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Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Allgemeine physikalische Fragestellungen, z.B. Newtonsche Mechanik, Elektrodynamik, Thermodynamik...
Alexander

Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von Alexander » 16. Jun 2009, 22:10

Sehr, sehr tolle Antwort muss ich sagen! :D

Also wenn wir von dem Beginn des Universums sprechen, dann sprechen wir auch gleichzeitig vom Beginn des (falls es es denn gibt) Multiversums. Die von dir beschriebene Struktur ist doch fraktal, oder? Welche dieser Strukturen trifft es am besten:

http://de.wikipedia.org/wiki/Fraktal

Ich stelle mir das ja immer wie eine Blumenkohloberfläche vor, darf ich das oder ist das falsch?

Diese Blasen, die sich da bilden, warum expandieren die eigentlich mit Lichtgeschwindigkeit weiter, obwohl es doch ein wahres Vakuum ist? Oder befindet sich in ihnen noch ein falsches Vakuum, welches dann durch seinen Zerfall einen dritten Ballon abstülpt?

Was ich mich bei dem Ganzen aber noch frage: es heißt ja, dass der Zerfall des falschen Vakuums ein Zufallsprozess, wie der Radioaktive Zerfall ist, also absolut zufällig passiert. Aber ist das nicht ein komischer Zufall, der die ganze Zeit fortdauernd geschieht? Ich gehe gerade davon aus, dass das so passiert: Ein Universum-Ballon hat sich abgestülpt, der nächste folgt unmittelbar. Oder gehr das nicht so schnell, kann eines dieser abgestülpten Universen erstmal ein wenig in seinem jetzigen Zustand bleiben, bevor es ein neues Universum abstülpt?

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von tomS » 16. Jun 2009, 22:27

Alexander hat geschrieben:Sehr, sehr tolle Antwort muss ich sagen! :D
Danke

Alexander hat geschrieben:Also wenn wir von dem Beginn des Universums sprechen, dann sprechen wir auch gleichzeitig vom Beginn des (falls es es denn gibt) Multiversums.
Nein! Das Multiversum als Menge aller Universum hätte in diesem Bild weder einen Beginn noch ein Ende. Es existiert "ewig" - wenn es denn überhaupt einen Zeitbegriff darin gibt. Lediglich jedes einzelne Universum hat einen Beginn, nämlich den Urknall = den Zeitpunkt, wo es sich (wie ein kleiner Ballon) aus einer Quantenfluktuation abzulösen beginnt.

Alexander hat geschrieben:Die von dir beschriebene Struktur ist doch fraktal, oder?
Das ist mirt zu spekulativ. Wahrscheinlich schon, aber ohne genauere Infos kann man darüber nicht wirklich vielsagen.

Alexander hat geschrieben:Diese Blasen, die sich da bilden, warum expandieren die eigentlich mit Lichtgeschwindigkeit weiter, obwohl es doch ein wahres Vakuum ist?
Es ist gefährlich, von einer Expansionsgeschwindigkeit dieser Blasen zu sprechen. Jedenfalls darfst du dir nicht die Geschwindigkeit darunter vorstellen, mit der sich die Luftballonhaut vom Mittelpunkt entfernt. Das wäre zwar anschaulich schön, aber genau hier versagt die Analogie. Das einzige was expandieren kann ist der Raum selbst, z.B. zwischen zwei gegebenen Punkten auf der Luftballonhaut - und diese Expansion findet im Falle der Expansion sogar mit Überlichtgeschwindigkeit statt (viele Zehnerpotenzen). Das verletzt nicht die Relativitätstheorie, denn es ist kein Signal, das sich mit Überlichtgeschwindigkeit ausbreitet. Im ggw. sichtbaren Universum ist diese Expansionsgeschwindigkeit deutlich kleiner als die Lichtgeschwindigkeit, was dazu führt, dass immer größere Bereiche des expandierenden Universums für uns sichtbar werden. (Stell dir zwei Geschwindigkeiten vor, eine für das Expandieren des Ballons, eine zweite für eine darauf herumkrabbelnde Ameise; die erste ist die Expansionsgeschwindigkeit des Universums, die zweite ist die Lichtgeschwindigkeit; die erste kann kleiner oder auch größer sein als die Geschwindigkeit der Ameise, die wäre immer fest).
Warum das Universum expandiert? Das ist eine Folge der Einsteingleichungen der ART. In diesen wechselwirkt die in Materie bzw. Feldern enthaltene Energie mit der Raumzeit selbst und treibt letztere auseinander.
Gruß
Tom

