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Gedanken zur Dunklen Materie

kirk11

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Die Begriffe

Vakuumenergie
Dunkle Energie
Kosmische Konstante

sind zwar unterscheidbar, werden aber in der Praxis oftmals mehr oder weniger synomym verwendet.

Vakuumenergie wird in der modernen Astrophysik häufig eine tragende Rolle bei der Entstehung des Universums
zugerechnet, siehe z.B.


...In gleicher Weise, sagen manche Naturforscher, sei auch das Universum entstanden. Am Anfang existierte diesem Modell zufolge nichts als eine winzige, mit Vakuumenergie gefüllte kosmische Blase. Irgendwann änderte eines der darin irrlichternden Quantenfelder zufallsbedingt seinen Energiezustand...

Wenn man diesem theoretischen Ansatz folgen will, dann muss diese Blase (ursprünglich) eine extrem hohe Energiedichte aufgewiesen haben.

Auch in Schwarzen Löchern halte ich es für naheliegend, dass dort Vakuum- (bzw.Raumzeit-)Bereiche mit sehr hoher Energiedichte existieren.
Raumzeit-Krümmung dürfte mE ganz prinzipiell mit erhöhter Energiedichte verknüpft sein, nach dem Prinzip 'je stärker die Raumzeit-Krümmung, desto höher die Energiedichte im entsprechenden Raumzeit-Bereich'.

Es ist für mich deswegen sehr naheliegend, dass Vakummenergie vom Dichtefaktor her (unter den entsprechenden Umständen) extrem unterschiedliche Werte annehmen kann.

Ich finde es schwer nachzuvollziehen, dass Dunkle Energie immer und überall den gleichen Dichte-Wert aufweist bzw. aufgewiesen haben soll.

Eine damit in Zusammenhang stehende Fragestellung ist: was ist der grundlegenede Unterschied zwischen Vakuumenergie und Dunkler Energie (bzw. gibt es einen solchen) ?
 

kirk11

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Ein mE recht interessanter Artikel zum Thema Vakuum / Negative Energie:

 

PSM

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Hallo kirk11,

In dem Blog auf den ich mich beziehe werden eben BEIDE Standpunkte zum Thema Energieerhaltung dargestellt, und keiner davon als unmöglich ausgeschlossen.
Wenn Du das anders siehst - ok - dann solltest Du Dich aber mit Deiner Kritik wohl eher an den Blog-Autor wenden.
Mich haben die Argumente aus Teil 5 mehr überzeugt (als aus Teil 4), ich weiß nicht was daran so furchtbar sein soll.

Meines Erachtens geht es im 5. Teil um lokale Energieerhaltung, allerdings gebe ich zu, dass das doch nicht so klar aus dem Artikel hervorgeht, wie mir nach dem Überfliegen schien. Daher sorry, meine Kritik an deinem Beitrag war daher etwas überzogen.

Zu den Fragen, die M_Hamilton gestellt hat: Ich glaube er wollte wissen, ob du diese Fragen grob beantworten könntest, ohne Wikipedia oder ein Lehrbuch zu bemühen. Dass bei Wiki erklärt wird, was eine kosmologische Konstante ist, ist ja klar.

Die Begriffe

Vakuumenergie
Dunkle Energie
Kosmische Konstante

sind zwar unterscheidbar, werden aber in der Praxis oftmals mehr oder weniger synomym verwendet.

Gerade in populärwissenschaftlichen Texten wird oft nicht sauber unterschieden. Mit der kosmologischen Konstante kann man rein mathematisch z.B. ein beschleunigt expandierendes Universum beschreiben. Eine physikalische Interpretation der (positiven) kosmologischen Konstante ist eine Vakuumenergiedichte. Diese Vakuumenergiedichte rho>0 ist dann proportional zur kosmologischen Konstante. Es gilt für Vakuumenergie P = w*rho mit w=-1, sodass der Druck P negativ wird und die Expansion antreibt. Dunkle Energie ist etwas allgemeiner mit w<-1/3 und führt dann ebenfalls zu einer beschleunigten Expansion. Für w<-1 spricht man von Phantomenergie. Nur für w=-1 bleibt die Energiedichte exakt konstant (=kosmologische Konstante).

Auch in Schwarzen Löchern halte ich es für naheliegend, dass dort Vakuum- (bzw.Raumzeit-)Bereiche mit sehr hoher Energiedichte existieren.

Zumindest in der allgemeinen Relativitätstheorie ist in einem Schwarzen Loch der Schwarzschildlösung die Masse in einem Punkt (Singularität) konzentriert, was unendlich hoher Energiedichte entspricht. Entsprechend divergieren die Krümmungsterme in der Singularität.

