Космологічний принцип

Космологічний принцип — припущення сучасної космології, згідно з яким кожен спостерігач у визначений момент часу, незалежно від місця та напрямку спостереження виявляє у Всесвіті одну і ту ж великомасштабну структуру^[1]. Незалежність від місця спостережень, тобто рівноправність усіх точок простору, носить назву однорідності, незалежність від напрямку, тобто відсутність виділеного напрямку в просторі — ізотропії Всесвіту.

Космологічний принцип виконується лише наближено. Скупчення галактик, галактики, зорі, планети є відхиленнями від однорідності Всесвіту, оскільки їхнє існування означає, що фізичні умови в різних точках різні. Проте припускають, що на масштабах у кілька сотень мільйонів світлових років відхилення від однорідності й ізотропії малі.

Це випливає з очікування, що фундаментальні сили на великих масштабах діють однаково в усьому Всесвіті й, отже, не повинні породжувати спостережуваних відмінностей у великомасштабній структурі під час еволюції поля матерії, закладеного під час Великого вибуху.

Формулювання

За словами космолога Ендрю Ліддла, космологічний принцип, грубо кажучи, означає, що «Всесвіт виглядає однаково незалежно від того, хто ви і де перебуваєте»^[2]. Поширене формулювання космологічного принципу постулює, що "за достатньо великого масштабу властивості Всесвіту є однаковими для всіх спостерігачів». Це трердження має не тільки фізичний, але й філософський зміст. Зокрема, воно припускає, що та частина Всесвіту, яку ми можемо спостерігати, є репрезентативною, і що по всьому Всесвіту діють ті ж самі фізичні закони^[3].

Двома перевірюваними наслідками космологічного принципу є однорідність та ізотропія. Однорідність означає, що Всесвіт виглядає однаково різних точках. Ізотропія — однаковість у всіх напрямках — означає, що ті Всесвіт виглядає однаково в усіх напрямках. З ізотропії автоматично випливає однорідність, але не навпаки^[4]:65.

Роль у космології

Космологічний принцип є одним з наріжних каменів сучасної космології. 1923 року Олександр Фрідман запропонував варіант розв'язання рівнянь загальної теорії відносності, які описують динаміку однорідного ізотропного Всесвіту^[5][6]. Жорж Леметр незалежно від нього вивів рівняння розширюваного Всесвіту 1927 року^[7]. Отже, нестатичність Всесвіту випливає також незалежно від спостережень далеких галактик — як наслідок застосування космологічного принципу в межах загальної теорії відносності.

Починаючи з 1990-х років, спостереження, виконані в припущенні справедливості космологічного принципу, привели до висновку, що близько 68 % густини маси–енергії Всесвіту припадає на темну енергію, що зумовило розроблення стакндартної космологічної моделі ΛCDM^[8][9][10].