workforcetrust· 13.06.11 · 10:55 Uhr

Solange es dort Quantenfluktuationen gibt, kann man doch nicht vom "Nichts" reden, denn das Nichts nichtet. Oder irre ich?

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 11:00 Uhr

Mist, ich wollte gerade noch einen Abschnitt dazu schreiben, dass man hier jetzt nicht unbedingt mit irgendwelchen philosophischen Einwänden zu kommen braucht. Zu spät.

Ja, es gibt Quantenfluktuationen. Ja, das Vakuum ist nicht leer im klassischen Sinn. Aber trotzdem: ein hunderte Millionen Lichtjahre durchmessenderer Bereich in dem es keine Sterne, keine Galaxien, keine Materie gibt hat die Bezeichnung "Nichts" durchaus verdient. Man muss nicht alles komplizierter machen als es ist.

 ulf_der_freak· 13.06.11 · 11:01 Uhr

Sich NICHTS vorzustellen ist irgendwie nicht so einfach, finde ich. Gibt es NICHTS überhaupt? Das fände ich doch irgendwie paradox, wenn es etwas nicht seiendes gibt?

Ich verstehe vor allem eines: Ich verstehe nichts von Astronomie. Und finde sie immer spannender.

 Wurgl· 13.06.11 · 11:19 Uhr

Bei so einem Artikel muss ein Link auf diese Seite einfach sein
http://www.astro.princeton.edu/universe/

(wobei ich das auch schon mal in Farbe gesehen hab, aber nicht mehr finde)

 Holger· 13.06.11 · 11:37 Uhr

Vielen Dank für einen weiteren wie immer sehr lesenswerten Artikel! Allerdings ist im zweiten Absatz die geschätze Anzahl der Sterne in der Milchstraße etwas klein ausgefallen, kann das sein?

 Henning· 13.06.11 · 11:52 Uhr

Das Bild von Wurgl gibts in schöner auch von XKCD: http://xkcd.com/482/

 rolak· 13.06.11 · 12:04 Uhr

Keine Kategorie→keine Ankündigung via RSS, Florian...

wesentlich unangenehmer sind aber die angekündigten anderthalb Monate Wartezeit bis zum Paralleluniversum ;-)

 SCHWAR_A· 13.06.11 · 12:05 Uhr

@Florian Freistetter:
Gelungene Hinführung! Man erkennt sehr schön die Filamente. Es scheint wohl einen Maximal-Abstand zwischen den einzelnen Galaxien zu geben, die so ein Filament bilden.

Weiß man eigentlich, wie groß dieser Maximal-Abstand ist, also der größte Abstand zweier Filament-Galaxien ohne irgendeine andere nennenswerte Masse dazwischen?

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 12:06 Uhr

@Holger: Danke, habs geändert.

 Björn Reinhardt· 13.06.11 · 12:27 Uhr

@Ulf: Komisch, ich fand es immer schwieriger mir vorzustellen, dass es etwas gibt, das tatsächlich existiert.

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 12:36 Uhr

@SCHWAR_A: naja - die größten Voids sind so um die 300 Millionen Lichtjahre groß.

@rolak: Ja, das Blogsystem spinnt momentan ein wenig. Zumindest bei mir. Da stell ich die Kategorie ein, und beim Veröffentlichen ist sie dann wieder weg :(

 Theres· 13.06.11 · 12:41 Uhr

Zum Nichts fällt mir nur ein, und was liegt dahinter?
Jetzt muss ich wieder auf die Antwort warten ;-)

 SCHWAR_A· 13.06.11 · 12:49 Uhr

@Florian Freistetter:
Ich bezog mich aber auf die größten Abstände von Galaxien innerhalb von Filamenten, die einen Void umgeben, nicht auf den Abstand von Galaxien, die einen Void dazwischen haben.
Gibt es zur Filament-Galaxien-Dichte (heißt das dann so?) denn Zahlen?

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 13:00 Uhr

Freistetter: "Ja, es gibt Quantenfluktuationen. Ja, das Vakuum ist nicht leer im klassischen Sinn."

Wenn der Raum nicht Nichts ist und schwere Objekte in ihre Umgebung mehr Raum haben (Raumkrümmung), muss dieser Raum an den Objekten in dem Fortgang der Strukturbildung (siehe oben die Animation) aus den Voids abgezogen worden sein, weil dieses nicht-Nichts Raum nicht aus dem Nichts kommen kann. Oder "dunkle Energie" ?

 Alderamin· 13.06.11 · 13:57 Uhr

@Florian

Ist nicht exakt das Thema hier, aber nahe dran:

Im wesentlichen habe ich die Expansion des Universums mit der Inflation und der dunklen Energie ja verstanden. Es gibt einen (leider mit einer Stunde recht langen und nur auf Englisch verfügbaren, aber amüsanten SEHR und sehenswerten Vortrag A Universe from Nothing auf youtube von Lawrence Krauss über die Expansion des Weltalls, wo er erzählt, das Weltall müsse flach sein, damit es aus Nichts entstanden sein kann.

Es geht um die Energiebilanz, d.h. (nur) in einem flachen Universum sei die Gesamtenergie 0.

Nun haben wir haben auf der einen Seite also die Materie (dunkle und baryonische), die zusammen mit ihrer chemischen, nuklearen, kinetischen und potenziellen Energie (aufgrund der gravitativen Anziehung) einen großen positiven Energiebetrag darstellt. Auf der anderen Seite haben wir die dunkle Energie, die eigentlich ebenfalls einer positiven Masse entspricht (E=mc^2; steht auch z.B. hier), ohne die das Weltall offen wäre. Wie kommt Krauss auf diese Weise zu einer Energiebilanz von Null? Die dunkle Energie müsste dann ja negativ sein (was immer das sein soll), oder sie würde den Energieerhaltungssatz verletzen.

Wenn durch die Expansion des Universums die potenzielle Energie der darinter enthaltenen Massen durch den zunehmenden Abstand immer mehr steigt, dann könnte eine negative Vakuumenergie diese kompensieren und so der Raum immer weiter wachsen, ohne den Energieerhaltungssatz zu verletzen. Aber was soll eine negative Energie sein?

Kann man die Energiebilanz irgendwie anschaulich und ohne Einsteinsche Feldgleichungen erläutern?

 Alderamin· 13.06.11 · 13:59 Uhr

"amüsanten und SEHR sehenswerten Vortrag" wollte ich sagen.

 F.J.· 13.06.11 · 14:21 Uhr

@Ulf der Freak: Ähm, man kann sich das "Nichts" doch sehr wunderbar gegen Endes des Monats vorstellen, wenn man auf den Kontoauszug blickt... XD

 Bjoern· 13.06.11 · 14:24 Uhr

@Alderamin: Das Konzept "Gesamtenergie des Universums und deren Erhaltung" ist relativ komplex. Zunächst einmal sind sich (meines Wissens) die Kosmologen gar nicht untereinander einig, wie man diese Gesamtenergie überhaupt vernünftig definieren soll (in der Allgemeinen Relativitätstheorie geht das nicht mehr so einfach wie in der klassischen Physik...), und zweitens sind sie sich nicht einig, in welchem Sinne da man von Energieerhaltung sprechen kann... siehe auch diesen Artikel:
http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/GR/energy_gr.html

Klassisch, ohne ART, kann man sich's so vorstellen: die positive Gesamtenergie der Massen und ihrer Bewegung wird durch die negative potentielle Gravitationsenergie kompensiert (was man sich unter negativer potentieller Gravitationsenergie vorzustellen hat, geht am einfachsten mit der bekannten Trichter-Analogie für's Gravitationspotential; oder man stelle sich eine (nicht beschleunigende!) Rakete vor, die sich von der Erde entfernt, dabei immer langsamer wird (durch die rückziehende Gravitationskraft) und "im Unendlichen" genau die Geschwindigkeit 0 erreicht).

In der ART gibt's so etwas wie "Gravitationskraft" oder "Gravitationspotential" aber eben nicht, und deshalb im Prinzip eigentlich auch keine "negative potentielle Gravitationsenergie"; deshalb bekommt man da Probleme... man kann zwar eine unter gewissen Umständen analoge Größe finden (so etwas ähnliches wie "Energie in der Raumzeitkrümmung); aber dann bekommt man ein weiteres Problem: diese Größe hängt vom gewählten Koordinatensystem ab - was ja wohl nicht sinnvoll ist...

Vor einigen Jahren hab' ich das mal ein wenig ausführlicher zusammen geschrieben, mit noch einigen Quellenangaben:
http://www.talkorigins.org/faqs/astronomy/bigbang.html#firstlaw

 Karli· 13.06.11 · 14:24 Uhr

@FF
300 Millionen Lichtjahre oder 1 Milliarde Lichtjahre wie du im Text schreibst?

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 14:31 Uhr

@Alderamin: Die ganze Thematik ist in Brian Greenes Buch "Der Stoff aus dem der Kosmos ist" erklärt: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/05/der-stoff-aus-dem-der-kosmos-ist-die-komplette-rezension.php

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 14:32 Uhr

@Karli: "300 Millionen Lichtjahre oder 1 Milliarde Lichtjahre wie du im Text schreibst? "

Die Sloan Great Wall hab ich nicht mitgezählt weil sie ja nicht gravitativ gebunden ist.

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 14:35 Uhr

@SCHWAR_A: "Filament-Galaxien-Dichte (heißt das dann so?) denn Zahlen? "

Vermutlich, aber ich hab momentan keine parat.

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 14:37 Uhr

@Ralph UIrich: "muss dieser Raum an den Objekten in dem Fortgang der Strukturbildung (siehe oben die Animation) aus den Voids abgezogen worden sein, weil dieses nicht-Nichts Raum nicht aus dem Nichts kommen kann. "

Das hab nicht verstanden. Warum muss Raum "abgezogen" worden sein? Schwere Objekte krümmen den Raum, ja. Aber wieso sollten sie dann "mehr" davon haben?

 Bjoern· 13.06.11 · 15:03 Uhr

@Ralph Ulrich: Offensichtlich hat Florian den Raum selbst hier als "nichts" bezeichnet. "In den voids ist nichts" bedeutet also nicht, dass da kein Raum wäre!

 Andreas· 13.06.11 · 15:10 Uhr

@Alderamin

Auch auf die Gefahr hin zu schwurbeln, weil mir die Begriffe teilweise fehlen: Ich stell mir das so vor, dass die Dunkle Energie den Raum "auseinanderdrückt" und die Gravitation den Raum "zusammenzieht" (als dreidimensionales Pendant zu "krümmen"). Dunkle Energie und Gravitation wären dann sowas wie ungleiche Ladungen derselben Energie. Das würde das Problem mit dem Energieerhaltungssatz lösen... aber dann kann das Universum nicht flach sein und auch nicht aus dem Nichts entstanden sein. Ich hab das Problem so gelöst: Ich werds nicht lösen, sondern das den Astrophysikern und Kosmologen überlassen. :)

 SCHWAR_A· 13.06.11 · 15:12 Uhr

@Florian Freistetter:
OK, dann gehen wir das anders herum an: der größte Void-Radius beträgt etwa 150 Mio LJ.
M.E. ist diese Größenordnung ein Indiz dafür, bis zu welcher Entfernung Gravitation überhaupt Wirkung entfalten kann. In noch größere Räume würden sich ein oder mehrere Filamente dazwischen ausgebildet haben, ohne daß deren Galaxien "herausgesogen" werden können.

@Alderamin und Bjoern und Florian Freistetter:
Im Kontext mit Dunkler Energie zusammen mit Energieerhaltung: Würde eine beschränkte Reichweite von Gravitation nicht bedeuten, daß es im Vergleich zu unendlicher Reichweite eine Art "Energie-Defizit" jenseits der Gravitations-Reichweite gibt, also "negative Gravitations-"Energie, zum Ausgleich, damit die Energie-Bilanz wieder stimmt?

Wie ist denn das Verhältnis der Volumensumme aller Voids zum Gesamtvolumen? In der Animation erkennt man schon einen beträchtlichen Void-Anteil. Könnte das ein Schlüssel zum Verständnis der Dunklen Energie sein?