Raumzeit-Krümmung dürfte mE ganz prinzipiell mit erhöhter Energiedichte verknüpft sein, nach dem Prinzip 'je stärker die Raumzeit-Krümmung, desto höher die Energiedichte im entsprechenden Raumzeit-Bereich'.

Ist das für dich eine neue Erkenntnis? Auf YouTube gibt es zahlreiche Dokus zur ART, wo grafisch veranschaulicht wird, wie Masse/Energie die Raumzeit krümmt.

Eine damit in Zusammenhang stehende Fragestellung ist: was ist der grundlegenede Unterschied zwischen Vakuumenergie und Dunkler Energie (bzw. gibt es einen solchen) ?

Ich hoffe, dass es die paar Zeilen oben einigermaßen klargeworden ist, falls nicht, einfach fragen. Grob gesagt ist Vakuumenergie etwa ein Spezialfall der Dunklen Energie.

Beste Grüße
Patrick
 

kirk11

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...Gerade in populärwissenschaftlichen Texten wird oft nicht sauber unterschieden...

Nach meiner Erfahrung geht das leider auch bis in so manche Fachpublikation herein.

...Es gilt für Vakuumenergie P = w*rho mit w=-1, sodass der Druck P negativ wird und die Expansion antreibt...

Das ist ein Punkt, den ich schwer nachvollziehen kann.
Warum ist das mW nur exklusiv bei der Vakuumenergie so (dass der Druck negativ wird) und nicht auch bei einer der zahlreichen anderen astrophysikalischen Energieformen (mit positivem Vorzeichen) der Fall ?

...Ist das für dich eine neue Erkenntnis? Auf YouTube gibt es zahlreiche Dokus zur ART, wo grafisch veranschaulicht wird, wie Masse/Energie die Raumzeit krümmt...

Was ich mit meinen Beispielen (rund um den Urknall, im Inneren eines SL, bei Raumkrümmung allgemein) thematisieren wollte, ist, dass mE die Vakuumenergiedichte (sowohl zeitlich als auch räumlich) sehr variabel sein kann.

Die Wirkungskette für Raumzeitkrümmung könnte so aussehen (ganz grob vereinfacht):
(Masse ->) Gravitation -> Vakuumenergie-Verdichtung -> Raumzeitkrümmung

...Grob gesagt ist Vakuumenergie etwa ein Spezialfall der Dunklen Energie...

Ich hätte es eher umgekehrt vermutet.
Immerhin muss sich ja im Vakuum u.a. auch das Higgs-Feld befinden, welches ich nicht direkt der Dunklen Energie zugerechnet hätte...
 

PSM

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...Es gilt für Vakuumenergie P = w*rho mit w=-1, sodass der Druck P negativ wird und die Expansion antreibt...

Das ist ein Punkt, den ich schwer nachvollziehen kann.
Warum ist das mW nur exklusiv bei der Vakuumenergie so (dass der Druck negativ wird) und nicht auch bei einer der zahlreichen anderen astrophysikalischen Energieformen (mit positivem Vorzeichen) der Fall ?

Das ist leider nicht ganz so einfach nachvollziehbar. Meiner Meinung nach kann man das wirklich nur sauber verstehen, wenn man sich in Feldtheorie auskennt. Für baryonische, dunkle Materie oder Photonen kann man es thermodynamisch nachvollziehen (siehe hier), für Vakuumenergie braucht man Quantenfeldtheorie (siehe hier, insbesondere Gleichung (89)).
Allerdings gilt w<0 nicht nur für Vakuumenergie. Beispielsweise erfüllen kosmische Strings (!= Strings aus der Stringtheorie) die Zustandsgleichung P=(-1/3)*rho, d.h. w=-1/3.

Was ich mit meinen Beispielen (rund um den Urknall, im Inneren eines SL, bei Raumkrümmung allgemein) thematisieren wollte, ist, dass mE die Vakuumenergiedichte (sowohl zeitlich als auch räumlich) sehr variabel sein kann.

Vakuumenergie ist nicht zeitlich variable. Denn Vakuumenergie erfüllt P=-rho und daraus folgt mit Hilfe von dE=-PdV, dass rho = konstant. Das war übrigens genau eine der Fragen von M_Hamilton...

Die Wirkungskette für Raumzeitkrümmung könnte so aussehen (ganz grob vereinfacht):
(Masse ->) Gravitation -> Vakuumenergie-Verdichtung -> Raumzeitkrümmung

Ich habe den Eindruck, dass du Newtonschen Gravitationstheorie mit ART vermischst. Ich kann dir nur empfehlen, dich erstmal mit den Grundprinzipien der ART auseinanderzusetzen (siehe Vorschläge 20 (?) Seiten vorher).

...Grob gesagt ist Vakuumenergie etwa ein Spezialfall der Dunklen Energie...

