THEMA: Avera Modell vs. Dunkle Energie

Ein neuer Ansatz, der ohne DE auskommt.
Im Unterschied zu herkömmlichen Simulationen, in denen eine gleichmäßige Ausdehnung des Alls vorausgesetzt wird führen die Avera-Simulationen unter Struktureinbeziehung zu einem Ergebnis, bei dem sich verschiedene Regionen des Alls mit unterschiedlicher Beschleunigungsrate ausdehnen. Die durchschnittliche Ausdehnungsrate stimmt aber zugleich mit den Beobachtungen überein, die auf eine Gesamtbeschleunigung des Kosmos hindeuten.

www.ras.org.uk/news-and-press/2968-expla...-without-dark-energy

www.ras.org.uk/images/stories/press/Cosmology/slx012.pdf

Ich freue mich, dass man solche Dinge jetzt angeht. Es ist sehr gut, Erwartungen an mögliche Inhomogenität im Hubble-Fluss zu formulieren. Mit entsprechender Marschroute in Richtung Backreactions hat man meiner bescheidenen Privatmeinung nach auch sehr gute Chancen von den Beobachtungen in den nächsten Jahren überrascht zu werden.

Im Thread zur DM-Verteilung schrieb ich:

Es geht wohl vordergründig darum, die beobachtete Beschleunigung der Kosmosexpansion wegzuargumentieren. Mit welchem Ziel, ist mir allerdings nicht klar.

Das ist natürlich Understatement, wenn ich schreibe, mir sei nicht klar, mit welchem Ziel man die Kosmologische Konstante wieder loswerden wolle.
Man kann dann wieder auf die neben Lambda noch schlechtere Alternative, den Einstein-De Sitter-Kosmos zurück greifen. Die Expansion des Universums soll dann wohl wieder funktionieren wie ein Steinwurf. Das Universum expandiere , weil es bei Schöpfung losgeschmissen wurde. Die Zeit ist ebenfalls aus gleichem Urgrund in Schwung. Das ist dann Kosmologie von vorgestern.
Dazu mal folgenden Kontrast:

Josef M. Gaßner schrieb: Masse ist keine Eigenschaft, die man einmal verliehen bekommt und dann für immer behält - wie ein Ritterschlag - sondern muss in jedem Augenblick neu vermittelt werden...

Ropp schrieb:

Josef M. Gaßner schrieb: Masse ist keine Eigenschaft, die man einmal verliehen bekommt und dann für immer behält - wie ein Ritterschlag - sondern muss in jedem Augenblick neu vermittelt werden...

Bitte immer miterwähnen, dass die in jedem Augenblick neu vermittelte Masse durch den Higgs-Mechanismus nur 1% (Ruhemasse Elementarteilchen) der "normalen" (ohne DM) Gesamtmasse (d.h. mit Bewegungs- und Bindungsenergie) darstellt. Also fast vernachlässigbar.

Ich bin da nicht so im Thema, Michael.
Vielleicht darf man salopp sagen, das Wunder Massenverleihung ist nicht vollendet?
Das ist der Gedanke, auf den ich hinaus wollte.

Ja, kann man absolut sagen.

Da niemand mitdiskutiert, nehme ich mal den Austausch mit mir selbst auf:

Ich freue mich, dass man solche Dinge jetzt angeht. Es ist sehr gut, Erwartungen an mögliche Inhomogenität im Hubble-Fluss zu formulieren.

Ja, Ropp, da kann ich dir nur beipflichten, überhaupt schonmal an Inhomogenität im Hubblefluss zu denken, scheint fortschrittlich, wenn man beispielsweise Christof Wetterich zu seinem Kosmonfeld reden hört, wie gleichmäßig es sich im Raum verteile und wie gleichmäßig das alles sei mit der Quintessenz. In der Zeit, ja da könne die Quintessenz unterschiedlich stark wirken. Erwartungen an spatial unterschiedliche Wirkungsstärke seines Feldes? Offenbar totale Fehlanzeige.

Alles toll, und so schön. Ja ich bin der Ansicht das es sich hier um Simulation handelt, wie sind die Kosmologischen Startbedingungen dieser bekannt? wie es scheint sehr Spekulativ mit angaben von Fuzzy cold dark matter, also entsteht da nun ein Zoo garten wohl temperierter nicht barionische Materie: Light dark matter; Hot dark matter; Warm dark matter.... von unser Position aus kann man so ein Klima nur noch genießen, und weitere miserabel Formatierte Publikationen über sich ergehen lassen. Es ist nicht aus zu schließen das es stimmt, jedoch bringt es uns weiter? es scheint da wohl ein unterschied zu geben ob ich es an schaue oder nur betrachte, stimmt das?... warten wir es einfach mal ab. ich möchte ja nix schlecht reden aber da sind viel skurrile Sachen im umlauf, bin nur vorsichtig bei: "offen für alles" seid es auch.

