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THEMA: Rückzahlung von Schulden ans Nichts

Rückzahlung von Schulden ans Nichts 18 Nov 2016 12:19 #9689

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Hallo Denobio,
Ich habe mir die Friedmannsche Expansionsgleichung mal angesehen, allerdings ohne sie wirklich zu verstehen. Aber eines kann ich sagen: Sie setzt die Expansion (den Skalenfaktor) und die Massendichte rho, also zwei Größen unterschiedlicher Qualität, über die Gravitation, besser über das Higgsfeld, zueinander in Beziehung.

Ich betrachte dieselbe Gleichung jetzt unter dem Aspekt, dass zwei Felder, nämlich ein Expansionsfeld und eine Massenverteilung, unter der Bedingung in Beziehung gebracht werden, dass die Energiebilanz ausgeglichen ist. Das funktioniert nur, wenn man sowohl die Expansion als auch die Massenverteilung als Energiefelder betrachtet.
Warum ich das tue ? Weil ich mir dann keine Energie leihen muss und die Vakuumenergie und die kosmologische Konstante zu Null setzen kann. Ich muss nur eine Lösung für die beiden Energiefelder finden.
Grüße Dick

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 18 Nov 2016 13:19 #9690

Hallo Dick, die Dynamik der Expansion ist durch die im Universum enthaltenen Energiedichten bestimmt. Kein Hexenwerk. Die Friedmann sche Expansionsgleichung kann man sogar mittels Newton ableiten, muß sie aber wegen der gravitativen Wirkung der Strahlungsenergiedichte relativistisch erweitern, und wegen des kosmologischen Prinzips muß man die Abstandsvergrößerungen als Ausdehnung des gesamten Raumes interpretieren. Grüße Denobio

Hallo Thomas,

das Ausbleiben einer weiteren Antwort von dir oder Herrn Gassner signalisiert wohl Zustimmung.

Ich fasse noch einmal zusammen.
Es geht um die Dynamik der Expansion des Universums.
Betrachtet wird die Hubble-Ausdehnung.
Die Inflation ist unübersichtlicher, obwohl eine konstante Energiedichte eine ähnliche Rolle spielt, wie die Dunkle Energie bei der normalen Hubble-Expansion.

Im Rahmen des Standardmodells herrscht folgender Konsens:

1. Die Friedmann-Gleichung beschreibt die Expansion unter anderem mittels dreier Energiedichten: Materie („Staub“ einschließlich Dunkler Materie), Strahlung und „Lambda-Term“ (dieser kosmologische Parameter wird als konstante Energiedichte des Vakuums interpretiert).

2. Im Falle eines flachen Universums addieren sich die drei Energiedichten zu der sogenannten kritischen Dichte. Die Normierung auf diese kritische Dichte führt zu sogenannten Dichteparameter, die sich im Falle eines flachen Universums zu „Omega gleich 1“ addieren.

3. Alle drei Energiedichten sind positive Größen.

4. Mit einfachen Mitteln der Theoretischen Mechanik kann man aus der Friedmann-Expansionsgleichung die sogenannte Beschleunigungsgleichung ableiten. Es stellt sich heraus, dass die Energiedichten der Materie und der Strahlung gravitativ anziehend wirken. Die konstante Energiedichte des Vakuums (Dunkle Energie) erweist sich jedoch als gravitativ repulsive Kraft.


Im Folgenden soll es um ein physikalisches Verständnis der Dunklen Energie gehen.

Wenn man auf ein adiabatisch expandierendes Volumen mit konstanter Energiedichte den 1. Hauptsatz der Wärmelehre anwendet, dann ergibt die formale Rechnung einen negativen Druck. Dieser Druck entspricht dem negativ genommenen Betrag der Energiedichte (Im Fall des Universums soll dies die Dichte der Dunklen Energie sein). Was bedeutet dies?

