Вселенная и Лямбда-CDM

Нынешняя стандартная модель Вселенной, Лямбда-CDM, предполагает, что Вселенная расширяется в соответствии с геометрическим понятием Лямбды – которая представляет космологическую константу, используемую в Общей теории относительности Эйнштейна.

Лямбда, как предполагается, может представлять темную энергию, таинственную движущую силу, ускоряющую расширение пространства-времени. Холодная темная материя, как предполагается, является подпирающими лесами, которые лежат в основе распределения видимой материи в большем масштабе (макроуровне). Но чтобы попытаться смоделировать, как Вселенная разворачивалась в прошлом и развернется в будущем, мы сначала должны предположить, что она везде примерно одинаковая.

Это иногда называют Космологическим Принципом, который утверждает, что когда Вселенная рассматривается в достаточно крупном масштабе, то она обладает особенным свойством — одинаковостью для всех наблюдателей. Сюда входит два момента: 1) изотропия, что означает — Вселенная выглядит примерно одинаково, куда бы Вы ни посмотрели; 2) однородность, то есть свойства Вселенной выглядят примерно одинаковыми для всех наблюдателей, из любой точки их нахождения. При этом однородность — это не то, что мы можем когда-либо подтвердить наблюдением, таким образом, мы должны предположить, что часть Вселенной, которую мы можем наблюдать непосредственно, является верным и репрезентативным образцом остальной части Вселенной.

Изотропия, по крайней мере теоретически, представляет собой световой конус, как показано внизу на схеме. Поясним, что имеется ввиду. Мы изучаем Вселенную и получаем историческую информацию о том, как она развивалась в прошлом. Затем мы предполагаем, что те части Вселенной, которые мы можем наблюдать, продолжали вести себя в последовательной и предсказуемой манере вплоть до настоящего времени – даже при том, что мы не можем подтвердить, верно ли это, пока не пройдет больше времени. Но все остальное за пределами нашего светового конуса — это нечто, о чем мы не можем узнать, а следовательно мы можем только предполагать, что Вселенная повсюду однородна.

Рой Маартинс (Roy Maartens) пытается развить аргумент, почему для нас разумно предположить, что Вселенная однородна. По существу, если наше наблюдение за Вселенной показывает последовательный уровень изотропии в течение долгого времени, то можно строго предположить, что наша часть Вселенной развернулась в манере, совместимой с данной частью однородной Вселенной.

Изотропия наблюдаемой Вселенной может строго подтверждаться, если Вы смотрите в каком-либо направлении и находите:
• последовательное распределение материи;
• последовательные скорости большей части галактик и галактических групп, двигающихся от нас посредством расширения Вселенной;
• последовательные измерения углового диаметрального расстояния (где объекты одинакового абсолютного размера выглядят меньшими на большем расстоянии – до расстояния красного смещения 1.5, когда они начинают выглядеть больше – см. здесь);
• последовательную гравитационную фокусировку крупномасштабными объектами, такими как галактические группы.

Эти наблюдения поддерживают предположение, что и распределение материи, и основная пространственно-временная геометрия наблюдаемой Вселенной являются изотропическими. Если эта изотропия верна для всех наблюдателей, тогда Вселенная совместима с метрикой Фридмана — Леметра — Робертсона — Уокера. Это должно было бы значить, что она — однородная, изотропная и связанная – так что Вы можете путешествовать куда угодно (односвязная Вселенная) – или она, возможно, имеет пространственно-временные туннели, так называемые червоточины (многосвязная Вселенная).

То, что наблюдаемая Вселенная всегда была изотропической – и, вероятно, продолжит быть такой в будущем – строго подтверждается наблюдениями за космическим микроволновым фоном, который является изотропическим. Если эта одинаковая изотропия видима для всех наблюдателей – тогда вероятно, что Вселенная была и всегда будет однородной.

Наконец, Маартинс обращается к коперниковскому Принципу, который гласит, что мало того, что мы не центр Вселенной, но наше положение в значительной степени произвольно. Другими словами часть Вселенной, которую мы можем наблюдать, может быть достоверным и репрезентативным образцом более обширной Вселенной.