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THEMA: Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums)

Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 31 Dez 2018 11:54 #46480

Die Kernaussagen von Andreas Müller zu Irrtum 8 sind:
- Die Energie des Universums ist nicht erhalten.
- Die Ursache hierzu ist nach dem Noether Theorem, dass im Universum die Homogenität der Zeit (=Zeittranslationsinvarianz) nicht gegeben ist, da sich die räumliche Größe des Universums mit der Zeit ändert.

Nach Meinung von Josef Gaßner, die er in Vorträgen vertreten hat, ist dagegen die Gesamtenergie des Universums stets 0.

Gehe ich daher recht in der Annahme, dass nach aktuellem Forschungstand diese Frage noch offen ist?

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 31 Dez 2018 16:16 #46487

ClausS schrieb: Die Energie des Universums ist nicht erhalten.

Das ist korrekt, siehe auch den betreffenden Artikel von Sean Carroll. Ein bisschen Strahlungsenergie geht verloren, und einen Haufen dunkler Energie kommt dazu. Die potentielle Energie ändert sich bei weitem Abstand auch nicht mehr wirklich, also ist dE/dt im ΛCDM Modell positiv.

Die Ausführungen des Andreas Müller unterschreibend,

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 01 Jan 2019 09:18 #46499

Beispiel:
Wir haben einen abgeschlossenen Zylinder aus 100%ig reflektierendem Material mit einem Kolben.
Im Zylinder befinden sich ein Gas und Strahlung.
Wir wenden Energie auf und drücken das Innere zusammen: die Temperatur des Gases steigt und auch die Wellenlänge der Strahlung müsste sich verkürzen (steigende Energie).
Wir nehmen den äußeren Druck wieder weg: der innere Druck führt zur Expansion, die Temperatur sinkt, die Wellenlänge der Strahlung auch. Wohin "verschwindet" die Energie? Sie wird wieder in Bewegung des Kolbens umgesetzt, diesmal in entgegengesetzte Richtung.

Bezogen auf das Innere des Zylinders allein wäre die Energieerhaltung verletzt. Bezogen auf das Gesamtsystem (Zylinder + Kolben + das was da eventuell dranhängt) jedoch nicht!

@Yukoterez

Yukoterez schrieb: Die potentielle Energie ändert sich bei weitem Abstand auch nicht mehr wirklich, also ist dE/dt im ΛCDM Modell positiv.

Da gibt es aber auch noch die kinetische Energie. Das Universum expandiert. Sämtliche Objekte vergrößern ihre Abstände zueinander mit der Zeit. Was aber ist eine Änderung des Abstands mit der Zeit? Es ist Bewegung, auch wenn diese "nur" mit dem Hubblefluss erfolgt bleibt es Bewegung. In Bewegung steckt kinetische Energie und damit ist aus meiner Sicht die Energie erhalten.

Wenn das nicht ausreicht, wäre es dann falsch zu schlussfolgern das die kosmologischen Modelle zumindest unvollständig sind wenn sie zu einer Verletzung der Energieerhaltung führen würden?
Eine Verletzung der Homogenität der Zeit kann ich insofern nicht entdecken als das man den Prozess zumindest gedanklich auch umkehren könnte. Eine Kontraktion des Universums würde wieder zur Erhöhung der Inneren Energiedichte führen und eine solche gedankliche Umkehrung führte ja auch zur "Entdeckung" des Urknalls.

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 02 Jan 2019 05:15 #46529

Merilix schrieb: Da gibt es aber auch noch die kinetische Energie. Das Universum expandiert.

Dabei muss man aufpassen dass man die richtige kinetische Energie die sich aus der relativen Pekuliargeschwindigkeit (immer kleiner als c und mit der Zeit sinkend) ergibt nicht mit der symbolischen Hubbleenergie (die wegen dem lokal benachbarten Aufintegriertwerden genau die selbe wie bei Newton ist und mit der Zeit steigt) verwechselt, denn die Rezessionsgeschwindigkeit kann c auch sehr leicht übersteigen, was bei naiver Betrachtung zu Unrecht als unendliche kinetische Energie interpretiert würde.

Differenzierend,

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 02 Jan 2019 08:19 #46532

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ClausS schrieb: Die Kernaussagen von Andreas Müller zu Irrtum 8 sind:
- Die Energie des Universums ist nicht erhalten.
- Die Ursache hierzu ist nach dem Noether Theorem, dass im Universum die Homogenität der Zeit (=Zeittranslationsinvarianz) nicht gegeben ist, da sich die räumliche Größe des Universums mit der Zeit ändert.

Nach Meinung von Josef Gaßner, die er in Vorträgen vertreten hat, ist dagegen die Gesamtenergie des Universums stets 0.