Ropp schrieb:

In der Zeit, ja da könne die Quintessenz unterschiedlich stark wirken. Erwartungen an spatial unterschiedliche Wirkungsstärke seines Feldes? Offenbar totale Fehlanzeige.

Aber ist es nicht so, dass die Quintessenz oder der Lambda-Term generell überflüssig werden, wenn das Avera-Modell der Ungarn stimmt? Die Erklärung läuft dann über unterschiedliche Beschleunigungsraten der Raumbereiche und nicht über Änderungen in der Zeit, die nach konservativer und gängiger Betrachtung überall im Raum gleich wären? Wenn ich da was missverstanden habe, dann wäre ich um eine Erklärung froh.

Aber ist es nicht so, dass die Quintessenz oder der Lambda-Term generell überflüssig werden, wenn das Avera-Modell der Ungarn stimmt?

Die Antwort muss gemischt ausfallen. Du hast sicher einen der zahlreichen YouTube-Clips zum Thema beschleunigte Kosmosexpansion gesehen. Da wird gerne drüber gesprochen, wie man Mitte der Neunzigerjahre Supernova 1a beobachtete, mit der Erwartung festzustellen, dass sich die Kosmosexpansion verlangsame, weil Massen die Expansion ja bremsen sollten. Und das sind die infantilen Vorstellungen der Physik zur Expansion des Universums bis Ende der Neunzigerjahre gewesen und sind es in Form der energieartigen Terme der Friedmann-Kosmologie gewissermaßen wohl bis heute: Ein Newtonsches Analogiemodell, das funktioniert wie ein Steinwurf: Ein Stein, den ich senkrecht in die Höhe werfe, fliegt solange in Richtung Orbit, bis das Potential der Erde ihn zurück zu Boden zieht.

Ich hatte vor einigen Wochen einen Schriftwechsel mit einem wohl pensionierten Astrophysiker des Argelander-Instituts. Der Mann hatte einen Text über Strukturbildung und Expansion geschrieben, für den ich mich interessierte.
Im Text wetterte er ein bisschen, wieviel Tanz um Gelder und Marketing und Bemühungen um Karrierechancen heute in der Forschung stecke. So auch in der Akzeptanz der Dunklen Energie als Teil eines Omega-1-Universums. Dinge mit denen er nicht völlig falsch liegen wird.
Er hatte mit einem mechanischen Analogiemodell die (scheinbar) beschleunigte Expansion erklärt und dabei die Einsteinschen Feldgleichungen in einer weak-field Näherung gelöst. Recht viel Mathe auf 280 Seiten.
Mechanisches Analogiemodell heißt jedoch am Tagesende, Steinwurf-Analogie.
Ich erkundigte mich also, inwieweit eine kinetische Urknall-Energie, die sich an den Potenzialen der Massen im Kosmos verbraucht, einer die Expansion treibenden Vakuumenergie denn vorzuziehen sei. Das Gespräch verlief dann im Sande, was keinstenfalls ein Vorwurf sein soll.
Jedenfalls schrieb er noch Dunkle Energie sei ja schon unter dem Gesichtspunkt Massen/Energie-Äquivalenz ein schlecht gewählter Begriff. Der bessere Begriff sei, ganz im Newtonschen Sinne, Dunkle Kraft.
Soll heißen, auch ein Modell ohne beschleunigte Kosmosexpansion kommt nicht ohne Kraft/Energie etc.pp aus, die das ganze in die Existenz und auf Expansionskurs wirft.
Da die moderne Physik als Urheber einer solchen Kraft kaum den heiligen Bimbam akzeptierte, sähen die Modelle auch weiterhin dunkel aus, selbst wenn es also tatsächlich gelänge, eine inhomogene Hubble-Expansion, die mit den Erwartungen an Backreactions zusammenpasst, zu beobachten, bliebe das Universum recht dunkel.

Cyborg:

Die Erklärung läuft dann über unterschiedliche Beschleunigungsraten der Raumbereiche und nicht über Änderungen in der Zeit, die nach konservativer und gängiger Betrachtung überall im Raum gleich wären?

Ropp:

...selbst wenn es also tatsächlich gelänge, eine inhomogene Hubble-Expansion, die mit den Erwartungen an Backreactions zusammenpasst, zu beobachten(...)

Die Erwartungen, die ALLE Theorien an den Hubble-Flus haben, sind jeweils homogene Ausdehnung des Raumes. Da machen die Backreactions der Avera-Simulation keine Ausnahme, nur erwartet man auf Grund gravitativer Zeitdilatation ( dort wo Masse ist, vergeht die Zeit langsamer und der Raum expandiere auch langsamer) Inhomogenität im sich aus diesen Backreactions ergebenden Bild.
Fairerweise muss man sagen, dass es mit der Beobachtung von Hubbles Law auch Sinn ergibt, räumlich homogene Expansion zu erwarten.