Ich hätte es eher umgekehrt vermutet.
Immerhin muss sich ja im Vakuum u.a. auch das Higgs-Feld befinden, welches ich nicht direkt der Dunklen Energie zugerechnet hätte...

Das Higgs-Feld hat nichts mit der Dunklen Energie/Vakuumenergie zu tun. "Vakuum" in Vakuumenergie ist eigentlich ein quantenfeldtheoretischer Begriff.

Beste Grüße
Patrick
 

kirk11

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Vakuumenergie ist nicht zeitlich variable. Denn Vakuumenergie erfüllt P=-rho und daraus folgt mit Hilfe von dE=-PdV, dass rho = konstant.

Was genau ist mit Vakuumenergie bzw. mit einem Vakuum gemeint ?

Aus unterschiedlichen Definitionen können sich unterschiedliche Schlußfolgerungen ergeben.

Als wörtliche Definition von Vakuumenergie könnte man mE darunter einfach alle jene Energien subsummieren, welche sich stationär im Raumzeit-Bereich Vakuum befinden (und welche keiner bayronischen Masse oder dunklen Materie zuzurechnen sind bzw. damit auch nicht im direkten Zusammenhang stehen).

Es ist natürlich sehr schwierig, seriöse Aussagen über den ganz frühen Zustand des Universums zu treffen, aber ich gebe folgendes zu bedenken:

Den Friedmann-Gleichungen zufolge war die Energiedichte des Universums in seiner Frühphase sehr hoch.
Und die meisten mir bekannten Theorien bzw. Spekulationen von Experten zu diesen Thema gehen in die Richtung, dass es am Anfang nur Vakuum / Vakuumenergie / Vakuum-Fluktuationen gegeben hat, aus denen dann die weiteren Entwicklungen des Universums hervorgegangen sind.

Ein Zitat dafür hatte ich schon weiter oben angeführt:

... Am Anfang existierte diesem Modell zufolge nichts als eine winzige, mit Vakuumenergie gefüllte kosmische Blase...

Wenn man dieser Logik folgt, dann ergibt sich natürlich ein extrem hoher Energie-Dichtewert für das Vakuum zu diesem (extrem frühen) Zeitpunkt.
Und damit könnte dann der Dichtewert der Vakuumenergie nicht immer zeitlich invariabel gewesen sein.
 

kirk11

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Passend zum Ende meines letzten Posts, zitiert aus


...Dunkle Energie und die damit verbundenen Felder sind ebenfalls eine denkbare Ursache der Inflation in der Frühzeit des Kosmos. Allerdings ist unklar, ob zwischen einer derartigen Dunklen Energie und derjenigen, die für die derzeit beobachtete Expansion vorgeschlagen wird, ein Zusammenhang besteht...
 

kirk11

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@ PSM

Danke noch nachträglich für Deine Ausführungen aus #756.

Wenn ich (wie in diesem Fall) auf Punkte nicht (mehr) eingehe, dann bedeutet das in der Regel, dass ich da (zumindest bis auf weiteres) keine Sinnhaftigkeit sehe, dagegen Argumente anzuführen. ;)

Das Higgs-Feld wurde in den letzten Beiträgen schon kurz erwähnt - eine mE recht gute (und nicht nur kurze) Einführung dazu findet man unter


Der Text stammt von Ende 2011, also recht knapp vor dem Nachweis des Higgs-Teilchen in 2012...
 

PSM

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Hallo kirk11,

Vakuumenergie ist nicht zeitlich variable. Denn Vakuumenergie erfüllt P=-rho und daraus folgt mit Hilfe von dE=-PdV, dass rho = konstant.

Was genau ist mit Vakuumenergie bzw. mit einem Vakuum gemeint ?
In der Quantenmechanik/-feldtheorie ist der Vakuumzustand |0> der mit der niedrigsten Energie (bezüglich eines Hamilton-Operators H). Dieser niedrigste Energieeigenwert ist dann die Vakuumenergie (genauer ein Beitrag dazu). Auf S. 25 in den exzellenten Lecture Notes von David Tong ist das gut beschrieben.

Aus unterschiedlichen Definitionen können sich unterschiedliche Schlußfolgerungen ergeben.

Als wörtliche Definition von Vakuumenergie könnte man mE darunter einfach alle jene Energien subsummieren, welche sich stationär im Raumzeit-Bereich Vakuum befinden (und welche keiner bayronischen Masse oder dunklen Materie zuzurechnen sind bzw. damit auch nicht im direkten Zusammenhang stehen).
Deswegen sollte man von "wörtlichen Definitionen" bei Themen wie Quantentheorie oder Relativitätstheorie Abstand nehmen. Es ist zwar schön und gut, sich irgendetwas anschaulich vorzustellen, aber meiner Erfahrung nach führt das sehr häufig zu Fehlschlüssen, Missverständnissen und Irrtümern. Deshalb ist es für mich nicht so leicht, hier in Worten zu antworten, weil man damit fast zwangsläufig grob vereinfacht oder wichtige Subtilitäten unterschlägt. (Oder sich selbst irrt, weil man nicht rechnet.)