Gehe ich daher recht in der Annahme, dass nach aktuellem Forschungstand diese Frage noch offen ist?


Hallo ClausS,

ich denke, dass der Widerspruch nur scheinbar ist, je nachdem, was man gerade unter der "Energie des Universums" versteht.
Auch Autoren wie Sean Carroll behaupten beides.

In dem einen Fall wird auf die "Zero-energy universe"-Hypothese referiert, im anderen auf die Anwendbarkeit des Energieerhaltungssatzes auf das Universum als Ganzes.

en.wikipedia.org/wiki/Zero-energy_universe
www.astrosociety.org/publication/a-universe-from-nothing/
people.smp.uq.edu.au/TamaraDavis/papers/SciAm_Energy.pdf

Jedenfalls sprengt diese Frage eigentlich das Format eines "10 Irrtümer"-Videos und wäre einen eigenen Beitrag wert.

Natürlich ist die Frage in beiden Aspekten offen bis die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik einmal "ordentlich verheiratet" sein werden statt der "wilden Ehe" in der jetzigen Inflationskosmologie.
Aber dann gibt es wahrscheinlich sowieso ein ganz neues kosmologisches Modell.

Und wenn der Urknall selbst der größte Irrtum wäre?

Gruß,
Lulu
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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 02 Jan 2019 09:04 #46534

Lulu schrieb:

Filippenko & Pasachoff wrote: As crazy as it might seem, the energy may have come out of nothing! The meaning of “nothing” is somewhat ambiguous here. It might be the vacuum in some pre-existing space and time, or it could be nothing at all – that is, all concepts of space and time were created with the universe itself. Quantum theory, and specifically Heisenberg’s uncertainty principle, provide a natural explanation for how that energy may have come out of nothing.

Der Meinung dass es ursprünglich aus dem Nichts heraus entstand bin ich ebenfalls, aber wieder Null ergibt es heute nur noch wenn man auch das Antiversum oder die Antiversen die auf diese Weise gemeinsam mit dem unseren entstanden sein müssen dazuzählt, unser Universum für sich allein betrachtet ist in dem Bezugssystem bzw. dem Branch in dem es real geworden ist keine Nullsumme.

Lulu schrieb:

Und wenn der Urknall selbst der größte Irrtum wäre?

Dann würden Friedmann und Lemaître sich im Grab umdrehen, und allen die daran geglaubt haben würde wohl nur noch der Seppuku bleiben.

,

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 02 Jan 2019 12:12 #46543

Ich betrachte es persönlich aus der thermodynamischen Sicht. Wenn das Universum adiabat ist, dann muss der Energieerhaltungssatz gelten ("nix geht rein, nix geht raus", "von nix kommt nix"). Das Noether-Theorem von der Nicht-Homogenität der Zeit ist für mich ein ganz schwaches Argument, denn der Zeitbegriff ist noch gar nicht wirklich grundlegend verstanden. Es ist ja noch nichtmal klar, ob es "Zeit" überhaupt gibt. Also, wer mit der Homogenität von Zeit argumentiert, steht auf ganz wackligen Beinen. Desweiteren ist auch noch nicht geklärt, ob es ein Kontinuum überhaupt gibt, oder ob Raum und Zeit diskret sind. Daher ist die Frage, ob der Energieerhaltungssatz für das Universum gilt, völlig offen. Man wollte den Energieerhaltungssatz schon öfter opfern (z.B. zur Vermeidung des Postulats von Neutrinos), man lag aber immer falsch. Daher halte ich die selbstbewusste Behauptung, der Energieerhaltungssatz sollte ausgerechnet für das Universum nicht gelten, für sehr gewagt und völlig fehl am Platze.

Nachvollziehbare Mathematik ist notwendige Grundlage zur Beurteilung von physikalischen Modellen.
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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 05 Jan 2019 18:52 #46711

Hallo alle miteinander,

Lulu schrieb:

ClausS schrieb: Die Kernaussagen von Andreas Müller zu Irrtum 8 sind:
- Die Energie des Universums ist nicht erhalten.
- Die Ursache hierzu ist nach dem Noether Theorem, dass im Universum die Homogenität der Zeit (=Zeittranslationsinvarianz) nicht gegeben ist, da sich die räumliche Größe des Universums mit der Zeit ändert.

Nach Meinung von Josef Gaßner, die er in Vorträgen vertreten hat, ist dagegen die Gesamtenergie des Universums stets 0.

Gehe ich daher recht in der Annahme, dass nach aktuellem Forschungstand diese Frage noch offen ist?


