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Beitrag von Ray Light » 24. Aug 2007, 18:49

Vielen Dank für den Hinweis, Langohr!

Die Originalveröffentlichung, die bereits als Preprint im April erschien, gibt es hier:

http://arxiv.org/abs/0704.0908

Die Links zeigen, dass der Artikel auf astronews.com absolut hervorragend ist und locker die englischen Pendants aussticht. Der angesprochene Effekt der Photonen mit Materie ist übrigens der Sunyaev-Zel'dovich-Effekt.

Das ist wirklich eine spannenden Sache! Ich frage mich, ob man in Kosmologiesimulationen wie dem Millennium-Run die Verhältnisse besonders großer Voids reproduzieren kann. Und falls ja, mit welchem Satz kosmologischer Parameter das passiert.

Ich könnte mir vorstellen, dass diese Riesenvoids noch innerhalb der Standardkosmologie möglich sind und man keine neue Physik benötigt. Ist aber mehr Intuition...

Gruß,
Ray
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Beitrag von gravi » 26. Aug 2007, 19:51

Ein Hammer ist das schon!

Die Ausbildung der voids (also der riesigen Leerräume im Kosmos) ist ja noch verständlich, wenn man sich die Geschichte des Universums ansieht: Die Materie hat sich demnach entlang der Strukturen angeordnet, welche von der Dunklen Materie ausgebildet wurden. Und durch die Expansion der Raumzeit wurden die Zwischenräume immer größer.

Aber solch eine riesige, völlig leere Blase ist wohl mehr als erstaunlich!
Mir scheint, der Kosmos bietet uns fast jeden Tag ein neues Wunder... nur weiter so! :wink:

Gruß
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Beitrag von breaker » 26. Aug 2007, 21:29

Wie ungewöhnlich ist das denn wirklich?
Ich meine, müssen wir uns jetzt den Kopf über eine mögliche Erklärung zerbrechen, oder kann das einfach Zufall sein?

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Beitrag von wilfried » 27. Aug 2007, 08:01

Liebe Freunde

dazu fällt mir etwas ein:

Ein von Materie umströmter Körper bildet Strömungsmuster aus. Auf der trefferseite wird sich eine Druckwelle "Bugwelle" oder "Stoßfront" ausbilden und auf der Rückseite wird sich eine Verdünnung ausbilden. Je nach Geschwindigkeit ist das eine recht ansehnliche Verdünnung.
Beispiele dazu:
Fliegen-Tragfläche-Flugzeugrumpf
An der Tragfläche bildet sich oberhalb eine "Verdünnung" weil dort Materie schneller bewegt wird als unterhalbd der Fläche (Wegunterschiede beachten); das Flugzeug hängt in der Luft, es saugt sich fest.
Hinter dem Rumpf ergibt sich eine Verdünnung. Schaut mal auf ein hochfliegendes Strahlflugzeug. Hinter dem Flieger seht ihr eine Strahlerweiterung.

Wasser:

Schaut Euch mal Inseln aus der Luft an; ihr erkennt genau wie und wo diese hauptsächlich angeströmt werden. Vor den Inseln bilden sich Wälle hinter den Inseln deren Ablagerungen.

Und jetzt zum Weltall:

ich kann mir durchaus vorstellen, wenn Materie mit sehr hohen Geschwindigkeiten auf ein großes Hinderniß prallen, z.B. eine Galaxis, dass sich dann im Schatten dieser Strömung durchaus ein Hohlraum, ein Materie freies Gebiet entwicklen kann. Es müssen sich aber an dessen Rand Abrisswirbel erkennen lassen, das rlangt die Strömungsmechanik.

Sind solche schon mal gesehen worden? Ist meine Annahme vernünftig?

Netten Gruß

Wilfried
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Beitrag von Maclane » 27. Aug 2007, 12:30

Ich weiß nicht, ob du recht hast oder nicht, Wilfried. Ist für mich schwer vorstellbar, dass sich die Materie im frühen All wie Wasser um einen Brückenpfeiler verhalten hat, wo doch Galaxien eigentlich gar keine "festen" Kollisionspartner sind. :?:

Aber gut, ich kann mir schon so ein großes "Loch" ansich nicht mehr vorstellen. ;)

Passt ein Nichts dieser Größe eigentlich noch in das Bild von der Homogenität und Isotropie des Universums oder müssen wir unsere Maßstäbe diesbezüglich erweitern?