Den Friedmann-Gleichungen zufolge war die Energiedichte des Universums in seiner Frühphase sehr hoch.
Und die meisten mir bekannten Theorien bzw. Spekulationen von Experten zu diesen Thema gehen in die Richtung, dass es am Anfang nur Vakuum / Vakuumenergie / Vakuum-Fluktuationen gegeben hat, aus denen dann die weiteren Entwicklungen des Universums hervorgegangen sind.
Das ist aber ein anderes Thema, nämlich Inflation. Diese muss nicht zwingend etwas mit der kosmologischen Konstante zu tun haben. Es könnte z.B. sowohl eine kosmologische Konstante in der Größe wie wir sie heute messen existieren als auch Inflation stattgefunden haben. (Eine kosmologische Konstante in der gemessenen Größenordnung hatte im frühen Universum keinen nennenswerten Effekt.)

Ein Zitat dafür hatte ich schon weiter oben angeführt:

... Am Anfang existierte diesem Modell zufolge nichts als eine winzige, mit Vakuumenergie gefüllte kosmische Blase...

Wenn man dieser Logik folgt, dann ergibt sich natürlich ein extrem hoher Energie-Dichtewert für das Vakuum zu diesem (extrem frühen) Zeitpunkt.
Und damit könnte dann der Dichtewert der Vakuumenergie nicht immer zeitlich invariabel gewesen sein.
Das ist semantisch m.E. nicht sauber. Eine Vorstellung über das frühe Universum und Inflation kann sein, dass sich das frühe Universum in einem sogenannten falschen Vakuum befunden hat. Falls du dich an die Kurvendiskussion aus der Schule erinnerst, kennst du vielleicht noch Funktionen, die ein globales und ein lokales Minimum haben. Das lokale Minimum entspricht dem falschen Vakuum, das globale Minimum dem echten Vakuum. Wenn das lokale Minimum über der x-Achse ist, entspricht das einem positiven Energielevel, d.h. positive Vakuumenergie. Dadurch wird das Universum per Inflation exponentiell aufgebläht. Das kann durch Tunneleffekt beendet werden - das System tunnelt vom lokalen in das globale (oder ein niedrigeres lokales) Vakuum. Die Vakuumenergie hat sich dadurch wegen eines Quanteneffekts verändert, nicht aber aufgrund der Expansion des Universums selbst! Wenn wir hier geschrieben haben, dass die Vakuumenergiedichte konstant bleibt, war das auf die Expansion selbst bezogen (siehe Friedmann-Gleichungen).
Dann gibt es noch die (inzwischen aus meiner Sicht populäreren) Inflationsmodelle per Slow-Roll. Die funktionieren so, dass z.B. ein Skalarfeld (=Inflaton) auf einem hohen Plateau (stelle dir eine flache Funktion vor) verweilt und sehr langsam rollt. Auf diesem Plateau ist die Energiedichte ungefähr konstant und führt zur Inflation. Sobald das Feld aber hinreichend weit gerollt ist, wird das Potential steiler und es rollt immer schneller und weiter runter (z.B. in einen Vakuumzustand). Sobald das Feld hinreichend schnell rollt, ist die exponentielle Expansion vorbei. Tatsächlich ist der w-Parameter (siehe oben) für so ein Skalarfeld gegeben durch w=(K-V)/(K+V), wobei K die kinetische Energie und V die potentielle Energie des Feldes ist. Wenn K<<V (Slow-Roll, da wenig kinetische Energie), gilt w ~ -1, fast wie die Vakuumenergie. Eben nur fast, denn dieses angesprochene Plateau entspricht eben keinem Vakuumzustand.

...Dunkle Energie und die damit verbundenen Felder sind ebenfalls eine denkbare Ursache der Inflation in der Frühzeit des Kosmos. Allerdings ist unklar, ob zwischen einer derartigen Dunklen Energie und derjenigen, die für die derzeit beobachtete Expansion vorgeschlagen wird, ein Zusammenhang besteht...
Richtig.

Beste Grüße
Patrick
 

kirk11

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@ PSM

Vielen Dank für Dein sehr ausführliches Feedback.