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von Alexander » 17. Jun 2009, 15:10

tomS hat geschrieben:Also wenn wir von dem Beginn des Universums sprechen, dann sprechen wir auch gleichzeitig vom Beginn des (falls es es denn gibt) Multiversums.
Nein! Das Multiversum als Menge aller Universum hätte in diesem Bild weder einen Beginn noch ein Ende. Es existiert "ewig" - wenn es denn überhaupt einen Zeitbegriff darin gibt. Lediglich jedes einzelne Universum hat einen Beginn, nämlich den Urknall = den Zeitpunkt, wo es sich (wie ein kleiner Ballon) aus einer Quantenfluktuation abzulösen beginnt.


Dinge wie das, die schon ins metaphysische Abdriften, kann man die eigentlich noch mathematisch aufschreiben oder spekuliert man da einfach nur mit Worten?

tomS hat geschrieben:
Alexander hat geschrieben:Die von dir beschriebene Struktur ist doch fraktal, oder?
Das ist mirt zu spekulativ. Wahrscheinlich schon, aber ohne genauere Infos kann man darüber nicht wirklich vielsagen.
Also angenommen unser Universum stülpte sich von einem anderen Universum ab, ist aber noch mit diesem verbunden. Könnte man dann nicht mit einem Raumschiff (also jetzt halt nur angenommen, dass es ein Raumschiff gibt, dass derartige Strecken zurücklegen kann) in ein anderes Universum fliegen, nur theoretisch, da ja der "Durchgang" vorhanden ist?

Ausgehend davon, dass das jetzt wirklich so stattgefunden hat, dass unser Universum sich nur von einem anderen Abgestülpt hat, aber noch eine Verbindung zwischen beiden herrscht. Warum war der Urknall dann so heißt? Warum ist nicht auch Temperatur von unserem heißen Universum in das Vorgängeruniversum "geflohen"?

tomS hat geschrieben:Es ist gefährlich, von einer Expansionsgeschwindigkeit dieser Blasen zu sprechen. Jedenfalls darfst du dir nicht die Geschwindigkeit darunter vorstellen, mit der sich die Luftballonhaut vom Mittelpunkt entfernt. Das wäre zwar anschaulich schön, aber genau hier versagt die Analogie. Das einzige was expandieren kann ist der Raum selbst, z.B. zwischen zwei gegebenen Punkten auf der Luftballonhaut - und diese Expansion findet im Falle der Expansion sogar mit Überlichtgeschwindigkeit statt
Also diese Blasen stelle ich mir mittlerweile so vor: es sind keine Blasen, wie wir sie kennen, also perfekt Rund und mit einer Oberfläche, sondern diese Blasen sind nur Raum wahren Vakuums, um den herum noch falsches Vakuum herrscht. Deswegen haben sie auch keine richtige Oberfläche.
Oder hat unser expandierendes Universum eine Oberfläche wie eine echte Blase?
tomS hat geschrieben:Im ggw. sichtbaren Universum ist diese Expansionsgeschwindigkeit deutlich kleiner als die Lichtgeschwindigkeit, was dazu führt, dass immer größere Bereiche des expandierenden Universums für uns sichtbar werden. (Stell dir zwei Geschwindigkeiten vor, eine für das Expandieren des Ballons, eine zweite für eine darauf herumkrabbelnde Ameise; die erste ist die Expansionsgeschwindigkeit des Universums, die zweite ist die Lichtgeschwindigkeit; die erste kann kleiner oder auch größer sein als die Geschwindigkeit der Ameise, die wäre immer fest).
Aber wir werden doch nie sehen können, was hinter der kosmischen Hintergrundstrahlung liegt? Also den eigentlichen Urknall. Bewegt sich eigentlich die Hintergrundstrahlung auch von uns weg?

