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THEMA: Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)?

Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 24 Aug 2019 23:03 #56112

Also nein, wirklich nicht

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 25 Aug 2019 02:28 #56122

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ra-raisch schrieb: Sofern das Universum von Anfang an unendlich war, wäre eine Inflation unverständlich.
Ganz am Rande weise ich darauf hin, dass Unendlich, Singularität und ähnliches grundsätzlich nicht physikalisch sondern mathematisch sind. Die vermutete Zentralsingularität ist hinter dem Ereignishorizont verborgen, Punktladungen sind hinter der Heisenberg-Planckschen UR verborgen. Der absolute Nullpunkt TØ=0 K ist unerreichbar. Das Vakuum ist nicht absolut leer ρØ>0 Pa. Die etwaige Unendlichkeit des Universums ist hinter dem Hubblehorizont verborgen. Die ersten vier Beispiele sind natürlich, die Sache mit dem Hubblehorizont ergibt sich lediglich zufällig, also Raum für zusätzliche Überlegungen. Es stellt sich die Frage, ob alles außerhalb des Hubblehorizonts überhaupt (noch) als Teil unseres Universums zu bezeichnen wäre. Aber das wäre wieder etwas zu pragmatisch, denke ich. Es wäre merkwürdig, wenn von Außen Galaxien ins Universum hereinkommen könnten. Wenn sie das Universum verlassen, ist das eher akzeptabel.

Hi Rainer,
wir haben doch geometrisch betrachtet im Kosmos überall da lokale Krümmungen, wo eine von Null verschiedene Materieverteilung vorliegt.
Ist es somit nicht extrem unwahrscheinlich, dass sich topologisch sämtliche Krümmungen punktgenau, ohne die geringste Abweichung, zum ideal-euklidischen flachen Raum ausmitteln?
Ich kann an einen solchen extremen Zufall und an eine Unendlichkeit nicht glauben. In der Literatur stößt man auch nicht selten auf die Aussage "nahezu flach", was nun mal eine von Null verschiedene Krümmung bedeutet. Der Kosmos mag sehr groß sein, aber nicht unendlich.
Unter diesem Aspekt finde ich, dass dein Hinweis, dass Unendlichkeit und Singularität rein mathematischer Natur sind, ein nicht zu vernachlässigendes Argument ist.

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 25 Aug 2019 10:19 #56134

Da alle Messungen fehlerbehaftet sind, können wir nur "nahezu flach" messen. Mit besseren Messungen wird man theoretisch die Stärke einer möglichen Krümmung immer mehr reduzieren können. Ein "ganz genau flach" wird man wohl niemals sicher sagen können.

In der Regel wird vermutet, dass unser Universum endlich groß ist. Experimentell kann man ein unendlich großes Universum gegenwärtig aber nicht ausschließen.

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 25 Aug 2019 11:16 #56146

Endlich oder unendlich ist so wie es aussieht eine rein akademische Frage.
Nur mal für Spass angenommen das Universum wäre im Moment des Urknalls (also eine Zeit über die wir noch nichts wissen können) nach unseren Maßstäben 1 mm groß gewesen. Dann wäre es für uns immernoch unendlich denn das was unser erfahrbares Universum ausmacht hatte wohl die Größenordnung einer Plancklänge.

Die Beobachtungen sagen das Universum ist flach (im Rahmen der Meßgenauigkeit). Die Modelle liefern mit einem flachen Universum Vorhersagen die der Beobachtung entsprechen. Das reicht. Es ist nicht notwendig die Unendlichkeit im Modell mit zusätzlichen Termen zu begrenzen denn das schafft keine besserte Vorhersagekraft.

Endlich oder Unendlich ist beyond science.

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 25 Aug 2019 11:17 #56147

Cosma schrieb: wir haben doch geometrisch betrachtet im Kosmos überall da lokale Krümmungen, wo eine von Null verschiedene Materieverteilung vorliegt.
Ist es somit nicht extrem unwahrscheinlich, dass sich topologisch sämtliche Krümmungen punktgenau, ohne die geringste Abweichung, zum ideal-euklidischen flachen Raum ausmitteln?