Gruß Mac
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Beitrag von wilfried » 27. Aug 2007, 12:38

Tag Maclane

doch ich denke schon, denn auch feste Materie hat, wenn sie diese in einem sehr großen Volumen betrachtet wird durchaus Eigenschaft wie Flüssigkeiten. Auch hier lassen sich Strömungen nachweisen.
So wird ja auch in der Astrophysik gerne mit hydrostatischen/hydrodynamischen Ansätzen gerechnet. Gerade in der Sternentwicklung ein beliebter Ansatz.

Nun, ich weiss nicht ob ich mit dieser Vorstellung recht habe; sicherlich nicht in diesem strengen Sinn. Aber irgenwie muss es strömungsmechanisch/dynamisch erklärbar sein.
Sonst muss ich ernsthafte zweifel an der Physik anmelden.

Ganz netten Gruß

Wilfried
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longear

Beitrag von longear » 27. Aug 2007, 15:16

Hallo wilfried,

ich finde Deinen Ansatz interessant, aber was soll/kann in einem 'Vakuum' stömen :?:

longear

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Beitrag von wilfried » 27. Aug 2007, 15:50

Lieber longear

nichts trömt in das vakuum oder wenn etwas dahinein strömt, dann wird sich dieses vakuum auffüllen.
Was ich meine ist, dass sich denkbarerweise eine Strömung um einen dem Materiefluss im Wege stehenden Hindernis -eventuell einer Galaxis- formt. Diese Strömung wird hinter dieser Blockade eventuelll einen Hohlraum schaffen, wenn die Verwirbelung noch nicht weit fortgeschritten ist.
Vermutlich wird dies ebi einer "alten" Strömung nicht der fall sein, da wird der raum hinter dem Blockade Körper ausgefüllt.

Mir ist gerade ein schönes Beispiel gekommen.

Teerweg, z.B. Garagenpltz. Lass diesen weg etwas geneigt sein, nur etwas. Legt einen Stein auf diesen Weg. Dann kippt vorsichtig Wasser, genügend weit vom Stein -bergauf natürlich. Was passiert? Der Stein teilt das Wasser und das Wasser wird erst eine ganze Strecke hinter diesem Stein wieder zusammenflissen. Wenn der Stein genügend klein ist -z.B. kleiner Kiesel- dann passiert zunächst das Gleiche. Aber dann, nach einer kurzen Weile (großer Stein: Langeweile- wird das Wasser auch unmitelbar hinter dem Stein zusammengefossen sein.

Ich gebe es zu: ein faules Beispiel, da Wasser ja den berühmten 120 Grad Winkel hat...

Ja und nein mit dem faulen Beispiel:
ja, weil sich hinter dem angeströmten Stein erst mal kein Wasser befindet, das fliesst deutlich weit hinter dem Stein erst wieder zusammen.
nein, weil der 120 Grad Winkel zu einem Schliesen des Wasser führt..
ABER: erst nachdem die Wassermoleküle sehr nahe beieinander sind.

So meine ich das auch im Weltall. Pronzipiell kann ich mir das so vorstellen.

Ob dem aber so ist, weiß ich nicht, ist nur eine Vorstellung, eine Idee

Gruß

Wilfried
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Beitrag von Ray Light » 27. Aug 2007, 18:59

Hallo zusammen,

es ist richtig, dass viele Phänomene in der Astrophysik mathematisch beschrieben werden können, wie eine strömende Flüssigkeit. Die Hydrodynamik kommt deshalb in der Stellarphysik, Akkretionsphysik, Jetphysik und Kosmologie zum Einsatz.

