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THEMA: Fragen zur Dunklen Energie

Fragen zur Dunklen Energie 22 04. 2020 14:46 #67842

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1.) Wenn sich der Kosmos sogar beschleunigt ausdehnt, entsteht Raum und wenn dieser Raum auch als Vakuum eine Energiedichte (dunkle Energie) größer Null haben soll, wo kommt diese Energie her und was ist eigentlich mit dem Energieerhaltungssatz, der doch auch in der nichtklassischen Physik Gültigkeit behält?

2.) Ich nehme an dass dunkle Energie und Raumentstehung ubiquitär sind und wenn dieses Phänomen das beschleunigte Entfernen von Galaxien von einander erklären soll, warum können wir solche Effekte nicht auch innerhalb von Galaxien beobachten oder anders gefragt warum entfernt sich die Erde eigentlich nicht von der Sonne? .

Schon mal vielen Dank für die Erläuterungen

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Fragen zur Dunklen Energie 22 04. 2020 15:15 #67844

Wir hatten im Forum beide Fragen schon oft, daher nur ganz kurz:

1) Über die Zeit muss die Energieerhaltung nicht eingehalten werden, man könnte auch sagen, das Universum ist /könnte ein offenes System sein. Dies ergibt sich allein schon daraus, dass eine zeitliche Symmetrie nicht gegeben ist, sofern sich die Expansion beschleunigt. Im anderen Fall bestünde ja auch kein Problem mit der Energieerhaltung, das eine bedingt das andere.

Woher die Energie kommt? Sie kommt aus der Leere, der Nullpunkt ist nunmal nicht bei Null, das ist halt so.

2) Es ist richtig, dass die Expansion überall gleichermaßen stattfindet. Allerdings ist sie nicht besonders stark, das heißt, dass ihr gebundene Systeme (Galaxien womöglich gar Cluster) widerstehen können. Die Beschleunigte Expansion darf man sich auch nicht so vorstellen, dass die Expansion mit der Zeit wesentlich kräftiger würde. Wir befinden uns fast schon am stärksten Punkt (EDIT: die Expansion wird seit der Inflation langsamer), wenn Materie vollständig verteilt ist, die Dichte ist bereits jetzt sehr gering. Dennoch spricht man von beschleunigter Expansion, weil man von mitbewegten Distanzen spricht. Und mit expandierenden Distanzen steigt für diese die Expansion auch exponentiell, also zwei konkrete Galaxien werden sich immer schneller voneinander entfernen, aber auf die Distanz von 1000 Lichtjahren wird sich die Geschwindigkeit nur noch minimal bis zum Endwert verändern, und ein gebundenes System wird immer gebunden bleiben.
H°= 2,184e-18 1/s heutiger Wert
Hx = ²(Λ/3)c = 1,8054e-18 1/s Endwert
Ver-e-fachung des Universums in mindestens
1/Hx = 17,55 Mrd Jahren
bzw Verdoppelung in mindestens
ln(2)/Hx = 12,166 Mrd Jahren

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Fragen zur Dunklen Energie 22 04. 2020 15:48 #67846

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ra-raisch schrieb: Wir hatten im Forum beide Fragen schon oft, daher nur ganz kurz:

1) Über die Zeit muss die Energieerhaltung nicht eingehalten werden, man könnte auch sagen, das Universum ist /könnte ein offenes System sein. Dies ergibt sich allein schon daraus, dass eine zeitliche Symmetrie nicht gegeben ist, sofern sich die Expansion beschleunigt. Im anderen Fall bestünde ja auch kein Problem mit der Energieerhaltung, das eine bedingt das andere.

Woher die Energie kommt? Sie kommt aus der Leere, der Nullpunkt ist nunmal nicht bei Null, das ist halt so.

2) Es ist richtig, dass die Expansion überall gleichermaßen stattfindet. Allerdings ist sie nicht besonders stark, das heißt, dass ihr gebundene Systeme (Galasxien womöglich gar Cluster) widerstehen können.


Ich gebe zu, ich verstehe diese Antworten nicht vollständig.

