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Beschleunigt die Raumzeitkrümmung die Galaxien? 09 07. 2020 21:33 #72637

Hallo,

zu den ungelösten Problemen gehört auch die Rotation der Galaxien warum die Sterne am äußeren Rand schneller drehen als erwartet.
Wiki-Artikel: de.wikipedia.org/wiki/Rotationskurve

Doch ich sehe dass hier die uralte Newtonsche Gesetze angewendet für die Erklärung der Rotation dieser Galaxien. Müsste es nicht längst klar sein, dass bei so großen Galaxien die Relativitätstheorie angewendet werden muss?

Unser Solarsystem dreht sich mit 267 km/s um das Galaxiezentrum. So habe ich herausgelesen.
Das wären also beachtliche 0,089% der Lichtgeschwindigkeit?

Ich hänge hier eine Skizze von mir an:


Wenn die Sterne 0,089% der Lichtgeschwindigkeit um den Galaxie herum rotieren, dann müsste die Raumzeit relativ von den Sternen aus betrachtet ein klein wenig verzerrt sein wie Rechts in der Skizze zu sehen ist. Für uns vielleicht nicht sichtbar mit dem Teleskop aber dennoch müsste eine Raumzeitverzerrung vorhanden sein.

Ich verdeutliche das Ganze mit einer Animation:


Die dunkelgrauen Kugeln sind die Sterne die um den Galaxiezentrum mit 50% der Lichtgeschwidigkeit kreiseln. Das ist jetzt nur ein stark reduziertes ideales Beispiel damit die Sache klarer wird.
Die gelben Kugeln sind Photonen-Blaupausen und zeigen den Weg die sie zurücklegen müssen bis sie den blauen Stern treffen. Da Licht bekanntlich überall konstant gleich bewegt, bewegen alle gelben Kugeln in dieser Animation auch gradlinig mit der selben Geschwindigkeit.

Die blaue Kugel ist der Stern der zu beobachten ist, wie er die Informationen anderer Sterne in dieser Blaupause abbekommt. Man sieht dass Photonen-Blaupause A die blaue Kugel zuerst erreicht. Meine Frage ist: Dürfte der blaue Stern dann gravitativ stärker zur A angezogen sein als zur B? (A und B am Anfang der Animation markiert) Da Gravitation (Gravitationswellen?) auch nur mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.

Wenn das so wäre und von jedem Stern relativ so aussieht, dann dürfte es dazu führen dass die Galaxie sich immer schneller rotiert?
Beobachtungen haben gezeigt das frühe Galaxien langsamer rotieren.

In Wiki über MOND-Hypothese steht, dass man bereits mit Relativitätstheorie versucht hat, aber trotzdem nicht dazu geführt, weshalb die äußeren Sterne schneller drehen als erwartet, weshalb nicht? Auch verstehe nicht was modifizierte Newton Dynamik sein soll, es beruht ja wieder auf das veraltete Newton-Gesetz?

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Beschleunigt die Raumzeitkrümmung die Galaxien? 09 07. 2020 21:49 #72639

Mal ganz abgesehen davon das der Ansatz ein Problem mit der Energieerhaltung hätte (wo sollte die Rotationsenergie herkommen?) stellt sich doch die Frage warum die Sterne dann nicht einfach davonfliegen und die Galaxie verlassen?
Die Sterne hängen ja nicht wie beim Kettenkarusell aneiner Kette die auftretende Fliehkräfte aufnehmen könnte; die Sterne sind im freien Fall und müssten mit einer zunehmenden Rotationsgeschwindigkeit nach außen wegdriften.

assume good faith

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assume good faith

Beschleunigt die Raumzeitkrümmung die Galaxien? 09 07. 2020 21:59 #72644

Die Newtonschen Gesetze sind weiterhin eine gute Näherung für Einsteins ART, wenn die Gravitationskraft nicht zu groß und die Geschwindigkeiten nicht relativistisch sind. Betrachtet man z.B. unser Sonnensystem, dann kann man mit Newton fast alles erklären, nur bei Spezialitäten wie der Periheldrehung des Merkur liefert Newton Abweichungen gegenüber der ART (und damit auch gegenüber der Natur).

