Frage:
Warum haben wir die kosmologische Konstante?
frodeborli
2014-01-10 03:07:36 UTC
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Da die kosmologische Konstante nicht erforderlich ist, um zu erklären, dass sich das Universum zu erweitern scheint, warum haben wir sie?

Welche anderen Faktoren veranlassen uns, diese Konstante zu haben?

Hintergrund: Ohne die kosmologische Konstante sollten entfernte Sterne von einer starken Rotverschiebung betroffen sein. Das Ausmaß der Rotverschiebung ist eine Funktion ihrer Entfernung von uns. Dies ist auf die Gravitationszeitdilatation zurückzuführen. Wir blicken 13 Milliarden Jahre in die Vergangenheit, in der das Universum sehr dicht war. Diese Sterne sollten extremer Schwerkraft ausgesetzt sein und eine Einsteinverschiebung verursachen.

Da wir die kosmologische Konstante haben, suchen wir jetzt nach anderen Erklärungen für die Rotverschiebung.

Die kosmologische Konstante wird unbedingt benötigt, um die genaue Natur der Expansion des Universums zu erklären (beschleunigte Expansion). Siehe Nobelpreis für Physik 2011 (http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2011/press.html).
Wenn Sie mit Lichtgeschwindigkeit in ein Schwarzes Loch reisen, können Sie es wahrscheinlich erst beobachten, wenn Sie sich dem Ereignishorizont nähern. Der Radius des Ereignishorizonts hängt aus Ihrer Sicht von Ihrer Geschwindigkeit ab. Wenn sich ein helles Objekt vor Ihnen ebenfalls mit 1/10 Lichtgeschwindigkeit in das Loch bewegt, hat es immer noch eine beschleunigte Rotverschiebung relativ zu Ihnen, aber tatsächlich könnten Sie darauf stoßen, bevor es die Mitte des Schwarzen erreicht Loch. Ist das plausibel? Wenn ja, könnte ein zusammenbrechendes Universum diese Effekte nicht anzeigen?
Wenn das Universum zusammenbrechen würde, würden Sie eine Blauverschiebung von Galaxien sehen, die sich nicht rot verschiebt.
@astromax Vielleicht aufgrund von Doppler. Aber ich glaube, dieser Zusammenbruch würde sich nicht wie ein entleerter Keksteig verhalten. Zentrale Regionen des Weltraums würden einen Zug nach außen erfahren, mehr als den Zug nach innen auszugleichen, den die äußere Hülle erfahren sollte. Dies würde meiner Meinung nach zu einer zusätzlichen Rotverschiebung beitragen, da die äußeren Bereiche zusätzlich zur anfänglichen Rotverschiebung aufgrund der Entfernung dichter werden. Grundsätzlich denke ich, dass die Dynamik uns Rotverschiebung sehen lassen würde.
Das ist falsches Denken. Wenn das Universum zusammenbricht, würden die Koordinaten des Raums notwendigerweise mit der Zeit abnehmen. Alle außer den nächstgelegenen Galaxien würden blauverschoben und nicht rotverschoben sein.
Okay, was ist, wenn das Gewebe des Universums nicht zusammenbricht, aber alles, was wir sehen, aufgrund der Schwerkraft zusammenbricht?
Dies geschieht lokal (der Grund, warum wir solche Dinge wie Galaxiengruppen und Galaxienhaufen haben), aber die Ausdehnung des Weltraums über weite Entfernungen übertrumpft die Schwerkraft.
Nun, ich glaube nicht an die Erweiterung des Weltraums, wenn ich es nicht verstehe. Ich glaube, es ist eine optische Täuschung. Jemand muss mir erklären, warum wir aufgrund eines dichten vergangenen Universums keine Rotverschiebung als Funktion der Entfernung zu dem, was wir beobachten, sehen würden. Oder sagen Sie mir zumindest, dass wir es sehen und es berücksichtigt haben, wenn wir nach Rotverschiebung aufgrund von Expansion suchen.
Ich verstehe Ihre Verwirrung nicht ganz ehrlich, aber ich kann Ihnen Orte empfehlen, an denen Sie nachlesen können, warum wir beobachten, was wir tun.
Zwei antworten:
#1
+8
Sandesh Kalantre
2014-01-10 10:17:55 UTC
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    • Grund 1:

    Betrachten wir die Friedmann-Gleichungen ohne die kosmologische Konstante.

    $$ \ frac { \ dot {a} ^ 2} {a ^ 2} = \ frac {8 \ pi G \ rho} {3} - \ frac {kc ^ 2} {a ^ 2} $$

    Die Der Term auf der LHS ist nur die Hubble-Konstante im Quadrat $ H ^ 2 $, die als direkte Messung der Rezessionsgeschwindigkeit von Galaxien gemessen werden kann.