Für's erste werde ich mir ein bisschen Zeit nehmen (müssen), dieses näher zu analysieren & besser zu verstehen.
 

kirk11

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Zur Auflockerung mal ein ganz kurzes Quiz:

Der intuitive Geist ist ein heiliges Geschenk und der rationale Verstand sein treuer Diener. Wir haben eine Gesellschaft geschaffen, die den Diener verehrt und das Geschenk vergessen hat.

Anmerkung: es gibt auch die Version mit ...ein göttliches Geschenk... - welche Version die originale ist, läßt sich wohl nur noch schwer rekonstruieren.

Von wem stammt dieses Zitat ?

Wer weiß das (ohne Google oder ähnliche Hilfsmittel) ? ;)
 

kirk11

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Das Zitat stammt von Albert Einstein - das hätte man für's erste wohl nicht vermutet...

Da Albert Einstein (bzw. sein Lebenswerk) einen so überragenden Stellenwert in der (modernen) Astrophysik hat, ist eine Beschäftigung mit seiner Biographie mE sowohl interessant als auch lehrreich - deswegen unterhalb einige ausgewählte Zitate.

...Es lag Einstein nicht, nur formales Wissen zu erlernen, vielmehr regten ihn theoretisch-physikalische Denkprojekte an. Mit seiner Eigenwilligkeit eckte er oftmals an. Ihm war die abstrakte mathematische Ausbildung ein Dorn im Auge, er erachtete sie als für den problemorientierten Physiker hinderlich...

...In den Vorlesungen fiel er dem lehrenden Professor vor allem durch seine Abwesenheit auf. Für die Prüfungen verließ er sich auf die Mitschriften seiner Kommilitonen. Diese Ignoranz verstellte ihm nicht nur Karrierechancen an seiner Hochschule, er bereute sie spätestens bei der Entwicklung der mathematisch höchst anspruchsvollen allgemeinen Relativitätstheorie. Sein Studienkollege Marcel Grossmann war ihm später dabei noch von großer Hilfe...

...Einstein verließ die Hochschule 1900 mit einem Diplom als Fachlehrer in mathematischer Richtung, worunter auch die Physik fiel...

...Als Einstein 1907 den langen Weg von der speziellen zur allgemeinen Relativitätstheorie antrat, war er noch ein weithin unbekannter Angestellter im Berner Patentamt. Am Ende des Weges, 1915, war er ein in Fachkreisen schon hochangesehener Professor in Berlin, der, wie Max Planck später sagte, nur „an den Leistungen Johannes Keplers und Isaac Newtons gemessen“ werden könne...


Sehr interessant finde ich z.B. dass er zumindest zum Zeitpunkt der Formulierung der Speziellen Relativitätstheorie (noch) keine astrophysikalische Ausbildung im engeren Sinn hatte.
Auch seine damalige berufliche Tätigkeit im Patentamt hatte ja nicht wirklich etwas mit Astrophysik zu tun.

Was war wohl das gewisse Etwas, welches ihn (zumindest was die mathematischen Fähigkeiten betrifft konnten sicher einige seiner fachlichen Zeitgenossen mit ihm mithalten) bzw. seine Theorien so von den sicher teilweise auch extrem fähigen Kollegen (im Bereich Astrophysik) abhob ?
 

kirk11

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Gravitationswellen können mit großen Energiemengen verbunden sein - bei entsprechenden Ereignissen in der Größenordnung von einer oder sogar mehrere Sonnenmassen.

Durch eine Gravitationswelle werden Raumzeit-Bereiche gestaucht und gestreckt.

Während bei einer Graviationswelle die damit verbundene Energie naturgemäß nur temporär wirkt, ist z.B. bei einem Stern davon auszugehen, dass die mit seiner Gravitation verbundene Energie permanent wirkt.

Da ja Raumzeit allgegenwärtig ist, wirkt diese Energie in jedem Fall auf die Raumzeit.
Vom Stern aus gesehen führt das zu einer konkaven Raumzeit-Krümmung.

Während der Richtungsvektor der Gravitationsenergie vom Stern weg zeigt, so wirkt jedoch die damit verbundene Anziehung (z.B. auf andere Massen) in Richtung des Sterns.
 

kirk11

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Mir ist schon klar dass der Begriff Gravitationsenergie üblicherweise anders (oder in diesem Zusammenhang gar nicht) verwendet wird.
Aber die mit Gravitation(swellen) in Zusammenhang stehenden Energien konnten ja schon nachgewiesen werden.
Deswegen sehe ich diese Begriffsverwendung zwar als ungewöhnlich aber legitim an.

