Verdrehtes Licht liefert Hinweise auf Dunkle Energie

[Frank]

Im Licht der Hintergrundstrahlung wollen Forscher einen Hinweis auf die ominöse »Quintessenz« gefunden haben. Erklärt sie, warum das All immer schneller expandiert?

https://www.spektrum.de/news/verdrehtes ... ie/1799180

Ich finde Geschichten, die das Potenzial haben ein Weltbild(Physik) zu kippen, ja schon immer sehr spannend.
Kann mir aber mal jemand in eigenen Worten(verständlich) erklären, was Quintessenz ist?

Ich kenne das Wort irgendwie anders. (Redewendung, oder so)

[Herr5Senf]

wenn's einfach genug ist dafür ist wiki ja da
einfach eine komplizierte Theorie (skalares Feld), die sich nicht leichter erklären läßt.

Wohl bekomm's Dip

[Skeltek]

Der Redakteur hat das Wort vielleicht nicht gekannt und die 'Forscher' missverstanden. Allgemein scheint mir der Artikel aber eine Quacksalbe zu sein. Wörter mit 'Qu' am Anfang waren übrigens im Mittelalter wohl höchst selten und machten auf das gemeine Volk wohl einen sehr abgehobenen Eindruck - ungefähr so wie das y2000-Suffix zur Jahrtausendwende, das 'Hyper' der 90er, das 'ultra' der 70er und das 'Super' der 60er.
Falls übrigens in jedem Jahrzehnt ein anderes 5-stelliges Wort als Trend wahrgenommen wird, kommt man auf ca 42^5 =ca 130.000.000 aussprechbare Buchstabenkombinationen (wenn man groß/Kleinschreibung unterscheidet) und somit 13 Milliarden Jahre, was ca dem Alter des Universum entspricht. Ist aber nur Spaß - Herr5Senf hat den Artikel oben verlinkt (das Wort kannte ich bis dahin so auch noch nicht).

Außerdem halte ich den Artikel inhaltlich für Humbug. Das klingt zu sehr wie aus der Nase herausgezogen. Das ist irgendwie ne lange Kette an schwammigen Mutmaßungen. Vielleicht steckt was dahinter, aber das ist so grob umschrieben, daß ich da zumindest fast keinen Inhalt darin erkennen kann.

[belgariath]

Dunkle Energie ist ein relativ allgemeiner Ausdruck für die Eigenschaft des Universums beschleunigt zu expandieren bzw. die Entität, die für die beschleunigte Expansion verantwortlich ist. Es gibt verschiedene Vorschläge dafür, wodurch die Dunkle Energie tatsächlich realisiert ist. Einer dieser Vorschläge ist die kosmologische Konstante. Ein anderer heißt Quintessenz. Die verschiedenen Vorschläge unterscheiden sich letztlich durch ihre verschiedene Zustandsgleichung. Die Zustandsgleichung ist ein quantitativer Zusammenhang zwischen Druck und Energiedichte. Jede Form/Klasse/Art von Materie oder Energie, hat eine eigene Zustandsgleichung. siehe: https://www.spektrum.de/astrowissen/lexdt_w03.html#eos und darin den Link zu Quintessenz...

Es gab sogar bei Spektrum einen ausführlichen Artikel von Ostriker und Steinhardt: https://www.spektrum.de/magazin/die-qui ... ums/827365


Jetzt habe ich aber selber eine Frage zu dem von Frank verlinkten Artikel. Nämlich zu der Bildunterschrift. Dort steht

Im Falschfarbenbild stehen blaue für kühlere und rote für wärmere Bereiche, deren Strahlungstemperatur wenige 10-5 Kelvin unterhalb beziehungsweise oberhalb von 2,7 Kelvin liegen. Die Interpretation hat es in sich: Dieses »Babyfoto« des Universums zeigt überdichte Regionen in Blau.

Das würde ja bedeuten, dass überdichte Regionen im CMB kühler sind als unterdichte Bereiche. Stimmt das? Wenn ja, wie kommt das?

[Skeltek]

@belgariath:
Den Effekt kann man durchaus messen und das Phänomen existiert. Das ist nicht mein Problem. DE als Verallgemeinerung der kosmologischen Konstante ist lediglich eine Interpretation des Phänomens, welche die 'Beschleunigung' einer Eigenschaft des Raumes selbts zuweist. Teilweise sind die meisten postulierten Mechanismen lediglich Annahmen. Darüber kann nicht hinweg täuschen, daß sich die damit assoziierten Rechnungen und Formeln durchaus auf einem hohen Niveau bewegen. Man ist halt bestrebt, die klassischen Modelvorstellungen und Gesetzmäßigkeiten auf den neuen Kontext zu übertragen. Aber das nur nebenbei bemerkt.

Das würde ja bedeuten, dass überdichte Regionen im CMB kühler sind als unterdichte Bereiche. Stimmt das? Wenn ja, wie kommt das?