Man darf nicht die lokale Krümmung mit der Krümmung des Universums verwechseln. Das ist wie bei einer Wasserfläche, einzelne Strudel sagen nichts über die Krümmung der Wasseroberfläche insgesamt...verglichen mit der Oberfläche eines Wassertropfens, der durch die Oberflächenspannung gekrümmt wird.

Hinsichtlich des Universums gibt es mehrere Krümmungsbeiträge.
Ωk = 1-Ωuni = 1-ΩmγΛ .... (ich bin mir nicht ganz sicher, ob dies der Konvention der Bezeichnungen genau entspricht)
Λ = DE
γ = Photonen
m = Baryonen+CDM

Wenn das Universum gekrümmt ist, ergeben sich die Krümmungsbeiträge im Endeffekt zwangsläufig, genauso, wenn das Universum flach ist .... das hat nichts mit "zufällig sämtliche Krümmungen punktgenau ausmitteln" zu tun. Es ist ja nicht so, dass sich die Topologie des Universums aus seinem Inhalt ergibt, sondern der Inhalt hat sich nach der Toplogie zu richten. Wir können natürlich nur umgekehrt schlussfolgern. Aber mit Zufall hat das Ergebnis nichts zu tun. Da wäre nur zu überlegen, ob die Topologie von Angang an zufällig ist und nicht ob der Inhalt zufällig so, dass er die Topologie ergibt.

In einem unendlichen Universum spielen die Krümmungsbeiträge letztlich gar keine Rolle, weil sie (global) durch Unendlich zu teilen sind. Ich denke, dass selbst eine hohe Gesamtdichte nur zu einer lokalen Krümmung führt, unendlich bleibt nun mal unendlich, und warum sollte ein unendliches Universum keine hohe Dichte aufweisen können? Bleibt nur die Frage der Kontraktion oder Expansion, aber die hängt eben eher von der DE ab und die wird aber in der Krümmungsformel nicht in dieser Weise berücksichtigt. Expansion und Krümmung sind (zunächst) voneinander unabhängig. Auf die verbindende Formel warte ich schon lange. Nur das Produkt
Kuni/auni² = kuni/Auni² = 1/auni²Runi² geht in die Friedmanngleichung ein.

Naja, aus
FrI = (H°)² = (H°)²Ωuni-c²Kuni/auni²
ergibt sich eben
Ωuni = 1+c²Kuni/(H°auni

Ich sehe gerade die Gleichung
Ωuni = c²Kuni/(H°)² aus beiden ergibt sich dann
Ωuni = 1/(1-1/auni²)
stimmt das denn, das sieht sehr unsinnig aus, ich denke, die letzte Gleichung war ein Fehler.

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 25 Aug 2019 11:48 #56150

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Merilix schrieb: Endlich oder unendlich ist so wie es aussieht eine rein akademische Frage.
Nur mal für Spass angenommen das Universum wäre im Moment des Urknalls (also eine Zeit über die wir noch nichts wissen können) nach unseren Maßstäben 1 mm groß gewesen. Dann wäre es für uns immernoch unendlich denn das was unser erfahrbares Universum ausmacht hatte wohl die Größenordnung einer Plancklänge.

Die Beobachtungen sagen das Universum ist flach (im Rahmen der Meßgenauigkeit). Die Modelle liefern mit einem flachen Universum Vorhersagen die der Beobachtung entsprechen. Das reicht. Es ist nicht notwendig die Unendlichkeit im Modell mit zusätzlichen Termen zu begrenzen denn das schafft keine besserte Vorhersagekraft.

Endlich oder Unendlich ist beyond science.


