Chandra und XMM: Wird die Dunkle Energie stärker?

TomS

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Im Übrigen habe ich das ganze Paper in Arxiv.org gelesen und nichts gefunden, was diese Aussage überzeugend untermauern würde.
Da ist mMn eine voreilige Behauptung.

Die Autoren behaupten, dass eine 4σ-Abweichung von ΛCDM mit w = -1 mit bester Übereinstimmung für w = -1.3 vorliegt; 4σ ist erheblich.

Wenn andere
Effekte ausgeschlossen werden können, wenn die Datenanalyse korrekt ist und die Behauptung zutrifft sowie wenn die statistische Signifikanz noch erhöht und in unabhängigen Beobachtungen bestätigt werden könnte, dann würde in der Tat eine Abweichung von der kosmologischen Konstante mit w = -1 und eine zunehmende “Dunkle Energie” folgen.

Ich selbst kann die
Datenanalyse nicht bewerten - dies ist absolut nicht mein Fachgebiet - ich gehe jedoch zunächst mal davon aus, dass sorgfältig gearbeitet wurde.

Ich bin bei derartigen Meldungen immer sehr vorsichtig, erfahrungsgemäß finden sich dann doch Erklärungen auf Basis etablierter Physik. Aber das müssen wirklich Experten beurteilen.
 
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astrofreund

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Das erweckt den Eindruck, dass man hier nur mitdiskutieren sollte, wenn man wenigstens in Physik promoviert hat.

... oder wenn man zur gleichen Erkenntnis wie dereinst Einstein gekommen ist, der meinte

"... es wurde mir als Student nicht klar, dass der Zugang zu den tieferen prinzipiellen Erkenntnissen in der Phyik an die feinsten mathematischen Methoden gebunden war."

Gruß, Astrofreund
 

DELTA3

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Hallo Tom,

Stell‘ dir das Universum als unendlich ausgedehnte Ebene vor, auf der du in endlichen Abständen Markierungen anbringst. Durch die Expansion der unendlichen Ebene entfernen sich diese Markierungen voneinander. Verfolgst du nun diese unendlich ausgedehnte Ebene bis zum Urknall zurück, so haben zwei beliebige Markierungen den Abstand Null; diese Abstände sind die physikalisch messbaren Abstände. Dennoch war die Ebene auch beim Urknall unendlich. Das ist in etwa das mathematische Bild, das uns die ART liefert.

Willst du damit sagen, dass der Raum schon vor dem Urknall oder beim Urknall da war und unendliche Ausdehnung hatte? Ich habe die Urknall-Theorie so verstanden, dass Raum und Zeit erst mit dem Urknall entstanden sind. Jedenfalls habe ich es so in der gängigen Literatur gelesen.

Wenn man den einfachen Fall der kosmologischen Konstante verlässt und sich exotische Energieformen ansieht, dann findet man Lösungen der Friedmann-Gleichungen mit

$$ \rho \sim a^{-3(1+w)} $$

einschließlich der Möglichkeit w < -1.

Für den Exponenten gilt dann

$$ -3(1+w) > 0 $$

a hängt mit dem „Radius“ des Universums zusammen, d.h. zusammen mit der Expansion des Universums nimmt die lokale Energiedichte rho mit der Zeit tatsächlich zu!

Dennoch ist die Energie-Impuls-Dichte kovariant konstant, also „erhalten“, jedoch in einem abstrakteren Sinne als der naive Energiebegriff nahelegt.

Danke, dass du es versucht hast, aber das ist mir zu hoch. Exotische Energieformen kann ich mir nicht recht vorstellen und der Energiebegriff ist sowieso abstrakt. Dennoch gibt es konkrete Energieformen, wie z.B. potentielle Energie, kinetische E., thermische E., elektrische E. etc., die sich durch ihre Wirkung definieren und die alle zueinander äquivalent sind und ineinander umgerechnet werden können. Gilt das nicht für die von dir als "exotisch" bezeichnete Energieform in einem expandierenden Universum?

