¿Existe un marco de referencia verdaderamente estacionario para el Universo?

Algo así como. Dejame explicar.

La relatividad general nos dice que no existe una noción absoluta de “estacionario”. Sin embargo, uno puede ser (en términos generales) “estacionario con respecto a algo”. Por ejemplo, cuando tratamos con objetos alrededor de un agujero negro, generalmente trabajamos en un marco de referencia tal que la singularidad del agujero negro es esencialmente estacionaria.

Desafortunadamente, no es tan fácil encontrar un objeto estacionario en el universo. No hay un objeto que obviamente uno quiera elegir como estacionario … no, el Big Bang no cuenta (tiene lugar en todas partes y de manera equivalente a todas las velocidades).

Dicho esto, aunque puede tomar cualquier objeto en particular como estacionario, puede tener una especie de marco especial con el requisito de que “el impulso promedio de todo [en el universo observable] es cero” – tenga en cuenta que esto trata a todos los objetos de manera equivalente . En esencia (no precisamente, pero lo suficientemente cerca), esto nos da un marco de referencia estático: el fondo cósmico de microondas, o CMB. No es exactamente un objeto, pero aún puede hablar sobre su velocidad con respecto a él en términos de desplazamiento al rojo debido a su isotropía a gran escala. De hecho, cuando observamos las “anisotropías en el CMB” (es decir, la diferencia en mirar de una dirección a otra), determinamos precisamente este desplazamiento al rojo general desde el movimiento de la Tierra con respecto a él, y esto podría hacerse en cualquier referencia marco.

Permítanme proporcionar lo que creo que es una analogía razonable a través de fluidos. Tomar nadar en agua agua. Primero, tenga en cuenta que la “velocidad absoluta” no es realmente un factor relevante aquí: usted nada a una velocidad relativa al agua a su alrededor, no en ningún sentido absoluto (las mareas locales lo arrastran, etc.). Por lo tanto, a pesar de que no existe una “velocidad cero global”, puede hablar de estar estacionario con respecto al agua que lo rodea. Por supuesto, esa agua está compuesta de muchas pequeñas partículas que se mueven a todo tipo de velocidades diferentes, pero aún se puede hablar de ella en términos de movimiento masivo, si promedia un poco.

Ahora, tome las propiedades análogas en el universo. El universo observable es como el “agua que te rodea”: tiene una velocidad en masa, de una especie (tal como puedes hablar sobre el agua en un área como estacionaria, a pesar de que puede moverse con respecto al agua en otros lugares). Las galaxias individuales, los planetas, las estrellas, etc. (funciona como una imagen independientemente de la escala) son como los átomos de agua: se mueven de cualquier manera como partes individuales, y el movimiento del todo es esencialmente el promedio de estas. Por lo tanto, así como se puede hablar sobre los átomos de agua que se mueven con respecto al movimiento promedio del fluido en su conjunto, también se puede hablar sobre el movimiento de las galaxias, etc. con respecto a “lo observable universo en su conjunto “.

Sin embargo, tenga en cuenta que esto solo se aplica a un universo observable; así como partes distantes del agua pueden moverse a diferentes velocidades, diferentes partes de todo el continuo espacio-tiempo que están más allá de, digamos, unos pocos radios observables del universo también pueden moverse a velocidades completamente diferentes.

Por lo tanto, en resumen : no hay forma (creemos) de tener un marco de referencia estático natural para todo nuestro universo. Hay un camino para nuestro universo observable , que es con lo que prácticamente tratamos.

La relatividad general (o relatividad especial, o incluso la mecánica clásica con relatividad galileana) dice que “uno no tiene una velocidad absoluta sin un objeto de referencia”. La cosmología nos da un objeto de referencia: el CMB (aunque este “objeto” depende, hasta cierto punto, en nuestra ubicación), para que en ese contexto particular , podamos definir un marco especial.

Sí hay.

Los físicos creen ampliamente que todos los marcos de referencia son igualmente válidos: que una nave espacial que acelera lejos de un planeta es indistinguible del planeta que acelera lejos de la nave espacial.

En realidad, se necesita mucha más energía para acelerar un planeta, especialmente cuando todo el resto del universo también está acelerando (en relación con la nave espacial). A menos que prescindamos de la ley de conservación de la energía, debemos aceptar que solo hay un marco de referencia inercial universal.

