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THEMA: Was wäre, wenn die Raumzeit mitrotieren würde?

Was wäre, wenn die Raumzeit mitrotieren würde? 13 Sep 2018 12:47 #42045

Es gibt ja inzwischen unzählige Theorien, die die Dunkle Materie ohne Teilchen erklären sollen. Von entropischer Gravitation (Erik Verlinde) über zusätzliche Felder (TeVeS, MOG usw.) bis hin zu einer modifizierten newtonschen Gravitation (MOND). Was wäre aber, wenn ganz einfach die Raumzeit in Galaxien mitrotieren würde. Dazu zwei ganz einfache Überlegungen:

1. Die Raumzeit rotiert nicht mit, bzw. in dem geringen Ausmass, das die Kerr-Metrik vorgibt. Dann hat man nach wie vor das Problem der abweichenden Rotationskurven.

2. Die Raumzeit rotiert komplett mit. Dann gäbe es keine Zentrifugalkräfte mehr und die Sterne bzw. Spiralarme wären noch schneller als in den gemessenen Rotationskurven.

Frage: Inwieweit müsste die Raumzeit mitrotieren, damit die Rotationskurven passen? In diesem Thread soll das Pferd mal von hinten aufgezäumt werden um zu zeigen, was sein müsste, damit die Rotationskurven passen. Danach kann mann dann diskutieren, was das bedeutet oder nicht bedeutet.

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Was wäre, wenn die Raumzeit mitrotieren würde? 13 Sep 2018 13:17 #42046

Boah Michael,
du machst in meinen Augen jetzt geradezu manisch Threads auf, die sich mindestens hart an der Grenze zu den Alternativen Weltbildern bewegen. Ich lese interessiert mit glaube aber feststellen zu können, dass du in den anderen Threads noch nicht einmal annähernd gleiche Nomenklatur hergestellt hast. Das wäre für ein Forum und die Foristen aus meiner Sicht angenehmer, wenn du etwas der Klärung näher bringen könntest.
Zum Thread hier: Du schließt den Lense-Thirring-Effekt (Frame-dragging) aus? Die Raumverdrillung durch Raummitschleppung ist ja eher ein alter Hut (1918) und relativ sauber nachgewiesen.


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Was wäre, wenn die Raumzeit mitrotieren würde? 13 Sep 2018 15:05 #42051

D.Rajic schrieb: ...du machst in meinen Augen jetzt geradezu manisch Threads auf, die sich mindestens hart an der Grenze zu den Alternativen bewegen...

Ich bin eben ein Grenzgänger.

D.Rajic schrieb: Das wäre für ein Forum und die Foristen aus meiner Sicht angenehmer, wenn du etwas der Klärung näher bringen könntest.

Kommt Zeit, kommt Klärung.

Zum Thread hier: Du schließt den Lense-Thirring-Effekt (Frame-dragging) aus? Die Raumverdrillung durch Raummitschleppung ist ja eher ein alter Hut (1918) und relativ sauber nachgewiesen.

Natürlich kann man den Lense-Thirring-Effekt ausschliessen. Der ist viel zu schwach. Und nachgewiesen bisher nur in der Erdumlaufbahn, nicht auf den ganz grossen Skalen.

Ok, den Kern einer Galaxie kann man als starren Körper betrachten, d.h. es gilt:
\[v=\omega\cdot r\] Weiter draussen im Bereich der Spiralarme ergibt sich die Bewegung eines Sterns als Punktmasse aus dem Gleichgewicht aus Gravitations- und Zentrifugalkraft:
\[m\cdot \frac{v^2}{r}=G\cdot\frac{M\cdot m}{r^2}\] Wenn der Raum jetzt mitrotieren würde, wäre die Relativgeschwindigkeit zum Raum kleiner, so dass auch die Zentrifugalkraft kleiner wäre. Somit könnte der Stern für den aussenstehenden Beobachter (also wir auf der Erde) scheinbar schneller rotieren (Rotation Stern + Raum) ohne das Gleichgewicht zur Gravitationskraft zu verlassen.