In der adiabatischen Version lautet der Erste Hauptsatz:
pdV + dE = 0
„Die Änderung der Volumenarbeit plus die Änderung der im System enthaltenen Energie ist Null“.
Oder: „Eine Änderung der im System enthaltenen Energie kann nur mittels einer Änderung des Volumens gegen den Druck erreicht werden.“

Der Erste Hauptsatz ist nicht für leere Räume gemacht. Für Räume mit Materie existiert aber kein negativer Druck. Der Satz macht nur für einen positiven Druck Sinn.

In Ignoranz dieser Tatsache und in der Hoffnung, dass dieser Satz „irgendwie“ universal gilt, wenden ihn theoretische Physiker auch auf den leeren Raum des Universums an und setzen für die Energie die Dunkle Energie ein.

Dies geht so:
pdV = - dE
pdV = -d(Dichte der Dunklen Energie * V)
pdV = - Dichte der Dunklen Energie * dV
da die Energiedichte der Dunklen Energie als Konstant angenommen wird (ursprünglich Einsteins Integrationskonstante)
und schließlich

p = - Dichte der dunklen Energie


Nun haben wir den Salat (negativen Druck)!

Diskussion:
Wir wissen nicht, was die Dunkle Energie (DE) ist.
Was ist das für eine Energieform? Wer oder was trägt sie?
Auf Erden gibt es in einem Thermodynamischen System, das durch den Ersten Hauptsatz beschrieben wird, keinen negativen Druck.
Wenn der Erste Hauptsatz universell gilt, gibt es auch im leeren Raum des Universums keinen negativen Druck.

Damit macht der physikalische Inhalt des Ersten Hauptsatzes die Annahme der Dunkeln Energie als Energieform mit konstanter Dichte obsolet.
(Eine Volumenvergrößerung bei konstanter Energiedichte erzeugt ständig Energie und diese Energiezunahme kann nicht durch eine Volumenarbeit gegen einen negativen Druck kompensiert werden, weil ein negativer Druck beim 1. Hauptsatz der Wärmelehre überhaupt nicht vorgesehen ist.)

Allerdings bin ich etwas irritiert, weil dies vielen Kosmologen vor mir (als Laienkosmologe) schon hätte auffallen müssen.

Allerdings habe ich noch nirgends eine intelligente Antwort auf meine Zweifel gefunden.
Und diese Antwort müßte sehr überzeugend sein.

Beste und erwartungsfrohe Grüße
Denobio

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 19 Nov 2016 11:25 #9716

Lieber Herr Gaßner,

ich hoffe, Sie überlegen noch. „Löschen durch Nichtbeachtung“ kann in dieser Frage nicht Ihr Stil sein
. Es geht mir nicht um eine irrtümliche Zuordnung von negativer Energie zu negativem Druck, nach Ihrem langen Arbeitstag. Es geht mir um die Dunkle Energie, der ein negativer Druck zugeordnet wird. Ich habe hier, wie ich glaube, gut physikalisch argumentiert. Ich sehe im Forum niemand außer ihnen, der hierzu einen kompetenten Kommentar abgeben könnte.

Man muss sich das nochmal richtig physikalisch vorstellen. Bei der Expansion bleibt die Energiedichte konstant. Und dann wendet man einen Energiesatz darauf an! einen Energiesatz, dessen Aussage es ist, dass die Gesamtenergie konstant ist. Der arme Energiesatz schafft dies nur, indem er eine negative Volumenarbeit ausrechnet. Da die Volumenzunahme positiv ist, schafft er das nur mit einem negativen Druck.

Nur - ein negativer Druck! Was ist das?


Wissen Sie, ich glaube, man hat den negativen Druck einfach als Erklärung für die beschleunigte Expansion genommen nach dem Motto: na klar! es ist der negative Druck! Das Wort erklärt alles! Wir brauchen nicht weiter zu überlegen.

Können Sie mir darin zustimmen, dass „negativer Druck“ überhaupt nichts erklärt?

Goethe hat einmal gesagt (oder so ähnlich): „Gebt dem Ding einen Namen und die Leute nehmen es für die Sache“. Wie weise.

Wenn ich mir die Diskussionen im Forum so ansehe, so sind es in der Mehrzahl aus physikalische Sicht „weiche Themen“. Hier ist mal ein physikalisch „hartes Thema“, da sind Sie gefragt.