Mit Newton kann man eine gute Näherung der Rotationsgeschwindigkeiten um das galaktische Zentrum abschätzen, die man aufgrund der Bestandteile einer Galaxie erwarten würde, die man sehen kann. Natürlich haben die Universitätsphysiker auch mit der ART dies berechnet und die Ergebnisse waren ähnlich.

Nur finden wir in der Realität weiter entfernt von den Galaxienkernen deutlich höhere Rotationsgeschwindigkeiten als nach den Berechnungen erwartet. Für diese Differenz gibt es zwei theoretisch mögliche Ansätze:

1.) Es gibt zusätzliche Materie, die gravitativ wirkt und die wir nicht sehen können. Dieses wird von der großen Mehrheit angenommen und als Dunkle Materie bezeichnet.
2.) Die Gravitationskraft fällt bei größeren Entfernungen weniger stark ab als wir bisher gedacht haben. Dies würde bedeuten, dass die ART ergänzt werden müsste. Hierfür gibt es verschiedene Ansätze, die man alle als MOND bezeichnet. Eine davon ist z.B. de.wikipedia.org/wiki/Tensor-Vektor-Skalar-Gravitationstheorie .

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind normale private Beiträge. Sie sollten genauso diskutiert und kritisiert werden wie alle anderen Beiträge auch.

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Beschleunigt die Raumzeitkrümmung die Galaxien? 09 07. 2020 22:31 #72648

Merilix schrieb: Mal ganz abgesehen davon das der Ansatz ein Problem mit der Energieerhaltung hätte (wo sollte die Rotationsenergie herkommen?) stellt sich doch die Frage warum die Sterne dann nicht einfach davonfliegen und die Galaxie verlassen?
Die Sterne hängen ja nicht wie beim Kettenkarusell aneiner Kette die auftretende Fliehkräfte aufnehmen könnte; die Sterne sind im freien Fall und müssten mit einer zunehmenden Rotationsgeschwindigkeit nach außen wegdriften.


Die beiden Fragen stelle ich mir prinzipiell auch.

Zu der ersten Frage: Kann ich leider auch nicht beantworten, man hat aber beobachtet dass das Universum immer schneller expandiert. Was ich auch sehr seltsam finde.

Zu der zweiten Frage wäre meine Denkweise: Je schneller die Rotation, desto dichter und massenhafter sind die Sterne durch die Raumzeitkrümmung vor ihnen. Die zunehmende Masseverdichtung balanciert die zunehmende Zentrifugalkraft wieder aus.

Hat man das überhaupt mal mit Computersimulationen versucht?

@ClausS:

Ich denke dass Newton ganz gut mit unserem Solarsystem funktioniert. Es gibt keine benachbarten Planeten. Nur hintereinander geordnete Planeten.
Eine Galaxie ist riesengroß, ein Stern hat gleich Milliarden benachbarte Sterne, das Zentrum ist Lichtjahre weit weg. Das ist sehr komplex.

Es gibt aber inzwischen sehr gute Partikelsimulationen und leistungsfähige Rechner, deswegen meine obige Frage ob man solche Computersimulationen schon versucht hat. Hat man nicht bereits diese mathematischen Formeln angewendet, egal ob dunkle Materie, MOND oder TeVeS in einer Simulation getestet, um zu gucken was am ehesten der Realität entspricht? Gibt es Animationen die das zeigen? Das wäre meine Frage an euch.

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Beschleunigt die Raumzeitkrümmung die Galaxien? 09 07. 2020 23:08 #72650

RobinsonVB schrieb: Ich denke dass Newton ganz gut mit unserem Solarsystem funktioniert. Es gibt keine benachbarten Planeten. Nur hintereinander geordnete Planeten.
Eine Galaxie ist riesengroß, ein Stern hat gleich Milliarden benachbarte Sterne, das Zentrum ist Lichtjahre weit weg. Das ist sehr komplex.