tomS hat geschrieben:Warum das Universum expandiert? Das ist eine Folge der Einsteingleichungen der ART. In diesen wechselwirkt die in Materie bzw. Feldern enthaltene Energie mit der Raumzeit selbst und treibt letztere auseinander.
Hat man nicht schon vor Einsteins ART gemerkt, dass das Universum expandieren muss? Ich habe auch schon desöfteren gehört, dass man die Expansion des Universums mit dem Casimir-Effekt beschreiben könne. Aber irgendwie will sich mir das nicht erschließen. Der Casimir-Effekt beschreibt ja, dass sich zwei Metallplatten (müssen das eig. unbedingt Metallplatten sein?) im Vakuum anziehen, da außerhalb der beiden Platten mehr virtuelle Teilchen/Antiteilchenpaare entstehen als innen und deswegen die Platten zusammendrücken. Wenn ich das auf das Universum übertrage, komme ich auf etwas unlogisches, nämlich dass das Universum zusammenflällt, wie die beiden Platten. Denn das Universum sehe ich als den Raum zwischen den Platten an, in dem ja weniger Teilchenpaare entstehen als außerhalb, deswegen müsste das doch zusammenfallen? Mir kommt das eher wie ein umgedrehter Casimir-Effekt vor, in dem innerhalb der beiden Platten mehr Teilchenpaare entstehen und so das Universum auseinanderdrücken.

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von gravi » 17. Jun 2009, 20:08

Ui, das sind ja viele Fragen, Alexander :wink:

Auf ein paar gehe ich mal kurz ein, den Rest wird sicher wieder Tom beantworten.

Zur Hintergrundstrahlung:
Bis zum Alter von rund 380 000 Jahren war das Universum strahlungsdominiert. Die Photonen streuten ständig an den bereits entstandenen Teilchen. Nun aber war die Temperatur soweit abgesunken, dass die Atomkerne die Elektronen einfangen konnten. Die Photonen gingen fortan unbehelligt ihre eigenen Wege, man sagt, das Universum wurde durchsichtig. Die Streuungen wurden beendet.

Genau diese übriggebliebenen Photonen sind die Hintergrundstrahlung. Sie haben damals das ganze Universum erfüllt und das machen sie auch heute noch! Sie sind überall. Nur ist diese Strahlung durch die kosmische Expansion sehr stark rotverschoben, so dass sie heute nur noch einer Temperatur von 2,73 K entspricht. Ich denke Dir ist nun klar, dass wir nicht "hinter" diese Strahlung sehen können.
Nein! Das Multiversum als Menge aller Universum hätte in diesem Bild weder einen Beginn noch ein Ende. Es existiert "ewig" - wenn es denn überhaupt einen Zeitbegriff darin gibt. Lediglich jedes einzelne Universum hat einen Beginn, nämlich den Urknall = den Zeitpunkt, wo es sich (wie ein kleiner Ballon) aus einer Quantenfluktuation abzulösen beginnt.
Also da muss ich Dir zustimmen! Ich denke, da hat sich Tom evtl. nicht richtig formuliert :wink:

Damit muss ich aber leider schon Schluss machen...

Schönen Gruß
gravi
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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von tomS » 17. Jun 2009, 22:44

Hallo tensor,

danke, hätte es auch richtig gestellt - kann mal passieren. Ich nutze auch die "zitieren"-Funktion, und wenn man da die Ende-Tags falsch reinkopiert, dann kommt eben sowas dabei raus ...


@Alexander,

ich glaube, es ist Zeit, mal innezuhalten und den Verlauf der Diskussion zu analysieren. Du legst ein enormes Tempo vor, stellst immer wieder weiterführende Fragen (die hier natürlich gerne beantwortet werden), aber bist du sicher, dass du dich nicht manchmal selbst überholst? Bist du sicher, dass du alles richtig verstehst? Keine Angst, ich denke nicht, dass du völlig auf dem Holzweg bist, aber du schneidest die verschiedensten dir teilweise neuen Themen an, so dass ich manchmal zur Ansicht gelange, das Frage-Antwort-Spiel bringt dich evtl. nicht weiter sondern verwirrt dich mehr. Hast du schon mal über eine Alternative nachgedacht, z.B. einen allgemein zugänglichen Artikel (Wikipedia) zu lesen und deine Fragen daarauf zu beziehen? Evtl. hilft das, Missverständnisse zu vermeiden.

Das gleiche gilt für anschauliche Bilder. Ich benutze sie zwar auch, aber ich weise (hoffentlich oft genug) darauf hin, dass diese Bilder oft in die Irre führen können. Bestimmte Aspekte werden meist richtig wiedergegeben, andere dagegen grob verfälscht. Du musst dir immer bewusst machen, dass abstrakte Mathematik notwendig ist, um alle diese Aspekte korrekt zu beschreiben. Siehe als Bsp. die Dampfblasen bzw.das Universum als Oberfläche eine Luftballons.