Hallo ClausS,

ich denke, dass der Widerspruch nur scheinbar ist, je nachdem, was man gerade unter der "Energie des Universums" versteht.
Auch Autoren wie Sean Carroll behaupten beides.

In dem einen Fall wird auf die "Zero-energy universe"-Hypothese referiert, im anderen auf die Anwendbarkeit des Energieerhaltungssatzes auf das Universum als Ganzes.

en.wikipedia.org/wiki/Zero-energy_universe
www.astrosociety.org/publication/a-universe-from-nothing/
people.smp.uq.edu.au/TamaraDavis/papers/SciAm_Energy.pdf

Jedenfalls sprengt diese Frage eigentlich das Format eines "10 Irrtümer"-Videos und wäre einen eigenen Beitrag wert.

Natürlich ist die Frage in beiden Aspekten offen bis die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik einmal "ordentlich verheiratet" sein werden statt der "wilden Ehe" in der jetzigen Inflationskosmologie.
Aber dann gibt es wahrscheinlich sowieso ein ganz neues kosmologisches Modell.

Und wenn der Urknall selbst der größte Irrtum wäre?

Als Kriterium für die Akzeptanz oder Ablehnung sehe ich die Möglichkeit numerische Ergebnisse zu vergleichen.
Arps Überlegungen zu unterschiedlicher Alterung von Galaxien kommen für mich auch infrage.
Die Energie wird doch sinnvoll mit dem Lagrange-Formalismus beschrieben. Bei der Erhaltung kinetischer Energie sehe ich kein Problem. Erst das Auftreten potentieller Energie, welche die Geschwindigkeiten ändert, schafft diese Probleme zur Energieerhaltung. Könnten wir nun einen festen Zusammenhang zwischen den Potentialen und dem eingenommenen Raum der Erzeuger herstellen, ließe sich das Problem lösen. Beide Energieformen sind ja (nach meiner Kenntnis) verlustfrei ineinander umwandelbar. Randverluste oder -gewinne sollten zu vernachlässigen sein.

www.uratom.de
Entwicklung des Universums in einer diskret formulierten Standardphysik

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 07 Jan 2019 17:02 #46783

Moin!

Ich habe da ebenfalls Verständnisprobleme, obwohl die Formel mit der Wellenlänge im Nenner natürlich nachvollziehbar ist.
Dann kam mir folgendes Gedankenexperiment in den Sinn:

Nehmen wir 2 fiktive Sonnensysteme, deren hochtechnologisierte Planeten sich exakt gleich schnell um ihre Sonnen drehen, und zwar so, das sie sich immer zur gleichen Zeit auf einander zu-, bzw voneinander wegbewegen. Beide Systeme befinden sich in derselben Galaxie, so das die Expansion des Universums keine Rolle spielt.
Wenn nun beide Planeten eine Vorrichtung haben, mit der sie z.B. einen Laserimpuls mit derselben Energie X zum jeweils Anderen senden, und den ankommenden Impuls wieder in nutzbare Energie umwandeln könnten, würde dann nicht aufgrund der Blauverschiebung ein Energieüberschuss entstehen?
Wäre das dann ein Perpetuum mobile? (ein Wirkungsgrad von 100% vorausgesetzt...)

Oder liegt hier ein Denkfehler meinerseits vor?

Ich habe zwar nicht studiert, interressiere aber schon seit über 10 Jahren für solche Themen, infiziert damals durch alpha-centauri...
Und ich finde auch, das dieser Irrtum eine eigene Sendung wert ist :-)

Grüße an das Team, weiter so!

LG, Wacken-Wolf

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 07 Jan 2019 22:29 #46792

Wacken-Wolf schrieb: Wäre das dann ein Perpetuum mobile? Oder liegt hier ein Denkfehler meinerseits vor?

Drei mal darfst du raten.

Gespannt wofür du dich entscheidest,

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 08 Jan 2019 00:25 #46796

Nach meinem Verständnis wäre es eins.
Auch wenn es ein idealisiertes Gedankenexperiment ist....

...oder ich seh den Wald vor lauter Bäumen ned....

Und falls meine Anmerkung total unqualifiziert sein sollte, bitte ich um Hinweise, hab mich zum ersten mal getraut, hier so eine Frage zu stellen.
Ich hatte nur gehofft, hier ein paar Antworten zu finden, da ich in meinem Bekanntenkreis keinen habe, dem ich solche Fragen stellen kann...

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 08 Jan 2019 06:17 #46798

Ein Tipp: Neben der Energieerhaltung gibt es auch die Impulserhaltung. Was passiert mit den Planeten, wenn sie Lichtstrahlen verschiedener Energie aussenden bzw. empfangen?

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 09 Jan 2019 20:01 #46855

Danke ClausS!