1) Wieso dann "könnte ein offenes System sein". Wenn das Universum geschlossen ist, sollte der Energieerhaltungssatz gelten. Wenn das Universum offen ist , dann bedeutet das, es bezieht Energie von aussen. Zumindestens habe ich so den Energieerhaltungssatz immer verstanden. Dieses "aussen" würde ich im Zusammenhang mit dem Begriff Universum gerne verstehen. Ist das kein Widerspruch oder leben wir in einem Multiversum und haben hier den "Beweis"?

2) Galaxien und Cluster Galaxien und auch Planeten ziehen ihre Bahnen im Prinzip in einem labilen Gleichgewicht. Ein Asteroid, der mit der Erde zusammestösst, verändert die Bahn der Erde um die Sonne. Was ist da falsch an Archimedes. "Man gebe mir einen festen Punkt und ich hebe die Welt aus den Angeln" Wo ist der Widerstand. Was ich mir vorstellen kann ist , dass der Effekt klein und daher nur schwer messbar ist.
Im Übrigen wird erklärt Dunkle Energie beschleunigt den ganzen Kosmos, also nach unserer heutigem Wissen ungefähr die Masse von 100 Milliarden Galaxien auch wenn das über den ganzen Kosmos verteilt passiert. Und da soll diese Energie, die 70% von allem ausmachen soll, selbst für Cluster von Galaxien nicht besonders stark sein?

Erklärungsbedürftig ist das schon

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Fragen zur Dunklen Energie 22 04. 2020 16:34 #67848

rhm schrieb: 1) Wieso dann "könnte ein offenes System sein". Wenn das Universum geschlossen ist, sollte der Energieerhaltungssatz gelten. Wenn das Universum offen ist , dann bedeutet das, es bezieht Energie von aussen. Zumindestens habe ich so den Energieerhaltungssatz immer verstanden. Dieses "aussen" würde ich im Zusammenhang mit dem Begriff Universum gerne verstehen. Ist das kein Widerspruch oder leben wir in einem Multiversum und haben hier den "Beweis"?

2) Galaxien und Cluster Galaxien und auch Planeten ziehen ihre Bahnen im Prinzip in einem labilen Gleichgewicht. Ein Asteroid, der mit der Erde zusammestösst, verändert die Bahn der Erde um die Sonne. Was ist da falsch an Archimedes. "Man gebe mir einen festen Punkt und ich hebe die Welt aus den Angeln" Wo ist der Widerstand. Was ich mir vorstellen kann ist , dass der Effekt klein und daher nur schwer messbar ist.
Im Übrigen wird erklärt Dunkle Energie beschleunigt den ganzen Kosmos, also nach unserer heutigem Wissen ungefähr die Masse von 100 Milliarden Galaxien auch wenn das über den ganzen Kosmos verteilt passiert. Und da soll diese Energie, die 70% von allem ausmachen soll, selbst für Cluster von Galaxien nicht besonders stark sein?

1) Im Grunde wird die Expansion verursacht durch einen negativen Druck des Vakuums (anziehende Wirkung). Dieser negative Druck bedeutet eine negative Energiedichte. Diese negative Energiedichte bewirkt wieder eine abstoßende gravitative Kraft. Der Druck als Zustandsgröße ist immer gleich, unabhängig vom Volumen. Die negative Energie nimmt hingegen (bei konstanter Dichte) mit V zu, also mit r³. Die Expansion verursacht also Energieverlust. Wohin geht die Energie? Nirgends. Die Rezessionsgeschwindigkeit darf man nicht wirklich als kinetische Energie veranschlagen, eben weil das Universum nicht zyklisch ist und die Geschwindigkeit ja nicht abnimmt sondern (mit Distanz und Expansion) zunimmt. Auch die größere Entfernung darf man nicht als potentielle Energie veranschlagen, eben weil die Rückkehr keine Energie freisetzen würde sondern zusätzlich Energie kosten würde.

Wie bereits ausgeführt, beruht das Noetertheorem der Energieerhaltung auf Symmetriegedanken. Das Universum ist aber in der Zeit nicht symmetrisch sondern dehnt sich immer weiter aus. Es besteht also kein Anlass für Energieerhaltung, auch wenn das für unsere Intuition sehr schwer verständlich ist. Vielleicht müßte man die Entropie mit einbeziehen, um einen übergeordneten Erhaltungssatz zu finden.