Zu dein einzelnen Punkten:

Wie bereits gesagt halte ich die Idee des Multiversums für hochgradig spekulativ. Deswegen möchte ich mich daran eigentlich nicht zu sehr beteiligen. In Kürze: Der "Durchgang" zu einem anderen Universum wäre aus Sicht des neu entstehenden Universums dessen Urknall, also eine Singularität. Da gibt es also wohl keinen Durchgang - wenn es das Multiversum überhaupt gibt!

Zur Geometrie der Blasen: du bist mit deinen Dampfblasen auf dem falschen Weg. Wie gesagt, thermodynamisch mag das annähernd zutreffend sein, aber geometrisch führt es in die Irre. Stell dir unser Universum als zweidimensionale Oberfläche = Haut eines Ballons vor. Dabei geht uns zwar eine Dimension verlren, aber wir gewinnen ein Stück Anschaulichkeit zurück - auch für unser Universum: es hat keine Oberfläche wie eine Dampfblase und keinen Rand (der Ballon hat ja auch keinen Rand).

Hat man nicht schon vor Einsteins ART gemerkt, dass das Universum expandieren muss?
Nein, Einstein ging davon aus, dass das Universum statisch ist und hat extra dafür seine Theorie angepasst. Er hielt die früheren expandierenden Lösungen seiner Gleichungen für falsch. Das war sicher die größte Vorhersage seines Lebens, die er verpasst hat! Die Expansion des Universums wurde zuerst von Hubble aufgrund der Rotverschiebung von Spektren aus entfernten Galaxien erkannt.

Ich habe auch schon desöfteren gehört, dass man die Expansion des Universums mit dem Casimir-Effekt beschreiben könne.
Wo hast du das denn her? Vergiss den Rest einfach - außer den Casimireffekt selbst, den hast du richtig wiedergegegeben.
Gruß
Tom

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Alexander

Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von Alexander » 18. Jun 2009, 13:44

tomS hat geschrieben:ich glaube, es ist Zeit, mal innezuhalten und den Verlauf der Diskussion zu analysieren. Du legst ein enormes Tempo vor, stellst immer wieder weiterführende Fragen (die hier natürlich gerne beantwortet werden), aber bist du sicher, dass du dich nicht manchmal selbst überholst? Bist du sicher, dass du alles richtig verstehst? Keine Angst, ich denke nicht, dass du völlig auf dem Holzweg bist, aber du schneidest die verschiedensten dir teilweise neuen Themen an, so dass ich manchmal zur Ansicht gelange, das Frage-Antwort-Spiel bringt dich evtl. nicht weiter sondern verwirrt dich mehr. Hast du schon mal über eine Alternative nachgedacht, z.B. einen allgemein zugänglichen Artikel (Wikipedia) zu lesen und deine Fragen daarauf zu beziehen? Evtl. hilft das, Missverständnisse zu vermeiden.
Das ist mir natürlich schon bewusst. Ich habe sowieso vorgehabt, mal alles in meinen eigenen Worten wiederzugeben, ob ich auch alles vestanden habe, das werde ich auch machen, wenn es dir nichts ausmacht, dann zu schauen, ob ich da Fehler drin hab.
Den Artikel in Wikipedia zum Inflationären Universum habe ich schon sehr oft gelesen, kenne den glaube ich bald auswendig. Da steht aber alles eher oberflächlich drin. Dennoch gibt es da 2-3 Sätze, die sich mir noch nicht so richtig erschließen wollen.
tomS hat geschrieben:Du musst dir immer bewusst machen, dass abstrakte Mathematik notwendig ist, um alle diese Aspekte korrekt zu beschreiben. Siehe als Bsp. die Dampfblasen bzw.das Universum als Oberfläche eine Luftballons.
Ist das der Grund, warum man sich das alles so schlecht vorstellen kann? Oder nur vereicnfacht vorstellen kann?
tomS hat geschrieben:Zur Geometrie der Blasen: du bist mit deinen Dampfblasen auf dem falschen Weg. Wie gesagt, thermodynamisch mag das annähernd zutreffend sein, aber geometrisch führt es in die Irre. Stell dir unser Universum als zweidimensionale Oberfläche = Haut eines Ballons vor. Dabei geht uns zwar eine Dimension verlren, aber wir gewinnen ein Stück Anschaulichkeit zurück - auch für unser Universum: es hat keine Oberfläche wie eine Dampfblase und keinen Rand (der Ballon hat ja auch keinen Rand).