Der Impuls wirkt entgegengesetzt der abgesendeten Lichtstrahlen und mit der gleichen Energie, denke ich.
Der empfangene Lichtstrahl (blauverschoben) hätte wohl mehr Energie, aber dessen Impuls auch, womit sich mein Gedankenspiel zerstört.

Gehe ich denn recht in der Annahme, das man den Energieerhaltungssatz und die besagte Energieerhaltung des Universums nicht vergleichen kann?

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 10 Jan 2019 06:20 #46862

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Überlegung:
Habenseite: Man erhält durch die Blauverschiebung zwar eine höhere Energie (höhere Frequenz), aber...
Sollseite:
  • Wie Du richtig schreibst erzeugt der Impuls des Strahls einen Impuls in Richtung gegen die Bewegungsrichtung
  • Mit irgendeiner Energie muss der Laserstrahl ja erst erzeugt werden, plus Verlustenergie (thermisch,...)
  • Und wahrscheinlich wird durch die große Entfernung und Wechselwirkung mit kosmischer Strahlungen auch die Amplitude des Lichtstrahls geringer

MfG
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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 11 Jan 2019 18:03 #46906

Wie kommt ihr denn auf Blauverschiebung? Durch die Expansion ist eine Rotverschiebung festzustellen, die Hintergrundstrahlung verliert quasi an Energie.

Für den Energieerhalt muss aber jede Sparte gesondert ausgeglichen sein, also müßte zB die Strahlungsenergie in der Expansion entsprechend mehr wert sein.

Tatsächlich kann man die Energie nur bei gleichen Zuständen vergleichen. Würde das Universum wieder schrumpfen, könnte man die Energie mit "damals" vergleichen. Wenn die Energie dann wieder gleich wäre, hat sich also an der Energie nichts verändert, auch wenn die Messungen in einem anderen (expandierten) Zustand andere Werte ergeben haben. Die Energie darf nicht zeitabhängig (veränderlich) sein, sie kann aber zustandsabhängig sein, was letztlich auf die Frage der Vergleichbarkeit der Messwerte hinausläuft. (Das perpetuum mobile ist nur für zyklische, wiederholbare Prozesse definiert)

Davon zu unterscheiden ist natürlich die Frage, ob die Energie in Summe kleiner, gleich oder größer als Null ist, wie zB die DE zu addieren ist etc.

https://allscienceglobe.com/24929-what-s-total-energy-in-universe.html schrieb: Negative Energie?

Stephen Hawking erklärt das Konzept der negativen Energie in seinem Buch Die Theorie von Allem (New Millennium 2002): "Zwei Materieteile, die nahe beieinander liegen, haben weniger Energie als die gleichen zwei Stücke weit voneinander entfernt, weil man Energie aufwenden muss, um sie von der Gravitationskraft zu trennen, die sie zusammenzieht." er schrieb.+

Da es für die Trennung der beiden Materieteile positive Energie benötigt, muss die Schwerkraft negative Energie nutzen, um sie zusammenzuziehen. Somit hat das Gravitationsfeld negative Energie. Im Falle eines Universums, das ungefähr gleichförmig im Raum ist, kann man zeigen, dass diese negative Gravitationsenergie genau die positive Energie der Materie auslöscht. Somit ist die Gesamtenergie des Universums Null . "

Das sehe ich allerdings anders: Die negative Bindungsenergie ist ja schon von der Materie in Abzug gebracht (Defekt), es ist aber immer noch etwas übrig, man darf die Bindungsenergie ja nicht nochmals abziehen. Wenn man Energie zur Materietrennung aufbringt, wird diese nur der vorhandenen Materie "wieder" zugefügt.

Die Astrophysiker Alexei Filippenko von der University of California in Berkeley und Jay Pasachoff vom Williams College erklären die negative Energie der Gravitation beispielhaft in ihrem Essay "A Universe From Nothing": "Wenn man einen Ball aus der Ruhe fallen lässt (definiert als ein Zustand von Nullenergie), erhält sie Energie der Bewegung (kinetische Energie) wenn sie fällt. Aber diese Verstärkung wird genau ausgeglichen durch eine größere negative Gravitationsenergie, wenn sie näher an das Zentrum der Erde kommt, so dass die Summe der beiden Energien Null bleibt. "

Natürlich halten sich kinetische und potentielle Energie die Waage, aber die vorhandene Materie wird dadurch nicht energielos. Ich halte es auch für falsch, die Energie dem Feld zuzuordnen, zumindest rechnerisch sollte man sie immer dem Objekt zuordnen, sonst verliert man ja vollkommen die Übersicht über die Summe der Energien.