 Bjoern· 13.06.11 · 15:20 Uhr

@SCHWAR_A:

M.E. ist diese Größenordnung ein Indiz dafür, bis zu welcher Entfernung Gravitation überhaupt Wirkung entfalten kann. In noch größere Räume würden sich ein oder mehrere Filamente dazwischen ausgebildet haben, ohne daß deren Galaxien "herausgesogen" werden können.

Die Bildung der Filamente hat wenig mit "heraussaugen" zu tun. Und die Größe der voids hat auch nichts mit einer maximalen Reichweite der Gravitation zu tun - sondern beruht letztlich auf der Größe der Dichteschwankungen im frühen Universum.

Im Kontext mit Dunkler Energie zusammen mit Energieerhaltung: Würde eine beschränkte Reichweite von Gravitation nicht bedeuten, daß es im Vergleich zu unendlicher Reichweite eine Art "Energie-Defizit" jenseits der Gravitations-Reichweite gibt, also "negative Gravitations-"Energie, zum Ausgleich, damit die Energie-Bilanz wieder stimmt?

Ich sehe nicht, wie das folgen sollte.

Wie ist denn das Verhältnis der Volumensumme aller Voids zum Gesamtvolumen? In der Animation erkennt man schon einen beträchtlichen Void-Anteil.

Mach' doch eine Überschlagsrechnung mit den Zahlen, die Florian gegeben hat.

Könnte das ein Schlüssel zum Verständnis der Dunklen Energie sein?

Wie sollte es?!? Im Unterschied zur Materie ist die Dunkle Energie ja gleichmäßig verteilt!

 Noblinski· 13.06.11 · 15:37 Uhr

Einerseits würde mich interessieren, ob man bei solchen Animationen ganz andere Ergebnisse erhält, wenn die Reichweite gravitativer Wirkung willkürlich begrenzt wird. Andererseits versuche ich mir schon seit längerem vorzustellen, wie eine inverse Gravitationstheorie aussehen müßte, die von einem leeren Raumvolumen als physikalischer Entität (und Größe) ausgeht. Hat das einen Sinn oder ist es eine Spielerei? Eine Theorie über die Leere, die Materie abstößt, müßte sich ebenso an experimenteller Realität orientieren und sollte zu genau denselben Ergebnissen führen wie der derzeitige Mainstream, dennoch findet man vielleicht nicht einfach die Inversion des Bestehenden, sondern etwas ganz anderes und neues dabei.

 Noblinski· 13.06.11 · 15:43 Uhr

Noch was: Ich lese hier immer von Energie und hypothetischer Negenergie. Sagt doch mal was über die Entropie. Schließt die Definition der Größe Entropie nicht aus, daß es negative Energie geben kann?

 SCHWAR_A· 13.06.11 · 15:46 Uhr

@Bjoern:

Im Unterschied zur Materie ist die Dunkle Energie ja gleichmäßig verteilt!

Die Homogenität der Dunklen Energie steht nicht im Widerspruch zur Annahme einer begrenzten Reichweite der Gravitation. Im Gegenteil, bei dieser Annahme wird ja von allen Massen in alle Richtungen gleichmäßig quasi "Gravitations-"Energie entzogen (bezüglich der eines Modells mit unendlicher Reichweite).

 Bjoern· 13.06.11 · 15:57 Uhr

@SCHWAR_A: Ich kann dir nicht folgen. Wie sollen denn Massen Gravitations-Energie "entziehen"? Und woraus sollen sie die entziehen? Und was hat das mit endlicher Reichweite der Gravitation zu tun?

 Ingo Leschnewsky· 13.06.11 · 15:58 Uhr

Dass man im Weltall "nichts" findet, wundert mich wenig. Ich staune vielmehr, wenn ich auf diesem Planeten in manchen Gehirnen "nichts" entdecke...

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 16:00 Uhr

@Noblinski: "Einerseits würde mich interessieren, ob man bei solchen Animationen ganz andere Ergebnisse erhält, wenn die Reichweite gravitativer Wirkung willkürlich begrenzt wird"

Vermutlich. Wenn man willkürlich irgendwelche Parameter ändert, wird sich auch das Ergebnis ändern. Aber warum sollte man das tun.

"Ich lese hier immer von Energie und hypothetischer Negenergie. "

Was immer auch "Negenergie" sein soll: das Wort hab ich nie verwendet.

 Bynaus· 13.06.11 · 16:05 Uhr

Sehr interessant. Was mich schon immer interessiert hat: Gibt es in diesen Voids eigentlich wirklich gar nichts? Ich meine nicht Quantenfluktuationen oder so. Sondern vielleicht vereinzelte verirrte Galaxienhaufen, Galaxien oder Sterne (wobei man letztes wohl kaum festellen könnte)? Ich meine, wenn man die Galaxien hinter dem Void sieht, sollte man die allfälligen Galaxien darin auch sehen können.

 Bjoern· 13.06.11 · 16:05 Uhr

@Noblinski:

Einerseits würde mich interessieren, ob man bei solchen Animationen ganz andere Ergebnisse erhält, wenn die Reichweite gravitativer Wirkung willkürlich begrenzt wird.

Sicher würde man da andere Ergebnisse erhalten - hängt natürlich ganz von der (willkürlich grwählten) Reichweite ab...

Andererseits versuche ich mir schon seit längerem vorzustellen, wie eine inverse Gravitationstheorie aussehen müßte, die von einem leeren Raumvolumen als physikalischer Entität (und Größe) ausgeht.

Man könnte argumentieren, dass die Allgemeine Relativitätstheorie den (leeren) Raum (bzw. eigentlich die Raumzeit) bereits als "physikalische Entität" ansieht.

Eine Theorie über die Leere, die Materie abstößt,...

Häh? Wieso abstösst? Meintest du das mit "invers" oben...?

...und sollte zu genau denselben Ergebnissen führen wie der derzeitige Mainstream,

Wieso?

Sagt doch mal was über die Entropie. Schließt die Definition der Größe Entropie nicht aus, daß es negative Energie geben kann?

Äh, nein - wieso? Entropie ist folgendermaßen definiert: S = k_B ln Omega (wobei k_B die Boltzmannkonstante ist und Omega das klassische Phasenraumvolumen; quantentheoretisch wird's nochmal ein wenig komplizierter...). Alternativ gibt es auch die Definition aus der Thermodynamik, mit der aber eigentlich nur die Änderung der Entropie definiert wird: dS = delta Q / T (wobei delta Q die Änderung der Wärmeenergie und T die absolute Temperatur ist). Inwiefern widersprechen diese Definitionen deiner Ansicht nach einer negativen Energie...?

 SCHWAR_A· 13.06.11 · 17:46 Uhr

@Bjoern:
Ich gehe von der Modell-Vorstellung aus, daß eine Masse ein Gravitations-Potential umgibt, das rückwärtsgerichtet ist, also anziehend auf Testmassen wirkt. Dieses Feld besitze nun in unserer Annahme eine begrenzte Reichweite.

Gegenüber eines Modells mit unendlicher Reichweite ist in unserer Annahme das Feld bereits nach einer bestimmten Entfernung Null, zieht also an keiner Testmasse mehr, die weiter entfernt ist.

Im Vergleich zum Unendliche-Reichweite-Modell gibt es ein mit der Entfernung gleichmäßig zunehmendes Gravitations-Potential-Defizit, welches einen homogenen, mit der Entfernung zunehmenden "negativen" Druck ausübt. Jenseits der Reichweite ist dieser Druck immer noch "negativ", wird dabei aber homogen wieder kleiner.

Die Idee ist nun, daß dieses Gravitations-Potential-Defizit der Dunklen Energie entspricht, die ja im Modell mit unendlicher Reichweite zuhause ist.

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 17:52 Uhr

@Bynaus: "Ich meine, wenn man die Galaxien hinter dem Void sieht, sollte man die allfälligen Galaxien darin auch sehen können"

Wie ich schon sagte: sehen ist nur die halbe Miete ;) Man muss auch noch die Distanz bestimmen und das ist gar nicht so einfach. Die Voids müssen tatsächlich nicht komplett leer sein, die eine oder Galaxie kann da schon sein.

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 17:55 Uhr

Florian Freitstetter schrieb:
Das hab nicht verstanden. Warum muss Raum "abgezogen" worden sein? Schwere Objekte krümmen den Raum, ja. Aber wieso sollten sie dann "mehr" davon haben?

Bjoern schrieb:
"In den voids ist nichts" bedeutet also nicht, dass da kein Raum wäre!

Voids sind Raum mit "weniger" Raum, weniger Vakuum Energie?
Ich kanns auch nicht erklären, vielleicht umgekehrt: Bei gekrümmten Räumen handelt es sich wie bei gekrümmten Flächen um etwas, das mehr davon hat. Dementsprechend müssen die Voids ein Weniger von diesem etwas haben.
An der annähernden Gleichverteilung von Raum und Materie nach dem Urknall kann man sehen, dass die Entstehung der Materie im Zusammenhang mit der Entstehung von Raum stand. Das Nichts vor dem Urknall hat sich sozusagen aufgespalten in Raum und Materie. Und wie man am Phänomen des dichteren -gekrümmten- Raumes nahe an Massen sehen kann, gibt es ein geometrisches Fitting von Materie im Raum, das heute Milliarden Jahre nach dem Urknall immer noch die ursprüngliche Aufteilung durch die Raumkrümmung nachwirkend anzeigt.

Das Universum ist nur in der Gesamtbetrachtung flach. An den Massen aber gekrümmt und in den Voids ausgedellt. Ich glaube, dass dies massearmen, dünnen Ausdellungen die Effekte der dunklen Energie erzeugen. Vielleicht im Zusammenhang mit Photonen, die ja durch Rotverschiebung Energie verlieren. Diese Energie könnte der Vakuumenergie neuen Raumes entsprechen.

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 18:02 Uhr

@Ralph Ulrich: "Bei gekrümmten Räumen handelt es sich wie bei gekrümmten Flächen um etwas, das mehr davon hat. Dementsprechend müssen die Voids ein Weniger von diesem etwas haben. "

Ich versteh immer noch nicht was "mehr Raum" und "weniger Raum" bedeuten soll (und "Raum" durch "Etwas" zu ersetzen macht es nicht verständlicher).

"An der annähernden Gleichverteilung von Raum und Materie nach dem Urknall"

Der Raum wurde gleich verteilt? Sorry, aber das macht alles keinen Sinn. Bzw. ich versteh es einfach nicht.

"Ich glaube, dass dies massearmen, dünnen Ausdellungen die Effekte der dunklen Energie erzeugen. "

Das ist mit ziemlicher Sicherheit falsch. Die Eigenschaften der dunklen Materie sind klar eingegrenzt. Und "ausgedellte Voids" (wieso soll Abwesenheit von Materie den Raum "ausdellen"???) erklären die Eigenschaften sicherlich nicht passend (sollte es eine entsprechende Analyse dazu geben, dann les ich mir das paper gerne durch).

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 18:21 Uhr

@Byanus, meine Theorie der "dunklen Energie" (siehe oben) setzt voraus, dass die Voids wirklich leer sind. Umgekehrt könnte man meine Theorie bestätigen mit der Beobachtung von Himmelsregionen, in denen die Filamente nicht so stark ausgeprägt, entwickelt sind. In diesen Regionen kam die Gravitation zu spät. Dort müsste es kleine, unterentwickelte Galaxien geben, die sich auch nicht so schnell von einander entfernen, wie in start entwickelten Filamentregionen.

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 18:29 Uhr

@Florian, "dunkle Materie" ungleich "dunkle Energie"!

Die Animation der Filamententwicklung in deinem Beitrag oben, zeigt dass Raum und Materie ziemlich gleichmäßig verteilt waren.
"Mehr Raum" kann ich auch nur anhand der Analogie einer Fläche erklären: Eine gekrümmte Fläche (der Erde zB) hat mehr Fläche im selben Volumen als ein gerader Schnitt zB zwischen Hambur, New York und Havanna.