Hallo Merilix,

aus der Debatte um die Hubble-Konstante sollten wir gelernt haben, wie problematisch es ist, derartige Schlussfolgerungen zu ziehen, wenn man nur über genau eine, und noch dazu mit den Annahmen des kosmologischen Standardmodells behaftete, Beobachtungsmethode (Hintergrundstrahlung) verfügt.

www.sciencenews.org/article/debate-unive...stant-physics-crisis

Ich plädiere immer für die aristotelische Unterscheidung von potentiellen und aktualen Unendlichkeiten. Letztere sollte man in der Physik meiden wie der Teufel das Weihwasser. Erstere lassen sich nicht vermeiden. Darum gehe ich auch von einem aktual endlichen Universum aus.

Zu der Frage, die dann immer gleich kommt, was denn dann außerhalb unseres Universums ist, gibt es die einfache Antwort:

Unser Universum in der Vergangenheit und Zukunft, wegen seiner potentiellen Unendlichkeit.

Gruß,
Lulu

Wer mit hinreichendem Denkvermögen analysieren könnte, unter welchen Bedingungen die Erfahrung überhaupt möglich ist, der müsste zeigen können, dass aus den Bedingungen bereits alle allgemeinen Gesetze der Physik folgen. Die so herleitbare Physik wäre gerade die vermutete einheitliche Physik. (Carl Friedrich von Weizsäcker, 1967)

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 25 Aug 2019 13:29 #56162

Hallo Lulu, du schreibst:

Zu der Frage, die dann immer gleich kommt, was denn dann außerhalb unseres Universums ist, gibt es die einfache Antwort:
Unser Universum in der Vergangenheit und Zukunft, wegen seiner potentiellen Unendlichkeit.

ein wenig off-topic: Würde dann nicht ein Block-Universum denknotwendig und über die Hintertür wieder die aktuale Unendlichkeit reinkommen? Wobei bei einem Blockuniversum möglicherweise endlich und unendlich leere Begriffe werden/sind.


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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 25 Aug 2019 13:33 #56163

Merilix schrieb: Im Koordinatensystem mit a als Einheit gibt es keine Expansion denn die steckt ja in a. Demzufolge kann es (in diesem System gerechnet) auch keine keine durch die Expansion verursachte Rotverschiebung geben.

Der Begriff "Rotverschiebung" ist nun allerdings durch den dazu korrespondierenden experimentellen Fakt bestimmt. Die Wellenlänge in den mitbewegten Koordinaten bleibt in der Tat konstant. Trotzdem bezieht sich "Rotverschiebung" auf die Wellenlänge die mit dem Lineal gemessen wird, und die bleibt daher.

Merilix schrieb: Moment, jetzt dämmerts. Im mitbewegten KS ist die Lichtgeschwindigkeit nicht konstant sondern skaliert ebenfalls! Denn das muss sie wenn a nur die räumlichen Koordinaten betrifft.

Richtig.
\[ds^2 = d\tau^2 - a^2(\tau) dl^2, \quad, dl^2 = dx^2 +dy^2 + dz^2.\]
Die Koordinatenlichtgeschwindigkeit kriegt man raus indem man Lichtstrahlen betrachtet, und für die ist \(ds^2=0\), also \(d\tau = a(\tau) dl\) oder \(c = dl/d\tau = a^{-1}(\tau)\).

Merilix schrieb: Das wolltest du wohl ausdrücken. Das muss ich erstmal verdauen^^ (noch mehr Gründe skeptisch gegenüber mitbewegten Koordinaten zu sein).

Keineswegs. Es gibt nämlich normalerweise überhaupt keine Koordinaten, in denen die Koordinatenlichtgeschwindigkeit überall konstant wäre.

Sowas geht nur im zweidimensionalen Fall (also eine Raum- und eine Zeitdimension) immer. Ansonsten wäre es glücklicher Zufall wenn es ginge. Solche zweidimensionalen Diagramme findet man allerdings recht häufig in Lehrbüchern, schließlich sind ja viele prinzipielle Fragen auch schon mit einer Raumdimension erläuterbar. Die sehen dann regelmäßig so aus wie ein um 45 Grad gedrehtes Quadrat.

