физики. Космологические модели часто выводятся со ссылкой на космологический принцип , немного более общий, чем принцип Коперника, и многие проверки этих моделей можно считать проверками принципа Коперника. [17]
Исторический
[ редактировать ]Еще до того, как был придуман термин «принцип Коперника», прошлые предположения, такие как геоцентризм , гелиоцентризм и галактоцентризм , которые утверждали, что Земля, Солнечная система или Млечный Путь соответственно расположены в центре Вселенной, оказались ложными. Коперниканская революция свергла Землю и превратила ее в одну из многих планет, вращающихся вокруг Солнца. Собственное движение было упомянуто Галлеем. Уильям Гершель обнаружил, что Солнечная система движется в пространстве внутри нашей дискообразной галактики Млечный Путь . Эдвин Хаббл показал, что галактика Млечный Путь — лишь одна из многих галактик во Вселенной. Исследование положения и движения галактик во Вселенной привело к созданию теории Большого взрыва и всей современной космологии .
Современные тесты
[ редактировать ]Недавние и запланированные испытания, имеющие отношение к космологическим и коперниканским принципам, включают:
- временной дрейф космологических красных смещений; [18]
- моделирование локального гравитационного потенциала с использованием отражения фотонов космического микроволнового фона (CMB); [19]
- зависимость от красного смещения светимости сверхновых ; [20]
- кинетический эффект Сюняева–Зельдовича применительно к темной энергии; [21]
- космический нейтринный фон ; [22]
- интегрированный эффект Сакса – Вольфа [23]
- проверка изотропии и однородности реликтового излучения; [24] [25] [26] [27] [28]
- Некоторые авторы утверждают, что Пустота KBC нарушает космологический принцип и, следовательно, принцип Коперника. [29] Однако другие авторы утверждают, что пустота KBC соответствует космологическому принципу и принципу Коперника. [30]
Физика без принципа
[ редактировать ]Стандартная модель космологии, модель Lambda-CDM , предполагает принцип Коперника и более общий космологический принцип . Некоторые космологи и физики-теоретики создали модели без космологических или коперниканских принципов, чтобы ограничить значения результатов наблюдений, решить конкретные известные проблемы в модели Lambda-CDM и предложить тесты, позволяющие отличить текущие модели от других возможных моделей.
Ярким примером в этом контексте является неоднородная космология , моделирующая наблюдаемую ускоряющуюся Вселенную и космологическую постоянную . Вместо того, чтобы использовать общепринятую идею темной энергии , эта модель предполагает, что Вселенная гораздо более неоднородна, чем предполагается сейчас, и вместо этого мы находимся в чрезвычайно большой пустоте с низкой плотностью. [31] Чтобы сопоставить наблюдения, нам пришлось бы находиться очень близко к центру этой пустоты, что немедленно противоречит принципу Коперника.
Хотя иногда говорят, что модель Большого взрыва в космологии вытекает из принципа Коперника в сочетании с наблюдениями за красным смещением, модель Большого взрыва все же можно считать справедливой в отсутствие принципа Коперника, поскольку космический микроволновый фон , первичные газовые облака, а структура , эволюция и распределение галактик — все это, независимо от принципа Коперника, свидетельствует в пользу Большого взрыва. Однако ключевые положения модели Большого взрыва, такие как расширение Вселенной, сами становятся предположениями, близкими к принципу Коперника, а не вытекающими из принципа Коперника и наблюдений.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пикок, Джон А. (1998). Космологическая физика . Издательство Кембриджского университета . п. 66 . ISBN 978-0-521-42270-3 .
- ^ Бонди, Герман (1952). Космология . Издательство Кембриджского университета. п. 13.
- ^ Кун, Томас С. (1957). Коперниканская революция: планетарная астрономия в развитии западной мысли . Издательство Гарвардского университета . Бибкод : 1957crpa.book.....K . ISBN 978-0-674-17103-9 .
- ^ Массер, Джордж (2001). «Коперниканская контрреволюция» . Научный американец . 284 (3): 24. Бибкод : 2001SciAm.284c..24M . doi : 10.1038/scientificamerican0301-24a .
- ^ Дэниэлсон, Деннис (2009). «Кости Коперника». Американский учёный . 97 (1): 50–57. дои : 10.1511/2009.76.50 .