 Bjoern· 13.06.11 · 18:40 Uhr

@SCHWAR_A: Die ersten beiden Absätze kann ich ja noch nachvollziehen - aber wie du dann von diesem "Defizit" zu einem "negativen Druck" kommst, ist mir immer noch nicht klar...

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 18:40 Uhr

@Ralph Ulrich: Reden wir doch mal Klartext. Sie haben also anscheinend eine "Theorie" die erklären will, was dunkle Energie ist. War das jetzt nur eine spontane Idee die beim lesen des Artikels gekommen ist und über die hier jetzt diskutiert werden soll? Oder gehören sie zu den Leuten mit einer Privattheorie des Universums, die meinen Einstein, Hawking und Co widerlegt zu haben und die Kosmologie revolutionieren wollen? In beiden Fällen können wir aber nur dann vernünftig diskutieren, wenn sie ihre Theorie klar und verständlich formulieren. In einer geläufigen Sprache, ohne seltsame Analogien und selbst erfundenen Begriffe (wie z.B. ausgedellte Voids). Außerdem sollten sie sich bewusst sein, dass jedes Jahr hunderte wissenschaftliche Fachartikel zum Thema "dunkle Energie" veröffentlicht werden und es jede Menge Beobachtungsbefunde gibt denen ihre Theorie allen nicht widersprechen darf...

 Bjoern· 13.06.11 · 18:44 Uhr

@Ralph Ulrich:

Ich glaube, dass dies massearmen, dünnen Ausdellungen die Effekte der dunklen Energie erzeugen.

Ah ja. Und was soll das eine bitte mit dem anderen zu tun haben?!?

Vielleicht im Zusammenhang mit Photonen, die ja durch Rotverschiebung Energie verlieren. Diese Energie könnte der Vakuumenergie neuen Raumes entsprechen.

Nein, das geht nicht auf - wie schon eine sehr einfache Überschlags-Betrachtung zeigt... (die Energiedichte der Photonen nimmt proportional zu 1/a^4 ab, die Energiedichte der dunklen Energie ist konstant).

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 18:49 Uhr

@Florian Freistetter, natürlich darf diese Theorie den Beobachtungen nicht widersprechen. Eine mögliche Beobachtung habe ich ja angegeben: In unterentwickelten Filamentregionen, die also nicht so stark ausgeprägte Ausdellungen der Voids haben, dürfen Galaxien, die soweit auseinanderliegen, dass sie nicht gravitativ gebunden sind, nicht mit der üblichen Hubble Geschwindigkeit 72km mpc^-1 sec^-1 auseinanderfliegen.

Die widerlegte Theorie der "Trompetenform" des Universum, siehe
http://de.wikipedia.org/wiki/Universum#Form_und_Volumen
beschreibt, was ich mit Ausdellungen im Void Raum meine.

 SCHWAR_A· 13.06.11 · 18:53 Uhr

@Bjoern:
Das Defizit ist die Differenz aus den Impulsen auf eine Testmasse, die sich ergeben aus den beiden Modellen mit verschiedenen Potential-Feldern, dem einen Modell mit unendlicher Reichweite, bei dem das Potential weniger stark abnimmt, und dem unserer Annahme, bei dem das Potential stärker abnimmt und dann letztendlich bei Null bleibt.

Diese Energie-Differenz fehlt sozusagen im Unendliche-Reichweite-Modell: ein Defizit. Sie stellt daher in einem Volumenstück dieses Modells einen "negativen" Druck dar.

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 18:56 Uhr

@Bjoern, "dunkle Energie" ist konstant? In der Zeit nicht, wie ich gelesen habe verstärkt sie sich. Was ist "a" in der Photonenformel, ein Flächenmaß?

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 19:01 Uhr

@Ralph Ulrich: ""dunkle Energie" ist konstant? In der Zeit nicht, wie ich gelesen habe verstärkt sie sich."

EnergieDICHTE, nicht Energie.

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 19:05 Uhr

"selbst erfundenen Begriffe (wie z.B. ausgedellte Voids)"
Wie ist eigentlich der richtige physikalische Begriff für den anti-gekrümmten Raum?
Ich fand "ausgedellt" ganz gut, denn wenn ich mit nem Hammer eine Delle in mein Auto schlage, wird dort das Blech meist auch dünner.

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 19:13 Uhr

Die Energiedichte der "dunklen Energie" ist konstant in allen Regionen des Universum! Dann ist meine Theorie eindeutig falsch, oder es gibt keine Regionen mit zurückgebliebener Filamententwicklung.

Ich frage mich, ob man das wirklich genau gemessen hat, wenn man die genaue Energiedichte gar nicht kennt. Bis vor kurzem gab es jedenfalls immer wieder Anpassungen mit Abweichungstoleranzen +-8 .

 Bjoern· 13.06.11 · 19:14 Uhr

@Ralph Ulrich:

Was ist "a" in der Photonenformel, ein Flächenmaß?

Der Skalenfaktor, d. h. die Funktion a(t), die angibt, wie sich die Größe des Universums mit der Zeit ändert.
http://de.wikipedia.org/wiki/Skalenfaktor

Jemand wie Sie, der eigene "Theorien" zur Kosmologie aufstellt, sollte doch eigentlich solche grundlegenden Begriffe kennen...?

 Bjoern· 13.06.11 · 19:17 Uhr

@Ralph Ulrich:

Ich frage mich, ob man das wirklich genau gemessen hat, wenn man die genaue Energiedichte gar nicht kennt.

Man misst ja auch nicht die Energiedichte direkt, sondern man misst im Wesentlichen, wie sich die Ausdehnung des Universums mit der Zeit geändert hat. Und daraus folgt eine konstante Energiedichte für die dunkle Energie. (wenn Sie der Ansicht sind, Sie könnten die Beobachtungen auch anders erklären - nur zu; allerdings wär's nicht schlecht, wenn Sie vorher erst mal die Grundlagen lernen würden... siehe oben)

Bis vor kurzem gab es jedenfalls immer wieder Anpassungen mit Abweichungstoleranzen +-8.

+- 8 was? Prozent? Wo kommt diese Zahl her?

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 19:38 Uhr

@Bjoern, die "dunkle Energie" verursacht die Ausdehnumg mit einer Geschwindigkeit 72 +-8. Letzte Schätzung war glaube ich mit +-4 Toleranz.

Ich glaube, sie betrachten hier eine Größenordnung der Energiedichte der "dunklen Energie" im falschen Maßstab. Sie ist überall "gleich", heißt vielleicht im gemessenen Zusammenhang, sie ist im Großen und Ganzen gleich und kontinuierlich in der Zeitentwicklung. So wie unser Universum im Großen und Ganzen flach und ungekrümmt ist, obwohl es am Rande schwarzer Löcher unendlich Große Abweichungen gibt.
?

Wieso sollte ich alle Abkürzungen der Physik kennen? Wenn jeder Doktorand seine eigenen Abkürzungen einführt? Wichtiger fände ich, dass Phyiker eine Vorstellung vom gekrümmten Raum haben :)

 Bjoern· 13.06.11 · 19:53 Uhr

@Ralph Ulrich:

Bjoern, die "dunkle Energie" verursacht die Ausdehnumg mit einer Geschwindigkeit 72 +-8.

Dieser eine Satz enthält gleich vier Fehler - reife Leistung.
(1) Die dunkle Energie verursacht nicht die Ausdehnung - sie verursachte die Beschleunigung der Ausdehnung. (2) Der Wert 72 ist keine Geschwindigkeit, sondern eine Ausdehnungsrate (Sie meinten doch den Hubble-Parameter - oder?). (3) Die Ungenauigkeit dieses Wertes ist inzwischen weit kleiner als +-8, nämlich nur noch 2,4 (und selbst vor zwei Jahren schon war's nur 3,6). Siehe z. B. hier:
http://blogs.discovermagazine.com/badastronomy/2011/03/22/the-universe-is-expanding-at-73-8-2-4-kmsecmegaparsec-so-there/
http://blogs.discovermagazine.com/badastronomy/2009/05/07/the-universe-is-expanding-at-742-kmsecmpc/
(4) Im Kommentar von 19:!3 Uhr hatten Sie impliziert, dieser Wert von 72+-8 hätte irgend etwas mit der Energiedichte der dunklen Energie zu tun. Hat er aber nicht.

Wie ich oben schon sagte: wie wär's damit, erst mal die Grundlagen zu lernen...?

Ich glaube, sie betrachten hier eine Größenordnung der Energiedichte der "dunklen Energie" im falschen Maßstab. Sie ist überall "gleich", heißt vielleicht im gemessenen Zusammenhang, sie ist im Großen und Ganzen gleich und kontinuierlich in der Zeitentwicklung. So wie unser Universum im Großen und Ganzen flach und ungekrümmt ist, obwohl es am Rande schwarzer Löcher unendlich Große Abweichungen gibt.

Wenn Sie damit meinen sollten "vielleicht ist die dunkle Energie nur im Mittel konstant, lokal gibt es aber durchaus größere Abweichungen" (es ist etwas schwierig zu verstehen, was Sie genau sagen wollen...), dann: nein. Die Beobachtungen sagen da etwas anderes.

Wieso sollte ich alle Abkürzungen der Physik kennen?

Wer spricht denn von "allen Abkürzungen"? Der Skalenfaktor ist die GRUNDLEGENDSTE Größe überhaupt in der Kosmologie, noch wichtiger als der Hubble-Parameter. Wenn jemand anfängt, eigene kosmologische "Theorien" aufzustellen, aber nicht mal die grundlegenste Größe der Kosmologie überhaupt kennt - wieso sollte man den dann ernst nehmen?

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 19:55 Uhr

Ganz allgemein zur Raumkrümmung noch mal:
Die starke Krümmung des Raumes kennen an Objekten mit starken Massen. Gibt es an Plätzen mit vom Durchschnitt abweichend wenig Masse eine anti-Krümmung des Raumes?

Zur Erinnerung, bei der Frage um die Form unseres Universums ging es um die Masse im Verhältnis zum Raum:
- Wenn es viel Masse gehabt hätte, wäre es stark gekrümmt.
- Wenn das Universum wenig Masse hat, hat es eine Trompetenform, ist anti-gekrümmt, "ausgedellt"

Wieso sollte dies nicht auch der Fall bei den Voids sein, dass der Raum sich anti-krümmt, also dellt?

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 19:56 Uhr

@Ulrich: "Wieso sollte ich alle Abkürzungen der Physik kennen?"

Wenn du Physik betreiben willst, musst du ihre Sprache beherrschen. Du rennst ja auch nicht rum und machst ne Autowerkstatt auf ohne zu wissen, was ein Zylinder, ein Keilriemen und ein Vergaser ist. Wenn du nicht weisst, was Energiedichte bedeutet und einfach irgendwelche Zahlen durcheinanderschmeisst, die du irgendwo gelesen hast, dann kannst du keine Physik betreiben.

Ich glaube, dieser Link ist wieder mal angebracht: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/02/wie-man-seine-behauptungen-belegt-so-dass-man-ernst-genommen-wird.php

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 19:57 Uhr

@Ulrich: "Gibt es an Plätzen mit vom Durchschnitt abweichend wenig Masse eine anti-Krümmung des Raumes?"

Nein. Auch eine "Anti-Krümmung" ist eine Krümmung und die muss von irgendwas verursacht werden. Wenn da nix ist, krümmt sich nix, weder in die eine noch in die andere Richtung.