    Der Dichteterm kann als eine Kombination von $ \ rho_ {Materie bezeichnet werden } + \ rho_ {dunkle Materie} $ beide können direkt gemessen werden; $ p_ {Materie} $ durch Beobachtung der Materie in unserer Galaxie und anderen Galaxien, während $ \ rho_ {dunkle Materie} $ durch Rotationskurven von Galaxien.

    Die Krümmungskonstante $ k $ kann heute durch die Anisotropiemessungen im CMBR geschätzt werden.

    Wie sich herausstellt, passen die Parameter nicht zusammen und wir benötigen mehr Massenenergie das Universum (fast 2-3 mal so viel wie wir geschätzt hatten).

    So kommt Dunkle Energie oder im Grunde die kosmologische Konstante. Die kosmologische Konstante oder die dunkle Energie sind nur zwei Arten, die Gleichung zu betrachten, entweder nur als Konstante oder als Form der Massenenergie (obwohl wir gute Gründe haben, an letztere zu glauben).

    Und das ist es unser heutiges Bild des Universums: enter image description here

    • Grund 2:

    Historisch gesehen war die kosmologische Konstante für eine ganz anderer Grund.

    Die zweite Friedmann-Gleichung ohne die kosmologische Konstante sieht aus:

    $$ \ frac {\ ddot {a}} {a} = - \ frac {4 \ pi G} {3} \ left (\ rho + \ frac {3p} {c ^ 2} \ right) $$

    Dies sagt nun voraus, dass das Universum für normale Arten von Materie langsamer werden muss. ($ \ Ddot {a} <0 $)

    Nun haben die Menschen die Rotverschiebung der Supernovae vom Typ 1a gemessen und das ziemlich paradoxe Ergebnis herausgefunden, dass das Universum in seiner Expansion beschleunigt wurde.

    enter image description here

    Da normale Materie diesen Typ oder dieses Verhalten nicht erklären kann, müssen wir erneut die Dunkle Energie (oder die kosmologische Konstante) betrachten. Und so mit den kosmologischen Nachteilen tant wird die Gleichung:

    $$ \ frac {\ ddot {a}} {a} = - \ frac {4 \ pi G} {3} \ left (\ rho + \ frac {3p} {c ^ 2} \ right) + \ frac {\ Lambda c ^ 2} {3} $$

    Somit ist $ \ ddot {a} >0 $ möglich.

    Daher ist die kosmologische Konstante notwendig, um sowohl die aktuelle Expansionsrate als auch die beschleunigte Expansion zu erklären.

    Schließlich kann die beschleunigte Expansion erklärt werden, und heute haben wir das $ ΛCDM $ -Modell des Universums.

    Referenzen:

    1: http://en.wikipedia.org/wiki/Friedmann_equations

    2: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/univacc.html

    3: http://en.wikipedia.org/wiki/Lambda -CDM_model

Ich glaube, dass sich das Universum in diesem Moment verlangsamen oder sogar zusammenbrechen kann, aber dieser Zusammenbruch würde es visuell so erscheinen lassen, als würde es sich mit einer beschleunigten Geschwindigkeit ausdehnen - aufgrund der quadratischen Geschwindigkeit der Gravitationsverschiebung. Als hohles Universum in einer dichten Hülle. Dies ist darauf zurückzuführen, dass unsere eigene Region im Vergleich zu den am weitesten entfernten Regionen weniger dicht wird. Widersprechen diese Gleichungen dieser Behauptung, wenn die kosmologische Konstante entfernt wird?
In Bezug auf die Rotationskurven von Galaxien; Wie können wir die Temperatur des leeren Raums als Funktion der Entfernung zu uns kennen? Können wir sicher sein, dass das Universum in der Vergangenheit nicht heller war (mit anderen Worten, von uns entfernt)? Mehr Photonen, die sich in einer Region bewegen, sollten zu den Rotationskurven in dieser Region beitragen.
Was meinst du damit? "Ich glaube, dass sich das Universum in diesem Moment verlangsamen oder sogar zusammenbrechen kann, aber dieser Zusammenbruch würde es visuell so erscheinen lassen, als würde es sich mit einer beschleunigten Geschwindigkeit ausdehnen - aufgrund der quadratischen Geschwindigkeit der Gravitation Verschiebung?"
Die Rotationskurven werden entweder unter Verwendung der Geschwindigkeiten der tatsächlichen Sterne oder der Linien in atomarem Wasserstoff, im Grunde der 21-cm-Linie, erhalten. Es gibt andere Möglichkeiten, dunkle Materie zu erfassen, zum Beispiel kann dunkle Materie auch Gravitationslinsen verursachen.Eg:http://en .wikipedia.org / wiki / Bullet_Cluster
Da sich das Universum zu erweitern scheint, sollte dies bedeuten, dass entfernte Sterne uns mit der Schwerkraft weniger als Funktion der Zeit beeinflussen. Ferne Sterne hingegen sollten in Abhängigkeit von der Zeit (aufgrund der Entfernung) stärker von der Schwerkraft beeinflusst zu sein scheinen. Ich gehe dann von einer zeitlichen Dilatationsverschiebung aus. Wenn zusätzlich zu diesem Effekt das Universum zusammenbricht - und sich die Schwerkraft in c - entfernten Regionen ausbreitet, sollte dies stärker von der Schwerkraft als von der Nähe beeinflusst werden und einen ähnlichen Effekt wie die Schallmauer haben - jedoch für die Schwerkraft. Die Summe davon sollte das betragen, was wir die kosmologische Konstante nennen, glaube ich.
Mit anderen Worten; Die kosmologische Konstante kann nur eine Transformationsfunktion sein, die verwendet wird, um unsere wahrgenommene Realität in unserem Bezugsrahmen auf die tatsächliche Realität abzubilden.
#2
-2
Christian Hollstein
2014-05-14 12:07:23 UTC
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Ich schlage folgendes Modell vor:

Das Universum besteht bereits aus einem riesigen zentralen Schwarzen Loch, das unsere Milchstraße und alle anderen Galaxien anzieht. Die beobachtete Rotverschiebung kann durch das 1 / r²-Gravitationsgesetz erklärt werden: Galaxien, die näher als unsere am zentralen Schwarzen Loch liegen, haben höhere Geschwindigkeiten als wir. Also sehen wir, wie sie sich von uns entfernen. Galaxien, die weiter vom zentralen Schwarzen Loch entfernt sind als unsere, bewegen sich nicht so schnell darauf zu wie wir. Wenn wir sie also ansehen, sehen wir, dass sie auch uns entkommen. Das Schwarze Loch und unser Abstand dazu sind so groß, dass der Feldgradient ziemlich gering ist, sodass wir keine Gezeitenkräfte erfahren. Die Anpassung des Newtonschen 1 / r²-Gesetzes durch Einsteins allgemeine Relativitätsfeldgleichungen macht für dieses Modell keinen großen Unterschied. Das allgemeine Muster der Galaxienbewegung relativ zueinander bleibt das gleiche.

Wie können diese Behauptungen überprüft werden? Hier ist der Hauptalgorithmus. Es kann sogar auf einem PC implementiert und ausgeführt werden:

Nehmen Sie alle aufgezeichneten Quasarspektren aus den bekannten Quasarkatalogen. Normalisieren Sie ihre Spektren auf Null Rotverschiebung. Vergleichen Sie jede spektrale Signatur miteinander. Versuchen Sie eine angemessene Kompensation von Unterschieden aufgrund von Staub oder anderen Lärmeffekten. Wenn Sie zwei identische oder ähnliche finden, überprüfen Sie die Positionen des jeweiligen Quasars. Wenn sich ihre Winkelpositionen um mehrere Grad unterscheiden, haben Sie einige Hinweise. Weil Sie denselben Quasar zweimal gefunden haben: Einmal in direkter (gekrümmter) Linie gesehen und einmal sein Licht vom Gravitationsfeld des zentralen Schwarzen Lochs umwickelt. Zwei Quasare sind bereits bekannt, haben sich jedoch als Ergebnis von "klein" herausgestellt (Mittel: eine massive Galaxie in unserer Sichtlinie zu ihnen) Gravitationslinseneffekte. In diesen Fällen unterschieden sich ihre scheinbaren Positionen um einige Bogensekunden oder Minuten. Eine Anzahl von Zwillingsquasaren mit signifikanten (mehreren Grad) Winkelpositionsunterschieden oder sogar an entgegengesetzten Stellen des Universums wäre ein Beweis für das obige Modell