Wenn man durch Masse erzeugte Gravitationsenergie für real haltet, dann stellt sich die Frage nach dem Vorzeichen.
Ich halte es für möglich dass Gravitationsenergie ein negatives Vorzeichen zuzuordnen ist.
Das wäre eine Erklärung dafür warum sie entgegen ihrer Bewegungsrichtung wirkt.
Positive Energie wirkt in Bewegungsrichtung (z.B. durch einen Wasserstrom wird man mitgerissen), negative Energie würde hingegen konsequenterweise in Richtung der Masse (von der sie ausgeht) eine Sogwirkung (und damit Anziehung) erzeugen.
 

kirk11

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Ein Artikel der sich zumindest teilweise auch mit dem Thema Negative Energie / Gravitation beschäftigt, findet sich hier:


Bei genauerem Lesen geht's aber diesbezüglich auch wieder in die Richtung von #736 aus diesem Thread.

Aber nebenbei nicht uninteressant was der Autor so alles an Erkenntnissen aus seinen Formeln ableiten können will - leider bin ich da nicht der Richtige, um das im Detail beurteilen zu können (inwieweit er da wirklich richtig liegt).

Ein Artikel zum Thema Negative Masse findet sich hier:


ME nicht uninteressant, aber mehr nur ein Hereinschnuppern in diese Thematik.
 

kirk11

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Ich behaupte jetzt nicht dass dies die Meinung der in diesem Thread Aktiven oder die aktuelle (einhellige) Lehrmeinung ist, aber in Bezug auf die Gesamtenergie liest man immer wieder mal, dass diese in Summe ~ 0 sein soll (im Universum).

Da stellt sich mir die Frage wie denn das berechnet / begründet wird...

Während es für die positive Energie(dichte) einen weitgehenden Konsensus geben dürfte (geordnet nach der Gewichtung):

Dunkle Energie + Dunkle Materie + Bayronische Massse + Photonen, Neutrinos...

Wie schaut es da auf der anderen Seite der Gleichung aus (damit sich das mit ~ 0 ausgeht), also was sind die Faktoren für die negative Energie(dichte):

? + ? + ? + ?...

Eine richtig konkrete Aufstellung dazu ist mir nicht bekannt, eine solche dürfte es in dieser Form auch noch nicht geben, zumindest nach meinem Wissensstand.

Ansätze / Überlegungen gibt es in diese Richtung natürlich schon, diese umfassen u.a. Gravitationsenergie, den Bereich Energie im Vakuum sowie (ziemlich unwahrscheinlich) Schwarze Löcher in Voids mit negativer Energie(dichte).
 

kirk11

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Zum Thema Antimaterie (aus Antimaterie – Wikipedia):

Der Vergleich von Modellrechnungen im Rahmen der Urknalltheorie und astronomischen Messdaten (primordiale Nukleosynthese, WMAP) spricht dafür, dass das Verhältnis von Materie und Antimaterie anfangs fast 1 zu 1 war. Ein winziges Ungleichgewicht – etwa 1 Teilchen Überschuss auf 1 Milliarde Teilchen-Antiteilchen-Paare – bewirkte, dass ein Rest an Materie übrig blieb, der in unserem heutigen Universum feststellbar ist.

Der bayronischen Materie wird maximal immerhin bis zu 5 % der Energiedichte des Universums zugestanden.
Aber müßte dieser Anteil nicht um einige Größenordnungen niedriger sein, wenn man obiges berücksichtigt ?
Weil die Energie welche aus der Annihilation von Materie / Antimaterie hervorgegangen ist (pro Vorgang wurde da ja viel Energie freigesetzt), muß ja ganz erheblich über dem Faktor von 1 : 20 liegen (im Vergleich zur damals 'überlebenden' Materie) ?

Vielleicht hat es ja zu dieser Zeit quasi einen entsprechenden 'Gegenpool' an negativer Energie gegeben (so wie bei Vakuumfluktuationen auch keine (neue) Energie generiert wird...)
 

kirk11

Mitglied
Gedanken welche mir zum Thema Gravitation durch den Kopf gehen und welche ich hier ansatzweise schon festgehalten habe, werden in diesem Forum im letzten Post des betreffenden Threads recht gut formuliert:


...Wenn ich mir jetzt so eine Energieform (sei es z.B. Masse) isoliert betrachte, dann erzeugt sie eine Gravitation, und zwar in alle Richtungen gleich und mit dem Quadrat des Abstandes abnehmend.
Wenn ich nun die Gravitationskraft für jeden Punkt des Raumes innerhalb und außerhalb meiner Energieform zusammenaddiere, dann erhalte ich als Energie den gleichen Wert (Gravitationsenergie=negative Energie) wie für die Gesamtenergie meiner Energieform (Masse + kinetische Energie = positive Energie)...


Möglicherweise läßt sich das mathematisch klar widerlegen, aber ich finde jedenfalls den Gedankenansatz interessant (und es geht bei diesem Ansatz für mich auch nicht primär darum ob bei so einer Bilanz tatsächlich exakt 0 herauskommt...)