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 20:07 Uhr

@Bjoern, mir war (1) nicht klar, und mit dem Unterschied in (2) Geschwindigkeit - Rate kann ich im Moment auch nichts anfange. Mir fehlen wohl wirklich Grundlagen!

 perk· 13.06.11 · 20:38 Uhr

wow, einsicht.. ich bin beeindruckt, überascht und erfreut zugleich

 Bjoern· 13.06.11 · 20:43 Uhr

@Ralph Ulrich: Geschwindigkeit heißt einfach: um welche Strecke bewegt sich etwas pro Zeiteinheit (z. B. 100 Kilometer pro Stunde oder 5 Meter pro Sekunde usw.). Der Hubble-Parameter hat aber nicht die Einheit "Kilometer pro Stunde" oder ähnliches, sondern Kilometer pro Sekunde pro Megaparsek. (in der Einheit wird H üblicherweise angegeben - hat letztlich historische Gründe; ich finde diese Einheit eher verwirrend und würde es ändern - aber ich hab' in der Kosmologie halt nichts zu sagen ;-) )

Das heißt, im Prinzip wird hier eine Geschwindigkeit (Kilometer pro Sekunde) noch mal durch eine Länge (Megaparsek) geteilt. Die Längen kann man heraus kürzen (ist ein bisschen Rechnerei, aber eigentlich auf dem Niveau etwa der 8. Klasse in der Schule), und das Ergebnis hat dann im Wesentlichen die Einheit "1 pro Zeiteinheit"; sprich: die Einheit einer Frequenz, oder eben einer Rate (Zahlenwert: etwa 0,07 pro Milliarde Jahre, d. h. pro Milliarde Jahre dehnt sich das Universum etwa um 7% aus).

Anders herum: will man aus dem Hubble-Parameter eine Geschwindigkeit erhalten, so muss man erst mal mit einer Länge multiplizieren. Genauer gilt: befindet sich eine Galaxie in der Entfernung r von uns, so bewegt sie sich mit der Geschwindigkeit H = v * r von uns weg.

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 20:46 Uhr

@Bjoern,
(2) Also Rate heisst hier Geschwindigkeit bezogen auf eine Entfernungseinheit. Das war mir klar.
(1) und (4) ist doch eigentlich der gleiche Einwand von Ihnen.

In Wikipedia.de wird schon durch die Länge der Texte
http://de.wikipedia.org/wiki/Hubble-Parameter
http://de.wikipedia.org/wiki/Skalenfaktor
der Eindruck gemacht, die Wichtigkeit sei umgekehrt. Die Texte gewichten anders:
"Die Hubble-Konstante ... ist eine der fundamentalen Größen der Kosmologie."
"Der Skalenfaktor ist ein kosmologischer Parameter"
Jedenfalls für den Laien!
Mir ist unverständlich, dass der ...
"Skalenfaktor ..., welcher im Prinzip entweder die Einheit einer Länge haben könnte, oder dimensionslos sein kann"
Entweder kann man eine Dimension herauskürzen, oder man kann es nicht. Das sollte eigentlich ein fundamentaler Unterschied sein, denn dann kommt bei Einsetzung in eine andere Gleichung eine Länge im Quadrat heraus oder eben nicht. Qualität von Wikipedia :(

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 21:01 Uhr

@Bjoern, wir schreiben hier durch Zufall immer parallel und nicht sequentiell :)

Wieso - so schreibt der Wikipedia Hubble Artikel - sucht man so genau nach einer Hubble KONSTANTEN, wenn es doch die Beschleunigung ist, die interessant ist?
Wie kann man bei den Ungenauigkeiten der Hubble Zahl auf die Energiedichte der "dunklen Energie" kommen. Hat man noch andere gemessene Zahlen in Petto?

Übrigens, bei der Vorstellung, dass die "dunkle Energie" die Beschleunigung betreibt, wird mir auch ganz anders, und ich kann mir nicht vorstellen, dass das Photonen bewirken könnten. Aber die Idee, dass der Energieverlust bei der Rotverschiebung der Vakuumenergie des ausgedehnten Raumes entsprechen könnte, war einfach zu schön und ästhetisch.

Ich finde es wäre mal einen richtig langen Blog Eintrag Wert darzulegen, wie die Energiedichte der "dunklen Energie" abgeleitet oder gemessen wird!

 Ralph Ulrich· 13.06.11 · 21:14 Uhr

@Ulrich: "Gibt es an Plätzen mit vom Durchschnitt abweichend wenig Masse eine anti-Krümmung des Raumes?"
@Florian Freistetter schrieb:
"Nein. Auch eine "Anti-Krümmung" ist eine Krümmung und die muss von irgendwas verursacht werden. Wenn da nix ist, krümmt sich nix, weder in die eine noch in die andere Richtung."

Bleibt die Frage, wieso sich das ganze Universum Trompeten förmig anti-gekrümmt hätte, hätte es zuwenig Masse gehabt.

 Wurgl· 13.06.11 · 21:24 Uhr

Um mal was anderes hier einzuwerfen.

Meine persönliche Meinung zu Dunkler Materie und Dunkler Energie ist einfach, dass das Zeug Humbug ist. Nicht dass ich die Effekte leugnen will, nein, die gibt es schon. Aber meine persönliche Meinung hält sich an Ockhams Rasiermesser¹ und diese Dinger sind typische Opfer dieses Rasiermessers. Wenn man zur baryonischen Materie einfach mal den 5-6fachen Wert an dunkler Materie draufpappem muss damit sich so manches erklären lässt (wie die Rotationsgeschwindigkeit der Galaxien) und dann noch einen negativen Faktor, eben diese Dunkle Energie, mit nochmals dem dreifachen der beiden zusammen draufpappt damit wiederum was anderes stimmt (nämlich die Expansion des Universums), dann ist da was gewaltig faul.

Klar, als reine Rechengrößen kann ich das akzeptieren. Aber ich warte sehnsüchtig darauf, dass irgendjemand die Gedankengänge vom Einstein verfeinert oder mit anderen Gedanken/Theorien vereint und ohne dieses äußerst ominöse und seltsame Zeug auskommt.

Aber wie gesagt, nur meine Meinung und nur aus dem einen Grund, dass eben verdammt wenig an nachweisbarem Zeug und viel zu viel an momentan nicht nachweisbarem Zeug ins Spiel gebracht wird.

¹) http://de.wikipedia.org/wiki/Ockhams_Rasiermesser

 Bjoern· 13.06.11 · 21:27 Uhr

@Ralph Ulrich:

In Wikipedia.de wird schon durch die Länge der Texte...
der Eindruck gemacht, die Wichtigkeit sei umgekehrt. Die Texte gewichten anders:
Die Texte gewichten anders:
"Die Hubble-Konstante ... ist eine der fundamentalen Größen der Kosmologie."
"Der Skalenfaktor ist ein kosmologischer Parameter"

Dass da anscheinend anders gewichtet wird, liegt letztlich daran, dass H direkt messbar ist (also steht da halt auch jede Menge dazu, wie das gemessen wird, welche Ergebnisse es gab usw.), a aber nicht. Die Texte argumentieren letztlich von der experimentellen Seite her, nicht von der theoretischen. Von der theoretischen Seite aus gesehen ist a die fundamentale Größe (einfache Analogie: bei der Betrachtung einer Bewegung in der klassischen Mechanik ist die fundamentale Größe ja auch nicht die Geschwindigkeit, sondern die Position eines Objekts).

Mir ist unverständlich, dass der ...
"Skalenfaktor ..., welcher im Prinzip entweder die Einheit einer Länge haben könnte, oder dimensionslos sein kann"

Das hängt ganz davon ab, wie man a definiert. Üblich ist, a folgendermaßen zu definieren: a(t) = r(t)/r0, wobei r0 der Abstand einer Galaxie "heute" ist und r(t) der Abstand zur Zeit t - dann hat man offensichtlich r(t) = a(t) * r0. Genausogut könnte man aber prinzipiell auch a(t) = r(t) setzen (man muss nur einmal festlegen, von welcher Galaxie o. ä. man da redet, und diese Wahl dann beibehalten); für andere Galaxien würde dann gelten: r'(t) = r'0/r0 * r(t). Das war früher eher üblich, als man noch dachte, das Universum wäre geschlossen (oder offen); damals war a(t) = r(t) im Prinzip einfach der "Krümmungs-"Radius des Universums.

Wieso - so schreibt der Wikipedia Hubble Artikel - sucht man so genau nach einer Hubble KONSTANTEN, wenn es doch die Beschleunigung ist, die interessant ist?

Wenn man von der Hubble-Konstanten redet, meint man einfach den Wert des Hubble-Parameters zur heutigen Zeit; dieser Wert kann relativ einfach (na ja) gemessen werden. Die Beschleunigung zu messen, ist deutlich schwieriger - und leider gibt's auch da aus historischen Gründen unterschiedliche Möglichkeiten, diese anzugeben... Früher gab man den "Dezelerationsparameter" q an; heutzutage gibt man eher die Energiedichte der Dunklen Energie an. Beides kann prinzipiell ineinander (und in einen direkten Wert für die Beschleunigung) umgerechnet werden (ist aber nicht so einfach).

Wie kann man bei den Ungenauigkeiten der Hubble Zahl auf die Energiedichte der "dunklen Energie" kommen.

Wie gesagt: das eine hat mit dem anderen nichts zu tun.

Hat man noch andere gemessene Zahlen in Petto?

Ja, jede Menge! Die direktesten Hinweise auf die Dunkle Energie erhält man aus Beobachtungen von Supernovae; außerdem hat man z. B. auch noch jede Menge Daten aus der Beobachtung der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung.

Ich finde es wäre mal einen richtig langen Blog Eintrag Wert darzulegen, wie die Energiedichte der "dunklen Energie" abgeleitet oder gemessen wird!

Tja, Florian ist aber halt leider kein Kosmologe (ich übrigens auch nicht - das ist nur ein Hobby von mir). Wenn Sie keine Probleme mit Englisch haben, dann könnten Sie's mal im Blog "Starts with a Bang" auf den englischen Science Blogs versuchen. Das wird von einem Kosmologen geschrieben, und der hat auch schon längere Artikelserien zur Dunklen Materie und zur Dunklen Energie verfasst. Wenn dagegen auch der Beitrag eines Amateurs wie mir reicht - vor Jahren habe ich mal einiges zur Kosmologie zusammen geschrieben: http://www.feuerbachers-matheseite.de/indexd.htm

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 21:32 Uhr

@Wurgl: "Nicht dass ich die Effekte leugnen will, nein, die gibt es schon. Aber meine persönliche Meinung hält sich an Ockhams Rasiermesser¹ und diese Dinger sind typische Opfer dieses Rasiermessers. Wenn man zur baryonischen Materie einfach mal den 5-6fachen Wert an dunkler Materie draufpappem muss damit sich so manches erklären lässt (wie die Rotationsgeschwindigkeit der Galaxien)"

Würd ich jetzt so nicht sehen. Wieso soll gerade der Mensch so gemacht sein, dass er über 50% der Materie wahrnehmen kann? Das ist zu anthropozentrisch. Was ist so schlimm daran, neue Formen von Materie zu entdecken? Als Dirac die Antimaterie postulierte, hat er mal eben so behauptet, es gäbe nochmal doppelt so viel Materie die wir bisjetzt übersehen haben. Aber die Antimaterie ist da. Man beobachtet im Universum das sich die Galaxien (und die Sterne und Galaxienhaufen) nicht so verhalten wie sie es tun müssten wenn a) die sichtbare Materie alles wäre was da ist oder b) Einsteins Gravitation gilt. Eines von beiden ist also falsch. Und beide Möglichkeiten hat man untersucht bzw. tut das noch immer. Ich hab das hier genau beschrieben: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2008/12/neptun-vulkan-und-die-dunkle-materie.php

"Aber ich warte sehnsüchtig darauf, dass irgendjemand die Gedankengänge vom Einstein verfeinert oder mit anderen Gedanken/Theorien vereint und ohne dieses äußerst ominöse und seltsame Zeug auskommt."

Sei mir nicht böse, aber das ist nicht wirklich ein Argument. Das ist das gleiche "Argument" mit dem haufenweise pensionierte Ingenieure die Relativitätstheorie oder Quantenmechanik: "Alles viel zu kompliziert und seltsam! Früher hat man noch richtige Physik gemacht".

"Aber wie gesagt, nur meine Meinung und nur aus dem einen Grund, dass eben verdammt wenig an nachweisbarem Zeug und viel zu viel an momentan nicht nachweisbarem Zeug ins Spiel gebracht wird"

Die Beobachtungsdaten sind da. Beide möglichen Alternativen werden verfolgt. Was sollen denn die Wissenschaftler noch tun?

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 21:39 Uhr

@Bjoern: "Ich finde es wäre mal einen richtig langen Blog Eintrag Wert darzulegen, wie die Energiedichte der "dunklen Energie" abgeleitet oder gemessen wird!"