Ich habe einen ähnlichen Gedankengang durchlaufen wie Sie, und ich glaube auch, dass Sie aufgrund von 1 / r ^ 2 eine gleichmäßige Rotverschiebung sehen würden. Wenn Sie auf das Loch fallen, sehen Sie eine beschleunigte Rotverschiebung in alle Richtungen. Ich bin ein wenig weiter gegangen: Sobald Sie den Ereignishorizont überschritten haben, zerreißen Gezeitenkräfte alles in die primären Elemente - Elektronen, Neutronen oder was auch immer. Wenn sich diese Mischung dem absoluten Zentrum nähert - sie werden weniger von Gezeitenkräften beeinflusst und können beginnen, Wasserstoff, Sterne und neue Schwarze Löcher zu bilden - innerhalb des ersten Schwarzen Lochs.
Das Problem beim Finden von zwei identischen Quasaren besteht darin, dass Sie sehr unterschiedliche Entfernungen betrachten - einen jungen Quasar und einen älteren Quasar. Sie können sich auch vorstellen, dass Sie sich direkt "hinter" uns sehen würden, wenn die Milchstraße auf ein riesiges Schwarzes Loch fallen würde. Die gespiegelte Milchstraße scheint mit uns auf Kollisionskurs zu sein. Die Idee kam als alternative Erklärung für den "Großen Attraktor" und die Tatsache, dass die Andromeda-Galaxie mit uns auf Kollisionskurs zu sein scheint, viel schneller als die Galaxienmasse erklären kann.
Ich habe in der Vergangenheit auch unter http://marilynvossavant.com/forum/viewtopic.php?t=376 danach gefragt
-1 Es könnte kein zentrales Schwarzes Loch geben, weil das Universum kein Zentrum hat. Siehe diese Frage: http://astronomy.stackexchange.com/questions/669/what-is-in-the-center-of-the-universe
@called2voyage Wie können Sie ganz sicher sein, dass es kein Zentrum gibt? Gibt es bestimmte Möglichkeiten zu wissen, dass sich das Universum NICHT in einem anderen Schwarzen Loch befindet? Dass alles, was wir sehen, beim Überqueren des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs in einem "früheren" Universum auseinandergerissen wurde und nun nach Milliarden von Jahren in diesem Superloch neue Sterne gebildet hat? Nur neugierig, wie jemand sicher sein kann und diese Idee einfach abschießen kann. Denn ein Schwarzes Loch hat von außen gesehen sicherlich ein Zentrum.
@frodeborli Ein weiteres Schwarzes Loch, das unser Universum erschafft, würde nicht erfordern, dass unser Universum ein Zentrum hat.
@called2voyage Okay, fair genug. Um sich ein Universum innerhalb einer Singularität vorzustellen, muss sich alles von außen am selben Ort befinden - aber von innen betrachtet, beeinflusst durch Zeitverdünnung und andere GR-Effekte, ist möglicherweise kein Zentrum erforderlich.
Ich habe den Artikel gelesen, auf den sich 2voyage bezieht. Es argumentiert vollständig aus dem Urknall / expandierenden Universumsmodell heraus. Vielleicht ist das schon lange her. Dies schließt jedoch ein heute zusammenbrechendes Universum mit insgesamt beobachteter Rotverschiebung nicht aus. Milchstraße / Andromeda-Blauverschiebung / Großer Attraktor: Vielleicht ist das nur eine "kleine" Turbulenz in unserer lokalen Galaxiengruppe. Im großen kosmologischen Maßstab würde ich der beobachteten Blauverschiebung zwischen uns und unserer Nachbarschaft nicht viel Gewicht beimessen


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