Was spricht für, was gegen die Existenz von Dunkler Energie?

[Ben]

Der Denkansatz von mac hatte ich auch: wenn man dE als seit jeher gegeben ansieht und sich bloss das Verhältnis zwischen dE und Materie verändert hat. Beim Urknall also 100% Materie 0% Dunkle Energie, das Verhältnis steigerte sich fortwährend, bis irgendwann die Dunkle Energie überhand nahm. Für die ferne Zukunft würde das bedeuten, dass wir 100% und 0% Materie hätten.
Die Frage ist dann bloss: warum hat plötzlich nach 6-7 Milliarden Jahren die Dunkle Energie überhand genommen? Wieso hat sich das Verhältnis zwischen dE und Materie geändert?

 

[Raph]

Was mir aber nicht ganz klar ist, wie das Verhältnis zwischen der Dichte der Materie und der Dichte der dunklen Energie beinflusst werden kann. Gibt es hierzu Hypothesen oder bereits bewiesene Theorien?

 

[Ich]

Wieso hat sich das Verhältnis zwischen dE und Materie geändert?

Weil die Dichte der DE konstant bleibt (Vakuumenergie) und die der Materie mit der Expansion natürlich abnimmt.

 

[SirToby]

Sind wir abgebrannt?

Hallo Ich,

die Frage, warum sich das Verhältnis zwischen DE und Materie geändert hat, kann man nicht damit beantworten, dass sich deren Dichten verändern. Natürlich verändert sich die Dichte der Materie (ob dunkel oder baryonisch); aber die Gesamtmenge würde sich durch den Ausdünnungseffekt nicht verändern. - Stimmt es denn überhaupt, dass Materie abnimmt und Dunkle Energie zunimmt? Die beschleunigte Expansions des Weltalls ist eine seit etwa 10 Jahren abgesicherte (spektakuläre) Tatsache. Hierfür ist nicht notwendigerweise eine zunehmende Dunkle Energie verantwortlich. Eine konstante Dunkle Energie würde genauso ins Modell passen.

Andererseits frage ich mich, wie es um das Verhältnis von normaler Energie zu normaler Materie bestellt ist. Hunderte von Milliarden Galaxien mit hunderten von Milliarden Sternen verfeuern ständig Wasserstoff zu Strahlung nach der E=m x c^2 - Formel. Diese vielen Sterne machen gerade einmal die 4% baryonischer (also normaler) Materie aus. Ist hier nicht vielleicht schon der größte Teil der Universums praktisch "abgebrannt" ? Oder gibt es überhaupt Prozesse, in denen aus Energie wieder Materie wird?

Gruß SirToby

 

[Ich]

Hi SirToby,

die Frage, warum sich das Verhältnis zwischen DE und Materie geändert hat, kann man nicht damit beantworten, dass sich deren Dichten verändern.

Doch, das geht eigentlich ganz gut.

Stimmt es denn überhaupt, dass Materie abnimmt und Dunkle Energie zunimmt?

Beides in einem Satz stimmt wohl nicht. Meinst du Dichte oder "Gesamtmenge", also Dichte mal Skalenfaktor?

Andererseits frage ich mich, wie es um das Verhältnis von normaler Energie zu normaler Materie bestellt ist. Hunderte von Milliarden Galaxien mit hunderten von Milliarden Sternen verfeuern ständig Wasserstoff zu Strahlung nach der E=m x c^2 - Formel. Diese vielen Sterne machen gerade einmal die 4% baryonischer (also normaler) Materie aus. Ist hier nicht vielleicht schon der größte Teil der Universums praktisch "abgebrannt" ? Oder gibt es überhaupt Prozesse, in denen aus Energie wieder Materie wird?

Diese strenge Unterscheidung von Materie und Energie ist der heutigen Physik einigermaßen fremd. Die Kosmologie behandelt beides erstmal gleich, abgesehen davon, dass "Energie" (also Strahlung) noch stärker anziehend wirkt.
Es gibt auch Prozesse, in denen aus Strahlung wieder Elamentarteilchen werden, z.B. Paarbildung. Derlei findet aber nur selten und unter extremen Bedingungen statt.

 

[SirToby]

Zusammenhang zwischen DM und DE?