Naja - ein bisschen was zur Messung steht hier: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/11/was-ist-dunkle-energie.php

 Wurgl· 13.06.11 · 21:47 Uhr

Relativitätstheorie und Quantentheorie sind beide durch erdachte Experimente bestätigt. Wobei die eine bei kleinen Dingern nicht klappt und die andere bei Großen nix bringt (Interferenz zwischen zwei Autos ist sinnfrei, es knallt einfach immer).

Da rechnen ja etliche an diversen Vereinigungen.

Bei dunkler Energie und dunkler Materie sind mit bisher nur Beobachtungsdaten bekannt, die aber auch zur Einführung dieser beiden Dinger geführt haben. Okay, es gibt diesen einen Galaxiencluster und die Gravitationslinse quasi zusätzlich. Aber bei LHC & Co. war zu dem Thema bisher nichts an Erkenntnissen zu lesen. Ich hab da einfach Bauchschmerzen.

Nur wie auch immer: Ich kann auch damit leben, wenn es sich hier um reine Rechengrößen, um Korrekturfaktoren handelt. Wenn am Ende das gleiche rauskommt dann ist das ja fast genauso gut :-)

 Andreas· 13.06.11 · 21:50 Uhr

Eine Frage hab ich dazu noch: Laut spezieller Rel.Theorie wird die Krümmung von Raum und Zeit durch jede Form von Energie, wie etwa Masse, Strahlung oder Druck, verursacht. Wenn die Energiedichte der Dunklen Energie überall gleich hoch ist, müsste Sie dann nicht auch den Raum gleichmäßig "vorkrümmen" (oder wie Ralph Ulrich meint, anti-krümmen)? Wie kommt man dann zu einem flachen Universum? Vor allem, weil Florian gemeint hat, "wo nix ist, krümmt sich auch nix". Wenn die Energiedichte der D.E. überall gleich hoch ist, gibts ja keinen Ort im Universum, wo "nix" ist, oder?

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 21:50 Uhr

@Wurgl: "Da rechnen ja etliche an diversen Vereinigungen. Bei dunkler Energie und dunkler Materie sind mit bisher nur Beobachtungsdaten bekannt, die aber auch zur Einführung dieser beiden Dinger geführt haben"

Nochmal: Es gibt Beobachtungsdaten. Diese Beobachtungsdaten sagen uns: Entweder gibt es Materie, die nicht über Elektromagnetismus wechselwirkt. Oder das Gravitationsgesetz stimmt nicht. Beide Alternativen werden von den Wissenschaftler verfolgt. Was sollten sie deiner Meinung nach anders machen?

Man hat sich die dunkle Materie ja nicht einfach aus den Fingern gesogen...

 Bjoern· 13.06.11 · 21:51 Uhr

@Florian: Stimmt, 'tschuldigung - den Artikel hatte ich ganz vergessen...

 Florian Freistetter· 13.06.11 · 21:52 Uhr

@Andreas: "Laut spezieller Rel.Theorie wird die Krümmung von Raum und Zeit durch jede Form von Energie, wie etwa Masse, Strahlung oder Druck, verursacht."

Ne, das ist die allgemeine RT

"Wie kommt man dann zu einem flachen Universum? "

Dieses "Horizontproblem" hab ich hier schonmal beschrieben: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/05/was-knallt-beim-urknall-inflation-und-expansion-im-universum.php

 Wurgl· 13.06.11 · 22:10 Uhr

Florian versteh mich nicht falsch. Das ist kein Vorwurf den Wissenschaftlern gegenüber. Das ist eine Meinung aus dem hohlen Bauch.

Ich gehe davon aus, dass unser Wissen über die Welt eben noch nicht gut genug ist. Wir wissen eben noch nicht alles, wir wissen nur verdammt viel.

Und es gibt auch ganz verrückte Spekulationen zu dem Thema. In Spektrum der Wissenschaft 01/2011 war zum Beispiel auf Seite 45 ein beinahe schon fantastisch anmutender Satz zu lesen, richtiges Trollfutter. Ich zitiere mal, bzw. tippe da ab: "Könnte das, was wir als Dunkle Materie wahrnehmen, wirklich Indiz für eine verborgene Spiegelwelt sein?" Klar, ein paar Sätze danach kommt sofort das Dementi bzw. Beobachtungen die diese Möglichkeit widerlegen.

Man versucht ja das Zeug irgendwie nachzuweisen, aber es klappt noch nicht. Und als Alternative denken sich manche total verrückte Ideen aus. Vielleicht gelingt es ja irgendwann mal, Neutrinos hat man ja auch nachweisen können.

Aber bis dahin hab ich einfach Bauchschmerzen, lass sie mir doch :-)

Ich hatte vor vielen Jahren mal einen Physikprofessor und der brachte uns bei, dass man nicht immer alles glauben soll, was so erzählt wird. Der brachte uns kritisches Denken bei -- und hat so nebenbei genau dieses Denken mal getestet indem er Käse auf die Tafel geschrieben hat. Hat übrigens einer der Schüler auch prompt gemerkt.

 roel· 13.06.11 · 22:12 Uhr

@Florian Freistetter Gibt es in den Voids Hintergrundstrahlung?

 nihil jie· 13.06.11 · 22:27 Uhr

@Wurgl

Ich gehe davon aus, dass unser Wissen über die Welt eben noch nicht gut genug ist. Wir wissen eben noch nicht alles, wir wissen nur verdammt viel.

Es ist schon ein wenig problematisch eine Aussage darüber zu treffen ob etwas viel oder wenig ist, wenn man die Maxima und Minima gesamten Wissensfeldes nicht kennt. Wir wissen wenig oder viel an was gemessen ? Oder anders gefragt... was wäre das Wissens-Minimum und was Maximum ? OK... absolut nichts zu Wissen wäre sicherlich das Minimum... aber wie weilt befinden wir uns von dem Minimum entfernt und wie weit (noch) von dem Maximum ?
Jedenfalls tauchen da einige Probleme auf, versucht man das zu bestimmen. Ich denke dass wir halt so viel wissen wie wir wissen, ob das nun viel ist oder wenig... tja.. ich denke das ist recht subjektiv.
Wie auch immer... ich möchte jetzt natürlich drauf herumreiten und es war keine Kritik. Ich finde dennoch schwierig sich bei den Grössen fest legen zu können :)

 Alderamin· 13.06.11 · 22:30 Uhr

@Florian
Danke für den Link und die ausführliche Buchbesprechung. Ich hab' schon "The Elegant Universe" von Greene und fand den allgemeinen Teil sehr verständlich (aber irgendwo zwischen der Renormierung und den Calabi-Yau-Spaces hat er mich abgehängt), sowie "The Inflationary Universe" von Alan Guth, beide im englischen Original, aber Guth kannte die dunkle Energie noch nicht. Ich werd' mir Greenes Kosmos mal bestellen.

@Björn

Klassisch, ohne ART, kann man sich's so vorstellen: die positive Gesamtenergie der Massen und ihrer Bewegung wird durch die negative potentielle Gravitationsenergie kompensiert (was man sich unter negativer potentieller Gravitationsenergie vorzustellen hat, geht am einfachsten mit der bekannten Trichter-Analogie für's Gravitationspotential; oder man stelle sich eine (nicht beschleunigende!) Rakete vor, die sich von der Erde entfernt, dabei immer langsamer wird (durch die rückziehende Gravitationskraft) und "im Unendlichen" genau die Geschwindigkeit 0 erreicht).

Ja, wenn man es soo sieht, das potenzielle Energie eine negative Energie ist, dann wäre der Teil schon mal geklärt (normalerweise werden potenzielle und kinetische Energie ja als verschiedene, ineinander überführbare positive Energieformen gelehrt). Dass das Gravitationspotenzial negativ definiert ist, ist allerdings einfach nur eine Definitionssache, man könnte ja auch den Erdboden als 0 setzen, oder die Sonnenoberfläche, was unpraktischer aber zulässig wäre; die Wahl des Nullpunkts alleine definiert keine negative Energie, solange die Höhendifferenz positiv ist.

Aber gut, sei die potenzielle Energie als negativ betrachtet. Dann funktinioniert das Analogon mit der Rakete ganz gut in einem flachen Universum ohne dunkle Energie: das All dehnt sich aus, und die Ausdehnung verlangsamt sich, bis sie im Unendlichen Null wird, wie die Geschwindigkeit der Rakete. Nix gewonnen und nix verloren. So war der Wissensstand bis 1998.

Heute nicht mehr. Das All expandiert, wie man heute weiß, durch die dunkle Energie beschleunigt, d.h. die potenzielle Energie nimmt zu und die "Rakete" wird dabei schneller! In einem Volumen nimmt die potenzielle Energie dem Betrag nach zu, weil die potenzielle "Fallhöhe" immer größer wird. Was kompensiert denn dann diesen wachsenden, negativen Energiebetrag? Es entsteht ja deswegen keine neue Masse oder Strahlung und die Expansion verlangsamt sich nicht, sondern sie beschleunigt (ja, ich weiß, dass sich da nicht wirklich etwas bewegt, der Raum wächst halt nur).

In der ART gibt's so etwas wie "Gravitationskraft" oder "Gravitationspotential" aber eben nicht, und deshalb im Prinzip eigentlich auch keine "negative potentielle Gravitationsenergie";

Na ja, die ART müsste Newton allerdings als Spezialfall mit einschließen.

Dass die Energieerhaltung in der Kosmologie nicht gilt, ist keine Antwort, die irgendwie zufrieden stellt. Perpetua mobilia sind dann im Kleinen unmöglich, aber in hinreichend großen Dimensionen nicht mehr; verbinde zwei Endpunkte in zwei Galaxien durch ein sehr langes Seil und nutze die Zugkraft der Expansion aus, um ein Rad zu drehen; man muss nur immer mal ein neues Stück Seil dran binden und dann läuft das Rad immer weiter und immer schneller...

Das ist der Punkt, vor dem ich immer zurückweiche, wenn es in einer Diskussion um den Urknall geht. Ich gehe aber mal alle mir angebotenen Links durch, vielleicht kommt so etwas mehr Licht in die dunkle Energie. Und schmökere nochmal bei Alan Guth, die Inflation ist von der Natur her ja vergleichbar, nur wesentlich violenter.

 Wurgl· 13.06.11 · 22:36 Uhr

Für den einen ist das Glas halb voll, für den anderen halb leer.

Ich hab's lieber halb voll :-)

Gedacht war mein Satz aber eher in die Richtung "Wir wissen verdammt viel -- verglichen mit dem Wissen vor 100 Jahren ...".

 Alderamin· 13.06.11 · 22:42 Uhr

@Roel

Nein, die Voids liegen vor der Hintergrundstrahlung, die Hintergrundstrahlung liegt am Rande des sichtbaren Universums (deswegen heißt sie ja Hintergrundstrahlung) bei einer Rotverschiebung von ca. 1000, oder auf der Zeitachse vor der Entstehung von Galaxien (-haufen/-superhaufen etc.), mit hin vor den Voids und Bubbles. In der Hintergrundstrahlung gibt es aber Inhomiogenitäten (=Temperaturschwankungen), aus denen die Voids und Bubbles letztlich hervorgingen, sozusagen als Keime derselben.

 perk· 13.06.11 · 22:57 Uhr

Ich hatte vor vielen Jahren mal einen Physikprofessor und der brachte uns bei, dass man nicht immer alles glauben soll, was so erzählt wird. Der brachte uns kritisches Denken bei --

du sollst nicht glauben, dass es dm und de gibt.. niemand aus der wissenschaftlichen gemeinschaft die sich mit diesen phänomenen befasst sagt dir: glaub daran

lies die paper, vollzieh die daten nach, betreibe ernsthaft wissenschaft und finde es für dich selbst heraus..

 perk· 13.06.11 · 23:01 Uhr

nein alderamin, du verwechselst, da das aussendungsereignis der hintergrundstrahlung mit der hintergrundstrahlung selbst

klar gibts in den voids hintergrundstrahlung.. die fliegt da genauso durch wie überall sonst im universum wo sie noch nicht absorbiert wurde

In der Hintergrundstrahlung gibt es aber Inhomiogenitäten (=Temperaturschwankungen), aus denen die Voids und Bubbles letztlich hervorgingen, sozusagen als Keime derselben.

nein sorum:

In der Hintergrundstrahlung gibt es aber Inhomiogenitäten (=Temperaturschwankungen), aus denen man auf Dichteschwankungen im aussendenden Gas schlussfolgern kann, aus denen die Voids und Bubbles letztlich hervorgingen, sozusagen als Keime derselben.