Du schreibst, dass bei einer Lösung der Friedmann-Gleichung für die Energiedichte rho beim Faktor w im Exponenten die Möglichkeit besteht, dass w<-1 werden kann, wodurch der Exponent positiv wird, was einer Zunahme der Energiedichte im expandierenden Universum entspricht. Das habe ich soweit verstanden. Aber wenn die mathematische Möglichkeit besteht, dass w unterschiedliche Werte annehmen kann, wie will man dann wissen, ob dies in der Wirklichkeit auch der Fall ist und wenn ja, welches der richtige Wert für w ist?

Freundliche Grüße, Delta3
 

DELTA3

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ich gehe jedoch zunächst mal davon aus, dass sorgfältig gearbeitet wurde.

Davon gehe ich auch aus. Aber die Abweichungen bei der Ermittlung der Hubble-Konstante bei verschiedenen Messmethoden einfach mit einer Zunahme der 'Dunklen Energie' zu erklären, halte ich nach wie vor für verwegen.

Ich bin bei derartigen Meldungen immer sehr vorsichtig, erfahrungsgemäß finden sich dann doch Erklärungen auf Basis etablierter Physik. Aber das müssen wirklich Experten beurteilen.

Erfahrungsgemäß werden Messungen immer ungenauer, je mehr sie sich der Grenze der Messbarkeit nähern. Die Streuungen der gemessenen Entfernungen der einzelnen Quasare ist ziemlich hoch. Ich weiß nicht, ob eine einfache Mittelwertsbildung die richtige Methode ist, um diese Streuungen zu beseitigen.

Freundliche Grüße, Delta3
 

TomS

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Willst du damit sagen, dass der Raum schon vor dem Urknall oder beim Urknall da war und unendliche Ausdehnung hatte? Ich habe die Urknall-Theorie so verstanden, dass Raum und Zeit erst mit dem Urknall entstanden sind.
Ich sollte damit sagen, dass die strukturlose Ebene ohne Markierungen physikalisch irrelevant ist, und dass Ausdehnung nicht durch die Ebene selbst sondern erst durch die Markierungen definiert ist; erst die Markierungen zeigen eine Expansion der Ebene an. Insofern kann der Raum - die Ebene - tatsächlich unendlich sein, auch wenn die Zeit seit dem Urknall endlich ist.

Gilt das nicht für die von dir als "exotisch" bezeichnete Energieform in einem expandierenden Universum?
Es gilt bereits nicht mehr für „gewöhnliche“ Energieformen, als eine mathematische Konsequenz der Expansion, die eine dir vertraute Definition einer erhaltenen Energie E[V] in einem Volumen V nicht mehr zulässt.

„Exotisch“ werden die diese Energieformen dadurch, dass man heute keine Entitäten wie Teilchen oder Felder kennt, die Träger dieser Energie wären. Im Falle der kosmologischen Konstante kann man sie noch als geometrische Eigenschaft der Raumzeitlich auffassen, während man für exotischere Formen der DE zwar Gleichungen kennt, wir die DE auf die Dynamik der Raumzeit wirkt, jedoch keine Vorstellung hat, um was es sich da konkret handelt.

Du schreibst, dass bei einer Lösung der Friedmann-Gleichung für die Energiedichte rho beim Faktor w im Exponenten die Möglichkeit besteht, dass w<-1 werden kann, wodurch der Exponent positiv wird, was einer Zunahme der Energiedichte im expandierenden Universum entspricht. Das habe ich soweit verstanden. Aber wenn die mathematische Möglichkeit besteht, dass w unterschiedliche Werte annehmen kann, wie will man dann wissen, ob dies in der Wirklichkeit auch der Fall ist und wenn ja, welches der richtige Wert für w ist?
Indem man - wie die Autoren dieses Papers - dies aus Beobachtungen der kosmologischen Rotverschiebung extrahiert. Man beobachtet Objekte bekannter Leuchtkraft in bekannter Entfernung, ermittelt daraus die Expansionsrate (in dieser Entfernung) und vergleicht mit den Vorhersagen der Friedmann-Gleichungen, d.h. mit welchem Wert für w man die beste Übereinstimmung erhält. Während die meisten Messungen bisher w = -1 favorisieren, erhalten die Autoren w < -1.
 