Hallo Ich,

ich meine bei diesen Betrachtungen immer die Gesamtmenge und habe dabei immer den Energieerhaltungssatz im Hinterkopf. Wenn man die Gesamtmasse über E=m x c^2 noch zur Gesamtenergie hinzurechnet, dann muß der Energieerhaltungssatz nach wie vor auch für das Universum gelten, oder nicht?

Unter diesem Blickwinkel verstehe ich auch, warum die Kosmologie keinen großen Unterschied mehr zwischen Energie und Masse macht, wie du schreibst. Aber gilt das auch für die Dunkle Materie und für die Dunkle Energie? Ob es überhaupt einen Zusammenhang zwischen DE und DM gibt ist doch gerade erst Gegenstand aktueller Forschung.

Gruß SirToby

 

[Ich]

Wenn man die Gesamtmasse über E=m x c^2 noch zur Gesamtenergie hinzurechnet, dann muß der Energieerhaltungssatz nach wie vor auch für das Universum gelten, oder nicht?

Nicht wirklich. Nimm zum Beispiel reine Strahlung: wenn du ein Volumen mit einer bestimmten eingeschlossenen Strahlungsmenge verachtfachst, so sinkt die Photonendichte auf ein Achtel, die Gesamtzahl bleibt also gleich. Aber jedes Photon hat doppelte Wellenlänge, also halbe Energie. Die "Gesamtenergie" hat sich also halbiert.
Energie in Form "ruhender" Materie bleibt dagegen erhalten, d.h. im obigen Beispiel fällt die Energiedichte auf ein Achtel.
Die Dichte von DE (in der momentan bevorzugten Form) bleibt konstant, weil sie eine Eigenschaft des Vakuums ist. Die "Gesamtenergie" verachtfacht sich also.
Das alles hat damit zu tun, dass der Energieerhaltungssatz der klassischen Mechanik aus der Unveränderbarkeit des Raumes über die Zeit (unsauber formuliert, schau "Noether-Theoreme" nach) abgeleitet ist, die in einem expandierenden Universum nicht mehr gegeben ist. Dort spielt eben die Raumzeit selber mit, und die muss man berücksichtigen für solche Energiebetrachtungen. Dann wird's aber auch für mich zu kompliziert, vielleicht hab ich mich in ein paar Jahren genügend eingelesen - wenn's mich ausreichend interessiert.

Unter diesem Blickwinkel verstehe ich auch, warum die Kosmologie keinen großen Unterschied mehr zwischen Energie und Masse macht, wie du schreibst.

Naja, keinen "großen", aber doch einen. Ein heißes Bügeleisen ist genausogut wie ein etwas schwereres kaltes, in dem Sinne ist es egal. Ein strahlungsdominertes Universum verhält sich aber nicht wie ein materiedominiertes.
Egal, auf jeden Fall: Die letzten 13 Mrd. Jahre hat sicher keine signifikante Umwandlung von normaler Materie in Strahlung stattgefunden. Die Prozesse sind ja bekannt, und viel zu ineffektiv.

Aber gilt das auch für die Dunkle Materie und für die Dunkle Energie? Ob es überhaupt einen Zusammenhang zwischen DE und DM gibt ist doch gerade erst Gegenstand aktueller Forschung.

Nach heutigem Wissen haben die beiden außer dem Namenszusatz "dunkel" gar nichts gemeinsam. Der Namenszusatz rührt einfach daher, dass wir beides bis jetzt nicht direkt beobachten können, sondern nur die gravitative Wirkung.

 

[Orbit]

Hallo Ich

Diese strenge Unterscheidung von Materie und Energie ist der heutigen Physik einigermaßen fremd. Die Kosmologie behandelt beides erstmal gleich, abgesehen davon, dass "Energie" (also Strahlung) noch stärker anziehend wirkt.

Dass Strahlung stärker anziehend wirken soll als Materie, verstehe ich nicht. Kannst Du mir erklären, wie Du das meinst.

Nimm zum Beispiel reine Strahlung: wenn du ein Volumen mit einer bestimmten eingeschlossenen Strahlungsmenge verachtfachst, so sinkt die Photonendichte auf ein Achtel, die Gesamtzahl bleibt also gleich. Aber jedes Photon hat doppelte Wellenlänge, also halbe Energie. Die "Gesamtenergie" hat sich also halbiert.