 Andreas· 13.06.11 · 23:33 Uhr

@nihil jie

Ich hätt da ne kleine Geschichte, beruhend auf einer ganz alten, die darstellt wieviel wir wissen: Wenn wir schon nen Apfel vom Baum der Erkenntnis gepflückt und reingebissen haben, können wir ihn auch gar aufessen. :) Das Gehäuse werden wir aber nicht mit essen, weil die Kerne unverdaulich sind.

Soll heißen: Wir können immer nur die Fragen (wissenschaftlich) beantworten, die für eine Gesellschaft (oder einen Zusammenschluss mehrerer) "verdaulich", also bezahlbar sind. Angesichts der derzeitigen Finanzprobleme ist es eher unwahrscheinlich, dass wir demnächst noch größere Projekte zur Wissensschaffung umsetzen werden als das LHC oder die aktuellen Satelitten-Teleskope - Florian hat ja oft genug über die finanziellen Probleme geschrieben. Das Geld, das in der Wirtschaftskrise verbraten wurde, fehlt vielleicht in ein paar Jahren für das LHC II oder "the next hubble", wenn man langfristig und in wirtschaftlichen Zusammenhängen denkt. Und da China so viel Geld gehortet hat, dass es sich grade Afrika kaufen kann, ist es nicht unwahrscheinlich dass die jetzt auch mal dran sind mit Fragen beantworten. Was heißt "Void" oder "dunkle Energie" auf chinesisch? Und wer übersetzt die ganzen Studies? :)

 Bynaus· 13.06.11 · 23:40 Uhr

@Wurgl: Du dürftest Freude an John Moffat haben, einem emeritierten Physik-Professor der Universität Toronto, der die Modified Gravity (MOG, auch bekannt als Scalar-Tensor-Vector-Gravity) entwickelt hat (aber Achtung, MOG =/= MOND), mit der sich Galaxien-Rotationskurven, das Power-Spektrum des Mikrowellenhintergrundes, angeblich sogar der Bullet Cluster alle relativ elegant erklären lassen. Er hat - neben einer vielzahl reviewter Publikationen - auch ein populäres Buch über die Idee geschrieben, "Reinventing Gravity". Es ist sehr interessant zu lesen (was nicht heisst, dass ich ihm die Idee zwingend abkaufe - es ist einfach sehr interessant zu lesen).

 Alderamin· 13.06.11 · 23:50 Uhr

@perk

Schon klar, dass die Photonen der Hintergrundstrahlung, die wir hier nachweisen, auch irgendwann mal durch Voids geflogen sind... Aber die Frage von Roel bezog sich wohl eher darauf, ob in den Voids Hintergrundstrahlung entsteht, und das tut sie nicht.

 perk· 14.06.11 · 01:29 Uhr

Aber die Frage von Roel bezog sich wohl eher darauf, ob in den Voids Hintergrundstrahlung entsteht, und das tut sie nicht.

da hintergrundstrahlung nirgendwo entsteht ist es ziemlich unsinnig zu fragen ob das auch in voids der fall ist.. wenn man sich allerdings auf die vergangene aussendung der hintergrundstrahlung bezieht, dann existierten zu der zeit gar keine voids.. auch da ist die frage also nicht anwendbar

es bleibt also nur die möglichkeit, dass er nach der sich ausbreitenden strahlung gefragt hat und nicht nach ihrer entstehung (denn die war nicht gleichzeitig mit der existenz von voids)

 Florian Freistetter· 14.06.11 · 07:51 Uhr

@roel: "Gibt es in den Voids Hintergrundstrahlung? "

Meinst du, ob man dort Hintergrundstrahlung messen kann? Ja, kann man.

@Alderamin: "Aber die Frage von Roel bezog sich wohl eher darauf, ob in den Voids Hintergrundstrahlung entsteht, und das tut sie nicht."

Ähm... Hintergrundstrahlung entsteht aber auch nirgendwo sonst. Die entstand vor 13 Milliarden Jahren und damals ÜBERALL. Heute entsteht sie nirgends mehr.

 roel· 14.06.11 · 08:35 Uhr

@Alderamin, Perk & Florian Freistetter Vielen Dank.

War vielleicht etwas kurz die Frage. Ich meinte das so wie perk und Florian es aufgefasst haben.

 Bjoern· 14.06.11 · 09:22 Uhr

@Aldemarin:

Ja, wenn man es soo sieht, das potenzielle Energie eine negative Energie ist, ...

Versteh' mich nicht falsch - ich habe nicht gesagt, dass potentielle Energie grundsätzlich negativ wäre. Aber bei der Gravitationsenergie ist es halt so.

(normalerweise werden potenzielle und kinetische Energie ja als verschiedene, ineinander überführbare positive Energieformen gelehrt)

Äh, seit wann? Sowohl das elektrostatische als auch das Gravitationspotential (zwei der absoluten Standardbeispiele für Potentiale) werden üblicherweise als negativ gewählt. Das einzige andere Standardbeispiel für Potentiale, das mir im Moment einfällt, das positiv ist, wäre der harmonische Oszillator.

Dass das Gravitationspotenzial negativ definiert ist, ist allerdings einfach nur eine Definitionssache, man könnte ja auch den Erdboden als 0 setzen, oder die Sonnenoberfläche, was unpraktischer aber zulässig wäre; die Wahl des Nullpunkts alleine definiert keine negative Energie, solange die Höhendifferenz positiv ist.

Ja, klar, das ist halt die Eichinvarianz. Ein weiteres Problem für die ART...

Das All expandiert, wie man heute weiß, durch die dunkle Energie beschleunigt, d.h. die potenzielle Energie nimmt zu und die "Rakete" wird dabei schneller! In einem Volumen nimmt die potenzielle Energie dem Betrag nach zu, weil die potenzielle "Fallhöhe" immer größer wird. Was kompensiert denn dann diesen wachsenden, negativen Energiebetrag?

Die einzige Antwort, die mir darauf einfällt, ist die von ganz am Anfang des Kommentars von gestern, 14:24 Uhr: diese Energie wird nicht kompensiert; die Energie ist schlicht nicht erhalten.

Na ja, die ART müsste Newton allerdings als Spezialfall mit einschließen.

Tut sie auch - aber das heisst nicht, dass man für alle Konzepte der Newtonschen Physik in der ART direkte Entsprechungen finden kann!

Dass die Energieerhaltung in der Kosmologie nicht gilt, ist keine Antwort, die irgendwie zufrieden stellt.

Nicht nur in der Kosmologie - in der ART allgemein! Ich hab' übrigens noch einen Blogpost dazu gefunden, auch von einem Kosmologen:
http://blogs.discovermagazine.com/cosmicvariance/2010/02/22/energy-is-not-conserved/

 Alderamin· 14.06.11 · 11:11 Uhr

@Björn

(normalerweise werden potenzielle und kinetische Energie ja als verschiedene, ineinander überführbare positive Energieformen gelehrt)

Äh, seit wann? Sowohl das elektrostatische als auch das Gravitationspotential (zwei der absoluten Standardbeispiele für Potentiale) werden üblicherweise als negativ gewählt.

Mindestens seit der 7. Klasse oder wann auch immer das Pendel behandelt wird. Achtung, Potenzial != Energie. Wie gesagt, es macht zwar sehr viel Sinn, das Potenzial im Unendlichen auf 0 zu legen und es damit im Schwerefeld negativ zu machen, aber man könnte ja auch willkürlich und weniger sinnvollerweise den Erdboden als 0 definieren, dann wäre das Potenzial im Unendlichen positiv. Die potenzielle Energie eines Objekts im Abstand h von der Erde und in Bezug auf den Erdboden wäre in beiden Fällen identisch, weil sie die Differenz des Potenzials im Abstand h zum Abstand 0 wäre.

Beim Pendel wurde mir jedenfalls beigebracht, dass es "oben" die potenzielle Energie m*g*delta_h (Höhenunterschied) habe, bei kinetischer Energie 0, und unten kinetische Energie 1/2*m*(v_max)^2 bei potenzieller Energie 0, so dass man z.B. v_max leicht durch Gleichsetzen beider Energien und Auflösen nach v_max ermitteln kann.

Die einzige Antwort, die mir darauf einfällt, ist die von ganz am Anfang des Kommentars von gestern, 14:24 Uhr: diese Energie wird nicht kompensiert; die Energie ist schlicht nicht erhalten.

Was irgendwie nicht intuitiv ist, öffenet es doch den Perpetua Mobilia Tür und Tor. Lawrence M. Krauss (der Kosmologe/Physiker, dessen sehenswerten Vortrag ich verlinkt hatte; hab' ihn mir gestern nochmal komplett reingezogen) behauptet jedenfalls, die Gesamtenergie sei 0 (und war es und bleibt es auch in einem flachen Universum). Leider leitet er das nicht her, aber ich hab' bei Amazon gefunden, dass er ein nagelneues Buch zu dem Thema geschrieben hat, das werde ich mir mal bestellen.

Danke noch für den Link, der das Konzept einer negativen Gravitationsenergie ja ebenfalls ablehnt.

 Alderamin· 14.06.11 · 11:33 Uhr

Lawrence M. Krauss [...] behauptet jedenfalls, die Gesamtenergie sei 0 (und war es und bleibt es auch in einem flachen Universum).

Anscheinend ist er somit ein Anhänger hiervon, d.h. der negativen Gravitationsenergie. Anscheinend sind sich die Gelehrten überhaupt noch nicht einig, ob der Energieerhaltungssatz nun gilt oder nicht.

 Bjoern· 14.06.11 · 11:42 Uhr

@Aldemarin:

Mindestens seit der 7. Klasse oder wann auch immer das Pendel behandelt wird.

Dass ich selbst den harmonischen Oszillator schon angeführt habe, ist dir also nicht aufgefallen...? Oder wusstest du nicht, dass Pendel ein Beispiel für harmonische Oszillatoren sind? (Wäre mir übrigens neu, dass Pendel und Energie in der 7. Klasse vorkommen... selbst nach dem G8-Lehrplan dürften beide erst deutlich später kommen; nach dem G9-Lehrplan war's in der 11. Klasse.)

Achtung, Potenzial != Energie.

Natürlich nicht. Und? Das ändert doch nichts am Vorzeichen.

Was irgendwie nicht intuitiv ist, öffenet es doch den Perpetua Mobilia Tür und Tor.

Irgendwo habe ich, soweit ich mich erinnere, mal eine Begründung gelesen, warum man trotzdem keine Energie aus der Ausdehnung des Universums "extrahieren" kann - weiss aber leider nicht mehr, wieso und wo...

Anscheinend sind sich die Gelehrten überhaupt noch nicht einig, ob der Energieerhaltungssatz nun gilt oder nicht.

Das wird ja auch in beiden meiner verlinkten Texte ausgesagt...

 Alderamin· 14.06.11 · 11:53 Uhr

@Björn

Dass ich selbst den harmonischen Oszillator schon angeführt habe, ist dir also nicht aufgefallen...? Oder wusstest du nicht, dass Pendel ein Beispiel für harmonische Oszillatoren sind? (Wäre mir übrigens neu, dass Pendel und Energie in der 7. Klasse vorkommen... selbst nach dem G8-Lehrplan dürften beide erst deutlich später kommen; nach dem G9-Lehrplan war's in der 11. Klasse.)