Merilix schrieb: Ich messe Frequenzen nicht mit dem Lineal sondern mit der Uhr. Wenn ich etwas mit dem Lineal messe dann sind das Wellenlängen.

Klar, und sie können beides leicht ineinander umrechnen, für Licht ist der Proportionalitätsfaktor c, und nicht vergessen, eine von den Größen zu invertieren. Also Wellenlänge ist Lichtgeschwindigkeit durch Frequenz.

Merilix schrieb: Deshalb muss auch Energieerhaltung gelten wenn sie es im mitbewegten KS auch tut. Denn dies müsste invariant bezüglich zeitlicher Veränderung sein,

Energieerhaltung ist leider in der ART hochproblematisch.

Mit dem einfachen Noethertheorem braucht man nämlich eine Translationsinvarianz. Die gibt es allerding als solche nicht, weil die Translationen nunmal mit den bevorzugten Koordinaten definiert werden. Die gibt es aber nicht. (Irgendwie gibt es aber auch in jedem Koordinatensystem Translationsinvarianz. Könnte man die nicht nehmen? Im Prizip ja, nur ist die dann halt trivial.)

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 25 Aug 2019 13:52 #56164

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D.Rajic schrieb: Hallo Lulu, du schreibst:

Zu der Frage, die dann immer gleich kommt, was denn dann außerhalb unseres Universums ist, gibt es die einfache Antwort:
Unser Universum in der Vergangenheit und Zukunft, wegen seiner potentiellen Unendlichkeit.

ein wenig off-topic: Würde dann nicht ein Block-Universum denknotwendig und über die Hintertür wieder die aktuale Unendlichkeit reinkommen? Wobei bei einem Blockuniversum möglicherweise endlich und unendlich leere Begriffe werden/sind.


Hallo Dieter,

Mit ein wenig off-topic hast Du natürlich recht.
Aber an ein Blockuniversum glaube ich nicht, und zwar wegen der diesbezüglichen Implikationen des "Free Will Theorems":

The mere existence of free will already has consequences for the philosophy of general relativity. That theory has been thought by some to show that “the flow of time” is an illusion. We quote only one of many distinguished authors to that effect: “The objective world simply is, it does not happen” (HermannWeyl). It is remarkable that this common opinion, often referred to as the“block universe” view, has come about merely as a consequence of the usual way of modeling the mathematics of general relativity as a theory about the curvature of an eternally existing arena of space-time. In the light of the Free Will theorem this view is mistaken, since the future of the universe is not determined. Theodore Roosevelt’s decision to build the Panama Canal shows that free will moves mountains, which implies, by general relativity, that even the curvature of space is not determined. The stage is still being built while the show goes on. Einstein could not bring himself to believe that “God plays dice with the world,” but perhaps we could reconcile him to the idea that “God lets the world run free.”


arxiv.org/abs/quant-ph/0604079

Gruß,
Lulu

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 25 Aug 2019 13:54 #56165

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Hallo Cosma,

schau dir mal den Vortrag von W. Rix an.

Zb ab Minute 20:30
Auch eine sphärerische Geometrie, die Rix am Ende mit: "ist mindestens 10.000 mal Grösser"... beschreibt, kann unenlich gross sein.
Zudem, expandiert die "Sphäre" sehr wahrscheinlich, nicht nur der für uns sichtbare Bereich, dh., von einem auf dem Äquator der Sphäre gedachten Punkt ausgesantes Photon, würde den räumlich expandieren Äquator folgend, niemals in endlicher Zeit zu diesem Startpunkt zurückkeheren können..


Ps. wenn du ein Bild einfügen willst dann klick doch mal auf "Bildlink" (7tes Zeichen links neben dem Smiley)
HG Z.

Pss: Beispiel bzgl Photon oben:
Wenn wir den Durchmesser des für uns beobachtbaren Teils, ca. 90 Mrd. LJ, auf einen mindestens 10.000 mal grösseren Umfang des gedachten Äquators hochrechnen und letzterer nur um 1 billiardstel p.A. expandiert, expandiert die Gesamt-Strecke die das Photon zurücklegen müsste, p.A. genau um ein Lichtjahr..