Da kann ich nur mutmaßen. Weniger dichte Regionen wurden früher durchlässig für Strahlung. Auch ist Licht aus dichteren Regionen vielleicht rotverschoben. Vielleicht hat es damit irgendetwas zu tun. Ich komme nicht ganz klar mit der simplen skalaren Anschauung der Temperatur; ob das nun viele niederwellige Photonen sind oder wenige hochenergetische Photonen ist ein Unterschied. Zwar entspricht der CMB grob der Frequenzverteilung eines Schwarzkörpers, aber da gibt es anscheinend auch leichte Abweichungen davon. Ob man mit 'kühler' nun ein grundsätzliches 'weniger' an Strahlung meint, oder das Spektrum eines 'kühleren' Strahlers, kann ich nur vermuten. Beim einen wäre die Intensitätskurve an der y Achse runter skaliert, beim anderen nach links zusammen gedrückt und ggf noch vertikal gestaucht.
Was man jetzt denken soll, wenn der Autor sich schwammig oder ungenau ausdrückt... keine Ahnung. Da kann ich jedenfalls keine Info draus ziehen.
Eine pauschale Rotverschiebung würde halt sowohl Frequenzband als auch Photonenflußdichte verkleinern, wobei die beiden aber auch nicht proportional skalieren.

[belgariath]

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Weniger dichte Regionen wurden früher durchlässig für Strahlung. Auch ist Licht aus dichteren Regionen vielleicht rotverschoben.
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Da hast du recht, beides dürfte eine Rolle spielen. Ich glaube den zweiten von dir genannten Effekt nennt man Sachs-Wolfe-Effekt.

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Ich komme nicht ganz klar mit der simplen skalaren Anschauung der Temperatur; ob das nun viele niederwellige Photonen sind oder wenige hochenergetische Photonen ist ein Unterschied. Zwar entspricht der CMB grob der Frequenzverteilung eines Schwarzkörpers, aber da gibt es anscheinend auch leichte Abweichungen davon.
[...]

Was genau meinst du mit "skalare" Anschauung? Eine vektorielle Temperatur ist mir noch nie begegnet.
Aber im Zusammenhang mit dem CMB wird oft betont dass er das gemessene Spektrum sei, das am genauesten dem eines idealen schwarzen Körpers nahekommt.

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Ob man mit 'kühler' nun ein grundsätzliches 'weniger' an Strahlung meint, oder das Spektrum eines 'kühleren' Strahlers, kann ich nur vermuten. Beim einen wäre die Intensitätskurve an der y Achse runter skaliert, beim anderen nach links zusammen gedrückt und ggf noch vertikal gestaucht.
[...]

Ich denke mit "kühler" ist gemeint, dass die Temperatur des Schwarzkörpers kleiner ist, also die zweite von dir genannte Möglichkeit.

[Skeltek]

Die Frequenzverteilung bekommt man auch ohne Schwarzkörper hin. Jedenfalls gibt es viele Möglichkeiten so eine Kurvenform hinzubekommen.
Sogar bei meinem eigenen Model hab ich eine Kurve der Form(Formel vereinfacht) für den CMB ausgerechnet. Das sagt aber eben nicht unbedingt etwas über die Intensität der Strahlung aus.

Was ich mit 'skalar' meine? Es ist ein Unterschied ob du ein 900° heißes Gas geringer Dichte, ein 900°heißes Gas hoher Dichte oder ein 900°heißes flüssiges Metal hast. Die reine 'Temperatur' zu betrachten kommt dem Ganzen einfach zu kurz. Ein starker Infrarotlaser oder eine schwache UV Lampe?
Das ist beim CMB ähnlich. Wenn der vom erwarteten Wert abweicht, dann kann das entweder einfach einem Schwarzkörper niedrigerer Temperatur entsprechen, oder vom Erwartungswert wird eine nur ähnliche Kurve abgezogen.

Wenn es da also heißt ein 'kühlerer' Bereich, dann ist das Frequenzspektrum entweder zu einem 'kühleren' Schwarzschildkörperspektrum verschoben, oder es entspricht demselben heißen Strahler, nur eben mit geringerer Intensität. Bei ersterem ist eben auch die Frequenz höchster Intensität verschoben, während sie bei der zweiten Option gleich bleibt, nur eben weniger intensiv.

[Frank]

wenn's einfach genug ist dafür ist wiki ja da
einfach eine komplizierte Theorie (skalares Feld), die sich nicht leichter erklären läßt.

Wohl bekomm's Dip

Danke, aber die Seite hatte ich schon gefunden und einfacher ist es für mich leider nicht. Du wirst aber Recht haben, dass es wohl auch nicht einfacher geht.

[belgariath]

Die Frequenzverteilung bekommt man auch ohne Schwarzkörper hin. Jedenfalls gibt es viele Möglichkeiten so eine Kurvenform hinzubekommen. Sogar bei meinem eigenen Model hab ich eine Kurve der Form(Formel vereinfacht) für den CMB ausgerechnet.
[...]

Sorry aber das verstehe ich nicht. Deine Formel stimmt nur im Rayleigh-Jeans-Limit mit dem planckschen Strahlungsgesetz überein, aber nicht bei hohen Frequenzen. Somit könntest du damit auch nicht den beobachteten CMB treffen.