Newton funktioniert auch mit benachbarten Planeten wie z.B. Erde und Mond (Dsa Erde-Mond System könnte man fast schon einen Doppelplaneten nennen)

Newton funktioniert auch Innerhalb von Massenansammlungen (wie z.B Innerhalb eines Planeten) oder in Galaxien. Denn anders als mit Keppler kann man mit Neton die Wirkung jedes Körpers auf jeden Körper eines Systems berechnen deren jeweilige Summen dann die Gesamtwirkung ergibt. So macht man ja inzwischen auch Simulationen ganzer Galaxien mit Millionen Einzelobjekten.

RobinsonVB schrieb: Doch ich sehe dass hier die uralte Newtonsche Gesetze angewendet für die Erklärung der Rotation dieser Galaxien. Müsste es nicht längst klar sein, dass bei so großen Galaxien die Relativitätstheorie angewendet werden muss?

Ich denke den Leuten die die Berechnungen machen ist längst klar das es in den meissten Fällen völlig ausreicht mit Newton zu rechnen. Einfach weil die Effekte der Relativitätstheorie zu klein sind um den enormen! Rechenaufwand der damit verbunden wäre zu rechtfertigen. Da wo sie relevant werden wird das mit Sicherheit auch berücksichtigt; da vertrau ich auf die Fachkompetenz der Leute die das machen..

Man muss ja auch bedenken das Beobachtungsdaten immer mit gewissen Fehlern behaftet sind die man meist auch gut abschätzen kann. Wenn die theoretischen relativistischen Effekte viel kleiner als die Fehler der Beobachtungsdaten sind kann man sich den Mehraufwand letztlich sparen; das bringt wenig Erkenntnisgewinn.
Das mal als grundsätzliche Überlegung dazu.

assume good faith

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assume good faith

Beschleunigt die Raumzeitkrümmung die Galaxien? 10 07. 2020 00:10 #72656

Wenn man bedenkt, dass die DM ca
Ωd/Ωb = 0,265/0,0493 = 5,4
mal soviel wie Materie ausmachen soll, um das Phänomen zu erklären, dann wird 0,089 der Lichtgeschwindigkeit als relativistischer Effekt zu vernachlässigen sein.
ß = 0,089
γ = 1.004
also 4 Promille Abweichung

Wenn es tatsächlich nur 0,089 % c sind also ß = 0,00089 dann bleibt im Rahmen der Messgenauigkeit gar nichts davon übrig.
γ(%) = 1.0000004

Da dürfte es dann noch mehr ausmachen, dass wir im Potential der Scheibe sitzen und daher die Radien weiter draußen vergrößert sehen, obwohl der Umfang sowie Krümmungsradius kleiner ist bzw die Gravitation größer als erwartet 1/r² > 1/R²

Tatsächlich ist das Problem der Anziehungskräfte mit einer Dichte schlecht zu beschreiben, da bereits ein einziger naher Stern erhebliche Anziehungskräfte verursacht, die sich gar nicht aus dem Modell einer homogenen Scheibe ergeben. Die Spiralarme sind ein derartiges Beispiel das ganz schlecht zu berechnen ist, weil man zuerst diese Dichteverteilung modellieren müßte und dann kaum noch vernünftig weiter rechnen kann.

Dabei ist schon die Berechnung einer homogenen Scheibe nicht gerade einfach. Es werden Elliptische Integrale benötigt, die nur numerisch näherungsweise berechnet werden können. Der einfache Kepler M/r² bzw r·ρ für die innere Lösung stimmt hier sowieso nicht.
www.uwudl.de/forum/aktuell/naturwissensc...r-scheibe.html#68831

Das "Problem" ist nun, dass die DM die Rotation gut zu erklären scheint, und ohnehin mehrere weitere Indizien für DM vorliegen. Es erscheint daher gar nicht lohnend, die konkrete Gravitation durch Verändung diverser Parameter zu analysieren, die Auswirkungen der Effekte sind letztlich auch nicht so enorm groß, auf die komplette Galaxie bezogen.

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Beschleunigt die Raumzeitkrümmung die Galaxien? 11 07. 2020 03:08 #72737

ClausS schrieb: Die Newtonschen Gesetze sind weiterhin eine gute Näherung für Einsteins ART, wenn die Gravitationskraft nicht zu groß und die Geschwindigkeiten nicht relativistisch sind. Betrachtet man z.B. unser Sonnensystem, dann kann man mit Newton fast alles erklären, nur bei Spezialitäten wie der Periheldrehung des Merkur liefert Newton Abweichungen gegenüber der ART (und damit auch gegenüber der Natur). .