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 13 Jan 2019 00:37 #46939

ra-raisch schrieb: Wie kommt ihr denn auf Blauverschiebung? Durch die Expansion ist eine Rotverschiebung festzustellen, die Hintergrundstrahlung verliert quasi an Energie.

Die Blauverschiebung kommt aus einem Gedankenexperiment von Wacken-Wolf ein paar Beiträge zurück...

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 13 Jan 2019 11:36 #46951

Merilix schrieb:

ra-raisch schrieb: Wie kommt ihr denn auf Blauverschiebung? Durch die Expansion ist eine Rotverschiebung festzustellen, die Hintergrundstrahlung verliert quasi an Energie.

Die Blauverschiebung kommt aus einem Gedankenexperiment von Wacken-Wolf ein paar Beiträge zurück...

Du meinst den insoweit wirren Beitrag #46783 ? Wo sollte denn diese Blauverschiebung herkommen außer aus Phantasie? Dann nimm meinen Beitrag #46906 als Erwiderung auf das "Gedankenexperiment". Ich würde dieses Detail ja eher freie Behauptung nennen, es wird ja grundlos vorausgesetzt.

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 13 Jan 2019 12:44 #46956

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Lulu schrieb:

ClausS schrieb: Die Kernaussagen von Andreas Müller zu Irrtum 8 sind:
- Die Energie des Universums ist nicht erhalten.
- Die Ursache hierzu ist nach dem Noether Theorem, dass im Universum die Homogenität der Zeit (=Zeittranslationsinvarianz) nicht gegeben ist, da sich die räumliche Größe des Universums mit der Zeit ändert.

Nach Meinung von Josef Gaßner, die er in Vorträgen vertreten hat, ist dagegen die Gesamtenergie des Universums stets 0.

Gehe ich daher recht in der Annahme, dass nach aktuellem Forschungstand diese Frage noch offen ist?


Hallo ClausS,

ich denke, dass der Widerspruch nur scheinbar ist, je nachdem, was man gerade unter der "Energie des Universums" versteht.
Auch Autoren wie Sean Carroll behaupten beides.


In dem einen Fall wird auf die "Zero-energy universe"-Hypothese referiert, im anderen auf die Anwendbarkeit des Energieerhaltungssatzes auf das Universum als Ganzes.

en.wikipedia.org/wiki/Zero-energy_universe
www.astrosociety.org/publication/a-universe-from-nothing/
people.smp.uq.edu.au/TamaraDavis/papers/SciAm_Energy.pdf

Jedenfalls sprengt diese Frage eigentlich das Format eines "10 Irrtümer"-Videos und wäre einen eigenen Beitrag wert.

Natürlich ist die Frage in beiden Aspekten offen bis die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik einmal "ordentlich verheiratet" sein werden statt der "wilden Ehe" in der jetzigen Inflationskosmologie.
Aber dann gibt es wahrscheinlich sowieso ein ganz neues kosmologisches Modell.

Und wenn der Urknall selbst der größte Irrtum wäre?

Gruß,
Lulu


Nur als Nachtrag eine aktuelle Referenz:

www.preposterousuniverse.com/blog/2019/0...onceptions-skewered/

daraus:

If the universe did have an earliest moment, it doesn’t violate conservation of energy. When you take gravity into account, the total energy of any closed universe is exactly zero.
The energy of non-gravitational “stuff” (particles, fields, etc.) is not conserved as the universe expands. You can try to balance the books by including gravity, but it’s not straightforward.


Die Frage, wie beides wirklich zusammengehen soll, habe ich als Kommentar auf der website hinterlassen. Es kann ja nie schaden, noch eine zusätzliche Meinung einzuholen. Und bisher gab es in diesem thread keine wirklich gute Antwort auf die diesbezügliche Eingangsfrage von ClausS.
Jedenfalls hat es nichts mit Antiuniversen und dergleichen zu tun.
.

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 13 Jan 2019 15:58 #46965

Kleiner Hinweis:
die Frage, ob Gesamtenergie = 0, oder von Null verschieden, haben wir im Januar 2016 schon mal diskutiert, beginnnd mit dem Beitrag #2336.

Thomas

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 15 Jan 2019 19:12 #47087

Zu der Frage Gesamtenergie des Universums hat mir Josef Gaßner einen sehr interessanten Link geschickt:

https://www.youtube.com/watch?v=FU5SKmVTxIw&t=3724s

Darin schildert Leonard Susskind die Energiebilanz des Universums.

