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/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / sci / astro / 14465 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1993-01-28  |  5.9 KB

  1. Path: sparky!uunet!ulowell!m2c!bu.edu!weyl.bu.edu!sbs
  2. From: sbs@weyl.bu.edu (Stephen Selipsky)
  3. Newsgroups: sci.astro
  4. Subject: Re: "Modeling" the Expanding Universe? (was Re: That Great Pulsar Timing Flame War)
  5. Message-ID: <108328@bu.edu>
  6. Date: 26 Jan 93 17:32:09 GMT
  7. References: <21629@ucdavis.ucdavis.edu> <C18v0D.6K1@well.sf.ca.us> <21736@ucdavis.ucdavis.edu> <C1GABF.1sK@well.sf.ca.us>
  8. Sender: news@bu.edu
  9. Reply-To: sbs@weyl.bu.edu
  10. Organization: Boston University Physics Department
  11. Lines: 100
  12.  
  13.  
  14. In article <C1GABF.1sK@well.sf.ca.us>, metares@well.sf.ca.us
  15.  (Tom Van Flandern) writes:
  16.  
  17. |>From: metares@well.sf.ca.us (Tom Van Flandern)
  18. |>Newsgroups: sci.astro
  19. |>Subject: Re: "Modeling" the Expanding Universe? (was Re: That Great Pulsar Timing Flame War)
  20. |>Message-ID: <C1GABF.1sK@well.sf.ca.us>
  21. |>Date: Tue, 26 Jan 93 02:33:14 EST
  22. |>References: <21629@ucdavis.ucdavis.edu> <C18v0D.6K1@well.sf.ca.us> <21736@ucdavis.ucdavis.edu>
  23. |>Sender: news@well.sf.ca.us
  24. |>Organization: Whole Earth 'Lectronic Link
  25. |>Lines: 57
  26. |>
  27. |>
  28. |>Earlier, I wrote:
  29. |>
  30. |>>> Given that high-enough matter density will always eventually convert an
  31. |>>> expansion into a contraction, and that a non-expanding, non-contracting
  32. |>>> space is unstable without pressure, I do not see how it is possible for
  33. |>>> local space to be neither expanding nor contracting.
  34. |>
  35. |>and carlip@landau.ucdavis.edu (Steve Carlip) replied:
  36. |>
  37. |>> I'm still not sure why this is confusing, but here's a guess.  I think
  38. |>> you're looking at properties of *a* solution of the Einstein equations
  39. |>> with a *particular* matter distribution, and trying to treat these as
  40. |>> universal characteristics.  You are correct in saying that a high enough
  41. |>> *homogeneous, isotropic* matter density will eventually convert expansion
  42. |>> to contraction.  But on the other hand, there are certainly solutions to
  43. |>> the field equations, such as the Schwarzschild solution, in which the
  44. |>> scale factor is constant.  The geometry of spacetime depends on the
  45. |>> details of the matter distribution, not just on averages  ...  the field
  46. |>> equations are a complicated set of nonlinear partial differential
  47. |>> equations, for which intuition is not to be trusted.
  48. |>
  49. |>     Well, I agree up to a point.  But we mustn't throw reason out the
  50. |>window.  If solutions do not give reasonable physical behavior, then
  51. |>something is wrong.
  52. |>
  53. |>     We agree that if the matter distribution is homogeneous and isotropic,
  54. |>all of space can expand or contract.  Now consider a homogeneous, isotropic
  55. |>universe plus a single locality in it with an abnormally high matter
  56. |>density.  Let that abnormal matter density approach infinity.  [I consider
  57. |>20 orders of magnitude, as in the case of the solar system, as an
  58. |>approximation of infinity.]
  59. |>
  60. |>     Now as I understand it, the Einstein's Equation is supposed to have
  61. |>solutions that will allow the nearly infinite matter density locality to
  62. |>halt a general expansion and remain flat.  But the condition of local
  63. |>spacetime depends only on the matter distribution in the universe, not on
  64. |>its motion.  Therefore we can make the same statement if the universe is in
  65. |>a state of general contraction: a nearly infinite matter density locality
  66. |>must halt the general contraction and remain flat!  I submit that goes
  67. |>beyond counter-intuitive into the unimaginable.
  68. |>
  69. |>> I realize that this is essentially a negative response --- I'm telling
  70. |>> you why your intuition here is wrong, but not suggesting an alternative.
  71. |>
  72. |>     I sincerely appreciate your efforts.  I'm content to give this
  73. |>argument up if a good explanation arises.  You see all the elements of my
  74. |>argument -- which one is wrong?  You've made the best effort yet at
  75. |>addressing my question using my own language and concepts.  But because of
  76. |>the picture I drew above, I'm starting to suspect that there may be no way
  77. |>out of this dilemma despite your valiant efforts.  I'm still open to
  78. |>suggestions.  -|Tom|-
  79. |>
  80. |>-- 
  81. |>Tom Van Flandern / Washington, DC / metares@well.sf.ca.us
  82.  
  83. I'm a particle theorist not a GR expert, but here's my attempt to combine
  84. nonlinear GR with Newtonian intuition for Tom.  Take a contracting or
  85. at least a closed and later-to-become-contracting universe (the average
  86. density TODAY is just above critical density).  A local region is 20
  87. orders of magnitude denser, and is "decoupled from the general expansion
  88. or contraction" in the sense that geodesics in the local metric diverge
  89. or converge depending not on the external metric, but instead on their
  90. relative velocity (magnitude and angular momentum). Inside objects, there
  91. is enough pressure or stress to push stationary particles off converging
  92. geodesics of the local metric.  The local metric is a solution of Einstein's
  93. equation with source term the LOCAL energy-momentum tensor (local density),
  94. and boundary condition that it match onto the external (closed) Robertson-
  95. Walker metric, at a radius enclosing enough volume that the local dense
  96. region doesn't dominate the mass within that radius.  TODAY this gives
  97. essentially a local Schwarzchild metric, since the boundary condition is
  98. an essentially flat external metric.  Your intuition works fine, and
  99. continues to work when eventually the external universe starts to contract.
  100. Aside from red-shifted galaxies, there are no local consequences until the
  101. contraction has gone 20/3 \approx 7 orders of magnitude.  Then the external
  102. density will approach and exceed that of the local region, and the local
  103. region will be crushed in the general collapse; it is only decoupled when
  104. its boundary "matches on" to an external universe with mass density
  105. negligible compared to the local region's.  When the external mass density
  106. isn't negligible, you still (Birkhoff's theorem) match a local Schwarzschild
  107. solution onto the strongly curved and time-dependent external metric.  In
  108. other words, nothing weird and nonlinear happens; the Solar system just gets
  109. crushed as all that external matter crashes in.  "The fall doesn't kill you,
  110. it's when you hit the bottom".
  111.  
  112. Regards,  -- Stephen Selipsky
  113.