TomS

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Davon gehe ich auch aus. Aber die Abweichungen bei der Ermittlung der Hubble-Konstante bei verschiedenen Messmethoden einfach mit einer Zunahme der 'Dunklen Energie' zu erklären, halte ich nach wie vor für verwegen.
Es handelt sich nicht um verschiedene Messmethode, sondern um eine Erweiterung bisheriger Beobachtungen auf Quasare, deren Entfernung präziser bestimmt werden kann.

Erfahrungsgemäß werden Messungen immer ungenauer, je mehr sie sich der Grenze der Messbarkeit nähern. Die Streuungen der gemessenen Entfernungen der einzelnen Quasare ist ziemlich hoch. Ich weiß nicht, ob eine einfache Mittelwertsbildung die richtige Methode ist, um diese Streuungen zu beseitigen.
Das ist keine „einfache Mittelwertsbildung“ sondern sehr komplizierte Datenanalyse. Nach den Veröffentlichungen zu urteilen sind das alles andere als Anfänger. Natürlich können Fehler enthalten sein, aber triviale eher nicht.
 
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ralfkannenberg

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Da legst du aber sehr unterschiedliche Maßstäbe an: Wenn man über Mathematik sprechen möchte, genügen die mathematischen Kenntnisse aus der Grundschule
Hallo Delta3,

schön wäre es, aber im Allgemeinen ist dem nicht so. Es ist mir aber im Rahmen von Forendiskussionen tatsächlich gelungen, ganz einfache Einführungen über Integrale, Restklassen und Bilinearformen und Skalarprodukte zu geben, aber auch das erfordert meist eine längere Einführung und einen bilateralen Weg.


, wenn man aber über Dunkle Energie diskutieren will, reicht ein einfaches Ingenieurstudium nicht aus!
Ich denke also auch hier, dass das möglich sein sollte, zumal dank Deines Ingenieurstudiums doch schon bedeutende Grundlagen vorhanden sind. Dennoch wird es nötig sein, vorgängig eine elemenatre Einfürhung übe rbenötigte grundbegriffe zu geben, und dazu gehören eben auch die "physikalische" Formulierung der Energieerhaltung, die Friedmann-Gleichungen u.s.w.


Bei der Diskussion eines populärwissenschaftlich stark vereinfachten Artikels will ich mich doch nicht auf die Ebene eines Wissenschaftlers begeben oder ein Studium in Astrophysik nachholen. Ich will doch nur wissen, wie man aus der Entfernungsbestimmung von 1598 Quasaren zu dem Ergebnis kommen kann, dass die Dunkle Energie zunimmt.
Ich habe die konkrete Arbeit nicht angeschaut und möchte deswegen auch nicht allzuviel beisteuern; grundsätzlich aber gilt, dass man mit Quasaren einen Bereich grösserer Entfernungen abdecken kann als mit Ia-Supernovae. Wenn es also gelingt, die Entfernung von Quasaren unabhängig zu bestimmen, so kann das eine bedeutsame Zusatzquelle sein - einerseits weil man einen anderen Entfernungsbereich abdeckt und andererseits auch, weil noch nicht klar bekannt ist, ob die Entfernungskalibrierung via Ia-Supernovae durch Kollisionen engstehender Weisser Zwerg-Paare, die möglicherweise einen weit höheren Anteil ausmachen als bislang angenommen, verfälscht wird.


Da mich aber diese 1598 Quasare interessieren, werde ich mir die Arbeit bei Gelegenheit anschauen, aber nicht wegen der Dunklen Energie, sondern wegen der Quasare.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

DELTA3

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Ich sollte damit sagen, dass die strukturlose Ebene ohne Markierungen physikalisch irrelevant ist, und dass Ausdehnung nicht durch die Ebene selbst sondern erst durch die Markierungen definiert ist; erst die Markierungen zeigen eine Expansion der Ebene an. Insofern kann der Raum - die Ebene - tatsächlich unendlich sein, auch wenn die Zeit seit dem Urknall endlich ist.