Meistens thematisiert man ja bei der Gravitation wie sie wirkt ('nur' Scheinkraft oder nicht, gibt es Gravitonen ja / nein, etc., etc.)

Aber die Frage warum jede Form von (positiver) Energie zwangsläufig (wie ein siamesischer Zwilling) eine Gravitationswirkung nach sich zieht, ist in der Regel nicht wirklich ein Thema, wohl nicht zuletzt deswegen weil dies ja mathematisch zweifelsfrei der Fall ist (und rein aus dieser Perspektive auch keinerlei Forschungs- bzw. Denkbedarf besteht).

Ich könnte mir vorstellen dass dem Universum ein Automatismus immanent ist, wodurch lokale Energie-Ungleichgewichte möglichst effizient ausgeglichen werden (sollen).

Ein Stern z.B. mit 1 Sonnenmasse stellt einen ziemlichen 'Klumpen' an positiver Energie(dichte) dar.
Um die lokale Energie in Richtung 0 zu bekommen, gibt es die Gravitation welche negative Energie(dichte) aufweist und damit die lokale Energiebilanz in Richtung Ausgeglichenheit bringt.

Je größer die (positive) Masse (bzw. Energie) desto größer auch die damit verbundene (negative Energie der) Gravitation, wodurch die lokale Engergiebilanz jeweils in Richtung 0 gebracht werden kann.
 
Zuletzt bearbeitet:

kirk11

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Bei 'echter' negative Energie ist wohl davon auszugehen, dass sie sich in Bezug auf wesentliche Eigenschaften / Merkmalen konträr zur positiven Energie verhält.

Bei positiver Energie sind Bewegungsrichtung & Wirkungsrichtung mW immer ident.

Bei negativer Energie könnte es sich hingegen so verhalten, dass Bewegunsrichtung & Wirkungsrichtung genau entgegengesetzt sind.

Interessant wäre es deswegen zu wissen wie Materie im direkten Einfluß von stärkeren Gravitationswellen reagiert - ob sich diese (in meßbarer Größenordnung) in Richtung der Gravitationswellenquelle bewegt.

Dies wird derzeit wohl noch nicht meßbar sein, aber bei diesbezüglich fortschreitendem technologischen Fortschritt wird das wahrscheinlich eines Tages möglich sein.

Fakt ist jedenfalls dass sich Gravitation einerseits mit Lichtgeschwindigkeit von der betreffenden Masse (z.B. einem Stern) wegbewegt (bzw. eine entsprechende Raumkrümmung auslöst), aber anderseits in Bezug auf diese Masse nach innen wirkt.
 

kirk11

Mitglied
Irgendwie bin ich damit überfordert zu verstehen, warum Gravitation oftmals als Scheinkraft bezeichnet wird.

Ohne Gravitation würde ein Stern (wie die Sonne) niemals seinen Status Quo behalten können - die Kräfte nach außen (wie die Kernfusion, Rotation, etc.) würden bei weitem überwiegen und als ausgleichende Kraft ist die Gravitation / Schwerkraft unabdingbar.
Das ist doch Sein und nicht Schein...
Und bei einem entsprechenden Nachlassen bzw. beim Ende der Kernfusion kommt es bei Sternen unvermeidlich zum Kollaps - und wodurch ?
Durch die 'Scheinkraft' Gravitation !?

Nun aber wieder zurück zum Thema positive / negative Energie.

Ich habe oberhalb kurz die These dargestellt, dass es im Universum einen immanenten Automatismus für die Herstellung eines (auch) lokal möglichst neutralen Energiezustand geben könnte.
Im Makrokosmos könnte das (ganz grob vereinfacht) so funktionieren, dass die positive Massen-Energie durch negative Gravitation(senergie) (annähernd) ausgeglichen wird.
Ich denke aber, dass dies für kleinere Größenordnungen (bis hin zur Quantenebene) genauso der Fall sein könnte.
Selbst bei kleinen Überhängen an positver Energie wird nach einem Ausgleich durch eine entsprechende Menge an negativer Energie gestrebt.
In die Gegenrichtung - also bei einem anfänglichen Überhang an negativer Energie - könnte der Ausgleich durch positive Energie genauso gesucht bzw. umgesetzt werden.
Vielleicht spielt dies z.B. auch eine Rolle bei der spontanen (und sehr kurzfristigen) Entstehung von Teilchen / Antiteilchen im leeren Raum, den sogenannten Vakuumfluktuationen.
 

kirk11

Mitglied
In Weiterführung obiger Überlegungen möchte ich mich jetzt kurz dem Bereich Schwarze Löcher zuwenden.

Das normale Gleichgewicht von Masse & Gravitation gibt es ja nicht mehr bei der Entstehung eines Schwarzen Lochs.