Was ich mit 'skalar' meine? Es ist ein Unterschied ob du ein 900° heißes Gas geringer Dichte, ein 900°heißes Gas hoher Dichte oder ein 900°heißes flüssiges Metal hast. Die reine 'Temperatur' zu betrachten kommt dem Ganzen einfach zu kurz. Ein starker Infrarotlaser oder eine schwache UV Lampe?
Das ist beim CMB ähnlich. Wenn der vom erwarteten Wert abweicht, dann kann das entweder einfach einem Schwarzkörper niedrigerer Temperatur entsprechen, oder vom Erwartungswert wird eine nur ähnliche Kurve abgezogen.[...]

Okay, mit skalar meinst du die einparametrige Beschreibung, also dass lediglich die Temperatur und sonst nichts das Spektrum charakterisiert.

Deine Kritik kann ich aber nur halb teilen.
Betrachtet man erst mal nur den reinen Prozess der Strahlungsemission:
Wenn sich das System (also das Universum zur Zeit 380.000 a nach dem Urknall) im thermischen Gleichgewicht befindet, strahlt es ein Schwarzkörperspektrum ab. Und dieses hängt nur von der Temperatur ab. Ob es flüssiges Metall oder Wasserstoffgas mit n bissl Helium ist, hat keinen Einfluss.
Bei Lasern oder Gasentladungslampen ist das anders. Da sind andere Parameter außer der Temperatur entscheidend, den der Strahlungsprozess ist keine thermische Strahlung.

Betrachtet man die Wechselwirkung der Schwarzkörperstrahlung nach ihrer Aussendung mit ihrer Umgebung:
Dann sehe ich es wie du. Da kommt es auf viele andere Größen an, die das Spektrum verformen können, siehe deinen Beitrag oben.

[Skeltek]

Die Frequenzverteilung bekommt man auch ohne Schwarzkörper hin. Jedenfalls gibt es viele Möglichkeiten so eine Kurvenform hinzubekommen. Sogar bei meinem eigenen Model hab ich eine Kurve der Form(Formel vereinfacht) für den CMB ausgerechnet.
[...]

Sorry aber das verstehe ich nicht. Deine Formel stimmt nur im Rayleigh-Jeans-Limit mit dem planckschen Strahlungsgesetz überein, aber nicht bei hohen Frequenzen. Somit könntest du damit auch nicht den beobachteten CMB treffen.

Hab die Formel vereinfacht. Bei mir auf dem Whiteboard fließen noch andere Dinge ein wie veränderter Zeitfluß, Metrik der Materie und Entfernung von Raumgebieten zum Emissionszeitpunkt. Ich hatte angenommen, daß jeder Raumpunkt jederzeit mit derselben Frequenz strahlt, jedoch im zeitlichen Verlauf [...] die Frequenz ändert. Durch Aufsummation entlang des Radius (r steht sogar noch in der Formel) bekomme ich die Intensitätsverteilung der jeweiligen Frequenzen... es ist etwas kompliziert, deshalb hab ich es etwas vereinfacht. Ist halt aus meinem eigenen alternativen Model zur Expansion.

Ich wollte damit nur deutlich machen, daß alleine die Form der Kurve nicht zwangsläufig einer Schwarzkörperstrahlung entspricht. Bei einer Schwarzkörperstrahlung entspricht die Frequenz höchster Intensität immer einer zugehörigen Körpertemperatur - wenn die beiden nicht zusammen passen stimmt etwas nicht. Leider kann man im Nachhinein die Temperatur des frühen Universums nunmal nicht messen. Was wir (glaube ich) prüfen können ist die Intensitätsverteilung der verschiedenen Frequenzen, nicht jedoch, ob auch die Gesamtintensität eine Abweichung vom Soll aufweist.
Ich denke das ist von der 'Dichte' des Universums abhängig, als es durchsichtig wurde und wie lange es in diesem Grenzzustand zwischen durchsichtig und undurchsichtig vor sich hin expandierte... da können wir nur extrapolieren. Muss da aber erstnoch einmal drüber nachdenken.

Versteh mich nicht falsch. Ich will das Schwarzkörperspektrum des CMB nicht leugnen; ich halte die Interpretation für 99% wahrscheinlich richtig.
Die Sache ist die, daß einfach während der Expansion des Universums die mittlere freie Weglänge der Photonen einfach langsam immer höher wurde. Von einem einzelnen Punkt omnidirektional ausgehendes Strahlenbündel hatte im Verlauf der Expansion eben immer mehr Strahlen, die das 'Nachbarteilchen' immer mehr knapp verfehlten (Raumwinkel vs Teilchenradii) und gleichzeitige Rayleight Streuung. Mir ist dabei nur nicht klar, inwiefern dadurch das ursprüngliche Schwarzkörperspektrum modifiziert wurde. Eine langsamere Expansion hat sicherlich auch ihren Teil beigetragen, das Schwarzkörperspektrum der ursprünglich dichten Masse in irgendeiner Art zu verschieben.