2) Solange die Expansion nicht stärker wirkt als die gravitative Bindung, überwiegt die Gravitation, ganz einfach, mehr muss man dazu gar nicht sagen. Es ergibt sich eben ein geringfügig verändertes Gleichgewicht als ohne Expansion. Das Gleichgewicht ändert sich aber nicht mehr, wenn die Expansion ihre maximale Stärke erreicht hat.

PS: oben in meinem vorherigen Post steckt irgendwo ein Fehler, denn Hx muss ja > H° sein. Das Ergebnis folgt aus der Friedmanngleichung und ich muss mir diese nochmal ansehen, dort tauchen nämlich die Materiedichte und die Vakuumdichte als Addition auf anstatt als Subtraktion, allerdings ist das Vorzeichen nach Konvention variabel. Nur rechne ich es ja nicht selber aus sondern benütze die neuesten Werte für H° und Λ, und dann sehe ich momentan nicht, wie sich der Widerspruch am Ende ergibt bzw auflösen läßt.

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Fragen zur Dunklen Energie 22 04. 2020 16:54 #67849

Naja aus der 1.Friedmanngleichung (ohne Krümmung) kann man schon eine Art Energiegleichgewicht folgern:

Fri = H² = κρ/3+c²Λ/3 → c²Λ/3 = 3.259485448218859e-36 1/s² = H²-κρ/3

H² könnte man als kinetische Energie verstehen und κρ als potentielle Energie. Man sieht aber, dass diese nicht etwa in Summe die Konstante ergeben sondern in Differenz. Allerdings wird ρ mit der Expansion kleiner, also müßte H größer werden, eben bis zum Maximalwert ²(Λ/3)c

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Fragen zur Dunklen Energie 23 05. 2020 22:02 #69091

ra-raisch schrieb: PS: oben in meinem vorherigen Post steckt irgendwo ein Fehler, denn Hx muss ja > H° sein. Das Ergebnis folgt aus der Friedmanngleichung und ich muss mir diese nochmal ansehen, dort tauchen nämlich die Materiedichte und die Vakuumdichte als Addition auf anstatt als Subtraktion, allerdings ist das Vorzeichen nach Konvention variabel. Nur rechne ich es ja nicht selber aus sondern benütze die neuesten Werte für H° und Λ, und dann sehe ich momentan nicht, wie sich der Widerspruch am Ende ergibt bzw auflösen läßt.

Nein, das war kein Fehler.
H sinkt tatsächlich bis zum Endstadium, das liegt an der bremsenden Masse. Die DE beschleunigt ja nicht wirklich sondern drückt konstant und nur über die sich vergrößernde Entfernung beschleunigt.

Mit anderen Worten: Bis Hx = ²(Λ/3)c = 1,8054e-18 1/s erreicht wird, verlangsamt sich die Expansion absolut, obwohl sie bezogen auf einen Galaxienabstand exponentiell ansteigt. Jede Längeneinheit D vergrößert sich zwar innerhalb einer bestimmten Zeit immer weniger, aber eine comoving distance Dc=a·D vergrößert sich natürlich exponentiell, sozusagen mit Zinseszins.

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Fragen zur Dunklen Energie 24 05. 2020 11:57 #69106

rhm schrieb: warum entfernt sich die Erde eigentlich nicht von der Sonne? .


1. Weil die Hubblekonstante bei der Transformation in die Dimensionen des Sonnensystems so klein ist, dass wir das nicht wirklich gut messen können. vgl. urknall-weltall-leben.de/forum/aktuell/n....html?start=90#68398
2. Weil die Expansivenkräfte in unserem Sonnensystem nicht gegen die durch die Gravitationswellen generierte Sinkraten ankommen. vgl. urknall-weltall-leben.de/forum/aktuell/n...html?start=120#68749

T.S.

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Fragen zur Dunklen Energie 24 05. 2020 18:01 #69124

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Ggra schrieb:

rhm schrieb: warum entfernt sich die Erde eigentlich nicht von der Sonne? .

2. Weil die Expansivenkräfte in unserem Sonnensystem nicht gegen die durch die Gravitationswellen generierte Sinkraten ankommen. vgl. urknall-weltall-leben.de/forum/aktuell/n...html?start=120#68749
T.S.


