Heelalmodel zonder kosmologisch principe onwetenschappelijk?

[ZVdP]

-- EDIT moderator jkien: Deze discussie over de (on)wetenschappelijkheid van een heelalmodel dat afwijkt van het kosmologische principe is afgesplitst van een ander Een sterrenkundige theorie met een centraal (of op een andere manier bevoordeeld) punt in het heelal is automatisch niet-wetenschappelijk.[/quote]

Dat volg ik niet.

Dat je met een model met een centraal punt alle waarnemingen moeilijk kan verklaren, oké. Maar waarom zou zo'n theorie niet wetenschappelijk moeten zijn? Je zou eventueel de waargenomen homogeniteit ook nog verklaren doordat we ons ver van dat punt bevinden.

[317070]

Dat je met een model met een centraal punt alle waarnemingen moeilijk kan verklaren, oké. Maar waarom zou zo'n theorie niet wetenschappelijk moeten zijn? Je zou eventueel de waargenomen homogeniteit ook nog verklaren doordat we ons ver van dat punt bevinden.

Neen, want in dat punt zou je net zo isotroop en homogeen moeten zijn als hier.

Viewed on a sufficiently large scale, the properties of the Universe are the same for all observers.

Bovendien draai je het nu ook om, je zegt dat homogeniteit het kosmologisch principe verklaart, maar volgens mij klopt dat niet. Het kosmologisch principe is noodzakelijk om sterrenkunde op een wetenschappelijke manier te benaderen, het feit dat het heelal erg homogeen lijkt te zijn, duidt er dan op dat dit principe niet-verkeerd is. Moest ons heelal niet-homogeen blijken, dan is het kosmologisch principe niet correct, en vervalt sterrenkunde op grote schaal tot een groot "we kunnen het niet weten"

[ZVdP]

Wat ik wil zeggen is dat ik niet inzie waarom je per se het kosmologisch principe zou moeten behouden om een wetenschappelijke theorie te hebben.

Ik vind dat ook niet meteen ergens terug.

[317070]

Wat ik wil zeggen is dat ik niet inzie waarom je per se het kosmologisch principe zou moeten behouden om een wetenschappelijke theorie te hebben.

Een wetenschappelijke theorie moet toetsbaar zijn, bij kosmologie kun je geen experimenten opzetten, dus moet je ergens concessies doen om van wetenschappelijkheid te kunnen spreken. Er van uitgaan dat we ons niet op een bevoorrechte plaats in het heelal bevinden is daar een van. Ons binnen een bepaalde afstand bevinden van een bevoorrechte plaats is ook een voorrecht (wat is de kans daarvan?), dus kan er nergens een bevoorrechte plaats zijn.

Ik vind dat ook niet meteen ergens terug.

Uit het eerder genoemde wiki-artikel.

The cosmological principle represents both the principle on which cosmological theory and observation can proceed and ...

[ZVdP]

Een theorie die anisotropie voorspelt is toch ook toetsbaar door metingen te doen op bijvoorbeeld de CMBR?

Voor mij is het kosmologisch principe eerder gelinkt aan Occam's razor; een theorie die veronderstelt dat de aarde in het centrum staat is inderdaad heel onwaarschijnlijk.

Het

Maar stel dat metingen uitwijzen dat er op nog grotere schaal dingen niet meer isotroop lijken te zijn, dan kan je daar toch nog steeds een falsifieerbare theorie rond ontwerpen, zodat die de metingen verklaart?

[317070]

Een theorie die anisotropie voorspelt is toch ook toetsbaar door metingen te doen op bijvoorbeeld de CMBR?

Als je een theorie hebt die niet vooropstelt dat het heelal isotropisch is, en je meet (via CMBR=achtergrondstraling) bijvoorbeeld dat het heelal isotroop is, dan zitten we gewoon vanuit de verkeerde plaats te meten en zien we toevallig iets isotropisch... maar het is wel de enige plaats van waaruit we kunnen meten.

Anisotropie is niet falsifieerbaar als je niet kunt aantonen dat de hemel die wij zien representatief is voor het volledige heelal, en laat je net daarvoor het kosmologisch principe nodig hebben.

Voor mij is het kosmologisch principe eerder gelinkt aan Occam's razor; een theorie die veronderstelt dat de aarde in het centrum staat is inderdaad heel onwaarschijnlijk.

Het is ergens wel gelinkt, maar er is wel een verschil. Als ik in de basisfysica een theorie bedenk, dan kun je een experiment opzetten om me fout te bewijzen. Occams razor is een goede aanwijzing voor welke van 2 theorieën goed is, maar kan niet echt een theorie an sich afkeuren.