- ^ Саган, Карл, Космос (1980), с. 193
- ^ Jump up to: а б Роуэн-Робинсон, Майкл (1996). Космология (3-е изд.). Издательство Оксфордского университета . стр. 62–63. ISBN 978-0-19-851884-6 .
- ^ Ядав, Джасвант; Багла, Дж.С.; Хандай, Нишиканта (25 февраля 2010 г.). «Фрактальная размерность как мера масштаба однородности». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 405 (3): 2009–2015. arXiv : 1001.0617 . Бибкод : 2010МНРАС.405.2009Г . дои : 10.1111/j.1365-2966.2010.16612.x . S2CID 118603499 .
- ^ Биллингс, Ли (15 апреля 2020 г.). «Живем ли мы в однобокой Вселенной?» . Научный американец . Проверено 24 марта 2022 г.
- ^ Мигкас, К.; Шелленбергер, Г.; Райприх, TH; Пако, Ф.; Рамос-Сеха, Мэн; Ловисари, Л. (8 апреля 2020 г.). «Исследование космической изотропии с помощью нового образца рентгеновского скопления галактик с помощью масштабного соотношения LX-T» . Астрономия и астрофизика . 636 (апрель 2020 г.): 42. arXiv : 2004.03305 . Бибкод : 2020A&A...636A..15M . дои : 10.1051/0004-6361/201936602 . S2CID 215238834 . Проверено 24 марта 2022 г.
- ^ Секрет, Натан Дж.; фон Хаузеггер, Себастьян; Рамиз, Мохамед; Мохаяи, Ройя; Саркар, Субир; Колен, Жак (25 февраля 2021 г.). «Проверка космологического принципа с помощью квазаров» . Письма астрофизического журнала . 908 (2): L51. arXiv : 2009.14826 . Бибкод : 2021ApJ...908L..51S . дои : 10.3847/2041-8213/abdd40 . S2CID 222066749 .
- ^ Джаванмарди, Б.; Порчиани, К.; Крупа, П.; Пфламм-Альтенбург, Дж. (27 августа 2015 г.). «Исследование изотропии космического ускорения по сверхновым типа Ia» . Письма астрофизического журнала . 810 (1): 47. arXiv : 1507.07560 . Бибкод : 2015ApJ...810...47J . дои : 10.1088/0004-637X/810/1/47 . S2CID 54958680 . Проверено 24 марта 2022 г.
- ^ Готт, Дж. Ричард III; и др. (май 2005 г.). «Карта Вселенной». Астрофизический журнал . 624 (2): 463–484. arXiv : astro-ph/0310571 . Бибкод : 2005ApJ...624..463G . дои : 10.1086/428890 . S2CID 9654355 .
- ^ Хорват, И.; Хаккила, Дж.; Баголи, З. (2013). «Самая большая структура Вселенной, определяемая гамма-всплесками». arXiv : 1311.1104 [ астро-ph.CO ].
- ^ «Линия галактик настолько велика, что нарушает наше понимание Вселенной» .
- ^ Бонди, Х.; Голд, Т. (1948). «Стационарная теория расширяющейся Вселенной» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 108 (3): 252–270. Бибкод : 1948MNRAS.108..252B . дои : 10.1093/mnras/108.3.252 .
- ^ Кларксон, К.; Бассетт, Б.; Лу, Т. (2008). «Общая проверка принципа Коперника». Письма о физических отзывах . 101 (1): 011301. arXiv : 0712.3457 . Бибкод : 2008PhRvL.101a1301C . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.011301 . ПМИД 18764099 . S2CID 32735465 .
- ^ Узан, Япония; Кларксон, К.; Эллис, Г. (2008). «Временной дрейф космологических красных смещений как проверка принципа Коперника». Письма о физических отзывах . 100 (19): 191303. arXiv : 0801.0068 . Бибкод : 2008PhRvL.100s1303U . doi : 10.1103/PhysRevLett.100.191303 . ПМИД 18518435 . S2CID 31455609 .
- ^ Колдуэлл, Р.; Стеббинс, А. (2008). «Проверка принципа Коперника». Письма о физических отзывах . 100 (19): 191302. arXiv : 0711.3459 . Бибкод : 2008PhRvL.100s1302C . doi : 10.1103/PhysRevLett.100.191302 . ПМИД 18518434 . S2CID 5468549 .