Könnte man sich die vermeintlich verloren gegangene Hälfte der Energie nicht als potentielle Energie vorstellen, die nun in der aufgespannten Raumzeit gespeichert ist?

Energie in Form "ruhender" Materie bleibt dagegen erhalten,...

Hier stelle ich mir übrigens die Frage, ob DM nicht eine Zwitter sei: einerseits Strahlung, deren Wellenlänge mit dem Radius des Raumes wächst, deren Gesamtenergie aber wie bei der Materie erhalten bleibt.

Gruss Orbit

 

[Ich]

Dass Strahlung stärker anziehend wirken soll als Materie, verstehe ich nicht. Kannst Du mir erklären, wie Du das meinst.

Kann ich leider nur formal: Quelle der Gravitation ist nicht einfach die Masse- oder Energiedichte, sondern ein erweiterter Ausdruck, der alle Energieformen und Bewegungszustände berücksichtigt. In diesem steht auch der Druck. Da ein Photonengas Strahlungsdruck ausübt, wirkt es stärker als eine gleiche Energiemenge, die keinen Druck ausübt. (Zur Ergänzung: Wenn man das Photonengas in einen Kessel sperrt, entstehen im Kessel Spannungen, die das wieder ausgleichen.)
In der Kosmologie muss man deshalb zwischen der strahlungsdominierten und der materiedominierten Phase unterscheiden; in ersterer ist die Expansion tatsächlich stärker gebremst.

Könnte man sich die vermeintlich verloren gegangene Hälfte der Energie nicht als potentielle Energie vorstellen, die nun in der aufgespannten Raumzeit gespeichert ist?

Ja, das kann man. Man kann es bloß nicht so einfach formulieren in der ART, das läuft dem Konzept zuwider. Irgendwas geht aber bestimmt, ich weiß es bloß nicht.

Hier stelle ich mir übrigens die Frage, ob DM nicht eine Zwitter sei: einerseits Strahlung, deren Wellenlänge mit dem Radius des Raumes wächst, deren Gesamtenergie aber wie bei der Materie erhalten bleibt.

Gut, dass du die Frage nicht mir gestellt hast...

 

[twr]

Hi,

was mich immer wieder irritiert ist, dass man von einer beschleunigten Ausdehnung des Universums und daher einer "ewigen" Expansion ausgeht. Da höchstwahrscheinlich das Universum um mindestens den Faktor 10^22 größer ist, entspricht die Extrapolation, die hier einige Physiker machen, den irrsinnigen Versuch, aus einem 10mm Stück einer Kurve deren Verlauf im gesamten sichtbaren Universum vorhersagen zu wollen.

SG TWR

 

[Ich]

was mich immer wieder irritiert ist, dass man von einer beschleunigten Ausdehnung des Universums und daher einer "ewigen" Expansion ausgeht. Da höchstwahrscheinlich das Universum um mindestens den Faktor 10^22 größer ist, entspricht die Extrapolation, die hier einige Physiker machen, den irrsinnigen Versuch, aus einem 10mm Stück einer Kurve deren Verlauf im gesamten sichtbaren Universum vorhersagen zu wollen.

Ich verstehe nicht, was du meinst. Was ist höchstwahrscheinlich um mindestens 10^22 größer als was, welche Extrapolation, welche Kurve?

 

[komet007]

Da höchstwahrscheinlich das Universum um mindestens den Faktor 10^22 größer ist, entspricht die Extrapolation, die hier einige Physiker machen, den irrsinnigen Versuch, aus einem 10mm Stück einer Kurve deren Verlauf im gesamten sichtbaren Universum vorhersagen zu wollen.

Hallo TWR

ganz so ist es ja nicht. Im Grunde kann davon ausgegangen werden, dass an jedem Ort des Universums die gleichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten herrschen. Deshalb lassen sich lokale Beobachtungsdaten auf das gesamte Universum anwenden.
Zudem darf man nicht ausser acht lassen, dass wir uns mittlerweile in der Situation befinden, beobachtungstechnisch immer weiter an den Urknall bzw. die Hintergrundstrahlung heran zu kommen, was letztendlich heisst, das Universum in seiner zeitlichen Entwicklung fast vollständig erfassen zu können.
Um allerdings endgültig auf ein beschleunigtes Universum schließen zu können, wird derzeit eine Methode zur Entfernungsbestimmung über GRB's, zusätzlich zur SN1A-Analyse entwickelt.
Im Grunde müssen wir nur Geduld haben, was zukünftige Forschungsprojekte, Teleskope und Satelliten an Datenmaterial hergeben. Dabei ist sicherlich nicht auszuschließen, dass aktuelle Theorien in Frage gestellt oder ergänzt werden müssen.