Ich verstehe ihre Antworten nicht.
Fange mal mit diesem Punkt an.
Der Einfachheit halber argumentiere ich hier Newtonisch statt relativistisch, weil mir nicht einleuchtet warum das heir einen Unterschied machen sollte.
Eliptische Planetenbahnen wie der Erde ergeben sich aus der Tatsache dass die Beschleunigung der Sonne in einem labilen Gleichhewicht mit der Geschwindigkeit der Erde stehen muss und zwar ergibt die Gleichung Beschleunigung zur Sonne muss gleich der Umdrehungsgeschwinigkeit der Erde im quadrat geteilt durch den Abstand ergeben. Das ist simple Newtonsche Mechanik und hat sich beim Sonnensystem sehr bewährt. .
Dies ist ein labiles Gleichgewicht das sich aus den Newtonschen Gravitationsgesetz oder der Raumkrümmung (Einstein) ergibt oder meinetwegen die durch die Gravitationswellen bedingte Sinkrate. Entscheidend ist dass dieses Gleichgewicht labil ist.
Wirkt nun eine weitere Kraft auf die Erde (F=ma) beschleunigt diese die Erde oder bremst sie ab. Im letzteren Fall wird die Elipse kleiner und im andern Fall größer, es sei denn die Fluchtgeschwindigkeit wird überschritten. Dann verlässt die Erde das Sonnensystem.
Wenn es nun dunkle Energie gibt die das Universum auseinandertreibt, dann haben wir zusätzliche Kräfte. Nach meinem Verständnis müssten sie genauso auf die Erde wirken und von der Sonne wegbewegen.
Vielleicht ist der Effekt sher klein aber da sein müsste er.

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Fragen zur Dunklen Energie 25 05. 2020 00:00 #69131

rhm schrieb: Wenn es nun dunkle Energie gibt die das Universum auseinandertreibt, dann haben wir zusätzliche Kräfte. Nach meinem Verständnis müssten sie genauso auf die Erde wirken und von der Sonne wegbewegen.
Vielleicht ist der Effekt sher klein aber da sein müsste er.

Ja klar ist er da, aber er ist eben sehr klein. Die Bahnen sind darauf abgestimmt.
Ich war heute dabei, dies zu berechnen, habe aber am Ende eine Diskrepanz in der Rechnung gefunden, und schaue mir das in den nächsten Tagen nochmal an. Vielleicht habe ich auch nur inkompatible Daten benützt.

Da die expandierende Wirkung der DE konstant ist, ergeben sich für die Kreisbahnen keine Änderungen. Es ist dassselbe, wie wenn die Sonne eben ein paar Kilo weniger auf den Rippen hätte.

Naja es gibt bei Ellipsen dann schon einen minimalen Effekt einer Veränderung, genauso wie in einer homogenen (Gas)-Kugel elliptische Bahnen nicht funktionieren. Das könnte ich dann auch noch rechnen.

Aber eigentlich wollte ich den Effekt berechnen, der sich daraus ergeben könnte, weil sich die Expansion absolut verlangsamt, weil sie eben durch die Materie immer noch ein wenig gebremst wird, bis keine anderen Galaxien mehr zu sehen sind. Der Skalenfaktor a wächst exponentiell aber der Hubbleparameter H sinkt langsam.

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Fragen zur Dunklen Energie 25 05. 2020 14:57 #69139

Vorab einmal, über welche Größenordnung wir sprechen:

Die Gravitation ist natürlich von der Masse abhängig und sinkt mit 1/r². Die Expansion wirkt hingegen konstant jedoch mit dem Faktor r der Distanz.

Nehmen wir eine Galaxie mit einer Masse von M = (8e+42) kg, geschätzte Masse der Milchstraße, und Radius ((9e+20)) m ~30 kpc~100000 Ly.

Nach Newton ergibt sich daraus eine Gravitationsbeschleunigung von g = -MG/r² = -6.59e-10 m/s²

Die Expansion hat eine entfernungsabhängige Beschleunigung von H² also g = H²r = 4.29e-15 m/s²

Das ist also so wenig, dass es nicht einmal von der Messgenauigkeit erfasst werden könnte, mit anderen Worten: Nichts.

