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/ NetNews Usenet Archive 1992 #26 / NN_1992_26.iso / spool / sci / physics / 18712 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-11-11  |  4.2 KB
  1. Path: sparky!uunet!think.com!ames!agate!physics20!ted
  2. From: ted@physics20 (Emory F. Bunn)
  3. Newsgroups: sci.physics
  4. Subject: Re: Simple poser about the early universe
  5. Followup-To: sci.physics
  6. Date: 11 Nov 1992 22:22:22 GMT
  7. Organization: University of California, Berkeley
  8. Lines: 71
  9. Sender: Ted Bunn
  10. Message-ID: <1ds12uINNb7b@agate.berkeley.edu>
  11. References: <1992Nov11.195607.210@maths.tcd.ie>
  12. NNTP-Posting-Host: physics20.berkeley.edu
  13.  
  14. In article <1992Nov11.195607.210@maths.tcd.ie> spock@maths.tcd.ie (Thomas G. Hayes) writes:
  15.  
  16. > I was just reading the other day that some satellite (Hubble I think)
  17.  
  18. COBE, actually.  Hubble sees in the visible and ultraviolet, while the
  19. background radiation is at much longer wavelengths.
  20.  
  21. > has found variations in the background radiation of the universe.
  22. > Now, some astro-physicists would like to take this as strong evidence
  23. > for the inhomogenity of the early universe, whereas others take the
  24. > variations to be a result of the gravitational waves created during
  25. > the inflationary period of the universe.
  26. >                              Now, the question I want to ask is this:
  27. > Could not the gravitational waves have actually caused the 
  28. > inhomogenities in the first place? If an area of space is compressed
  29. > by a gravitational wave, surely this area is more dense than the 
  30. > surrounding areas? If not, why not?
  31.  
  32. This is a good question, which touches on a couple of issues that have 
  33. been presented obscurely at best in the recent early universe media blitz.
  34. The early Universe seems to have been nearly uniform, but with small 
  35. perturbations.  At any particular time, there can be a few different forms
  36. of perturbations:
  37.  
  38. (1) The density could vary from place to place; relativity would then require
  39.     the curvature of space to vary along with it.  
  40. (2) The density could be uniform, while the composition of stuff could vary
  41.     from place to place; for example, the ratio of protons to photons
  42.     could be a function of position.  In this case, there are no perturbations
  43.     to the spacetime geometry at that time, although such perturbations will
  44.     develop later.
  45. (3) There could be perturbations in the geometry but not in the matter.
  46.  
  47. Or of course you could have any combination of these.  In fact, there's no
  48. reason to expect any of them to be absent.  As time passes, the various types
  49. mix together:  Type-2 perturbations cause type-1 perturbations, and so on.
  50. (What you point out above is that type 3 causes type 1, and that's quite 
  51. correct.) However, at any instant it might be convenient to use these 
  52. categories as a basis of sorts for describing the perturbations.  Of
  53. course, it's tricky:  The field equations impose constraints on what 
  54. perturbations are allowed; also, you have to be careful to distinguish 
  55. real physical perturbations from "gauge modes" that simply arise from
  56. an unfortunate choice of coordinates.
  57.  
  58. Now it turns out that some type-3 perturbations just propagate like
  59. waves:  They introduce ephemeral distortions in the density field as they
  60. pass by, but they don't cause any lasting (growing) effects.  These
  61. are the ones people talk about when they refer to gravity wave perturbations.
  62.  
  63. One question that's important to cosmologists, of course, is whether the
  64. microwave-background fluctuations are caused by perturbations of the
  65. sort that will eventually grow into large structures, or whether they're
  66. caused by the harmless gravity-wave perturbations (or some mixture of the
  67. two).  Of course, without a credible theory to explain where the
  68. perturbations come from, there's not much hope of answering that
  69. question.  To make matters worse, it appears that the most popular
  70. model for the origin of the perturbations, the inflationary model,
  71. has a free parameter related to the ratio of gravity-wave to growing-mode
  72. perturbations.  So things don't look good for distinguishing between
  73. the two cases.
  74.  
  75. (It turns out that the simplest models of inflation predict that the
  76. ratio of the amplitudes of microwave-background fluctuations on
  77. different angular scales depends on whether the fluctuations come
  78. from density perturbations or gravity waves, so if some of the small-
  79. angular-scale experiments get solid results, it might be possible
  80. to say something.)
  81.  
  82. -Ted
  83.  
  84. a theory of where the
  85.