Als ik in de kosmologie een theorie bedenk die onze waarneembare hemel niet onmogelijk maakt, dan is het gedaan met discussiëren. Al de rest kan berusten op toeval over onze plaats in dit heelal. We hebben namelijk maar 1 meting...

[eendavid]

Dat kosmologie geen experimenten zou kunnen doen is foutief. In de ganse geschiedenis van kosmologie hebben waarnemingen een belangrijke invloed gehad op de prominente ideeën, en tegenwoordig gaat het om echte precisie-experimenten (google "precision cosmology").

Het power spectrum van de cosmic microwave background (CMB), een maat voor de anisotropie in de CMB, is daar een notoir voorbeeld van. Het is tevens een schoolvoorbeeld van anisotropie op een wetenschappelijke manier (i.e. een voorspelde en gemeten anisotropie).

Bovendien, het hoeft denk ik geen uitleg dat ons heelal niet isotroop is, dat is slechts een benadering (en dus al lang gefalsifieerd).

[Bella Kohler]

Trouwens, er wordt inderdaad gezegd dat het heelal geen middelpunt heeft, en dit heb ik nooit helemaal begrepen, misschien kan iemand het toelichten...

Want als het heelal echt ontstaan is uit een Big Bang, zoals nu aangenomen wordt, dan MOET er toch een middelpunt zijn? Want de kracht van de explosie "duwt" alle materie van het "beginpunt" af, net als bij een gewone explosie op Aarde, of een supernova in het heelal. Wat was er dan zo anders aan de Big Bang dat dit niet hierop van toepassing is?

En ik vraag me nog iets af, wat nu ineens bij me opkomt nu ik dit schrijf, "Energie gaat nooit verloren", dit is een algemeen aangenomen regel binnen de natuurkunde. De energie in een gesloten systeem kan wel van "vorm" veranderen, maar kan nooit vernietigt noch gemaakt worden. Niemand zal dit betwisten, toch?

Maar dan vraag ik me af: waar komt "de energie" dan vandaan? Ik vind het raar om ervan uit te gaan dat het er ALTIJD al geweest is, want het moet toch ergens "beginnen"? Of is er "buiten ons universum" een andere tijdwaarneming? (is er dan uberhaupt wel tijd?)

En wat heeft de Big Bang "in actie gezet"? Wat was ervoor? En wat is er na het einde van ons universum, of nog beter: BUITEN ons universum? Want theoretisch gezien is ons universum niet oneindig, dan moet er ergens een grens zitten, en dus ook iets voorbij die grens. Nog buiten beschouwing gelaten of wij die grens over kunnen steken of niet. Want wat zou er daar buiten zijn? Geen ruimte? Geen tijd? Geen natuurwetten? (die werden immers "gemaakt" bij de Big Bang) Meer universa? We zullen het ongetwijfeld nooit weten, maar toch ben ik hier altijd al door gegrepen geweest...!

Misschien een beetje offtopic (tja, ik ben goed in afdwalen denk ik?), maar dit kwam zomaar in me op. Ik weet dat het niet wetenschappelijk onderbouwd is, etc. etc. maar dan kan je er nog steeds over nadenken

[Neutra]

Ik vind het raar om ervan uit te gaan dat het er ALTIJD al geweest is, want het moet toch ergens "beginnen"?

Die gedachte is gebaseerd op het idee van geboorte en dood; een typisch menselijke gedachte.

Waarvoor zou het heelal niet altijd hebben kunnen bestaan?

[317070]

Dat kosmologie geen experimenten zou kunnen doen is foutief. In de ganse geschiedenis van kosmologie hebben waarnemingen een belangrijke invloed gehad op de prominente ideeën, en tegenwoordig gaat het om echte precisie-experimenten (google "precision cosmology").

Maar hierbij stel je waarnemingen doen gelijk aan experimenteren, beide zijn volgens mij fundamenteel verschillend.

In het kort kun je het volgens mij ook als volgt zien. Ons (kosmologisch) universum is in een aantal dimensies, maar we kunnen op onze aarde hoogstens informatie in 3D (tijd en 2 richtingen) waarnemen. Je moet dus ergens een extra voorwaarden vooropstellen om een theorie over een meer-dan-3D ruimte te kunnen maken (zoals onze 4D visie die we nu over het algemeen hebben: lengte-breedte-hoogte-tijd), en een van die extra voorwaarden was volgens mij het kosmologisch principe.

Moest je die voorwaarde niet opleggen, dan kun je legio modellen maken over de ruimte, waarbij het onderscheid ertussen niet falsifieerbaar is. (want we kunnen enkel waarnemen, niet experimenteren)

Het power spectrum van de cosmic microwave background (CMB), een maat voor de anisotropie in de CMB, is daar een notoir voorbeeld van. Het is tevens een schoolvoorbeeld van anisotropie op een wetenschappelijke manier (i.e. een voorspelde en gemeten anisotropie).