Entschuldigung, den Satz mit dem harmonischen Oszillator hatte ich überlesen. Und ja, ich weiß was ein harmonischer Oszillator ist. Sollte man wohl auch nach Physik als 1. Leistungsfach und 4 Semester davon im Nebenfach. Wann wir das Pendel besprochen haben, weiß ich nicht mehr genau, das war irgendwann vor 30 Jahren, ich hätte aber eher auf Mittelstufe denn auf Oberstufe getippt. Könnte auch sein, dass es in der Mittelstufe mal beim Thema Energieformen angerissen wurde und als harmonischer Oszillator im Leistungskurs in der 11 nochmal ausführlicher kam, wo man gerade das Differenzieren gelernt hatte.

Wenn man das ganze Zeugs nicht ständig benutzt, dann wird das leider nach 30 Jahren so rostig wie das dereinst gelernte Französisch. Man versteht es so gerade noch, aber man spricht es nicht mehr...

 Bjoern· 14.06.11 · 12:00 Uhr

@Aldemarin: Ich hab' mal kurz in die bayerischen G8-Lehrpläne reingeschaut. Physik gibt's da erst ab Klasse 8 (davor gibt's nur "Natur und Technik"), und in dieser 8. Klasse steht die Spannenergie nur als "qualitativ" drin (also wohl ohne Formel). Harmonische Schwingungen kommen erst in der 10. Klasse. (und, wie gesagt: zu G9-Zeiten war's definitiv erst in der 11. Klasse; soweit ich mich erinnere, war's vor ca. 20 Jahren, als ich in Baden-Württemberg am Gymnasium war, sogar erst in der 12. Klasse)

 Alderamin· 14.06.11 · 12:29 Uhr

@Bjoern

Achtung, Potenzial != Energie.

Natürlich nicht. Und? Das ändert doch nichts am Vorzeichen.

Du hattest die Definition einer negativen Gravitationsenergie mit dem Beispiel begründet, dass das Gravitationspotenzial einen Wert kleiner oder gleich 0 habe. Ich hatte daraufhin argumentiert, dass das eine beliebige Festlegung sei und bei positivem wie negativem Potenzial eine positive potenzielle Energie definiert sein könne (bzw. dass ich sie als solche beigebracht bekommen habe), d.h. das Vorzeichen des Potenzials hat zunächst einmal nichts mit dem Vorzeichen der Energie zu tun. Das Konzept einer negativen Energie war mir bislang femd. Ich verstehe aber, dass man Gravitationsenergie als negative Energie definieren kann und somit möglicherweise das Konzept der Energieerhaltung retten kann. Ich lese mir Lawrence demnächst mal durch und falls etas unklar bleibt, schreibe ich ihm.

Vielen Dank für Deine Erläuterungen!!

 Bjoern· 14.06.11 · 12:37 Uhr

@Aldemarin:

...d.h. das Vorzeichen des Potenzials hat zunächst einmal nichts mit dem Vorzeichen der Energie zu tun.

Bei der Gravitation hat man eigentlich immer den Zusammenhang: potentielle Energie E = Potential Φ mal Masse m. Da die Masse offensichtlich immer positiv ist, haben potentielle Energie und Potential also immer dasselbe Vorzeichen. (beim elektrostatischen Potential steht in der Formel die Ladung q statt der Masse m, also kann da das Vorzeichen dann auch mal anders herum sein; aber beschränken wir uns halt auf positive Probeladungen ;-) ). Bei anderen Problemen dagegen wie z. B. Pendel habe ich Potentiale eigentlich noch nie angewendet gesehen...

 SCHWAR_A· 14.06.11 · 12:49 Uhr

@Alderamin und Bjoern:
"Das Konzept einer negativen Energie":
Das ist aber nicht zu verwechseln mit der Dunklen Energie und deren "negativem Druck".
So gesehen müßte die dann nämlich "positive Gravitations-Energie" heißen, sehe ich das richtig?

 Bjoern· 14.06.11 · 13:09 Uhr

@SCHWAR_A:

Das ist aber nicht zu verwechseln mit der Dunklen Energie und deren "negativem Druck".

In der Tat nicht.

So gesehen müßte die dann nämlich "positive Gravitations-Energie" heißen, sehe ich das richtig?

Nein, einfach nur "positive Energie". Dunkle Energie ist keine "Gravitations-Energie".

 SCHWAR_A· 14.06.11 · 13:46 Uhr

@Bjoern:
Ah, danke!

Bzgl. meines Kommentars von gestern gegen 18:53:

In dem Modell hatte ich ja die Reichweite von Gravitation annahmehalber begrenzt und dadurch eine "Gravitations-"Energie-Differenz im Vergleich zum Unendliche-Reichweite-Modell produziert, die der Dunklen Energie entsprechen könnte.

Relativiert diese Annahme dann Deine Antwort

Dunkle Energie ist keine "Gravitations-Energie".

?

 Alderamin· 14.06.11 · 13:48 Uhr

@SCHWAR_A, Bjoern

Mal sehen, ob ich was verstanden habe:

In http://en.wikipedia.org/wiki/Zero-energy_universe steht, dass in dieser Theorie während der Inflationsphase (die ja aus einem Übergang von einer höheren auf eine niedrigere Vakuum-Energie resultiert haben soll) die negative Gravitationsenergie durch die positive Energie des Inflaton-Felds kompensiert wird, so dass die Gesamtenergie stets Null bleibt.

Die dunkle Energie ist wiederum selbst eine Vakuum-Energie. Eine positive Vakuumenergie erzeugt einen Druck, der einer gravitativen Abstoßung entspricht ( http://en.wikipedia.org/wiki/Vacuum_energy#Implications, 3. Absatz) und somit das Weltall beschleunigt aufbläht.

Ich hatte jetzt verstanden, dass die Energieerhaltung (so sie denn überhaupt gilt) auf dem gleichen Mechanismus wie bei der Inflation beruht: die zunehmend positive Vakuumenergie aufgrund des Anwachsens des Raums wird durch eine zunehmend negative Gravitationsenergie gleichen Betrags kompensiert.

Stimmt das so?

 SCHWAR_A· 14.06.11 · 14:19 Uhr

@Alderamin:

eine zunehmend negative Gravitationsenergie

Damit habe ich ein Problem. Wie sollte die denn zunehmen? Es kommt ja keine Masse zum System hinzu.
Auch in der Entfernung, die ja wegen der Expansion immer größer werden kann (im Unendliche-Reichweite-Modell) wird die Wirkung ja mit 1/r^2 kleiner und nicht größer.

 Alderamin· 14.06.11 · 14:40 Uhr

@SCHWAR_A

Damit habe ich ein Problem. Wie sollte die denn zunehmen?

Es kommt halt Vakuum dazu. Die Vakuumenergiedichte (Energie/Volumenelement) bleibt konstant, das Volumen wächst, und da die Energie gleich Energiedichte mal Volumen ist, nimmt sie in dem angewachsenen Vakuum-Volumen insgesamt zu.

Das verletzt wahlweise die Energieerhaltung, oder eben nicht, wenn die negative Gravitationsenergie dies kompensiert.

Auch in der Entfernung, die ja wegen der Expansion immer größer werden kann (im Unendliche-Reichweite-Modell) wird die Wirkung ja mit 1/r^2 kleiner und nicht größer.

Die Wirkung wird kleiner, aber das Potenzial ist ja das Integral über der Kraft (=Wirkung) nach der Entfernung (d.h. die Summe aus Kraft*Weg-Elementen), und dieses wächst bis in unendliche Entfernung streng monoton, auch wenn die Kraft quadratisch gegen 0 geht.

Es steckt mehr potenzielle Energie in zwei Galaxien, die 2*r voneinander entfernt sind, als in solchen, die r voneinander entfernt sind, ganz klassisch gesehen. So wie ein Stein, aus doppelter Höhe fallen gelassen, mehr Energie beim Aufschlag besitzt. Selbst wenn die Erdanziehungskraft mit der Höhe abnimmt.

 SCHWAR_A· 14.06.11 · 18:02 Uhr

@Alderamin:
Ich verstehe Dich so: Du nimmst an, daß es gäbe dadurch, daß das Universum sich ausdehnt, immer mehr "integrierbare Weg-Elemente" und dadurch würde die Gravitations-Energie mit der Expansion anwachsen. Meinst du das so?

 Alderamin· 14.06.11 · 18:26 Uhr

@SCHWAR_A

Genau. Je weiter ich einen Probekörper von einen anziehenden Masse wegtrage, desto höher wird seine potenzielle Energie, denn umso länger wird er beschleunigt, wenn man ihn von dort aus fallen lässt.

Wenn die Raumexpansion entsprechend zwei Galaxien weiter voneinander entfernt (oder korrekt gesagt zusätzlichen leeren Raum zwischen ihnen generiert), dann erhöht das die potenzielle Energie, weil die "Fallhöhe" zunimmt. Würde man die Raumexpansion dann abstellen können, dann würden sie danach umso länger aufeinander zu beschleunigen können. So würde das für mich Sinn machen.

Die Frage ist dann noch, ob die ganze Gravitationsenergie nur in den Galaxien und der dunklen Materie steckt, oder ob die Vakuumenergie selbst Masse hat und einen Großteil der Gravitationsenergie trägt (weil sie ja auch einen Großteil der kritischen Dichte des Universums ausmacht). Lawrence sagt jedenfalls in seinem Vortrag "if empty space weighs something, then it has a vacuum energy". In dem Fall gäbe es auch in leeren Abschnitten des Raums (z.B. den Voids) eine Gravitationsenergie.

Aber wie gesagt, das ist mir alles nicht hundertprozentig klar. Muss da wohl noch ein wenig mehr zu lesen.

 SCHWAR_A· 14.06.11 · 18:41 Uhr

@Alderamin:
Ob nun 2 Galaxien sich tatsächlich anziehen, oder nur die Möglichkeit dazu besteht, muß doch egal sein. Die Energie dazu ist dennoch vorhanden. Und die war m.E. auch schon vor dem letzten Raumzugewinn durch Expansion vorhanden, und zwar in gleicher Höhe. Ich glaube auch nicht, daß man dadurch, daß eine Galaxie von einer anderen angezogen wird, also tatsächlich kinetische Energie aufnimmt, die Gravitations-Energie verändert. Das ist wohl eher Actio=Reactio der beiden Galaxien, oder?

 Alderamin· 14.06.11 · 19:23 Uhr

Ob nun 2 Galaxien sich tatsächlich anziehen, oder nur die Möglichkeit dazu besteht, muß doch egal sein.

Natürlich, nur kann man die Energie nicht als kinetische sichtbar machen, wenn man die Galaxien nicht "loslässt". Als Überlagerungseffekt muss sowohl die dunkle Energie als auch die Gravitation bei gewissen Entfernungen wirksam sein. M31, der große Andromedanebel, ist z.B. 2,5 Mio Lichtjahre entfernt, das sind 0,76 Mpc. Bei einem Hubble-Paramter von 71 km/s/Mpc müsste die Expansion auf diese Enternung schon 54 km/s zusammenbringen. -300 km/s ist die Radialgeschwindigkeit, auf uns zu. Ohne Raumexpansion sollten es folglich -371 km/s sein. Die Expansion verrichtet also Arbeit gegen die Gravitation, und die geht dann ins Gravitationspotenzial über, so also ob man Hubarbeit gegen die Gravitation verrichtet. So verstehe ich das jedenfalls.

Die Energie dazu ist dennoch vorhanden. Und die war m.E. auch schon vor dem letzten Raumzugewinn durch Expansion vorhanden, und zwar in gleicher Höhe.

Mit obigem Beispiel nicht.

Ich glaube auch nicht, daß man dadurch, daß eine Galaxie von einer anderen angezogen wird, also tatsächlich kinetische Energie aufnimmt, die Gravitations-Energie verändert. Das ist wohl eher Actio=Reactio der beiden Galaxien, oder?

Doch, schon, jedenfalls klassisch gerechnet; wenn sie sich annähern, nimmt die potenzielle Energie ab und und die kinetische zu, weil sie durch die Fallbeschleunigung schneller werden. Wenn sie sich entfernen, ist es umgekehrt und sie verlangsamen sich (deswegen würde in einem Universum ohne dunkle Energie die Expansion immer langsamer werden). Wenn ein Planet die Sonne auf einer Ellipsenbahn umkreist, wird er in Sonnennähe schneller, d.h. die kinetische Energie nimmt zu, aber seine "Höhe" über der Sonne nimmt entsprechend ab. Im Aphel hat er dann die maximale Höhe und minimale Geschwindigkeit.