HG Z.

Je suis Julián Assange et je porte un gilet jaune.


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Letzte Änderung: von Z.. (Notfallmeldung) an den Administrator

Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 25 Aug 2019 17:48 #56190

Schmelzer schrieb:

Merilix schrieb: Ich messe Frequenzen nicht mit dem Lineal sondern mit der Uhr. Wenn ich etwas mit dem Lineal messe dann sind das Wellenlängen.

Klar, und sie können beides leicht ineinander umrechnen, für Licht ist der Proportionalitätsfaktor c, und nicht vergessen, eine von den Größen zu invertieren. Also Wellenlänge ist Lichtgeschwindigkeit durch Frequenz.

Innerhalb des mitbewegten KS traue ich den Formeln in denen c vorkommt nicht mehr. Mit einer Konstanten lassen sich allerlei Vereinfachungen bei der Herleitung anstellen die mit einem veränderlichen c so nicht mehr gehen. Da fehlts dann doch etwas am mathematischen Rüsteug um das jeweils beurteilen zu können.

Schmelzer schrieb:

Merilix schrieb: Deshalb muss auch Energieerhaltung gelten wenn sie es im mitbewegten KS auch tut. Denn dies müsste invariant bezüglich zeitlicher Veränderung sein,

Energieerhaltung ist leider in der ART hochproblematisch.

Ich hab inzwischen mitbekommen das die Energieerhaltung in der ART und davon abgeleiteten Modellen wegen irgendwelcher Pseudotensoren nicht definiert ist. (also weder gilt noch nicht gilt). Wie gesagt, mein mathematische Rüstzeug ist in dem Bereich nicht gut genug :(

Mein Bauchgefühl sagt mir das dies eher ein Mangel am Modell denn am Universum ist. der hat nur nichts zu sagen. Geht man von Gesamtenergie=0 aus sollte sich daran eigentlich nichts ändern.

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 25 Aug 2019 18:07 #56194

Schmelzer schrieb: Energieerhaltung ist leider in der ART hochproblematisch.

Mit dem einfachen Noethertheorem braucht man nämlich eine Translationsinvarianz. Die gibt es allerding als solche nicht, weil die Translationen nunmal mit den bevorzugten Koordinaten definiert werden. Die gibt es aber nicht. (Irgendwie gibt es aber auch in jedem Koordinatensystem Translationsinvarianz. Könnte man die nicht nehmen? Im Prizip ja, nur ist die dann halt trivial.)

Ich halte das nicht für problematisch.

Die Forderung, dass die Energie in jedem BS gleich sein soll, halte ich allerdings für falsch.
Die Energie muss nur innerhalb der Warte jedes IS über die Zeit erhalten bleiben, der absolute Betrag darf aber zwischen den IS differieren. Die Differenz muss gleich bleiben.

Wenn man eine ausgeglichene Energiebilanz wünscht, muss man ein gemeinsames Schwerpunkt-IS finden.

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 25 Aug 2019 23:38 #56217

Z. schrieb: Hallo Arrakai,

Wie du weißt, halte ich nichts von der Idee eines unendlich großen Universums.
Alleine die grundsätzliche Ablehnung der physikalischen Möglichkeit erschließt sich mir nicht.


Bezieht sich der 2te Satz darauf, dass, wenn jemand argumentiert... "es müsse unendlich sein", sich dir dies "müsse" nicht erschliesst?
Sorry für die umständlich gestellte Frage, habe oben nicht alles gelesen...


Hallo Z.,

entschuldige die späte Antwort. Hier geht gerade so die Post ab, ich hatte den Überblick verloren...

Ich wollte sagen, dass ich Unendlichkeit (z.B. als mögliche Ausdehnung des Universums) nicht als prinzipiell unphysikalisch ansehe. Auch wenn ich selbst eher das endliche, aber endlose Universum favorisiere.