Das scheint mir doch etwas widersprüchlich. Du sagst, dass die Ausdehnung der Ebene (oder des Raumes) erst durch die 'Markierungen' definiert ist. Ich meine aber, dass die Ebene selbst erst durch die 'Markierungen' definiert ist. Eine Ebene (oder ein Raum) ist doch nicht definierbar ohne einen Maßstab an dem man sie definieren kann. Eine Ebene, die nicht definierbar ist, kann also nicht existieren und somit auch nicht unendlich sein. Ich glaube nicht, dass die ART einen unendlichen Raum hergibt, solange die Zeit endlich ist.

„Exotisch“ werden die diese Energieformen dadurch, dass man heute keine Entitäten wie Teilchen oder Felder kennt, die Träger dieser Energie wären.

Das gilt doch auch für die Gravitation. Diese wird heute durch die Krümmung der Raumzeit erklärt. Warum geht das nicht auch in ähnlicher Weise bei der DE ?

Im Falle der kosmologischen Konstante kann man sie noch als geometrische Eigenschaft der Raumzeitlich auffassen, während man für exotischere Formen der DE zwar Gleichungen kennt, wir die DE auf die Dynamik der Raumzeit wirkt, jedoch keine Vorstellung hat, um was es sich da konkret handelt.

Könnte es sich vielleicht um eine weitere "Grundkraft" handeln, wie z.B. die starke oder schwache Kernkraft, oder die elektromagnetische Kraft, oder die Gravitationskraft?

Freundliche Grüße, Delta3
 

ralfkannenberg

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Ich meine aber, dass die Ebene selbst erst durch die 'Markierungen' definiert ist. Eine Ebene (oder ein Raum) ist doch nicht definierbar ohne einen Maßstab an dem man sie definieren kann. Eine Ebene, die nicht definierbar ist, kann also nicht existieren und somit auch nicht unendlich sein.
Hallo Delta3,

eine Ebene kannst Du über 2 Basisvektoren definieren. Um da auch noch eine Metrik draufzukriegen müssen dann doch noch einige zusätzliche Bedingungen erfüllt sein: Metrischer Raum


Freundliche Grüsse, Ralf
 

DELTA3

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Hallo Tom,

Es handelt sich nicht um verschiedene Messmethode, sondern um eine Erweiterung bisheriger Beobachtungen auf Quasare, deren Entfernung präziser bestimmt werden kann.

Ich meinte damit die Bestimmung von Ho mittels der Hintergrundstrahlung (CMB), denn bei den gemessenen Abweichungen geht es ja wohl um die Diskrepanz zwischen den bisher ermittelten oder vorausgesagten Werten der kosmischen Konstante und denen, die mit dem hier beschriebenen Verfahren durch Entfernungsmessung der Quasare ermittelt wurden, woraus die Autoren eine Zunahme der "Dunklen Energie" ableiten.

Dabei zeigt sich erst in einem Entfernungsbereich, in dem die Helligkeit und die Anzahl der gemessenen Quasare geringer ist, eine statistische Abweichung, wobei die Streuung der einzelnen Messungen auch bei sorgfältiger Datenanalyse nicht weg diskutiert werden kann.

Freundliche Grüße, Delta3
 

DELTA3

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Hallo Ralf,

eine Ebene kannst Du über 2 Basisvektoren definieren. Um da auch noch eine Metrik draufzukriegen müssen dann doch noch einige zusätzliche Bedingungen erfüllt sein: Metrischer Raum

Eine Ebene braucht mindestens 3 Punkte (Markierungen), um sie zu definieren. Wie willst du sie definieren, wenn sie keinen Punkt hat?

Tom meint mit seinem Beispiel, dass der Raum unendlich sein kann, wenn man bis zum Urknall zurück geht und keine 'Markierung' mehr im Raum hat. Er folgert daraus, dass das heutige Universum unendlich sein kann, obwohl es nicht mehr als 13,8 Mrd. Jahre alt ist. So habe ich ihn jedenfalls verstanden.

Grüssle, Delta3
 

Bernhard

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Tom meint mit seinem Beispiel, dass der Raum unendlich sein kann, wenn man bis zum Urknall zurück geht und keine 'Markierung' mehr im Raum hat.
Das Standardmodell ist mathematisch so "gestrickt", dass der räumliche Anteil der Raumzeit zu allen Zeitpunkten mit t > 0 (wenn t=0 als Zeitpunkt des Urknall definiert wird) keine räumliche Begrenzung und (ohne zusätzliche Annahmen) ein unendlich großes Volumen hat.