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Was wäre, wenn die Raumzeit mitrotieren würde? 13 Sep 2018 19:23 #42075

"Inwieweit müsste die Raumzeit mitrotieren, damit die Rotationskurven passen? In diesem Thread soll das Pferd mal von hinten aufgezäumt werden um zu zeigen, was sein müsste, damit die Rotationskurven passen. "

Quellen Ansatzpunkte dazu:
www.physikerboard.de/topic,5065,-dunkle-...e-einsparbar%3F.html

Mein Beitrag zur Rebellion gegen bestehende Verhältnisse? Ich gehe ständig zu spät zum Frühsör!
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Was wäre, wenn die Raumzeit mitrotieren würde? 13 Sep 2018 19:41 #42076

Hab mir die Quelle mal durchgelesen: klar, da wird festgestellt, dass der Lense-Thirring-Effekt viel zu schwach ist, um die Rotationskurven zu erklären. Das ist natürlich richtig, Den Lense-Thirring-Effekt können wir vergessen. Aber darum gehts ja auch nicht. Es geht darum, zu klären, wie weit die Raumzeit theoretisch mitrotieren müsste, damit die konstanten Rotationskurven passen. Erstmal sollten wir das Extremum untersuchen, dass nämlich die Raumzeit mit der Rotationsgeschwindigkeit des Kerns komplett mitrotiert, wie ein starrer Körper. Was würde das für die Rotationskurven der Sterne bedeuten?

So, die komplette Mitrotation funktioniert schonmal nicht. Denn dann würden sich die Spiralarme genau anders herum drehen wie beobachtet. Die Raumzeit wäre schneller als die Sterne und würde sie mitziehen. Es muss also umgekehrt sein. Die Spiralarme müssen, wenn überhaupt, die Raumzeit bis zu einem gewissen Grade mitnehmen. Die Spiralarme müssten die Raumzeit in einen einzigen rotierenden Wirbel versetzen, wie ein Quirl in einer Flüssigkeit.

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Was wäre, wenn die Raumzeit mitrotieren würde? 14 Sep 2018 19:00 #42129

Michael D. schrieb: Ok, den Kern einer Galaxie kann man als starren Körper betrachten, d.h. es gilt:
\[v=\omega\cdot r\] Weiter draussen im Bereich der Spiralarme ergibt sich die Bewegung eines Sterns als Punktmasse aus dem Gleichgewicht aus Gravitations- und Zentrifugalkraft:
\[m\cdot \frac{v}{r}=G\cdot\frac{M\cdot m}{r^2}\] Wenn der Raum jetzt mitrotieren würde, wäre die Relativgeschwindigkeit zum Raum kleiner, so dass auch die Zentrifugalkraft kleiner wäre. Somit könnte der Stern für den aussenstehenden Beobachter (also wir auf der Erde) scheinbar schneller rotieren (Rotation Stern + Raum) ohne das Gleichgewicht zur Gravitationskraft zu verlassen.


Der Zusammenhalt von Galaxien ist eines der Probleme, das zum Postulat von Dunkler Materie bzw. der MOND-Hypothese geführt hat.

Ein anderes Problem ist die Existenz von heißen Gasen, die sich eigentlich gravitativ nicht im Umfeld von Galaxien halten können dürften. Und hier versagt ein Erklärungsansatz völlig, dass der Raum rotiert.

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

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Was wäre, wenn die Raumzeit mitrotieren würde? 14 Sep 2018 20:13 #42134

ClausS schrieb: Ein anderes Problem ist die Existenz von heißen Gasen, die sich eigentlich gravitativ nicht im Umfeld von Galaxien halten können dürften. Und hier versagt ein Erklärungsansatz völlig, dass der Raum rotiert.

Wo sind die heissen Gase? Ausserhalb oder innerhalb des Halos?

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Was wäre, wenn die Raumzeit mitrotieren würde? 15 Sep 2018 00:09 #42148

Michael D. schrieb: Erstmal sollten wir das Extremum untersuchen, dass nämlich die Raumzeit mit der Rotationsgeschwindigkeit des Kerns komplett mitrotiert, wie ein starrer Körper.