Die Gravitation nimmt (durch den Wegfall ausreichender Gegenkräft) überhand und bei ausreichend hoher stellarer Ausgangsmasse führt der Kollaps eben zur Bildung eines Schwarzen Lochs.

Die nach innen gerichtete Gravitation kann nicht mehr (auch nicht in Form eines Neutronensterns) gestoppt werden und führt zur Entstehung einer sehr hohen Dichte / Raumkrümmung.

Da gibt es einerseits die (postuliert negative) Energie der Gravitation, andererseits stellt sich die Frage, was mit der (positiven) Energie der ehemaligen Sternenmasse passiert.
Bleibt diese (in irgendeiner Form) erhalten und kann man dadurch auch bei einem Schwarzen Loch von einer (gesamt gesehen) neutralen Energiebilanz ausgehen ?
 

kirk11

Mitglied
Es gibt mE zwei grundsätzliche Einstellungen / Meinungen zum Thema Gesamtenergiebilanz (im Universum):

1. Die Gesamtenergiebilanz geht nicht in Richtung 0 / neutral, sondern die positive Energie überwiegt ganz klar.
Negative Energie ist etwas eher exotisches / seltenes und deren Bedeutung für die globale Astrophysik ist eher marginal.

2. Die Gesamtenergiebilanz geht in Richtung 0 / neutral.
Daraus ergibt sich, dass ca. die Hälfte der existierenden Energie im Universum negativ ist.
Zum besseren Verständnis der Vorgänge im Universum wäre deswegen ein höherer Kenntnisstand rund um den Themenbereich 'Negative Energie' von hohem Wert.
 

kirk11

Mitglied
Die Frage ob man Gravitation Energie zuzurechnen hat und wenn ja, welcher Art, dafür gibt es mE 3 mögliche Antworten.

Nach meiner Recherche gibt es für alle 3 Optionen Befürworter; einen wirklich überzeugend eindeutigen Trend zu einer davon habe ich bisher noch nicht feststellen können.

1. Gravitation kann keine (eigene) Energie zugeordnet werden.
Dagegen spricht für mich die Evidenz von Energie in Zusammenhang u.a. mit Gravitationswellen & Massenkollapsen (von Sternen) durch Gravitation.
Dazu habe ich weiter oben schon die eine oder andere Ausführung festgehalten.

2. Gravitation kann Energie zugerechnet werden, und zwar positive.
In der Auflistung der (positiven) Energiedichte-Faktoren scheint Gravitation jedenfalls nirgendwo auf, soweit ich diesbezüglich im Bilde bin.
Das wäre bei Szenario 2 schon etwas seltsam, da es ja nicht nur um Gravitation von bayronischer Masse geht, sondern u.a. auch von jener der Dunklen Materie, Dunklen Energie bis hin zur Quantengravitation.

3. Gravitation kann Energie zugerechnet werden, und zwar negative.
Ich persönliche halte das für eine durchaus überlegenswerte Möglichkeit, für die es das eine oder andere Indiz gäbe.
Aber zum jetzigen Zeitpunkt wäre es natürlich definitiv nicht angebracht zu behaupten, dass ich davon überzeugt bin, dass es sich so verhalten muß.
 

kirk11

Mitglied
Das Thema Negative Energie / Negative Masse kommt schön langsam verstärkt auch in der etablierten Astrophysik an, siehe z.B.:


Leider kann ich nur den Teil für Nicht-Abonnenten einsehen, aber auch dieser ist mE schon ziemlich interessant.

In Fortsetzung dazu:


Ein kurzer, aber interessanter Artikel findet sich auch hier:

 

Okke_Dillen

Mitglied
Moin,

zum verlängerten-Frühstück-Kaffee und der Lektüre eurer letzten Beiträge häng ich da gerade an so einem Paradoxon zur extrem hohen Energiedichte fest oder ist es gar keins?

Folgendes: wann wurde der Schwarzschildradius erfunden? :unsure: (also ich meine wirklich erfunden, nicht entdeckt durch seinen Namensgeber)

IMHO müßte das deutlich nach dem Urknall passiert sein, also reichlich danach. Wie sonst würde man soviel Energie auf so wenig Raum unterbringen können, ohne daß das instantan wieder kollabiert wie ein uns bekanntes und weit weniger energiedichtes schwarzes Loch?

Ich hol mir mal nochn Kaffee, vllt komm ich ja von alleine drauf... :coffee: (wenn das nicht hilft, mach ich nochmal "piep" )

VG Okke:coffee:
 

hhh

Mitglied
Es gab ja keinen äußeren Raum um die Urknallsingularität. Der Raum ist ja erst dadurch entstanden.
 
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