 

[Orbit]

Hallo

Dieser Thread ist für die meisten eine eher frustrierende Hängepartie:

Ich habe das Ganze überhaupt nicht verstanden.

Mir geht's genau so.
Für Dich, Ich, mag das Ganze aufgehen; aber für wen sonst noch?
Liegt's einfach daran, Dass Du die Friedmann-Gleichungen intus hast und wir nicht?

Expansion (oder Kontraktion) ist der natürliche Zustand. Gleichgewicht ist unnatürlich, benötigt irgend etwas, was die Gravitation aufhebt, und ist labil.
DE wirkt in den mathematischen Ableitungen eins tiefer: ob Expansion oder Kontraktion, sie würde nur Expansion beschleunigen und Kontraktion verlangsamen.

Das, nehme ich an, ergibt sich aus eben diesen Friedmann-Gleichungen, die wiederum auf der ART basieren. Und wenn ich die Geschichte mit Einsteins Lambda richtig verstanden habe, wurde dem Schöpfer der ART selbst erst durch diese Gleichungen und definitiv durch den experimentellen Nachweis der Expansion durch Hubble klar, dass Expansion oder Kontraktion des Raumes bereits im Konzept der Raumzeit enthalten, ein statisches Universum also ausgeschlossen und Lambda deshalb überflüssig ist.

DE braucht man nicht für Expansion, nur für beschleunigte Expansion.

Für die beschleunigte Expansion muss also ein solcher Term wieder eingeführt werden: Omega Lambda.
Sollte sich die beschleunigte Expansion nicht bestätigen, könnte er dann wieder fallen gelassen werden? Wäre dann die Masse des Universum mit einem Federstrich nur noch 25%, so wie sie vorher mit einem ähnlichen Federstrich vervierfacht wurde?
Ich weiss nicht. So wie sich das bis dato in meinem Kopf eingenistet hat, wirkt das alles ziemlich willkürlich. Aber das liegt wohl an meinem Kopf. ^^
Und der hört nicht auf zu fragen:
Ist im Dialog zwischen Dir und jonas wirklich diese DE gemeint?
jonas:

hmmm, dann wäre dies:

Oder man sagt: Das Universum ist gleichmässig angefüllt mit DE. Je mehr DE zwischen den Massen liegt, umso stärker wirkt ihr "gravitationshemmender" Effekt und treibt so von Anfang an die Massen auseinander, und zwar umso effektiver, je weiter die Massen voneinander auseinandergetrieben werden.

die anschauliche Laienvorstellung?

ICH:

Ja, das trifft es einigermaßen.

oder steht sie hier nun doch für die im Konzept der Raumzeit a priori gegebene Verursacherin der Expansion?
Fragen über Fragen. Sorry.
Gruss Orbit

 

[komet007]

Hallo Orbit

Ich würde gerne noch ein etwas extremeres Szenario darsellen, das sich aus einer für mich immer noch offenen Frage zur Dopplerrotverschiebung ergibt:

Wenn, wie es der Fall ist, DE antigravitativ wirkt, so müsste sich dies auch auf Photonen auswirken, was letztendlich heisst, dass der Effekt der Dopplerrotverschiebung, aus dem sich die Expansion ableiten lässt, auf DE zurückzuführen wäre. Dass sich keine Gravitationslinseneffekte erkennen lassen, liegt an der homogenen Verteilung der DE.