Die Abstände zwischen zwei gedachten, frei schwebenden Testkörpern werden über den zeitabhängigen Skalenfaktor so verändert, so dass man auch die Effekte der Expansion beschreiben kann.
 
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TomS

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Eine Ebene (oder ein Raum) ist doch nicht definierbar ohne einen Maßstab an dem man sie definieren kann. Eine Ebene, die nicht definierbar ist, kann also nicht existieren und somit auch nicht unendlich sein. Ich glaube nicht, dass die ART einen unendlichen Raum hergibt, solange die Zeit endlich ist.
Doch, Ebene oder Raum sind durchaus ohne Maßstab definierbar. Mit Maßstab spricht man von einem metrischen Raum.

Konkretes Beispiel: Die reellen Zahlen existieren, auch ohne dass man eine Abstandsfunktion definiert. Üblicherweise lautet die Abstandsfunktion

$$ d(x,y) = |x-y| $$

Man kann jedoch auch eine zeitabhängige Abstandsfunktion

$$ d(x,y;t) =f(t) \cdot |x-y| $$

definieren, wobei

$$ \lim_{t \to 0}f(t) \to 0 $$

gilt. Damit wird der Abstand d(x,y; t) für beliebig große |x-y| Null, wenn t Null wird.

Das wäre ein sehr einfaches Beispiel für eine Mannigfaltigkeit mit Metrik bzw. Abstandsfunktion d(...). Wichtig ist, dass man tatsächlich d(...) als physikalische Abstandsfunktion auffasst, nicht |...|.
 
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DELTA3

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schön wäre es, aber im Allgemeinen ist dem nicht so.

Du hast das aber selbst geschrieben:

das ist gut und schön, aber wenn man beispielsweise als Laie über Mathematik sprechen möchte, muss man wissen, was eine "Zahl" ist, oder was eine "Gerade". Ohne das fehlt einer solchen Diskussion irgendwie doch die Grundlage.

Es ist mir aber im Rahmen von Forendiskussionen tatsächlich gelungen, ganz einfache Einführungen über Integrale, Restklassen und Bilinearformen und Skalarprodukte zu geben, aber auch das erfordert meist eine längere Einführung und einen bilateralen Weg.

Die Mathematik hat viele Spezialgebiete, da braucht man sich nur mal die Anzahl der Kapitel in einem Mathebuch anzusehen, um festzustellen, dass man Höhere Mathematik nicht mal eben so auf die 'Schnelle' lernen kann. Wie weit man da einsteigen will, kommt natürlich drauf an, auf welchem Level eine solche Diskussion geführt wird.

Ich denke also auch hier, dass das möglich sein sollte, zumal dank Deines Ingenieurstudiums doch schon bedeutende Grundlagen vorhanden sind.

Das hoffe ich doch auch! Aber nicht dank eines Ingenieurstudiums, denn ich denke, dass nicht alle Forumsteilnehmer Ingenieure oder Physiker sind und man deshalb nicht irgendeinen von einer Diskussion hier im Forum ausschließen sollte.

Freundliche Grüße, Delta3
 

pauli

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Aber nicht dank eines Ingenieurstudiums, denn ich denke, dass nicht alle Forumsteilnehmer Ingenieure oder Physiker sind und man deshalb nicht irgendeinen von einer Diskussion hier im Forum ausschließen sollte.

Das ist aber ein Fachforum, Mathe ist nunmal eine feste Komponente der Physik und Astronomie. Wenn man was nicht verstanden hat und nachfragt wurden Erklärungen nie verweigert.
 

DELTA3

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Doch, Ebene oder Raum sind durchaus ohne Maßstab definierbar. Mit Maßstab spricht man von einem metrischen Raum.

Es ist klar, dass der Abstand |x-y| beliebig groß sein kann, wenn t = 0 ist. Er kann aber genauso gut Null sein, er ist einfach nicht definiert.

Gruß, Delta3
 
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