También Einstein afirma que. No hay forma de que un pasajero en un cohete que acelera a 32 pies por segundo por segundo determine si está en un cohete acelerado o estacionario en la Tierra. Este no es el caso. Si tuviera que suspender una masa sustancial del “techo” y luego soltarlo mientras estaba parado sobre una balanza, observaría que su peso corporal aumenta mientras la masa cae y luego disminuye brevemente cuando el peso golpea el “piso” si estaba en un cohete. En la Tierra su peso no cambiaría. Piénsalo.

Vale la pena recordar que la existencia del “éter luminífero”, que se creía que era el medio en el que se propagan las ondas de luz, fue considerada un hecho, no solo por Sócrates y Aristóteles, sino también por Boyle, Huygens, Newton, Fresnel, Maxwell, Lorenz y Einstein (“Según la teoría general de la relatividad, el espacio sin éter es impensable”). Lord Kelvin fue tan lejos como para decir que la existencia del éter era en realidad la única cosa en la ciencia de la que estaban seguros.

El experimento de Michelson-Morley mostró que todos estaban equivocados, lo que demuestra ampliamente la validez de la convicción de Bertrand Russell: “El hecho de que una opinión haya sido ampliamente sostenida no es evidencia de que no sea completamente absurda”.

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La física tolera cualquier marco de referencia * [* no acelerado]. Galileo lo demostró, lo dramatizó. Einstein mató el asterisco: la aceleración del cuadro en sí es solo gravedad, una curvatura 4D.

Entonces está resuelto. Todos los marcos son iguales.

Sin embargo, parece que no podemos dejar de lado la idea de que algunos marcos son más iguales que otros.

El fondo cósmico está en el gran final de una serie de plataformas de referencia cada vez más grandiosas: la tierra que nos rodea. Nuestra isla local La tierra.

Aristarco tenía uno al sol. Arquímedes agregó todas las estrellas fijas. Hizo girar la tierra, orbitando el sol con cinco planetas, y les dijo a las estrellas que se comportaran. Escribió un gran libro sobre medir todo esto. De la historia de las mediciones de paralaje, demostró que para ser “arregladas” las estrellas tenían que estar a 10 ^ 14 estadios (dos años luz, lo llamaríamos) de su casa en Siracusa. Los pensó lo suficientemente firmes como para dejar que un ambicioso comerciante llenara el espacio vacío con 10 ^ 64 granos de arena, luego le presentó el número al rey de Sicilia. No está registrado lo que su majestad Gelo II hizo de él.

Más cerca de nuestro tiempo, Hubble se mudó de las estrellas en general a la Vía Láctea. (No es que ninguno de nosotros realmente pueda verlo nunca más.) Suena como una buena selección de referencia, excepto que hay tantas galaxias y la que elegiríamos “simplemente sucede” que está más cerca.

Entonces ahora se ofrece el fondo cósmico de microondas. Solo el CMB es solo luz (una vez visible e infrarroja, ahora radio) que nos llega desde todas las direcciones en el espacio. Entonces, ¿cuál es el marco de referencia?

La fuente (donde comenzó la radiación) podría ser un lugar para comenzar, excepto que está muy lejos (el límite del universo visible) y que está huyendo. (Más rápido que la velocidad de la luz, como sucede; en Quora eso parece un problema).

Aún así, hay un marco de referencia: elija una velocidad que haga que las imágenes se vean bien. En una etapa temprana de procesamiento, la imagen de Planck CMB se veía así,

mapeo de temperatura contra la dirección de la tierra.

En el área de 4π, la temperatura de radiación varía de 2.728 Kelvin (rojo) en una dirección a 2.721 Kelvin (azul) en el lado opuesto, pero si saca “el dipolo” –el movimiento compartido de la Vía Láctea, Andrómeda, Triángulo– obtenemos el que imprimieron:

Este CMB es dramáticamente más suave, la variación de temperatura aparente es quince veces menor. Entonces, ¿tenemos ahora un marco de referencia “verdaderamente estacionario”, mejor que, digamos, nuestro grupo local, cuyo movimiento ha sido anulado? La elección parece especial de una manera que una galaxia, uno de tantos miles de millones, o un grupo local, uno de miles de millones también, no lo es. Después de todo, hemos eliminado todo lo “local” sobre nuestra elección, ¿verdad?

No. Pero tienes que jugar un poco para ver por qué: es único solo para nosotros.