Hieraus ergibt sich für mich folgendes Bild über unser Universum:
- Der Raum expandiert nicht, zumindest nicht in dem Maße, wie es aus den Rotverschiebungsdaten hervorgeht.
- Eine mögliche Expansion könnte von Quantenfluktuationen im Vakuum, wie Fahr es aufgezeigt hat, angetrieben werden.
- Dunkle Energie neutralisiert im Grunde gravitative Bindungsenergien auf große Distanzen in den Voids.
- Strukturbildung findet ausschließlich in den Galaxienclustern statt, die untereinander gravitativ gekoppelt sind.
- Baryonische und Dunkle Materie ist in Dunkle Energie "eingebettet". Dies ergibt sich aus der Bewegung von Materie, die sich anhand der Fokker Planck Gleichung berechnen lässt. Dazu ist allerdings ein Medium wie DE erforderlich.

schönen Abend wünsche ich

Wolfgang

 

[Orbit]

Hallo komet007
Schütt mir mein Kind nicht gleich mit dem Bad aus!
Mein Kind: Meine an die Adresse von Ich abgeschickten Fragen.
Die kreisen um das Standardmodell.
Das Kind, mit dem Du schwanger bist, sind Fragen ausserhalb des Standardmodells.
Ich werde darauf zurück kommen; aber erst warte ich auf Ichs Antwort.
Einer Deiner Puzzle-Teile, aus dem sich Dein Bild vom Universum zusammen setzt, klingt bei mir an:

- Baryonische und Dunkle Materie ist in Dunkle Energie "eingebettet". Dies ergibt sich aus der Bewegung von Materie, die sich anhand der Fokker Planck Gleichung berechnen lässt. Dazu ist allerdings ein Medium wie DE erforderlich.

wobei ich im Rahmen meines Bildes nicht von DM und DE sprechen würde, sondern von DM I und DM II. Ich hab anderswo schon erklärt, warum. Aber das tut jetzt nichts zur Sache.
Du könntest Dir inzwischen schon mal überlegen, wie Du mir als Laien und Nicht-Mathematiker die Fokker Planck Gleichung erklären könntest. Ich hab ein wenig gegoogelt, bin aber nicht weiter gekommen.

Herzliche Grüsse
Orbit

 

[komet007]

wobei ich im Rahmen meines Bildes nicht von DM und DE sprechen würde, sondern von DM I und DM II. Ich hab anderswo schon erklärt, warum. Aber das tut jetzt nichts zur Sache.
Du könntest Dir inzwischen schon mal überlegen, wie Du mir als Laien und Nicht-Mathematiker die Fokker Planck Gleichung erklären könntest. Ich hab ein wenig gegoogelt, bin aber nicht weiter gekommen.

Hallo Orbit

Dass du von DM1 und DM2 ausgehst, weiss ich noch aus einem vergangenen Thread. Dazu stellt sich trotzdem die Frage, ob DM und DE, bis auf ihre gravitative Wechselwirkung, in irgendeiner Art und Weise etwas miteinander zu tun haben. Bisher geht man davon aus, dass dies nicht so ist, aber das ist Definitionssache.
Da ich ebenso Leie bin wie du, kann ich nur die Fakten auflisten, die ich bisher zusammen getragen haben, dazu gehören folgende Links:

http://de.wikipedia.org/wiki/Fokker-Planck-Gleichung
http://astro.berkeley.edu/~cpma/59415.web.pdf

Anhand der Fokker Planck Gleichung ließ sich ursprünglich die kinetische Verteilung von Staubpartikeln ermitteln. Mittlerweile hat man herausgefunden, dass sich diese auch auf Materie, speziell DM, anwenden lässt.

Viele Grüße

 

[komet007]

Die kreisen um das Standardmodell.

Hallo nochmal

Meine Vorstellungen stellen sich im Grunde nicht unbedingt gegen das Standardmodell. Das Standardmodell orientiert sich an den Beobachtungsdaten, dabei ist nicht ausgeschlossen, dass sich Faktoren wie die DE noch nicht vollständig ins Modell einfügen, dies könnte zu einer Fehlinterpretation der Rotverschiebungsdaten führen, was Fahr ja auch bemängelt.
Ein weiterer Faktor, durch den das Modell korreliert, ist die Hintergrundstrahlung, die zur Bestimmung der Materieverteilung herangezogen wird und über den Hubbleparameter zur Altersbestimmung des Universums führt.
Das kosmologische Modell ist meines Erachtens eine Momentaufnahme, die sich je nach neuen Erkenntnissen und Beobachtungsdaten verändern kann.
Albert Einstein führte seine kosmologische Konstante ein, um ein statisches, uendlich altes Universum zu erklären, erst die Gleichungen Friedmanns postulierten ein dynamisches Universum.
Diese Dynamik lässt sich im Grunde nur anhand von Beobachtungsdaten bzw neuen Technologien bestimmen.