Gut, also man würde, könnte man schnell genug fliegen, nie gegen eine "Wand" des sich ausdehnenden Raumes fliegen.

tomS hat geschrieben:Ich habe auch schon desöfteren gehört, dass man die Expansion des Universums mit dem Casimir-Effekt beschreiben könne.
Wo hast du das denn her? Vergiss den Rest einfach - außer den Casimireffekt selbst, den hast du richtig wiedergegegeben.[/quote]

Na hier z.B.:

http://www.br-online.de/br-alpha/alpha- ... 698807.xml

So ab 7:00 bis ungefähr 10:00 ist dieser Bereich, in dem es um das geht.

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von tomS » 18. Jun 2009, 18:23

Der Zitierteufel hat wieder zugeschlagen :-)

Ja, das mit der Problematik der Veranschaulichung hast verstanden. Das ist ein Kernproblem der gesamten modernen theoretischen Physik, spätestens seit der ART und der QM. Die mathematischen Formalismen sind eben nicht mehr anschaulich zu interpretieren. Teilweise findet man eine Veranmschaulichung, aber eben immer um der Preis der mangelnden Exaktheit, der Irreführung, ... In der ART ist der zugrundeliegende Raum vierdimensional, wobei bereits bestimmte geometrische Aspekte der dreidimensionalern Räume nicht mehr vorstellbar sind. Insbs. hast du die Problematik, dass eine Dimension (nämlich die Zeit) sich grundsätzlich anders verhält, z.B. wenn du Abstände definieren möchtest: die Raumzeit ist eben nicht-euklidisch!

Du hast auch richtig verstanden, dass es im Universum keine Rand, keine Wand, und demzufolge auch kein "dahinter" gibt.
Gruß
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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von Maclane » 18. Jun 2009, 19:34

Alexander hat geschrieben:
Alexander hat geschrieben:Ich habe auch schon desöfteren gehört, dass man die Expansion des Universums mit dem Casimir-Effekt beschreiben könne.
toms hat geschrieben:Wo hast du das denn her? Vergiss den Rest einfach - außer den Casimireffekt selbst, den hast du richtig wiedergegegeben.
Na hier z.B.:

http://www.br-online.de/br-alpha/alpha- ... 698807.xml

So ab 7:00 bis ungefähr 10:00 ist dieser Bereich, in dem es um das geht.
Das war noch einer von Harald Lesch's frühen Beiträgen. Da hat er versucht, einen eigentlich mehrstündigen Vortrag in 15 min zusammenzufassen. Was natürlich sehr schwierig ist und zu Missverständnissen oder sogar Fehlern führen kann.

Der Casimir-Effekt ist wohl keine Erklärung für die Expansion des Universums. Eigentlich ist das Casimir-Experiment nur der "Beweis", dass das Vakuum Energie besitzt.
Man hat schon versucht und es durchgerechnet, ob die Vakuum-Energie für die Expansion verantwortlich sein könnte. Dummerweise ergab sich dabei eine Abweichung zwischen Rechenergebnis und Beobachtung - und nicht gerade eine kleine Abweichung, sondern um ganze 120 Größenordungen (also 10 hoch 120) !!
Und das ist natürlich eine Abweichung, wo man nicht mal eben die Formeln ein bisschen ändern kann, um sich das richtige Ergebnis zu erschummeln.
120 Größenordnungen... das ist so daneben, so falsch, falscher geht's nimmer. ;)

Was also nun wirklich der Motor ist, das weiß keiner. Da tappen wir mehr oder weniger noch im Dunkeln.. ;)

Gruß
Mac
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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von Alexander » 18. Jun 2009, 20:42

Dann zitier ich mich doch einfach mal selbst:
Alexander hat geschrieben:Das ist mir natürlich schon bewusst. Ich habe sowieso vorgehabt, mal alles in meinen eigenen Worten wiederzugeben, ob ich auch alles vestanden habe, das werde ich auch machen, wenn es dir nichts ausmacht, dann zu schauen, ob ich da Fehler drin hab.
Würde das jemand machen, oder nicht?

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von tomS » 18. Jun 2009, 21:23

@Alex: du kannst ja mal versuchen, einen kleinen Beitrag daraus zu machen. Den werden wir dann gerne diskutieren und kommentieren.

