El CMBR, la distribución de galaxias y los cambios rojos cosmológicos se ven casi iguales en todas las direcciones. ¿Es esto una casualidad?

No estoy seguro de qué quiere decir exactamente con la premisa de su pregunta; Puedo ver tres posibles interpretaciones. Lamento parecer pedante, pero las diferentes premisas tienen respuestas muy diferentes.

1. Las estructuras vistas en el CMB y la distribución de galaxias se superponen en sus proyecciones como se ve desde la Tierra (la distribución de los desplazamientos al rojo no tendría sentido aquí).
2. El contraste estadístico en la estructura (la relación entre la mayor y menor densidad) es similar entre el CMB, la distribución de galaxias y los desplazamientos al rojo cosmológicos.
3. La distribución estadística espacial de la estructura en el CMBR, la distribución de galaxias y los desplazamientos al rojo cosmológicos son similares.

Aquí están mis pensamientos sobre cada uno:

1. Superposición de estructuras proyectadas. No hay tal superposición observada hasta donde yo sé; si lo hubiera, sería una casualidad. Esto se debe a que la estructura a gran escala del CMB y la distribución de galaxias no coinciden espacialmente (están separadas por unos 13 mil millones de años luz). Además, las proyecciones difieren entre los diferentes observadores. Si cualquier solapamiento tuviera una razón física, tendríamos que vivir en un lugar privilegiado del Universo, lo que violaría prácticamente todas las restricciones experimentales que tenemos.
2. Contraste estadístico de estructura. Esta premisa sería falsa: el contraste en el CMB es de [matemática] 10 ^ {- 6} [/ matemática] mientras que el contraste en la distribución a gran escala de galaxias es de [matemática] 10 ^ 6 [/ matemática].
3. Distribución estadística espacial de la estructura. Esta premisa es parcialmente cierta en que el tamaño de las estructuras más grandes es el mismo entre ellas. Eso no es casualidad en absoluto. Aquí está la razón: toda la estructura en el Universo se condensó (gravitacionalmente) de la estructura “bebé” en el Universo muy temprano como se ve en el CMB. El tamaño de la estructura más fuerte en el CMB estaba limitado por el horizonte del Universo en ese momento (el tamaño del Universo visible para un observador en ese momento). Esto se debe a que los tamaños más grandes estaban fuera del contacto causal entre sí (más allá del horizonte) y, por lo tanto, no podían afectarse entre sí. Eso “se congeló” en la escala de las fluctuaciones más grandes, que se convirtieron en las “burbujas” que vemos hoy: vacíos forrados con paredes y filamentos de galaxias.

Considerar algo casual en física es simplemente descartar la pregunta, y en este caso una importante.

El problema de la planeidad del universo puede resolverse potencialmente mediante la teoría de la inflación que ofrece una buena explicación de la uniformidad observada. La uniformidad de CMBR, la distribución de galaxias y la isotropía están interrelacionadas. Aunque la teoría inflacionaria tiende a ser ampliamente aceptada, todavía no está completamente establecida experimentalmente.

No es una casualidad. Se describe con mayor precisión que el universo es isotrópico (lo mismo en todas las direcciones) y homogéneo (en todas las posiciones), en lo grande (para distancias grandes donde se promedian diferencias a pequeña escala).

En realidad es una característica importante del universo. La teoría principal para esto se llama inflación, esa materia y densidad que estaban mucho más juntas muy poco después del big bang, y por lo tanto estaban en contacto causal, es decir, tendían a homogeneizarse a través de interacciones cercanas, llamándolo lograr un equilibrio de igual distribución de propiedades físicas. Luego ocurrió la inflación y todos se generalizaron por todo el universo, y también tienen distribuciones similares en la actualidad. Fue uno de los grandes problemas no explicados antes de la teoría de la inflación.

Pero hay más. Esa isotropía a la que te refieres se ha medido con extrema precisión en distancias grandes, es decir, cosmológicas de unos cientos de millones de años luz o más. Las mediciones han sido para distribuciones Galaxy y otras características. El más preciso ha sido para el fondo cósmico de microondas (CMB). El CMB se originó unos 280000 años después del Big Bang, y ya en ese momento el universo era homogéneo e isotrópico, en general. Las variaciones de la homogeneidad medidas en el CMB coinciden muy bien con los modelos de evolución de esas fluctuaciones de densidad que causan las estrellas y galaxias. Se realizarán mediciones adicionales para modelos más refinados. Cuando podamos detectar radiación gravitacional (que requiere detectores mucho más grandes que LIGO que detectó radiación gravitacional de longitud de onda más pequeña para fusionar agujeros negros) podremos ver más atrás que los 280000 años después del Big Bang, y ver las fluctuaciones de densidad en ese momento , y mejorar nuestros modelos.

La otra cosa es que el modelo general de relatividad del universo es lo que resulta si se asume la homogeneidad y la isotropía, por lo que esas propiedades de simetría nos llevaron a resolver la solución de las ecuaciones que describen el universo y su expansión. Se llama la solución de Friedmann Robertson Walker.

Su observación de que se ve así se ha confirmado con mucha precisión y esas simetrías han permitido hacer posible el conocimiento que tenemos actualmente de la geometría y evolución del espacio-tiempo del universo.

No. Es una predicción fundamental de la teoría del Big Bang. Si alguno no fuera cierto, tendríamos que cuestionar seriamente esa teoría. Hay otra evidencia, pero una asimetría significativa en cualquiera de las cosas que usted describe le daría dificultades a la teoría del Big Bang.

No. Es una consecuencia directa de la teoría del big bang y la relatividad general dada una condición inicial de un universo con un volumen distinto de cero que está en un estado denso y caliente en un equilibrio térmico muy cercano y luego sufre una inflación rápida.

De hecho, si no viéramos algo así, plantearíamos un universo muy diferente al que observamos.