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/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / sci / astro / 14374 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1993-01-24  |  3.7 KB

  1. Path: sparky!uunet!gatech!darwin.sura.net!spool.mu.edu!agate!ucbvax!ucdavis!landau.ucdavis.edu!carlip
  2. From: carlip@landau.ucdavis.edu (Steve Carlip)
  3. Newsgroups: sci.astro
  4. Subject: Re: "Modeling" the Expanding Universe? (was Re: That Great Pulsar Timing Flame War)
  5. Message-ID: <21736@ucdavis.ucdavis.edu>
  6. Date: 24 Jan 93 22:26:22 GMT
  7. References: <C15vrI.6yp@well.sf.ca.us> <21629@ucdavis.ucdavis.edu> <C18v0D.6K1@well.sf.ca.us>
  8. Sender: usenet@ucdavis.ucdavis.edu
  9. Organization: Physics, UC Davis
  10. Lines: 69
  11.  
  12. In article <C18v0D.6K1@well.sf.ca.us> metares@well.sf.ca.us (Tom Van Flandern) writes:
  13.  
  14. >[...]The Hubble rate appears in Einstein's Equation, but is epoch-
  15. >dependent.
  16.  
  17. Yes, certainly.  
  18.  
  19. >Only the second derivative of scale is fixed by the matter
  20. >density, assuming no pressure.  
  21.  
  22. No. By combining the time-time and space-space components of the
  23. field equations, you obtain an equation for the first derivative of
  24. the scale --- the expansion rate itself --- in terms of the matter
  25. density.  In particular, there are no extra integration constants
  26. to play with.
  27.  
  28. >  Given that high-enough matter density will always eventually convert
  29. >an expansion into a contraction, and that a non-expanding, 
  30. >non-contracting
  31. >space is unstable without pressure (e.g., the cosmological constant), 
  32. >I do
  33. >not see how it is possible for local space to be neither expanding nor
  34. >contracting.  It appears obvious to me that either a) local spacetime 
  35. >does
  36. >not obey Einstein's Equation; or b) a compensating pressure is 
  37. >required to
  38. >counterbalance the universal expansion.
  39.  
  40. I'm still not sure why this is confusing, but here's a guess.  I think
  41. you're looking at properties of *a* solution of the Einstein equations
  42. with a *particular* matter distribution, and trying to treat these
  43. as universal characteristics.  You are correct in saying that a
  44. high enough *homogeneous, isotropic* matter density will eventually
  45. convert expansion to contraction.  But on the other hand, there are
  46. certainly solutions to the field equations, such as the Schwarzschild
  47. solution, in which the scale factor is constant.  The geometry of
  48. spacetime depends on the details of the matter distribution, not
  49. just on averages; standard predictions of Friedman-Robertson-Walker
  50. cosmology are trustworthy only to the extent that the approximations
  51. they make about the matter distribution are reliable.  
  52.  
  53. In particular, your statement that "a non-expanding, non-contracting 
  54. space is unstable without pressure" is wrong; the correct statement 
  55. is only that "a non-expanding, non-contracting space *with a uniform 
  56. mass density* and without pressure is unstable."
  57.  
  58. It's dangerous to try to pull rules of thumb out of particular
  59. solutions, especially when those solutions have a high degree of
  60. symmetry.  It is as if I said, "Newtonian gravity successfully
  61. predicts that planets should move in elliptical orbits.  But we
  62. know that some comets move in hyperbolic orbits; this is not
  63. consistent, and requires some new ingredient."   
  64.  
  65. I realize that this is essentially a negative response --- I'm
  66. telling you why your intuition here is wrong, but not suggesting 
  67. an alternative.  I don't work in cosmology myself (at least,
  68. not beyond the cosmology of the first 10^-40 seconds), and my
  69. gut reaction is that the field equations are a complicated set
  70. of nonlinear partial differential equations, for which intuition
  71. is not to be trusted.  If I hadn't read about the results of
  72. (hard) computations, I wouldn't be able to begin to guess whether
  73. small gravitationally bound systems would be coupled to the Hubble
  74. expansion or not.  
  75.  
  76. Maybe there's someone out there who's worked on this problem and
  77. has a better intuitive sense of the solutions...
  78.  
  79. Steve Carlip
  80. carlip@dirac.ucdavis.edu
  81.