Ja, aber die Skala ist klein.
ClausS schrieb: Mit Newton kann man eine gute Näherung der Rotationsgeschwindigkeiten um das galaktische Zentrum abschätzen, die man aufgrund der Bestandteile einer Galaxie erwarten würde, die man sehen kann. .


Ja.
ClausS schrieb: Natürlich haben die Universitätsphysiker auch mit der ART dies berechnet und die Ergebnisse waren ähnlich..


Nein, kein Physiker hat dies je mit der ART überprüft, der EIT ist auf solchen Skalen zu komplex.
ClausS schrieb: Nur finden wir in der Realität weiter entfernt von den Galaxienkernen deutlich höhere Rotationsgeschwindigkeiten als nach den Berechnungen erwartet. Für diese Differenz gibt es zwei theoretisch mögliche Ansätze:

1.) Es gibt zusätzliche Materie, die gravitativ wirkt und die wir nicht sehen können. Dieses wird von der großen Mehrheit angenommen und als Dunkle Materie bezeichnet.
2.) Die Gravitationskraft fällt bei größeren Entfernungen weniger stark ab als wir bisher gedacht haben. Dies würde bedeuten, dass die ART ergänzt werden müsste. Hierfür gibt es verschiedene Ansätze, die man alle als MOND bezeichnet. Eine davon ist z.B. de.wikipedia.org/wiki/Tensor-Vektor-Skalar-Gravitationstheorie .


Zu1.) DM könnte Newton folgend sein, ist aber derzeit nicht durch die ART überprüfbar. Wer sich mit höheren ART Korrekturthermen auf Newton auskennt weiß was das bedeutet.
Zu2.) Die ART muss sicher nicht ergänzt werden, es geht um Newtonsche Modifikationen, wäre auch nicht das erste Mal.

Die Geschichte lehrt die Menschheit dass die Geschichte die Menschheit Nichts lehrt.

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Beschleunigt die Raumzeitkrümmung die Galaxien? 11 07. 2020 08:34 #72740

RayLight schrieb: Zu2.) Die ART muss sicher nicht ergänzt werden, es geht um Newtonsche Modifikationen, wäre auch nicht das erste Mal.


Bei MOND schon. Aber natürlich wird eine lorentzinvariante Theorie gesucht, sieht man ha an TeVeS. Schlussendlich wird doch keine Alternative zu ART gesucht, sondern diese sollte in der neuen Theorie enthalten sein.

The truth is often what we make of it; you heard what you wanted to hear, believed what you wanted to believe.

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Beschleunigt die Raumzeitkrümmung die Galaxien? 13 07. 2020 02:44 #72855

Arrakai schrieb:

RayLight schrieb: Zu2.) Die ART muss sicher nicht ergänzt werden, es geht um Newtonsche Modifikationen, wäre auch nicht das erste Mal.


Bei MOND schon. Aber natürlich wird eine lorentzinvariante Theorie gesucht, sieht man ha an TeVeS. Schlussendlich wird doch keine Alternative zu ART gesucht, sondern diese sollte in der neuen Theorie enthalten sein.


TeVes ist die realtivistische Erweiterung einer newtonschen Modifikation.

Ansonsten verstehe ich deinen Post nicht. TeVes ist eine zur ART konkurrierende Theorie in der Gravitationsforschung, was sollte in einer neuen Theorie enthalten sein, warum lorentzinvariant?

Was dunkle Materie betrifft ist diese wie schon geschrieben ein newtonsches Relikt, das nicht mit analytischen Lösungen der ART überprüfbar ist, da der EIT auf solchen Skalen zu komplex ist. Der Platzhalter heißt dunkle Materie in seiner physikalischen Interpretation, in TeVes wird dunkle Materie durch eine nicht lineare Gleichung der AQUAL Theorie ersetzt, ohne jede physikalische Interpretation.

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