Der Hund ist im Fundament der Physik eingemauert.

Und das sind die infantilen Vorstellungen der Physik zur Expansion des Universums bis Ende der Neunzigerjahre gewesen und sind es in Form der energieartigen Terme der Friedmann-Kosmologie gewissermaßen wohl bis heute: Ein Newtonsches Analogiemodell, das funktioniert wie ein Steinwurf:

Es ist doch faszinierend, wie wenig relativistische Physik in den dynamischen Lösungen der energieartigen Terme der Friedmann-Kosmologie als Lösungen der Allgemeinen Relativitätstheorie steckt. Diese dynamischen Lösungen Friedmanns scheinen nicht nur für die ART zwingend, sie scheinen für jede drei oder vierdimensionale Gravitationstheorie zwingend und können entsprechend auch aus den Feldgleichungen zur Newtonschen Gravitationstheorie abgeleitet werden.
Wieso ist das so?
Ich hatte Die Tage einen kleinen Wortwechsel mit Madouc hier im Forum, der so ging:
Madouc:

* Warum sich der Raum überhaupt ausdehnt?

Ropp:

Ich erinnere mich an deine Theorie zur Dunklen Materie, im Zuge derer du ein paar schicke Sätze zur Kosmosausdehnung ("da entstehen dann so Dodekaeder" losgeworden bist. Energiebedarf? Es gibt doch Dodekaeder!
Und das ist im Grunde eine charmante Herangehensweise!

Ropp:

Das Ding ist, Gravitation hängt mit Ruhemassen, also viel Energie zusammmen.
Nimmt man Kosmosexpansion als Gegenpart zur Gravitation wahr, quasi als Gegenpotenzial, dann muss man sich auch auf die Suche nach einer Art dunkler Gegenenergie machen.

Madouc:

Das alles lässt mich nicht los, es scheint als wäre alles ein und das selbe Zeug nur in anderen Erscheinungsformen, und Gravitation gehört da auch mit rein, irgendwie.

Madouc, der vorher also tollerweise der Meinung ist, Kosmosexpansion ereigne sich einfach, kommt gewissermaßen zu dem Schluss, die Raumzeit müsse energetisch sein ganz im Sinne des Omega-1-Universums.
Hier lohnt ein Blick auf eine gewisse Tradition in der Physik.
Gehen wir zurück in die Achtzigerjahre des 17. Jahrhunderts. Isaac Newton hat gerade eine Gravitationstheorie für dreidimensionalen absoluten Raum in absoluter Zeit präsentiert, da darf er sich auch schon in einem Brief von Richard Bentley fragen lassen, weshalb, wenn Massen einander anziehen, uns die Sterne am Himmel denn nicht entgegenfallen.
Eine gute Frage, denn das Wesen der Gravitation ist hier wohl jedem bekannt: Massen ziehen einander an. Wieso also hängen die Sterne am Himmel?
Newton wird also etwas in der Bredouille gesteckt haben. Dummerweise sind auch große Geister wie Christof Wetterich und Michael S. Turner noch nicht in der Welt, so dass Newton bei Formulierung einer schlauen Antwort auch nicht auf Quintessenz oder Dunkle Energie zurückgreifen kann.
Aber Newton wäre nicht Newton, wenn ihm nicht eine neben dunkler Energie und Quintessenz noch viel schillerndere Erklärung für seine frühe Antigravitation eingefallen wäre: Der Liebe Gott der Christenheit!
Gott sorge dafür, dass sich der Kollaps nicht ereigne.
Doch Spaß beiseite: Was braucht eine dreidimensionale Gravitationstheorie um in einer Situation, in der Massen wohlverteilt am Himmel hängen, den Kollaps zu verhindern? Sie braucht Energie, die den Potentialen der Massen entgegenarbeitet um den Status Quo zu erhalten. Was braucht man in so einem Begriffsbild, um die Massen überhaupt erstmal am Himmel zu verteilen? Richtig, wieder Energie, kinetische. Was braucht man, um die Massen am Himmel noch weiter zu verteilen, wenn die kinetische Energie salopp alle ist? Ihr werdet es erraten..
Naja, jedenfalls ein paar Spargelzeiten und Errungenschaften später gibt es dann eine neue Gravitationstheorie. Es gibt inzwischen Energie-Äquivalenz, Minkowski-Diagramme, Zeitdilatation und die Gravitation ist jetzt eine Krümmung vierdimensionaler Raumzeit.
Der Witz ist, trotz allem Fortschritt steht die Gravitationstheorie Einsteins vor den gleichen Schwierigkeiten wie die aus Newtons Feder, denn dem Kollaps ist egal ob er sich in Folge von Potentialanziehung oder Raumzeitkrümmung ereignet. Die Folge: es spielt aus Sicht der Friedmannkosmologie keine Rolle, ob ich mit der einen oder andren Theorie hantiere.