- ^ Клифтон, Т.; Феррейра, П.; Лэнд, К. (2008). «Жизнь в пустоте: проверка принципа Коперника на далеких сверхновых». Письма о физических отзывах . 101 (13): 131302. arXiv : 0807.1443 . Бибкод : 2008PhRvL.101m1302C . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.131302 . ПМИД 18851434 . S2CID 17421918 .
- ^ Чжан, П.; Стеббинс, А. (2011). «Подтверждение принципа Коперника через анизотропный кинетический эффект Сюняева Зельдовича» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 369 (1957): 5138–5145. Бибкод : 2011RSPTA.369.5138Z . дои : 10.1098/rsta.2011.0294 . ПМИД 22084299 .
- ^ Цзя, Дж.; Чжан, Х. (2008). «Можно ли проверить принцип Коперника на фоне космических нейтрино?». Журнал космологии и физики астрочастиц . 2008 (12): 002. arXiv : 0809.2597 . Бибкод : 2008JCAP...12..002J . дои : 10.1088/1475-7516/2008/12/002 . S2CID 14320348 .
- ^ Томита, К.; Иноуэ, К. (2009). «Исследование нарушения принципа Коперника с помощью интегрированного эффекта Сакса – Вольфа». Физический обзор D . 79 (10): 103505. arXiv : 0903.1541 . Бибкод : 2009PhRvD..79j3505T . дои : 10.1103/PhysRevD.79.103505 . S2CID 118478786 .
- ^ Клифтон, Т.; Кларксон, К.; Булл, П. (2012). «Изотропное космическое микроволновое фоновое излучение черного тела как доказательство однородности Вселенной». Письма о физических отзывах . 109 (5): 051303. arXiv : 1111.3794 . Бибкод : 2012PhRvL.109e1303C . doi : 10.1103/PhysRevLett.109.051303 . ПМИД 23006164 . S2CID 119278505 .
- ^ Ким, Дж.; Насельский, П. (2011). «Отсутствие угловой корреляции и предпочтение нечетной четности в фоновых данных космического микроволнового излучения». Астрофизический журнал . 739 (2): 79. arXiv : 1011.0377 . Бибкод : 2011ApJ...739...79K . дои : 10.1088/0004-637X/739/2/79 . S2CID 118580902 .
- ^ Копи, CJ; Хутерер, Д.; Шварц, диджей; Старкман, Джордж (2010). «Большеугловые аномалии реликтового излучения» . Достижения астрономии . 2010 : 1–17. arXiv : 1004.5602 . Бибкод : 2010AdAst2010E..92C . дои : 10.1155/2010/847541 . S2CID 13823900 .
- ^ Аде; и др. (Сотрудничество Планка) (2013). «Результаты Планка 2013. XXIII. Изотропия и статистика реликтового излучения». Астрономия и астрофизика . 571 : А23. arXiv : 1303.5083 . Бибкод : 2014A&A...571A..23P . дои : 10.1051/0004-6361/201321534 . S2CID 13037411 .
- ^ Лонго, Майкл (2007). «Есть ли у Вселенной рука?». arXiv : astro-ph/0703325 .
- ^ Хаслбауэр, М.; Баник, И.; Крупа, П. (21 декабря 2020 г.). «Пустота KBC и напряжение Хаббла противоречат LCDM в масштабе Gpc - динамика Милгрома как возможное решение» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 499 (2): 2845–2883. arXiv : 2009.11292 . Бибкод : 2020MNRAS.499.2845H . дои : 10.1093/mnras/staa2348 . ISSN 0035-8711 .
- ^ Сален, Мартин; Субельдия, Иньиго; Силк, Джозеф (2016). «Нарушение вырождения скопления и пустоты: темная энергия, Планк, а также крупнейшее скопление и пустота» . Письма астрофизического журнала . 820 (1): Л7. arXiv : 1511.04075 . Бибкод : 2016ApJ...820L...7S . дои : 10.3847/2041-8205/820/1/L7 . ISSN 2041-8205 . S2CID 119286482 .
- ^ Февраль, С.; Ларена, Дж.; Смит, М.; Кларксон, К. (2010). «Преобразование темной энергии в пустоту». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 405 (4): 2231. arXiv : 0909.1479 . Бибкод : 2010MNRAS.405.2231F . дои : 10.1111/j.1365-2966.2010.16627.x . S2CID 118518082 .