Auch die großräumige Struktur des Universums wird mit hydrodynamischen Codes simuliert. Recht bekannt geworden ist der Millennium-Run, der auch ein Titel bei Nature war. Die Ergebnisse werden hier vorgestellt:

http://www.mpa-garching.mpg.de/galform/millennium/

Es ist auch richtig, dass es bei einer Vielzahl kosmischer Objekte zur Ausbildung von Bugwellen und Bugschocks kommt, vor allem dann, wenn relativistische Jets auf Material in der Umgebung treffen. Dies geschieht bei Jets von Neutronensternen, bei Gammastrahlenausbrüchen oder bei Jets aktiver Galaxien.

Nur mit den Voids ist das eine andere Geschichte: Es ist nicht so, dass diese Ausdünnung eine Konsequenz eines Umströmens von Galaxien oder Galaxienhaufen ist. Vielmehr ist es das Resultat des Wegströmens von Materie. Der Antrieb dabei ist die Gravitation, die nicht abgeschirmt werden kann. Das Typische daran ist, dass sich einmal gebildete Überdichten weiter verstärken und immer dichter werden.
Genau so bilden sich die charakterischen Knoten und Filamente, die man in den Simulationen und auch in der Beobachtung (Surveys) in der großräumigen Struktur sieht.
Über Jahrmilliarden entstand so aus einer anfänglichen (primordialen) Dichteverteilung aller Urmaterie die wabenförmige, von Knoten und Fäden durchsetzte Struktur des Kosmos.

Die Leerräume (voids) sind tatsächlich nach allem, was heute bekannt ist, völlig leer: keine normale Materie, keine Dunkle Materie gibt es darin - nur Dunkle Energie und Quantenvakuum (was eventuell dasselbe ist) stecken darin.

Gruß,
Ray
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Beitrag von wilfried » 27. Aug 2007, 22:06

Lieber Ray

recht herzlchen Dank für Deine Erklärungen. Es ist trotzdem sehr erstaunlich, dass es nur die Gravitation sein soll, welche diese Leere, diese voids bildet. Da habe ich ja völlig falsch gelegen mit meiner Vorstellung.

Interessant! Wieviel Neues es jeden Tag zu lernen und zu bestaunen gibt.
Nochmals Dank und guts Nächtle

Wilfried
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Beitrag von Ray Light » 27. Aug 2007, 22:34

Nachtrag:

Freut mich, Wilfried. :-)

Ich wollte noch etwas zu Mac schreiben.

Maclane schrieb
Passt ein Nichts dieser Größe eigentlich noch in das Bild von der Homogenität und Isotropie des Universums oder müssen wir unsere Maßstäbe diesbezüglich erweitern?
Entscheidend für Homogenität und Isotropie ist, dass beide Eigenschaften gelten, wenn man über einen großen Raumbereich und ein großes Zeitintervall mittelt. Trotz der Größe des nun entdeckten Lochs sind beide Eigenschaften noch gewährleistet.

Was mich beim Betrachten dieser Milliarden von Lichtjahren durchmessenden Strukturen fasziniert ist, dass sie so unglaublich viel Ähnlichkeit mit Strukturen hat, die es 23 Größenordnungen darunter gibt, nämlich mit Nervenzellen (Bruchteile von Millimetern groß), siehe

http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_we ... neuron.jpg

Obwohl das völlig verschiedene Kräfte Strukturen geformt haben, hat die Natur morphologisch ähnliche Lösungen gefunden. Steckt dahinter ein viel tieferes Ordnungsprinzip oder doch nur Zufall?

Kollektive Anregungen der einen Struktur formen Gedanken und Intelligenz: feuernde Neuronen; "kollektive Anregung" trifft es wohl nicht ganz bei den Galaxien und Galaxienhaufen, aber wenn es da an den Knotenpunkten "feuert", ist ein Schwarzes Loch aktiv und bereitet damit die Voraussetzugen für Leben vor.

Mit nachdenklichem Gute-Nacht-Gruß,
Ray
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Beitrag von Maclane » 27. Aug 2007, 23:29

Ja Ray, dein hübsches Bild könnte auch das Ergebnis einer Computersimulation eines Kosmologen sein. Sieht doch schon sehr ähnlich aus.