Das kannst du machen indem du die g Komponente des metrischen Tensors gleich ω gφφ setzt, aber das wäre Schwachsinn da dann ja das gesamte Universum mit dem schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxis mitrotieren müsste, und es außerdem gar keine seriöse Lösung der einsteinschen Feldgleichungen, sondern nur eine dubiose Fitting Curve wäre.

Michael D. schrieb: Was würde das für die Rotationskurven der Sterne bedeuten?

Dazu muss man den Computer nur die Bewegungsgleichungen für die gewünschte Metrik ausspucken lassen und bei v∥=dv∥/dτ=0 nach v⊥ auflösen, dann kriegt man eine prograde und eine retrograde Lösung. Die wird einem aber keiner abkaufen, da man ja auch herleiten muss wie man auf diese Metrik kam.

Dagegen,

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Was wäre, wenn die Raumzeit mitrotieren würde? 15 Sep 2018 07:29 #42150

@Yukterez
Gut, dass Du an Bord bist hier. Bleib dran!

Yukterez schrieb: Das kannst du machen indem du die g Komponente des metrischen Tensors gleich ω gφφ setzt, aber das wäre Schwachsinn da dann ja das gesamte Universum mit dem schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxis mitrotieren müsste

Warum das? Wir lassen einfach die Mitrotation am Rande der Spiralarme asymptotisch auslaufen.

...und es außerdem gar keine seriöse Lösung der einsteinschen Feldgleichungen, sondern nur eine dubiose Fitting Curve wäre.

Lass sie uns doch einfach mal aufstellen, diese dubiose Fitting Curve. Was kann Schlimmes passieren? Die Wahrscheinlichkeit ist doch gross, dass dabei rauskommt, das es nicht funktionieren kann. Ich wills einfach mal sehen.

Erstmal weiter qualitativ: Ein weiteres Szenario wäre, wenn die Raumzeit an jedem Ort genauso schnell wäre wie die Sterne in den Spiralarmen. Dann gäbs gar keine Zentrifugalkraft und die Spiralarme müssten im Prinzip so aussehen:

Das wird nicht beobachtet. Funktioniert also auch nicht. Die Raumzeit muss an jedem Stern der Spiralarme langsamer sein. Sehen wir uns nochmal qualitativ die Rotationskurve von einer typischen Spiralgalaxie mit Dunkler Materie (rot) an. Bei der ist ja die Rotationsgeschwindigkeit mehr oder weniger konstant, statt gemäss Gravitationsgesetz abzufallen:

Wenn jetzt das Gravitationsgesetz trotzdem gelten soll, müsste die Raumzeit durch Mitrotation diesen Unterschied zur abfallenden Kurve ausgleichen. Also müsste sich die Geschwindigkeit der Raumzeit wie die Umkehrfunktion zur abfallenden Kurve verhalten (\(v_{diff}\)). Also nach der Gesetzmässigkeit:
\[v_{diff} \sim \sqrt{r}\] Wobei, ich sehe gerade, dass es einen Schnittpunkt gibt, an dem die Geschwindigkeit der Sterne und der Raumzeit übereinstimmt. Kann einem natürlich der Gedanke kommen, dass das genau bei uns hier auf der Erde der Fall ist, aber das ist sicher nur ein Zufall...

Ok, gemäss der radialen Geschwindigkeitsverteilung (\(v_{diff} \sim \sqrt{r}\)) müsste die Raumzeit auf jeden Fall viskose Eigenschaften besitzen und eine radiale Scherkomponente auftreten. Die Frage ist, ob sie einem newtonschem, einem scherverdichtendem oder einem scherverdünnendem Fluid entsprechen müsste?
Die Schergeschwindigkeit ergibt sich näherungsweise zu:
\[\dot{\gamma}\approx\frac{dv_{diff}}{dr}=\frac{1}{2\sqrt{r}}\] und für die Viskosität zu:
\[\eta=\frac{\tau}{\dot{\gamma}}=2\tau\sqrt{r}\] Das heisst, wenn wir eine konstante Schubspannung \(\tau\) voraussetzen, hätten wir es mit einem nicht-newtonschen Fluid zu tun, dass der Scherverzähung oder Dilatanz unterliegt.

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