Ein Schweigen könnte ich nur verstehen, wenn ich Unsinn redete.
Auch wenn ich einem Trugschluss aufgesessen bin, wäre eine Richtigstellung angebracht.

Mit besten Grüßen Ihr Denobio

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 19 Nov 2016 11:40 #9717

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Ein Beitrag zu einem anderen Thema zeigt, dass Herr Gaßner das Forum durchaus verfolgt. Dass er sich hier zu den offenen Fragen noch nicht geäußert hat, hat sicher seinen Grund. Ich mache also mal weiter mit meinen Fragen an das Standardmodell.

Gaßner" schrieb: Entscheidend für das Verständnis des Phänomens Urknall ist aus meiner Sicht die Erkenntnis, dass ein Nichts, das lediglich aus Quantenfluktuationen besteht, einen negativen Druck ausübt.

Ein negativer Druck von aussen auf das Universum kann maximal eine Bewegung mit Lichtgeschwindigkeit an der Grenze auslösen. Tatsächlich zeigt die Rotverschiebung aber in großen Entfernungen Überlichtgeschwindigkeit an, d.h. das Universum expandiert wie ein aufgehender Kuchenteig von innen heraus. Die beide Erklärungen widersprechen sich also.

Denobio schrieb: Die Friedmann sche Expansionsgleichung kann man sogar mittels Newton ableiten, ...

Ich glaube es nicht: die Friedmannsche Expansionsgleichung zur Beschreibung des Urknalls ist von Newton ableitbar ? Da wir doch seit fast hundert Jahren die Quantengleichungen haben, bin ich mindestens etwas irritiert, denn Newton setzt den dreidimensionalen Raum voraus, der zu diesem Zeitpunkt noch nicht existiert und Friedmann geht von einem kugelförmigen Universum aus. Das kann doch nicht gutgehen.

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 19 Nov 2016 13:45 #9721

Doch, Dick,
in vielen einführenden Vorlesungen wird das so gemacht. Bei meiner obigen kurzen Antwort an Dich ist jedes Wort wichtig.
Grüße Denobio

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 23 Nov 2016 14:36 #9876

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Ich bringe mal meine weiteren Überlegungen zum Thema zu Papier, auf den Bildschirm.
Nicht, dass ich eine Antwort erwarte, aber ich muss das einfach mal loswerden, weil es meinen Kopf zu sehr beschäftigt.

Ich betrachte den Urknall in der Phase, in der die ART noch nicht gilt, mit der quantenmechanischen Schrödingergleichung.
Damit später kein Bruch zur Gravitationsgleichung auftritt, nehme ich an, dass das Energiefeld und der expandierende Raum dasselbe sind. Das Energiefeld breitet sich also nicht im Raum aus, sondern der expandierende Raum ist das Energiefeld.

Die Schrödingergleichung besagt, dass die Änderung des Energiefeldes proportional zum Energiefeld ist. Das entspricht einer e-Funktion. Damit kann sich das Energiefeld nicht sternförmig, also quadratisch ausbreiten, sondern z.B. spiralförmig wie Galaxien, auf jeden Fall mit einem Rotationsanteil.

In der Gravitationsgleichung ergibt sich dann neben dem Energiedichtetensor ein Krümmungstensor. Diese Krümmung erzeugt eine zusätzliche Beschleunigung, wie bei einer ellipsenförmigen Planetenbahn.

Wenn Krümmung und Beschleunigung sich die Waage halten, bekommt man eine stabile Kreisbahn, in der Energie gekapselt ist. Das ist bei Materie so.

Integral über das Universum betrachtet, kann man vermuten, dass sich die Materiebildung mit seiner nach innen gerichteten Krümmung mit der Expansion des Universums aufhebt.

Die beschleunigte Expansion entspricht dann einer fortschreitenden Materiebildung.

Die Welt kann so einfach sein. Ich glaube nicht, dass ich mit meinen Überlegungen gegen die QT, ART oder irgendeinen Hauptsatz verstoße.

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