Dit is een moeilijke, daar heb ik nooit bij stilgestaan. Dus volgens jou is de CMB in tegenspraak met het kosmologisch principe? Zijn het geen 2 verschillende dingen. Is CMB niet gewoon een waarneming, maar de theorie erachter (het big-bang model) wel een isotrope theorie, dus zonder voorkeurrichting?

Nu vind ik dit moeilijk, aangezien ik me bij CMB nog steeds moeilijk iets kan voorstellen. Het is licht van erg lang geleden, maar ik kan me niet echt een beeld vormen bij waar dat licht van die ene richting dan precies vandaan komt, en waarom het verschillend zou zijn van het licht vanuit de andere richting. (maar dat is misschien een ander topic.)

Bovendien, het hoeft denk ik geen uitleg dat ons heelal niet isotroop is, dat is slechts een benadering (en dus al lang gefalsifieerd).

Euhm, nu verwar je me (ergo, er is dus wel uitleg nodig ). Is het al gefalsifieerd dat het universum op voldoende grote schaal niet isotroop zou zijn? (oftewel, er bestaat geen schaal/grootteorde vanaf waar het universum isotroop wordt) Hoe dan?

[eendavid]

Bedoel je dat we enkel beinvloed worden door gebeurtenissen die zich, op een vast tijdstip, op een sfeer rondom ons bevinden? Dat is niet correct: elk object binnen de waarneminghorizon kan je beïnvloeden: interacties hoeven niet aan een specifieke snelheid te reizen. Ik weet niet 100% wat je bedoelt, maar laat me proberen je te overtuigen dat (1) homogeniteit en isotropie een benadering is en dus al gefalsifieerd in die zin (ik denk dat we hier al akkoord zijn), en (2) dat de uitspraak "ons heelal is in goede benadering homogeen en isotroop" falsifieerbaar is, maar de testen doorstaat.

Het is zeker een onderscheid dat we de beginvoorwaarden niet kunnen beïnvloeden en in die zin waarnemen ipv experimenteren, maar dat is niet zo relevant: we stellen modellen op en falsifiëren die. Een model dat een niet-FLRW metriek opstelt binnen onze waarnemingshorizon zal ofwel homogeniteit ofwel isotropie schenden, en voorspellingen doen die verschillen van de FLRW modellen. Eén van beide stemt overeen met de metingen, de andere is gefalsifieerd. FLRW voorspelt op effecten van een niet-meebewegende waarnemer na, een isotrope CMB, een isotrope sterrenhemel,... en is dus gefalsifieerd (maar wel in zeer goede benadering correct). Zoals je zelf al aangeeft is homogeniteit en isotropie een benadering die op grote afstanden zeer goed opgaat, en nuttige resultaten levert (bijvoorbeeld het black body spectrum van CMB). Maar je kan gerust op een wetenschappelijke manier de anisotropiën en inhomogeniteiten bestuderen, cfr het power spectrum van CMB.

Ik onderstel dat je akkoord bent, en enkel bedoelt dat het kosmologisch principe in eerste orde niet-falsifieerbaar is. In dat geval is het inderdaad niet gefalsifieerd (wel in tegendeel), maar het is wel falsifieerbaar. Er zijn massa's anisotrope en/of inhomogene kosmologische modellen, ook in eerste orde, en deze maken een verschillende voorspelling op vele vlakken (opnieuw, het verschil in de metriek moet zich binnen onze past light-cone bevinden). Bijvoorbeeld, de Hubble parameter zou afhankelijk kunnen zijn van de hoek waaronder we kijken, of de afstand waarover we kijken. Indien we dat zouden waarnemen, dan zou

Verborgen inhoud

Er zijn inderdaad mensen die beweren dat de observaties rond de kosmologische constante een hoogste-orde inhomogeniteit-effect zijn. Ik zou even moeten zoeken voor ik de referenties terugvind, ik vond het niet zo interessant omdat het tegen het kosmologisch principe inging. Je zou kunnen zeggen dat het feit dat bijna niemand (ook ik niet trouwens) deze experimenten als een falsificatie van het kosmologische principe ziet mijn standpunt ondergraaft. Maar een onafhankelijke meting van de kosmologische constante zou mensen kunnen verplichten om het als een falsificatie te zien (niet dat dit in de nabije toekomst zal gebeuren).

.