HG
Arrakai

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 26 Aug 2019 02:30 #56223

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Hi Z.
ja, schön anschaulich erklärt, klasse auch die Kieselanalogie.
Und wie du siehst klappts jetzt auch mit den Bildern. Danke! dir.
Das Leben kann so schön sein! :cheer:

Hier habe ich einmal die Struktur des Kosmos und einmal die vom menschlichen Gehirn. Ist das nicht irre???

L. groetjes
Cosma

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 26 Aug 2019 02:58 #56224

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ra-raisch schrieb:

Hi Rainer,
V'rdomme! Ich dachte, ich hatte einen guten Gedanken! Aber du hast da wohl wahr. Danke für dein ausführliche Antwort.

Ich sehe gerade die Gleichung
Ωuni = c²Kuni/(H°)² aus beiden ergibt sich dann
Ωuni = 1/(1-1/auni²)[/s] stimmt das denn, das sieht sehr unsinnig aus, ich denke, die letzte Gleichung war ein Fehler.

Alles gut. Das schau ich nach.
L. groetjes
Cosma

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 26 Aug 2019 09:23 #56232

ra-raisch schrieb:

Schmelzer schrieb: Mit dem einfachen Noethertheorem braucht man nämlich eine Translationsinvarianz. Die gibt es allerding als solche nicht, weil die Translationen nunmal mit den bevorzugten Koordinaten definiert werden. Die gibt es aber nicht. (Irgendwie gibt es aber auch in jedem Koordinatensystem Translationsinvarianz. Könnte man die nicht nehmen? Im Prizip ja, nur ist die dann halt trivial.)

Ich halte das nicht für problematisch.

Ok, ich versuche mal ein kleines bisschen mehr Hintergrund warum es problematisch ist.

Eine Methode der Herleitung der Energieerhaltung ist, im Lagrangian alle Abhängigkeiten von den bevorzugten Koordinaten explizit zu machen. Da steht dann, wenn man die bevorzugten Koordinaten mit X(x) als Funktionen von beliebigen anderen Koordinaten x schreibt,

\[ L = L(u(x), \partial_i u(x), \dots, X(x), \partial_i X(x), \dots)\]

und der ganze Ausdruck ist kovariant was Koordinatentransformationen der x betrifft, weil alle Abhängigkeit von den bevorzugten Koordinaten ja explizit in den Abhängigkeiten von X(x) steckt.
Dann kann man auch für die X(x) eine Euler-Lagrange Gleichung ausrechnen. Wenn aber nun die Theorie Translationsinvarianz hat, dann hängt L nicht von Verschiebungen \(X(x) \to X(x) + const\) ab, sondern nur von \( \partial_i X(x), \dots\). Die Euler-Lagrange Gleichung ist dann eine, in der alles unter Ableitungen steht, also eine Erhaltungsgleichung.
\[ \frac{\partial L}{\partial X} - \partial_i \frac{\partial L}{\partial X_{,i}} + \ldots = 0\]
Ist die Theorie aber kovariant, dann gibt es gar keine Terme, die auch nur irgendwie von X(x) abhängen, und die Euler-Lagrange Gleichung für X(x) verschwindet einfach ins Nirvana. Es ist gar keine Energie mehr da, die erhalten werden könnte.

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 26 Aug 2019 20:14 #56269

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Ein Teilnehmer schreibt gestern

Mein Bauchgefühl sagt mir das dies eher ein Mangel am Modell denn am Universum ist.


Ich finde diesen Satz großartig. Er drückt kurz und knackig die Verzweiflung der Menschheit darüber aus, dass wir uns trotz immenser Forschungsanstrengungen und vieler Erfolge (?) dem Verständnis des wahren Charakters des Universums nur in Quantensprüngen, wenn überhaupt, nähern. Da ist man im Frust schon mal bereit zu sagen: blödes Universum, meine Formel ist soo elegant - to cool to fail.

Spontaneität will gut überlegt sein

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Warum sehen wir die Hintergrundstrahlung (noch)? 26 Aug 2019 20:21 #56271

Lass mich raten: String-Theorien? ;)

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