¿El fondo cósmico de microondas (CMB) establece un marco absoluto? ¿No observamos un componente dipolo en la anisotropía CMB debido al movimiento de la Tierra?

¿No observamos un componente dipolo en la anisotropía CMB debido al movimiento de la Tierra?

Si. Por ejemplo, consulte: Dipolo de fondo de microondas cósmico.

¿El fondo cósmico de microondas (CMB) establece un marco absoluto?

En realidad no, pero es lo más cerca que podemos llegar. Hay varias cosas que podrías decir con esto:

  1. ¿El CMB proporciona un marco de referencia objetivo, natural y físicamente interesante?

    Sí, pero solo aproximadamente . Es aproximado porque puede ser difícil distinguir entre la parte del dipolo que proviene del efecto Doppler y la parte que está “realmente allí” (es decir, el resultado de las diferencias de temperatura en el plasma recombinante). Sin embargo, dado que el dipolo es significativamente más grande que las variaciones “reales”, podemos suponer con seguridad que se trata principalmente de Doppler, lo que nos da un número aproximado (con una precisión del 10% aproximadamente).

  2. ¿El CMB proporciona un marco de referencia que de alguna manera es mejor que los otros marcos? ¿Es el marco de descanso CMB el marco “correcto”?

    No. Es un marco que la naturaleza ha señalado en cierta medida, pero eso no significa que algún otro marco de referencia arbitrario no sea tan válido físicamente. No hay nada de malo en elegir un marco de referencia en el que el CMB tenga un impulso neto distinto de cero.

… un componente dipolo que se dice que se debe al movimiento de la Tierra debe sustraerse para producir el mapa final. ¿Cómo no es esto una violación de la relatividad?

No, esto no viola la relatividad. La relatividad requiere que las leyes de la física funcionen de la misma manera en cualquier marco de referencia inercial; nada sobre el marco de descanso CMB produce diferentes leyes de la física.

Entonces, ¿por qué restar el dipolo? Una variedad de razones, tal vez la mayor de las cuales es que, de lo contrario, el dipolo (no muy informativo desde el punto de vista cosmológico) ahogaría los momentos multipolares superiores (altamente informativo desde el punto de vista cosmológico). Al restar el momento dipolar (grande), hace que sea más fácil “acercar” las variaciones más pequeñas y “reales”.

Como analogía, considere un concurso para una oferta de trabajo, en el que cada concursante realiza una serie de 5 tareas, en las que gana puntos de 10. Sin embargo, para la última tarea, cada concursante también recibe un número adicional de “bonificación adicional puntos “, elegidos al azar entre 0 y 1000 (elegidos por separado para cada concursante).

Algunas cosas que debe hacerse:

  1. Si usted fuera el gerente de contratación, ¿sería tan útil observar el total de puntos combinados de cada candidato? Realmente no; La mayor influencia en eso es la bonificación aleatoria en la quinta tarea, que no le proporciona información útil. Del mismo modo, el cambio Doppler en el CMB es solo un artefacto aleatorio de nuestro movimiento relativo; en realidad no dice nada significativo sobre el cosmos en su conjunto si un astrónomo en una galaxia diferente mediría algo totalmente diferente.
  2. ¿Qué mejoraría su información como gerente de contratación? Bueno, idealmente, desearía poder ver los puntos totales con la “bonificación” restada. Pero, si no puede saber cuál era la bonificación, realmente no puede hacer eso, por lo que está atrapado. Pero, ¿qué pasaría si pudieras saber cuántos puntos obtuvo cada concursante en cada tarea, en total? Luego, puede descartar toda la quinta tarea y hacer su evaluación basada solo en las primeras cuatro. ¿Estás arrojando alguna información? Sí … pero venía con tanto equipaje adjunto que era más problemático de lo que valía la pena. Es mucho mejor ver lo que puede determinar a partir de las primeras cuatro tareas, donde realmente sabe lo que sucedió.

Entonces, para resumir: restamos el dipolo para que nos sea más fácil ver los datos realmente útiles; el marco de descanso CMB es especial, pero no de una manera que rompa la relatividad; y existe una incertidumbre significativa e inevitable sobre qué es exactamente ese marco.

Sí, pero es solo una estación de tren más grande. 😉

En otras palabras, en los ejemplos habituales de relatividad hablamos mucho sobre trenes y estaciones y el hecho de que no se prefiere ninguno de los marcos. Desde el punto de vista de un pasajero del tren, es la plataforma la que parece moverse, no el tren. Pero nadie realmente lo cree. Nos convencemos de que la plataforma es más fundamental que el tren (por razones perfectamente sensatas). Sin embargo, las leyes de la física no tienen preferencia, ¡y eso es lo mismo para el marco CMB!

En realidad, incluso sin el CMB, un universo en expansión tiene un marco preferido, en el que la expansión es isotrópica y la materia está localmente en reposo. Y sí, sería el mismo marco en el que el CMB en sí mismo es isotrópico.

Sin embargo, dudaría en llamarlo un “marco absoluto”. No tiene nada de absoluto: las leyes físicas ya no son válidas en este marco ni menos válidas en otros marcos. Más bien, es una propiedad de un universo lleno de materia (recuerde, la solución de Friedmann-Robertson-Lemaitre-Walker es una solución llena de materia) que siempre puede elegir un sistema de coordenadas en el que la materia esté localmente en reposo. Esto es cierto incluso en el espacio-tiempo de Minkowski que está lleno de materia homogénea.

Sí, se observa un dipolo, y creemos que el CMB establece un marco de referencia cósmico sensible, por lo que el dipolo se resta para hacer el mapa CMB real.

Tal “marco de referencia cósmico” no debe confundirse con la afirmación de la relatividad de que no se prefiere ningún marco de referencia sobre los demás. La relatividad aún se mantiene, ya que cada experiencia subjetiva puede ser reformulada en un marco de referencia diferente. Pero desde un punto de vista cosmológico, es sensato ver el CMB “puro” (después de restar cualquier dipolo debido a un movimiento relativo) como una especie de marco de referencia neutral que debe ser acordado por cada observador en el tiempo actual. universo.

Sí, CMB establece una trama absoluta, quedando todas las otras tramas físicamente equivalentes. El componente dipolo medido del CMB está relacionado con el movimiento del Sol (y la Galaxia) con respecto a este marco absoluto con una velocidad de ~ 300 km / s. La precisión actual de las observaciones de CMB es insuficiente para medir el dipolo correspondiente relacionado con el movimiento de la Tierra alrededor del Sol con una velocidad de ~ 30 km / s.

La relatividad afirma que no existe un marco de referencia inercial preferido con respecto a las leyes de la física.

La existencia de un marco de referencia inercial particular con respecto a la distribución de radiación en el universo (o incluso, la materia que causó la radiación), no es una contradicción.