 

[Ich]

Und wenn ich die Geschichte mit Einsteins Lambda richtig verstanden habe, wurde dem Schöpfer der ART selbst erst durch diese Gleichungen und definitiv durch den experimentellen Nachweis der Expansion durch Hubble klar, dass Expansion oder Kontraktion des Raumes bereits im Konzept der Raumzeit enthalten, ein statisches Universum also ausgeschlossen und Lambda deshalb überflüssig ist.

Das war ihm schon vorher klar, er konnte nur nicht glauben, dass das Universum nicht statisch sein sollte. Eigentlich hätte er diese Vorhersage machen müssen; dass er es nicht getan hat, hat ihn später auch entsprechend geärgert.

Für die beschleunigte Expansion muss also ein solcher Term wieder eingeführt werden: Omega Lambda.

Das ist die einfachste Möglichkeit; bei der bleibt man jetzt auch bis zum Beweis des Gegenteils.

Sollte sich die beschleunigte Expansion nicht bestätigen, könnte er dann wieder fallen gelassen werden? Wäre dann die Masse des Universum mit einem Federstrich nur noch 25%, so wie sie vorher mit einem ähnlichen Federstrich vervierfacht wurde?

Das war historisch anders. Ich erinnere mich noch selbst daran: Zu meiner Studienzeit war man überzeugt, dass die Energiedichte der kritischen Energiedichte entspricht. Und ziemlich unglücklich, weil man auch bei bestem Willen nur 20-30% zusammengebracht hat. Das war eines der großen Rätsel der Kosmologie.
So kann man sich auch erklären, warum die SNIa-Daten so positiv aufgenommen wurden (die Entdecker haben sich erstmal gar nicht getraut, sowas zu veröffentlichen). Da war die fehlende Energie, nach der an so lange gesucht hatte! Und sogar die Menge passt, es sind wirklich die fehlenden 70-75%.
Also: man würde nicht einfach wieder vierteln und sich nichts dabei denken. Man hätte das alte Problem wieder am Hals.

Ist im Dialog zwischen Dir und jonas wirklich diese DE gemeint?
jonas:
Zitat:
hmmm, dann wäre dies:
Zitat:
Oder man sagt: Das Universum ist gleichmässig angefüllt mit DE. Je mehr DE zwischen den Massen liegt, umso stärker wirkt ihr "gravitationshemmender" Effekt und treibt so von Anfang an die Massen auseinander, und zwar umso effektiver, je weiter die Massen voneinander auseinandergetrieben werden.
die anschauliche Laienvorstellung?

oder steht sie hier nun doch für die im Konzept der Raumzeit a priori gegebene Verursacherin der Expansion?

Das "Auseinandertreiben" statt "Auseinanderfliegen" ist der springende Punkt. Auseinanderfliegen ist der natürliche, träge Zustand. Gravitation würde die Expansion verlangsamen. DE ist das, was die Massen immer noch antreibt, was die Expansion beschleunigt.

 

[Ich]

Das kosmologische Modell ist meines Erachtens eine Momentaufnahme, die sich je nach neuen Erkenntnissen und Beobachtungsdaten verändern kann.

So ist es. Die Vorgehensweise hier ist extrem pragmatisch: Es werden alle Beobachtungsdaten zusammengetragen und verschiedenen Modellen gegenübergestellt. Das Modell, das mit den wenigsten Parametern die Daten beschreibt, gewinnt. Man hat eben keine Theorie, die genau vorgibt, wie das Universum zu sein hat. Man hat aber eine, die mit nur 6 Parametern bis jetzt alles zur Zufriedenheit beschreibt.

 

[Orbit]

Hallo Ich
Vielen Dank für Deine Antworten!
Ein paar Puzzleteilchen konnte ich wieder in mein Bild vom Universum einsetzen. Zum Teil halte ich die Teilchen einfach verkehrt herum. ^^
Die Sache mit dem doppelten Federstrich war so etwas.

Wie liest man die Existenz von DE, respektive von dieser fehlenden Masse aus den SNIa-Daten heraus?
Hast Du mir einen Link?

Gruss Orbit