La superficie fotografiada por el CMB es un enorme y distante caparazón que nos rodea. Dentro de ese caparazón, donde está ahora, 13.800 millones de años después, sin duda hay seres sensibles y curiosos. Desde el espacio entre nosotros, probablemente compartiríamos la vista de algunas galaxias. Pero “los otros” no verían galaxias desde nuestra distancia total, tal como nosotros no vemos ninguna de ellas. Los vemos como estaban en el año 374,000 AB (después de la explosión). Nos hemos dado un par de premios Nobel por eso. Pero donde estamos, esos otros ven, transmitiendo desde ese mismo tiempo, su propio CMB. Nosotros.

Su CMB, como el nuestro, muestra nuevos átomos que se forman por primera vez en el plasma refrigerante del Big Bang.

. En el espacio, su imagen CMB se superpone a la nuestra.

. Está en movimiento con respecto a nuestra imagen.

. Al igual que el nuestro, se está expandiendo, volando aparte.

Los centros de las dos imágenes CMB (la nuestra en el centro, la de ellos en nuestro borde y viceversa) están separados por la mitad del diámetro de cualquier universo visible (el nuestro o el de ellos), la distancia, 46 mil millones de años luz, crecido en 13.8 mil millones de años. [¿Imposible? Lleve su argumento a las ecuaciones de Einstein, o al modelo de Friedmann, o los parámetros de las misiones de recolección satelital WMAP y Planck.]

Por todo eso, este otro marco de referencia basado en CMB, volando lejos de nosotros a, sí, tres veces la velocidad de la luz, es tan válido como el nuestro. Entonces no es único. De hecho, cada punto en el espacio tiene el suyo.

Conjunto de problemas:

1) Si viajar por el material que dispersa el CMB –a 3.3c ahora, mucho más en ese momento– es desafiante, pruebe el problema complementario: el viaje por la radiación misma para llegar a nosotros.

En ese momento, la superficie estaba a solo 43 millones de años luz de distancia. La luz ha tenido casi 13.8 mil millones de años para volver aquí. ¿Qué le tomó tanto tiempo?

¿Qué tan rápido es la luz realmente?

2. Ahora comience en el Big Bang. ¿Qué tan rápido tuvo que moverse la superficie de dispersión CMB desde 0 AB, cuando estábamos todos juntos, para irradiar CMB en el año 374,000 AB?

Cada marco de referencia que no está acelerando es un marco de referencia estacionario, por lo que hay un número infinito de ellos. Sin embargo, es probable que no pretendas que la pregunta sea la forma en que está redactada.

Antes del advenimiento de la relatividad se pensaba que la luz viajaba en relación con un solo marco de referencia del universo fijo. Ese marco de referencia se llamaba el éter. Este es probablemente el marco de referencia que pretendía significar. Los experimentos de Michelson Morley demostraron que no existe. En particular, la velocidad de la luz a través del éter debería cambiar a medida que la Tierra orbita alrededor del Sol el doble de la velocidad de la órbita. Una vez que C se midió mucho más exactamente que la velocidad orbital alrededor del Sol, se demostró que C es igual en todas partes. Bingo, sin éter, sin marco de referencia universal. Doble bingo, TODOS los cuadros que no están acelerando son estacionarios.

Sí, lo hay, pero no hay un marco de referencia preferido. El ruido de fondo cósmico de microondas (como afirmó Rafael Hoyos en su respuesta) se puede observar en todas partes y podemos llamar a la velocidad que anula el cambio doppler el marco de referencia estacionario.

Las leyes de la física, especialmente la relatividad, prohíben un marco de referencia preferido, por lo tanto, un objeto en reposo en relación con CMB no tiene características diferentes que cualquier otra velocidad.

El punto es que no existe un marco de referencia preferido.

Si un objeto existiera fuera del universo y viera que el universo pasa rápidamente, entonces eso sería un ejemplo, pero nuevamente es un posible marco de referencia arbitrario.

Otro objeto que viaja hacia ese objeto también vería al universo moverse y a sí mismo como estacionario.

NOSOTROS estamos estacionarios y vemos el universo expandirse …

para el universo, no.

Esto es exactamente lo que la teoría de la relatividad general nos dice que solo se puede suponer un marco de papelería, pero que la estacionaria absoluta es imposible.

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Me imagino que la respuesta afirmativa tiene que ser desde un punto de vista metafísico, lo que los antiguos sabios indios llamaban el ParaBrahman o la Conciencia Universal.

Supongo que el equivalente físico / científico de la misma debe estar representado por la función de onda Universal, un estado de Hawking-Hartle, por así decirlo.

El CMB a veces se usa como referencia para medir la velocidad de las galaxias u otros cuerpos celestes.

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