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Energie vs Pseudoenergie 15 Jan 2019 23:06 #47097

ClausS schrieb:
Darin schildert Leonard Susskind die Energiebilanz des Universums. (Lecture 6)

Das ist wohl eine Definitionsfrage:

Leonard Susskind said:
There's a conserved quantity, we can call it energy, and the whole thing has to add up to 0. (Übersetzung)

Das hat zwar ein bisschen was von E=E-E, weswegen ich auch Carrolls Interpretation:

Sean Carroll wrote:
We all agree on the science; there are just divergent views on what words to attach to the science. In particular, a lot of folks would want to say “energy is conserved in general relativity, it’s just that you have to include the energy of the gravitational field along with the energy of matter and radiation and so on.” Which seems pretty sensible at face value. There’s nothing incorrect about that way of thinking about it; it’s a choice that one can make or not, as long as you’re clear on what your definitions are. I personally think it’s better to forget about the so-called “energy of the gravitational field” and just admit that energy is not conserved, for two reasons. (Übersetzung)

besser folgen kann, aber wenn selbst Susskind den anderen Standpunkt vertritt muss man den wohl ebenfalls gelten lassen:

John Baez wrote:
Casting about for a mathematical expression of these ideas, physicists came up with something called an energy pseudo-tensor. (In fact, several of 'em!) Pseudo-tensors are not tensors (surprise!), and this alone raises eyebrows in some circles. These pseudo-tensors have some rather strange properties. If you choose the "wrong" coordinates, they are non-zero even in flat empty spacetime. By another choice of coordinates, they can be made zero at any chosen point, even in a spacetime full of gravitational radiation. Those who harbor no qualms about pseudo-tensors will say that radiant energy becomes gravitational energy. Others will say that the energy is simply lost. (Übersetzung)

wobei letztere Interpretation wohl die Bessere ist:

Andreas Müller sprach:
Dass die Gesamtenergie im Universum erhalten ist habe ich auch geglaubt, bis ich mich habe eines Besseren belehren lassen. (Video)

Zwar nicht wirklich unterschreiben könnend dass die Nullsumme den Namen Energie verdient, aber zumindest so weit zustimmend dass diese 0 eine Erhaltungsgröße ist,

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 16 Jan 2019 00:14 #47105

Mit anderen Worten: Raumkrümmung ist negative Energie.

Rμν = κ(Tμν-gμν T) bzw κT = R ... das Vorzeichen passt dafür allerdings nicht.

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 16 Jan 2019 00:36 #47107

Ne, die Krümmung des Raumes wird von Masse, sprich Energie verursacht. Also geht jegliche Energie, die uns beobachtbar und experimentell zugänglich ist, positiv in die Gleichung ein.
Jegliche Energie, ob die uns bekannte oder die uns nicht bekannte Dunkle Materie geht positiv ein.
Negativ wirkt nur die Energie, die die Raumzeit auseinander treibt.
Die Summenformel, die Susskind da an die Tafel schreibt, sagt genau das.
Thomas

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 16 Jan 2019 10:33 #47121

Schon klar, ich wollte eine Parallele ziehen, scheint mir aber auch nicht sinnvoll. Dennoch ist das zum Vergleich geeignet. Krümmung R ist wohl eher "dasselbe" wie die Energie T (R-T=0). Ist das bei der Expansion H wirklich anders (H+E=0)? Das Vorzeichen von H erscheint mir ja doch ein bisschen "beliebig".

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 16 Jan 2019 21:49 #47155

Hallo zusammen,
bin leider gerade sehr unter Zeitdruck, weil im Semesterendspurt. Zusätzlich bin ich ab Samstag in Berlin und am Montag in Görlitz auf Vortragsreise...
Trotzdem möchte ich kurz zur Entwirrung beitragen:
Grundsätzlich lässt sich in der ART die Energieerhaltung aushebeln, weil das totale Differential des Energie-Impulstensors nach der Zeit nicht zwangsläufig dem partiellen Differential entsprechen muss. Salopp formuliert hängt das damit zusammen, dass man lokal - auf genügend kleiner Skala - auch in sehr pathologischen Topologien eine flachte Raumzeit erzwingen kann.
Deshalb liest man gerne von Kollegen, dass auch für die expandierende Raumzeit (Kosmologie) die Energieerhaltung verletzt sei. Tatsächlich lässt sich jedoch mit Hilfe des Landau-Lifshitz-Pseudotensors, der ALLE Anteile einbezieht (inklusive Materie, hochrelativistische Anteile wie Neutrinos und Photonen UND Gravitation etc.), ein sog. conservation-current festlegen, der wiederum die Conti-Gleichung erfüllt und somit eine Erhaltungsgröße darstellt. Claus hat ja oben bereits den Link zu einer populärwissenschaftlichen Erklärung von Susskind eingestellt - die mathematisch strikte Argumentation führt aber aus meiner Sicht über den Landau-Lifshitz-Pseudotensor.
Andreas wird ein eigenes Video hierzu verfassen und die Frage aus seiner Sicht nochmals detaillierter darstellen, sobald es seine Zeit ermöglicht. Bereits vor der Veröffentlichung des letzten Videos hatte ich ihn angerufen, aber wir sind uns nicht einig geworden - dann hat bei uns immer der Referent das letzte Wort... Bislang waren wir uns immer alle einig - das zeigt schon mal, wie knifflig diese Geschichte ist...
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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 16 Jan 2019 22:44 #47158