[317070]

Het is zeker een onderscheid dat we de beginvoorwaarden niet kunnen beïnvloeden en in die zin waarnemen ipv experimenteren, maar dat is niet zo relevant: we stellen modellen op en falsifiëren die. Een model dat een niet-FLRW metriek opstelt binnen onze waarnemingshorizon zal ofwel homogeniteit ofwel isotropie schenden, en voorspellingen doen die verschillen van de FLRW modellen. Eén van beide stemt overeen met de metingen, de andere is gefalsifieerd. FLRW voorspelt op effecten van een niet-meebewegende waarnemer na, een isotrope CMB, een isotrope sterrenhemel,... en is dus gefalsifieerd (maar wel in zeer goede benadering correct). Zoals je zelf al aangeeft is homogeniteit en isotropie een benadering die op grote afstanden zeer goed opgaat, en nuttige resultaten levert (bijvoorbeeld het black body spectrum van CMB). Maar je kan gerust op een wetenschappelijke manier de anisotropiën en inhomogeniteiten bestuderen, cfr het power spectrum van CMB.

Hmm, ik vermoed dat mijn professor wetenschapsfilosofie het daar over had. Ik merk ook dat ik een aantal termen door elkaar gehaald heb.

Het is het Copernicaans principe dat noodzakelijk is om van kosmologie een wetenschappelijke tak te maken. Nu vraag ik mezelf af of het Copernicaans principe noodzakelijk het kosmologisch principe impliceert (waar ik dus eerder van uit ging) of dat het kosmologisch principe toch nog sterker is dan het copernicaans principe.

In het kort maak ik dus de redenering dat aangezien de mens zich volgens een wetenschappelijke theorie niet in een bevoorrechte positie in het heelal mag bevinden, de mens zich dus eender waar had kunnen bevinden op voldoende grote schaal, en dat het heelal volgens een wetenschappelijke theorie op voldoende grote schaal isotroop en homogeen moet zijn. En dat laatste is precies het kosmologisch principe.

Ook voor de duidelijkheid, ik denk niet dat ik ergens gezegd heb dat de wetenschap geen anisotropiën en inhomogeniteiten kan bestuderen. Ik zeg enkel dat de theorie erachter niet anisotroop of inhomogeen kan zijn en dus een voorkeursrichting of voorkeurspunt hebben.

[eendavid]

Ik denk dat ik weet wat er aan de hand is. We kunnen nooit wetenschappelijke uitspraken doen over wat zich buiten onze 'past light cone' bevindt (want dat heeft per definitie geen invloed op ons en kan dus nooit gefalsifieerd worden). "There be dragons" zegt men weleens. Je kan echter het kosmologische principe inroepen en zeggen: ons zichtbaar universum is een random sample van het volledige universum, en daarmee declareer ik elke wetenschappelijke uitspraak binnen ons zichtbaar universum als een wetenschappelijke uitspraak buiten ons zichtbaar universum.

Verborgen inhoud

Deze redenering zelf is echter een visie, geen wetenschap, en als ik ambetant wil doen dan hou ik vol dat ik het kosmologisch principe afwijs, en er draken zijn buiten de waarnemingshorizon. Maar die discussie kunnen we beter in het midden laten.

Echter, een kosmologisch model dat ons wél op een speciale plaatst stelt (cfr. die inhomogeniteitsverklaring voor de waarnemingen van versnelde expansie) is net zo wetenschappelijk, en kan binnen onze waarnemingshorizon gefalsifieerd worden (net zoals de uitspraak dat we ons niet op een speciale plaats bevinden, binnen ons waarneembaar universum gefalsifieerd kan worden), cfr. de Hubble constante die richting- of afstandsafhankelijk zou moeten worden maar dat niet blijkt te doen.

[eendavid]

Toevallig verscheen er vandaag een artikel op het arXiv dat relevant is voor deze discussie (enfin, misschien meer de geschiedenis en doelen van het onderzoek uit de inleiding dan het specifieke resultaat daar). Zie hier. Het blijkt zo te zijn dat de observatie van een isotrope CMB (wat we in eerste orde doen) in elk punt van een open verzameling isotropie en homogeniteit (in eerste orde), en dus FLRW, impliceert in deze open verzameling.

Uiteraard kunnen we het CMB niet observeren in elk punt van een zinvolle open verzameling (het zichtbaar universum zou zo'n zinvolle verzameling zijn). Maar er wordt verwezen naar een interessanter resultaat (dat van Maartens en Matravers) waar observabelen in 1 punt voldoende zijn om (eerste orde) isotropie en homogeniteit in een open verzameling aan te tonen. In het artikel zelf wordt een alternatief aan dergelijke observabelen voorgesteld.

Deze resultaten zijn dus nog veel sterker dan 'we starten met FLRW in eerste orde en vinden resultaten in overeenstemming met de waarnemingen' (dit maakt een falsificatie van homogeniteit+isotropie mogelijk). Hier wordt zelfs gesteld dat er waarnemingen bestaan die, in een zekere deelverzameling van de ruimtetijd, isotropie en homogeniteit (en dus equivalentie van alle punten in dat interval) impliceren.