Beschleuningte Expansion und Materiedruck

Mr. Mnemonic

Mitglied
Ich lese gerade einen Aufsatz mit dem Titel „Das Rätsel der kosmischen Vakuumenergiedichte und die beschleunigte Expansion des Universums“ (1)

Darin wird erwähnt, dass die positive Vakuumdichte unseres Universums eine gravitative Abstoßung bewirkt, da in der ART das Gravitationspotenzial nicht allein durch die Massedichte bestimmt wird, sondern auch durch den Materiedruck (S. 42, 2. Spalte 1. Absatz).
Der Begriff Materiedruck bzw. entartete Materie ist nach meinem Verständnis ein Phänomen, das sich aus dem Pauli-Verbot ergibt, also dem Widerstand subatomarer Konstituenten gegen die Besetzung des gleichen Orts. Dementsprechend sollte es nur bei extremer Materieverdichtung, auf kleinsten Skalen und lokal zu beobachten sein. Wie lässt sich das auf den annähernd leeren Raum unseres Universums übertragen?

Viele Grüße
Tom

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M_Hamilton

Mitglied
Hallo Tom,

was in dem von dir genannten Artikel an dieser Stelle gemeint ist, ist nicht der Druck der Materie, sondern der Druck der Dunklen Energie.

Die Einstein-Feldgleichungen (ohne kosmologische Konstante) sind schematisch von der Form

Krümmung (der Raumzeit) = (8*pi*G)*Energie-Impuls-Tensor (Quelle der Gravitation)

mit der Gravitationskonstante G.

Ein typischer Energie-Impuls-Tensor ist der einer "idealen Flüssigkeit", der durch eine Energiedichte rho und einen Druck p beschrieben wird, z.B.
  • Staub: rho>0, p=0
  • Strahlung: rho>0, p=rho/3 (in geeigneten Einheiten)
Die Einstein-Feldgleichungen mit kosmologischer Konstante sind von der Form

Krümmung + Lambda*Metrik = (8*pi*G) Energie-Impuls-Tensor

Man kann den Term mit der kosmologischen Konstante auf die andere Seite bringen

Krümmung = (8*pi*G) Energie-Impuls-Tensor - Lambda*Metrik

Er entspricht dann dem Energie-Impuls-Tensor einer idealen Flüssigkeit mit
  • rho = -p = Lambda/(8*pi*G)
In unserem Universum ist Lambda>0, d.h. die Energiedichte rho der Dunklen Energie ist positiv und der Druck p = -rho negativ.

Lambda ist übrigens extrem klein. Die bisher bekannten Rechnungen geben einen sehr großen positiven Beitrag zu Lambda, der durch einen sehr großen (unbekannten) negativen Beitrag fast exakt aufgehoben werden müsste, so dass ein sehr kleines Lambda>0 übrig bleibt (Feinabstimmung, Hierarchieproblem).

Da Lambda aber überall im Universum konstant ist (soweit man weiß), macht das rho der Dunklen Energie ca. 68% der gesamten mittleren Energiedichte im Universum aus. Dieser Anteil wird mit der Zeit immer größer, da gewöhnliche Materie und Dunkle Materie mit der Expansion des Universums ausdünnen, Lambda aber konstant bleibt.

Es gibt neuere Überlegungen, dass eine positive kosmologische Konstante nicht mit der (hypothetischen) String-Theorie vereinbar ist (eine negative kosmologische Konstante schon, aber in unserem Universum ist Lambda>0):


Wenn das stimmt (und die String-Theorie stimmt), wäre die Energiedichte der Dunklen Energie zeitlich nicht konstant (die Dunkle Energie wäre dann eventuell eine sog. Quintessenz).

Viele Grüße
Mark
 
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Mr. Mnemonic

Mitglied
Hallo Mark und gg,

die Erklärung der Expansionsbewegung mittels der Vakuumenergie erscheint mir als Theorie recht plausibel (soweit ich es verstanden habe), aber die alternative Theorie eines lokalen, blasenförmigen Bezirks des Universums (u.a. auch vorgeschlagen von Hawking / Hertog „A smooth Exit from a Eternal Inflation“), der eine Rotationsbewegung ausführt, erscheint so simpel und elegant, dass ich mich frage, warum diese Theorie nicht populärer ist. Ein rotierendes Universum würde auch das Phänomen erklären, dass sich astronomische Objekte umso schneller von uns weg bewegen, je weiter sie entfernt sind.
Ich frage mich nur, ob und wie man eine Rotationsbewegung jemals nachweisen könnte. Verwirbelungen der Randbereiche aufgrund einer inhomogenen Masseverteilung der Umgebung wären aufgrund der Entfernung wohl unbeobachtbar. Ebenso wäre eine umgebungsbedingt entstehende differentielle Rotation nur erkennbar, wenn sich der Effekt bis in unseren Beobachtungsradius erstrecken würde.

Viele Grüße
Tom
 

gutmensche

Mitglied
Tom,
gehe bitte auf das " Ist denn der Luftballon innen leer? "thread auf diesem Forum. Wenn Man (oder Frau), als Model des Universums eine Blase ansieht, die sich seit dem Punkt in der Zeit des "Urknalls" durch die Zeitdimension in alle Richtungen ausdehnt, ist jede Bewegung gekruemmt und erzeugt daher "Zentrifugalkraft", unabhaengig von der Richtung der Bewegung. also: keine gemeinsame Drehung des Universums notwendig.
Auch:
Schwerkraft ist am groessten an der "Oberflaeche"**, und dass wuerde die Ausdehnung durch Zentrifugalkraefte zu null bringen. oder? *** sehe nebel's (where is more gravity, inside or out?) sciforums.
Gruesse: gg
 
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