Josef M. Gaßner schrieb:  
Deshalb liest man gerne von Kollegen, dass auch für die expandierende Raumzeit

Expandierender Raum (ART), nicht Raumzeit (EST) (:

Josef M. Gaßner schrieb:  
Tatsächlich lässt sich jedoch mit Hilfe des Landau-Lifshitz-Pseudotensors, der ALLE Anteile einbezieht (inklusive Materie, hochrelativistische Anteile wie Neutrinos und Photonen UND Gravitation etc.) ...

Prinzipiell besteht die Problemstellung aber auch schon in einem vereinfachten Universum wo Strahlung und Neutrinos vernachlässigt werden können, eigentlich brauchen wir zum qualitativen Verständnis nur Ωm und Ωλ , die anderen Anteile wie Ωr und Ωk ändern das Ergebnis nur an den hinteren Kommastellen und machen das Brot nicht wirklich fett.

Josef M. Gaßner schrieb:  
... ein sog. conservation-current festlegen, der wiederum die Conti-Gleichung erfüllt und somit eine Erhaltungsgröße darstellt.

Die Erhaltungsgröße

ρ-3H²c²/8/π/G = 0

ist unstrittig, die Frage ist nur ob und wenn ja warum diese Erhaltungsgröße die Energiedichte sein sollte.
Meinem Verständnis nach ist die Energiedichte

ρ = ρr /a⁴+ρm /a³+ρk /a²+ρλ = 3H²c²/8/π/G ≠ 0,

also ohne dass man den rechten Teil der Gleichung vom linken abzieht.
Die Gesamtenergie müsste somit proportional zu

E ∝ ρ·a³ ≠ 0 mit dρ/dt ≤ 0 und dE/dt > 0,

in einem flachen Universum mit unendlichem Volumen also unendlich sein. Nach der Sichtweise bliebe dE/dt nur dann 0 wenn das Universum keine dunkle Energie, sondern ausschließlich Materie enthielte (dann hätten wir keine beschleunigte sondern eine gebremste Expansion).

Nicht nachvollziehend warum die Energiedichte nicht ρ sondern ρ-ρ sein sollte,

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 17 Jan 2019 00:57 #47167

Die hier beginnende mathematische Diskussion zeigt sehr schön, dass selbst sehr gute Mathematiker sehr unterschiedlicher Meinung in der Interpretation der Welt mittels ihrer speziellen Sprache, nämlich der Welt der Formeln sein können.
Mindestens einer muss irren, wenn als Ergebnis der Rechnungen etwas Gegenteiliges rauskommt..

Drum skeptisch bleibend, ob alles was berechnet wird, auch immer der Realität entspricht.
Die einfache Logik eines Nichtmathematikers, welcher aber gerne mit Zahlen spielt.
Intuition und bildhafte Vorstellung kann auch ein sinnvoles Instrument zum Verständnis der Welt sein.

Gene brauchen Vielfalt und der Grips auch

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Gene brauchen Vielfalt und der Grips auch

Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 17 Jan 2019 01:18 #47169

Brooder schrieb:  
Mindestens einer muss irren, wenn als Ergebnis der Rechnungen etwas Gegenteiliges rauskommt.

Als Ergebnis der Rechnung kommt das Gleiche heraus, hier geht es nicht darum dass man sich uneinig wäre welchen Wert die Variablen haben oder auf welche Weise sie in die Formeln einfließen sondern um die semantische oder vielleicht sogar philosophische Frage welche davon den Namen Gesamtenergiedichte oder Gesamtenergie verdient hat. Auf alle Fragen die man konkret ausrechnen kann, wie z.B. wie schnell sich ein so und so weit entferntes Objekt von uns entfernt und wo es zu diesem oder jenem Zeitpunkt war oder sein wird hat es keine Auswirkung wie man E definiert, da es sowieso in keine Formeln einfließt.

Wikipedia schrieb:  
If the metric under consideration is static (that is, does not change with time) or asymptotically flat (that is, at an infinite distance away spacetime looks empty), then energy conservation holds without major pitfalls. In practice, some metrics such as the Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker metric do not satisfy these constraints and energy conservation is not well defined.