Fortsetzung folgt...

Ich hatte im letzen Briefchen über das grundlegende Problem von Gravitationstheorien gesprochen und wir hatten - im weitesten Sinn- einen Blick auf Voraussetzungen unter denen dynamische Lösungen von Szenarien solcher Theorien möglich sind.
Nochmal kurz:
Für eine Gravitationstheorie gibt es in einem Bild in dem Massen in einem bestimmten Raumgebiet verteilt sind ohne dass nachträglich eingegriffen wird, nur ein Ende: den Kollaps der Massen.
Lässt man es sich etwas an Energie kosten, sind dynamische Ausgänge möglich. So kann man den Status quo der Massenverteilung erhalten, braucht dafür jedoch Energie, oder aber die Massen könnten weiter auseinander fliegen,dafür bräuchte man dann noch mehr Energie. Und es gilt dies gleichermaßen für Einsteins und auch für Newtons Gravitationstheorie.



Diese drei dynamischen Ausgänge im Bild sind möglich. Die Kugel ist hier der Massenkollaps, für alles andere muss mit Urknall-Energien, kosmologischen Konstanten oder sonstwas rumgehunzt werden.
Es ist gut auch schonmal diese drei geometrischen Raumgestaltungen zu sehen. Sie hängen mit Riemannschen Mannigfaltigkeiten zusammen, über die in der Allgemeinen Relativitätstheorie die durch Massen verursachte Krümmung der vierdimensionalen Raumzeit beschrieben wird und geben der Friedmann-Kosmologie einen pseudorelativistischen Anstrich, denn aus der Allgemeinen Relativitätstheorie ergibt sich kein Zwang, in den Lösungen der Feldgleichungen diese Krümmungsmathematik auf die globale Gestalt des Raumes zu beziehen. Dies doch zu tun ist Teil künstlerischen Freiraums, den man bei Lösungen der Allgemeinen Relativitätstheorie hat und von dem ich noch - im Ansatz - sprechen werde.

Die Kosmologische Konstante

In Zusammenhang mit der Kosmologischen Konstante wird gerne gesagt, Einstein habe mit ihr seinen größten Triumph knapp verpasst: Er hätte die Expansion voraus sagen können. Dies bezieht sich auf die dynamischen Lösungen, die wir eben besprochen haben und darauf dass man mit positiver Kosmologischer Konstante im Rahmen dieser Systematik heute Vakuumenergie als Motor der Kosmosexpansion abzubilden versucht.
Wie wir gesehen haben, kommen die gleichen dynamischen Lösungen jedoch auch aus der Newtonschen Theorie hinten raus, so dass man ohne Einschränkung sagen darf, Newton hat mit seiner Gravitationstheorie die Vorhersage der Expansion genauso knapp verpasst wie vermeintlich Einstein. Schon mehr als 200 Jahre zuvor.
Zumal Lambda in Teilen auch auf Hugo von Seeliger zurück geht, der damit schon 1895 an der Theorie Newtons rumdoktert.


Wir sind also im Jahre 1917. Unter dem Eindruck, dass die Massen in seiner Gravitationstheorie das tun wozu Massen in einer Gravitationstheorie bestimmt sind, nämlich zu kollabieren, zaubert Einstein die Kosmologische Konstante aus dem Hut.
Sie steht in seinen Feldgleichungen linkseits dort wo Krümmungsterme gewissermaßen den Raum definieren, der sich unter Energie und Masse, die wir rechtsseits in den Feldgleichungen finden, krümmt.
Lambda tut also den Job für die Einsteinsche Theorie, den der liebe Gott für die Newtonsche tat, sie verhindert diskret den Massenkollaps.
Lambda kann in den Feldgleichungen aber auch rechts bei Massen und Energie stehen.
Dies schlägt Erwin Schrödinger bereits 1918 vor. Schrödinger möchte ein Skalar p einführen, das zwischen den Sternen hängt und sie daran hindert, zu kollabieren, quasi eine frühe Blaupause der Quintessenz.
Einstein gibt an, dass ihm das mit dem rechtsseitigen Lambda auch in den Sinn gekommen sei, er es aber aus verschiedenen Gründen gar nicht erst für erwähnenswert hielt.

Albert Einstein schrieb: Der von Herrn Schrödinger eingeschlagene Weg scheint mir nicht gangbar, weil er zu tief ins Gestrüpp der Hypothesen hineinführt.

Wie es weitergeht für das zarte Weltbild mit Gravitationstheorie beim nächsten mal,
wenn..

die Fortsetzung folgt...