Bei zwei gleich schweren Massen werden beide beschleunigt und fallen auf einen gemeinsamen Schwerpunkt zu (oder umkreisen ihn als Brennpunkt). In dem Fall verteilt sich die kinetische Energie auf beide. "Reaktio" ist dabei nur die Trägheitskraft, Reaktio ist ja immer nur eine Scheinkraft.

 SCHWAR_A· 15.06.11 · 09:53 Uhr

@Alderamin:
Könnte es sein, daß Du einen Wechsel zwischen verschiedenen Systemen vollziehst? Zum einen sind da zwei Systeme mit je einer Masse, jede mit seinem eigenen Gravitations-Potential. Zum anderen ist da ein System, das die beiden Massen als eine einzige sieht, quasi nach dem Einschlag, oder vorher, dann aber mit entsprechend komplizierter Überlagerung beider Potentialfelder.

Oder bin ich auf dem Holzweg?

 Alderamin· 15.06.11 · 10:40 Uhr

Eigentlich rede ich von der Energie, die in einem Stück Raumvolumen steckt, in dem u.U. auch Masse (z.B. Galaxien, dunkle Materie) enthalten ist. Nehmen wir mal an, es sei Wasserstoff und Helium, so wie nach der Rekombination. Wenn ich diesem Stück Raumvolumen die Chance gebe, zu kollabieren, dann entstehen Galaxien und Sterne. Die Wärme zum Zünden der Kernfusion kommt aus der Gravitationsenergie: Das Gas formt Akkretionsscheiben, die dann durch innere Reibung abgebremst werden und sich im Inneren zu Sternen komprimieren. Die adiabatische Kompression erhöht die Temperatur, bis die Fusion zündet. Es wird also schon vor der Fusion eine Menge Energie in Form von Wärme frei.

Wo kommt diese Energie her? Aus dem Kollaps, der nur möglich ist, weil die Materie aus einem größeren Volumen kollabiert. Warum ist das Volumen größer als beim Urknall? Weil es durch die Expansion des Universums vergrößert wurde. Die Energie steckt also beim vergrößerten Volumen und vor dem Kollaps im Gravitationspotenzial. Je größer das Volumen, desto mehr Energie lässt sich bei gleicher Masse im Gravitationspotenzial unterbringen; die Energie steckt im Graviationspotenzial wie in Gummibändern, die man sich zwischen allen Massen untereinander gespannt denken könnte. Vergrößert man also den Raum z.B. durch die dunkle Energie zusätzlich, geht noch mehr Energie in das Potenzial, die "Gummibänder" werden weiter gestreckt.

Damit die Bilanz stimmt, muss die zusätzliche, von der dunklen Energie generierte Gravitationsenergie gerade so groß sein (und mit umgekehrtem Vorzeichen) wie die dunkle Energie selbst, die in dem Volumen steckt. Oder der Energieerhaltungssatz gilt nicht, was die andere Möglichkeit wäre, siehe Bjoerns Hinweise.

Ich hab' gestern zwei Bücher bestellt, einmal den von Florian empfohlenen Brian Greene ("Der Stoff aus dem der Kosmos ist") und einmal Lawrence M. Krauss("A Universe from Nothing"). Mal gespannt, wie insbesondere Lawrence die Energiebilanz erklärt.

 SCHWAR_A· 15.06.11 · 11:16 Uhr

@Alderamin:
Also ich bevorzuge in diesem Zusammenhang doch eher eine Denkweise, die ohne das Axiom 'Urknall' auskommt, da sich die Akkretions- und Sternbildungs-Prozesse ja auch auf kleinem Raumvolumen abspielen, also ohne daß die Expansion eine Rolle spielt.

Ich ahne, daß Du meinst, die Energie für Kollapse müsse erst durch Expansion in das System hineingesteckt worden sein ("Gummibänder straffen"). Und die Energie dafür käme aus dem Urknall...

 Alderamin· 15.06.11 · 11:51 Uhr

@SCHWAR_A

Also ich bevorzuge in diesem Zusammenhang doch eher eine Denkweise, die ohne das Axiom 'Urknall' auskommt, da sich die Akkretions- und Sternbildungs-Prozesse ja auch auf kleinem Raumvolumen abspielen, also ohne daß die Expansion eine Rolle spielt.

Wieso ist der Urknall ein Axiom? Die Tatsache, dass der Raum expandiert, ist doch schon lange hinreichend etabliert, auch wenn über die ersten 10^-43 s noch Unklarheit herrscht.

Die Akkretions- und Sternbildungsprozesse funktionieren nur deshalb, weil die Materie überhaupt im Raum verteilt ist, was sie ohne Urknall nicht wäre.

Ich ahne, daß Du meinst, die Energie für Kollapse müsse erst durch Expansion in das System hineingesteckt worden sein ("Gummibänder straffen"). Und die Energie dafür käme aus dem Urknall...

Natürlich kommt sie z.T. aus dem Urknall. Als man die dunkle Energie noch nicht kannte, sagten alle Universumsmodelle voraus, dass die Expansion sich aufgrund der wechselseitigen Gravitation verlangsamt, entweder asymptotisch gegen einen endlichen positiven Wert (offenes Universum), gegen 0 (flaches Universum) oder dass sie sich umkehrt mit folgendem Big Crunch (geschlossenes Universum). Das heißt, der "Schwung" des Urknalls und nichts sonst befördert die Materie voneinander weg, die dann irgendwie den Raum mitzieht.

Mit der dunklen Energie wurde aber ein Mechanismus entdeckt, der das Weltall beschleunigt, der immer mehr Energie in das Potenzial hineinpumpt, ohne kinetische Energie der auseinanderstrebenden Masse aufzuzehren. Die strebt nämlich gar nicht auseinander, sondern steht ganz still, während der Raum dazwischen aufgeht wie Hefekuchen. Die "Gummibänder" werden nicht durch eine anfängliche Explosion oder einen Schubs gestreckt, sondern der Raum ist sozusagen mit Popcorn gefüllt, dass sich wie im Ofen ständig ausdehnt. Wo kommt diese Energie her? Darum geht es mir.

 Florian Freistetter· 15.06.11 · 11:55 Uhr

@SCHWAR_A: "Also ich bevorzuge in diesem Zusammenhang doch eher eine Denkweise, die ohne das Axiom 'Urknall' auskommt,"

Der Urknall ist kein "Axiom". Sondern aus Beobachtungen abgeleitet und durch Beobachtungen belegt. Viele Beobachtungen. http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2011/02/den-urknall-gab-es-wirklich-teil-1-wie-die-elemente-entstehen.php

http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2011/02/den-urknall-gab-es-wirklich-teil-2-das-licht-aus-der-vergangenheit.php

 SCHWAR_A· 15.06.11 · 12:21 Uhr

@Alderamin:

Mit der dunklen Energie wurde aber ein Mechanismus entdeckt, der das Weltall beschleunigt, der immer mehr Energie in das Potenzial hineinpumpt, ohne kinetische Energie der auseinanderstrebenden Masse aufzuzehren.

und folglich genausoviel hineinpumpt, wie der Raum zunimmt. Genau das ist doch das Zeichen dafür, daß die Dunkle Energie und die Expansion direkt zusammenhängen, quasi abhängige Rechengrößen für ein und dasselbe Modell sind.

Wo kommt diese Energie her?

Diese Frage ist daher nicht stellbar, weil

über die ersten 10^-43 s noch Unklarheit herrscht.

 Wurgl· 15.06.11 · 12:27 Uhr

@Alderamin "Die Tatsache, dass der Raum expandiert, ist doch schon lange hinreichend etabliert, auch wenn über die ersten 10^-43 s noch Unklarheit herrscht."

Verdammt kurze Zeit, findest du nicht?
http://de.wikipedia.org/wiki/Planck-Zeit

Ist die Loop-Quantengravitation momentan die vorherrschende Theorie zur Erklärung des Urknalls oder favorisiert man gerade eine andere?

 Alderamin· 15.06.11 · 12:51 Uhr

@SCHWAR_A

Wo kommt diese Energie her?

Diese Frage ist daher nicht stellbar, weil

über die ersten 10^-43 s noch Unklarheit herrscht.

Doch, die dunkle Energie wirkt ja jetzt und gerade im Moment, anders als der Urknall bei einer Theorie ohne dunkle Energie.

@Wurgl

Verdammt kurze Zeit, findest du nicht?

Ja, ich weiß, und was ich sagte, stimmt auch nicht ganz so. Experimentell verifiziert (durch Teilchenbeschleuniger) ist wesentlich weniger, schon nennenswerte Bruchteile der ersten Sekunde. Davor kommt dann die große Vereinheitlichung, die ja noch nicht geklärt ist, und davor die kosmische Inflation, die schon spekulativer ist. Bei der Planck-Länge versagt dann spätestens jegliche aktuelle Theorie.

Ist die Loop-Quantengravitation momentan die vorherrschende Theorie zur Erklärung des Urknalls oder favorisiert man gerade eine andere?

So, wie ich das verstehe, streiten die Stringtheoretiker und die Loop-Quantengravitationsanhänger weiterhin um die Deutungshoheit, wobei sich unter letzteren Martin Bojowald vor ein paar Jahren durch den Urknall zurück in ein Vorgängeruniversum gerechnet haben will.

Da aber beide "Theorien" mangels Verifikation/Falsifikation bisher noch gar keine echten Theorien sind, sondern Hypothesen, und zu viele Freiheitsgrade haben, haben wir bisher nur das Standardmodell und dahinter fangen die Spekulationen an. Inklusive kosmischer Inflation.

 stiip· 19.06.11 · 13:13 Uhr

Fäden oder Klumpen?

Mahlzeit erstmal,

gibt es eigentlich eine Erklärung dafür, dass die größten Strukturen -- Filamente bzw. Walls -- fadenförmig oder flächig sind und nicht klumpig? Bei kleineren Strukturen wie Akkretionsscheiben oder Galaxien kann ich noch vorstellen, dass sie deshalb nicht in sich zusammengefallen sind, weil sich die Bestandteile umeinander drehen. Aber bei Riesenstrukturen wie Filamenten dreht sich doch nichts, oder? Sollten die nicht schon lange verklumpt sein, statt lange Fäden auszubilden? Was hab ich da übersehen? Oder müssen wir einfach nochmal 13 Milliarden Jahre warten?

 Alderamin· 01.07.11 · 11:16 Uhr

@Stiip

Alles fing an mit kleinen Feldschwankungen, die von der Heisenbergschen Unschärferelation verlangt werden und die winzige Inhomogenitäten verusacht haben, die dann von der kosmischen Inflation auf riesige Größe (10^30-10^100-mal) aufgebläht wurden. Diese Inhomogenitäten sieht man als kleine Temperaturunterschiede in der kosmischen Hintergrundstrahlung. Die Inflation dauerte deswegen nicht überall exakt gleich lange, sondern endete an manchen Stellen früher als anderswo. Das bedingt unterschiedliche Dichten in der daraus kondensierenden Materie. Deswegen war die Materie von Anfang an nicht gleich verteilt.

Während der Phase, aus der die Hintergrundstrahlung kommt, kam es zu Oszillationen, wo sich Materie verdichtete und wieder aufheizte und für Strahlung undurchlässig wurde, was sie wieder auseinandertrieb. Laut Wikipedia sollen die so entstandenen Stoßwellen die Voids verursacht haben, die dann dort eingefroren wurden, wo die Materie endgültig neutral und somit durchsichtig wurde. Die Materie war danach auf der Außenseite der Void-Blasen verteilt, wo der Druck der Stoßwelle sie kollabieren ließ und zog sich dann auf dem kürzesten Weg zu fadenförmigen Strukturen zusammen. Rotation war dabei zunächst nicht im Spiel, die ergab sich erst innerhalb der Fäden bei der Enstehung der einzelnen Galaxien.

So ungefähr hab' ich's verstanden.