In Anbetracht dessen dass dieses Wort in dem Kontext nicht well defined ist könnte es im schlimmsten Fall auf eine Geschmacksfrage hinauslaufen. Trotzdem kann man ja die Pros und Kontras dafür warum oder warum nicht der infrage stehende Term den Namen Energiedichte verdient hat abwägen. So wie ich es verstehe ist die Interpretation für die Gesamtenergiedichte die rechte Seite der Gleichung von der linken Seite abzuziehen so dass am Ende wieder 0 herauskommt nur ein Kunstgriff der darauf abzielt auf dem Papier eine Energieerhaltung zu erzwingen, obwohl eine solche in Wahrheit gar nicht gefordert ist. Nach meinem Verständnis ist ρ die Gesamtenergiedichte und E dieselbe mal dem Volumen, und beides ist definitiv nicht 0.

Mich trotzdem gerne eines Besseren überzeugen lassend,

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 17 Jan 2019 09:57 #47177

Hallo Yukterez,
vielleicht kommen wir zusammen, wenn wir einen Schritt zurück machen und das Ganze betrachten:

1.) als erhaltene Gesamtenergie identifizieren wir allgemein diejenige Größe, die unter Zeittranslation invariant ist. (Noethertheorem)
2.) in einem expandierenden Universum erkennen wir eine Erhaltungsgröße und es herrscht Uneinigkeit ob es sich um die Gesamtenergie handelt.
3.) Expandiere ich das Universum (bzw. den Skalenfaktor) um einen infinitesimal kleinen Schritt und kontrahiere es anschließend entsprechend, erhalte ich die ursprüngliche Energiedichte
4.) Punkt 3 kann ich als kontinuierliche Symmetrieoperation verstehen und die Frage stellen: "Welche Erhaltungsgröße korrespondiert mit der entsprechenden zeitlichen Invarianz?"
5.) Diese Erhaltungsgröße nenne ich gemäß 1) "Gesamtenergie des Universums".

Das war im Wesentlichen meine Argumentation im Telefonat mit Andreas. Auch im Bild der QFT muss ich in die Gesamtbetrachtung auch das Feld mit einbeziehen, das die Expansion verursacht und nicht nur die Felder des Inventars.
Folgende Benutzer bedankten sich: Michael D.

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Frage zu Video 10 Irrtümer: Irrtum 8 (Energierhaltung des Universums) 17 Jan 2019 19:04 #47209

Josef M. Gaßner schrieb: 1.) als erhaltene Gesamtenergie identifizieren wir allgemein diejenige Größe, die unter Zeittranslation invariant ist. (Noethertheorem)

Die Voraussetzung um so was aus dem Noethertheorem zu folgern ist doch die zeitliche Symmetrie. Im expandierenden Universum haben wir nur eine räumliche, nicht aber eine zeitliche Symmetrie. Deshalb kommt es mir in diesem Kontext nicht wirklich valid vor wenn man das Ergebnis der Fragestellung ob die Energie erhalten ist bereits als Assumption voraussetzt.

Josef M. Gaßner schrieb: 2.) in einem expandierenden Universum erkennen wir eine Erhaltungsgröße und es herrscht Uneinigkeit ob es sich um die Gesamtenergie handelt.

Richtig, denn aus der Tatsache dass es eine Erhaltungsgröße ist allein kann man noch nicht automatisch folgern dass es deshalb nur die Gesamtenergie sein kann.

Josef M. Gaßner schrieb: 3.) Expandiere ich das Universum (bzw. den Skalenfaktor) um einen infinitesimal kleinen Schritt und kontrahiere es anschließend entsprechend, erhalte ich die ursprüngliche Energiedichte

Das muss trivialerweise der Fall sein, aber Gesamtenergiedichte ρ mal Volumen V ist offenbar keine Erhaltungsgröße, denn nur die Komponente der mitbewegten Materie dünnt sich mit 1/a³ aus.

Josef M. Gaßner schrieb: 4.) Punkt 3 kann ich als kontinuierliche Symmetrieoperation verstehen und die Frage stellen: "Welche Erhaltungsgröße korrespondiert mit der entsprechenden zeitlichen Invarianz?"

Darf man das denn wenn die zeitliche Homogenität nicht erfüllt ist? Die wäre nach meinem Verständnis die Voraussetzung für eine solche Schlussfolgerung, wenn ȧ≠0 sollte die Gesamtenergie im räumlich homogenen Fall doch eher proportional zu ρ·a³ sein.

Josef M. Gaßner schrieb: 5.) Diese Erhaltungsgröße nenne ich gemäß 1) "Gesamtenergie des Universums".

Das könnte auch ein Zirkelschluss sein.

Noch nicht so recht überzeugt,

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