Bei der zehnfachen Entfernung macht sich der Einfluss langsam in der dritten Ziffer bemerkbar. Sofern keine Masse hinzukäme, wird also etwa bei der hundertfachen Entfernung (10 Mly) der Break Even erreicht. In einer Entferung von 2,5 Mly kommt aber bereits die Masse der Andromeda hinzu und die beiden Magellanschen Wolken sind sogar nur etwa 200000 ly entfernt. Man sieht, dass der Zusammenhalt der Galaxienhaufen nicht durch die Expansion des Universums gefährdet ist.

wiki (Cluster):
Ihre Masse liegt bei etwa 1014 bis 1015 Sonnenmassen in einem Gebiet typischerweise 10 bis 20 Mio. Lj,

Das ist also eine Masse von ca M = (1e+45) kg, was den Einfluss der Expansion wieder auf die dritte Stelle verdrängt.

Dies enspricht übrigens dem mittleren Abstand von Galaxien ³(Vuni/Ngal) = 5e+22 m, aber viele sind näher und somit gibt es größere Voids ohne nennenswertes Material. Hier wirkt sich die Expansion aus.

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Fragen zur Dunklen Energie 25 05. 2020 21:23 #69151

rhm schrieb: Der Einfachheit halber argumentiere ich hier Newtonisch statt relativistisch, weil mir nicht einleuchtet warum das heir einen Unterschied machen sollte.
Eliptische Planetenbahnen wie der Erde ergeben sich aus der Tatsache dass die Beschleunigung der Sonne in einem labilen Gleichhewicht mit der Geschwindigkeit der Erde stehen muss und zwar ergibt die Gleichung Beschleunigung zur Sonne muss gleich der Umdrehungsgeschwinigkeit der Erde im quadrat geteilt durch den Abstand ergeben. Das ist simple Newtonsche Mechanik und hat sich beim Sonnensystem sehr bewährt. .
Dies ist ein labiles Gleichgewicht das sich aus den Newtonschen Gravitationsgesetz oder der Raumkrümmung (Einstein) ergibt oder meinetwegen die durch die Gravitationswellen bedingte Sinkrate. Entscheidend ist dass dieses Gleichgewicht labil ist.
Wirkt nun eine weitere Kraft auf die Erde (F=ma) beschleunigt diese die Erde oder bremst sie ab. Im letzteren Fall wird die Elipse kleiner und im andern Fall größer, es sei denn die Fluchtgeschwindigkeit wird überschritten. Dann verlässt die Erde das Sonnensystem.
Wenn es nun dunkle Energie gibt die das Universum auseinandertreibt, dann haben wir zusätzliche Kräfte. Nach meinem Verständnis müssten sie genauso auf die Erde wirken und von der Sonne wegbewegen.
Vielleicht ist der Effekt sher klein aber da sein müsste er.

Korrekt! und da bei Newton dieser Effekt nicht berücksichtigt wird. Und letztlich die Bahnen "nur" durch die Gravitationskonstante bestimmt werden, Muss die Gravitationskonstante so angepasst werden, dass die Bahnen erhalten bleiben um den Effekt einrechnen zu können. In meinem zitierten Post habe ich eine entsprechende Schätzung unterbreitet.
Thomas Schano

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Fragen zur Dunklen Energie 26 05. 2020 01:14 #69167

Ggra schrieb: Korrekt! und da bei Newton dieser Effekt nicht berücksichtigt wird. Und letztlich die Bahnen "nur" durch die Gravitationskonstante bestimmt werden, Muss die Gravitationskonstante so angepasst werden,

Mit Verlaub: Unsinn, und ich bitte Dich, auf dem Teppich zu bleiben.

Sofern dies zutreffen würde, wäre es in G bereits berücksichtigt, da es sich um eine empirische Naturkonstante handelt.

Da es aber nicht masseabhängig sondern allein und obendrein linear entfernungsabhängig ist, hat das mit G absolut nichts zu tun, man kann in der Physik nicht wegen Apfelüberschuss den Preis für Birnen ändern oder wegen Reibungskräften die Kraftgesetze ändern wollen.

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