Aber ich glaube fast, der Grund dafür ist ganz banal. Dieser banale Grund ist meines Erachtens nach einfach der, dass Materie "klumpt" - ob nun auf großen Skalen durch Gravitation oder auf kleinen Skalen durch Elektromagnetismus und starke WW.
Würde Materie nicht verklumpen, gäb's genauso wenig riesige Filamente aus Galaxien wie so hübsche Gehirne wie unsere. ;)

Aber das bringt mich zu einem anderen Gedanken - einem, der mit dem diesem ko(s)mischen Nichts da oben nicht mehr allzuviel zu tun hat:
Und zwar: damit Materie verklumpen kann, muss es ja erstmal kühl werden, nicht wahr? Erst wenn es kalt genug ist, können sich Sterne und Planeten und Lebewesen mit Gehirnen entwickeln.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik lehrt uns, dass die Entropie in einem geschlossenen System nicht abnehmen kann, sondern (in aller Regel) nur zunehmen wird.
Ganz am Anfang war das Universum doch in einem Zustand maximaler Entropie, also in einem Zustand maximaler Unordnung oder minimaler Information. Es gab ja nichts außer Protonen, Elektronen, Strahlung, DM und DE - und schweineheiß war es auch noch.
Und ganz am Ende des Universums wird wohl auch maximale Entropie herrschen, oder? Da wird das beobachtbare Universum weitgehend leer und dunkel sein - ein paar schwarze Löcher, bissl Gas und Strahlung.

Und was ist mit der Phase, wo sich die Galaxien und diese Filamente gebildet haben - also die Phase, wo die Temperaturen noch in großen Schritten sinken konnten? Muss in dieser Phase die (Gesamt)Entropie nicht abgenommen haben? :?: Ich mein, da ist doch nichts weiter passiert, als dass sich leuchtende und dunkle Materie verklumpt und Strukturen gebildet haben. Und Strukturbildung bedeutet doch mehr Information und damit weniger Entropie. Kriegen wir da nicht ein Problem mit unserer unumstößlichen Thermodynamik?

Also wie passt das jetzt zusammen mit so viel Entropie am Anfang und am Ende und der Strukturbildung dazwischen?

Gruß Mac
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Beitrag von gravi » 28. Aug 2007, 19:07

Ich möchte Ray nicht vorgreifen, er wird das sicherlich besser erklären können.

Aber ich meine, die Entropie muss zu Beginn des Universums auf kleinst möglichem Wert gewesen sein. Sie ist doch eine Art Maßstab für die "Unordnung" eines Systems, seinerzeit aber war das All noch hübsch gleichmäßig und ordentlich.

Übrigens zu Ray's Vergleich mit den Nervenzellen: ich würde noch eine Stufe tiefer gehen und die "mikroskopischen voids" in den Atomen suchen. Schließlich sind die Leerräume zwischen Atomkern und den Orbitalen mehr als riesig...relativ gesehen.

Gruß
gravi
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Beitrag von Ray Light » 30. Aug 2007, 18:14

Hallo zusammen,

da wir hier im News-Bereich sind und die Diskussion sicher von bleibendem Interesse sein wird, poste ich meine Antwort mit dem Titel "Entropie" in die Kategorie "Kosmologie".

Wir sehen uns dort...

Gruß,
Ray
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Beitrag von Ray Light » 30. Aug 2007, 18:29

Achja, eine Sache noch zu den Selbstähnlichkeiten, Nervenzellen etc.:

Die Analogie zu "mikroskopischen voids" in den Atomen, die zwischen Atomkern und den Elektronenorbitalen liegen, ist schon passend, gravi.

Allerdings sind auch diese Bereiche ausgefüllt mit Dunkler Energie. Weiterhin gibt es quantenphysikalisch gesehen keinen Bereich, wo die Wellenfunktion (oder ihr Absolutquadrat) verschwindet, so dass es in dem Sinne auch keinen absolut leeren Raum gibt: Teilchen sind sozusagen überall. Und ein Teil von uns wird sich immer auch in der Zimmerwand befinden.

Gruß,
Ray
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