@Mac "Was also nun wirklich der Motor ist, das weiß keiner ...". Im Falle der DE meinst du wohl, dass wir nicht verstehen, was sie eigentlich ist. Aber generell expandiert das Universum ja auch ohne die DE, und da verstehen wir die Dynamik sehr gut: die Materie- bzw. Strahlungsverteilung wechselwirkt mit der Geometrie der Raumzeit und führt zu einer Expansionsphase des Kosmos. Die einfachsten kosmologischen Lösungen der Einsteingleichungen führen immer auf ein expandierendes (und später ggf. wieder kontrahierendes) Universum.
Gruß
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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von Alexander » 18. Jun 2009, 22:02

tomS hat geschrieben:@Alex: du kannst ja mal versuchen, einen kleinen Beitrag daraus zu machen. Den werden wir dann gerne diskutieren und kommentieren.
Genau das meinte ich.
tomS hat geschrieben: Aber generell expandiert das Universum ja auch ohne die DE, und da verstehen wir die Dynamik sehr gut: die Materie- bzw. Strahlungsverteilung wechselwirkt mit der Geometrie der Raumzeit und führt zu einer Expansionsphase des Kosmos. Die einfachsten kosmologischen Lösungen der Einsteingleichungen führen immer auf ein expandierendes (und später ggf. wieder kontrahierendes) Universum.

Mit dieser Expansionsphase meinst du aber nicht die Inflation, sonder die fortdauernde, derzeitige Expansion?

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von tomS » 19. Jun 2009, 00:18

Alexander hat geschrieben:Mit dieser Expansionsphase meinst du aber nicht die Inflation, sonder die fortdauernde, derzeitige Expansion?
Ja genau. Es gibt ja offensichtlich drei Phasen der Expansion, die man unterscheiden muss
a) die inflationäre Phase
b) die gewöhnliche Inflation nach der Friedman-Kosmologie
c) die beschleunigte Expansion aufgrund der Dunklen Energie

a) wurde erdacht, um bestimmte Probleme (insbs. Horizont- und Flachheitsproblem) zu lösen; der Nachweis kann nur sehr indirekt stattfinden
b) ist Standard
c) ist weitgehend akzeptiert; einige alternative Zugänge versuchen das als Scheinproblem bzw. Täuschung zu enttarnen

Ich habe Mac so interpretiert, dass er über c) spricht.
Gruß
Tom

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von Alexander » 19. Jun 2009, 15:29

Also gut, dann fasse ich mal ein bisschen zusammen (ich mache es lieber in einzelnen Teilen, ist für euch dann auch einfacher):

Was ist die Inflation eigentlich?

Die Inflationäre Phase des Universums bezeichnet eine Phase, die zwischen 10 hoch -43s und 10 hoch -36s nach dem Urknall begann und bis zum Zeitpunkt 10 hoch 33s nach dem Urknall dauerte. In dieser Phase hatte das Universum eine Temperatur von 10 hoch 27K.
Inlation kommt vom lateinischen "inflationis", was so viel heißt wie anschwellen oder aufblähen. Die Bezeichnung "Inflation" erhielt diese Phase deshalb, da genau das geschah, das Universum hat sich von 10 hoch -35m auf einen Meter aufgebläht. Treibende Kraft hierzu war ein Vakuumzustand, der sich auch falsches Vakuum nennt, der zwar wie das wahre Vakuum frei von Materie, aber nicht frei von Energie war. Zum Zeitpunkt der Inflation befand sich das Universum im Zustand des falschen Vakuums. Durch seinen Zerfall wurde das Universum mit ersten Teilchen, den Quarks angereichert. Hier treffen sich Standard-Urknallmodell und Inflationshypothese, die nur eingebaut wurde, um bestimmte Probleme zu lösen.


Stimmt das mal so weit?

Wo ich mir nicht ganz sicher bin: Das mit dem Zerfall des falschen Vakuums und der dadurch angeregten Entstehung von Quarks. Auf die Inflation folgt ja die Quark-Ära, aber sind diese Quarks da wirklich durch den Zerfall des falschen Vakuums entstanden, oder sind die nur gekommen, weil E=mc² gilt? Oder aus beiden Gründen?

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von gravi » 19. Jun 2009, 19:22

Das hast Du schon ganz prima beschrieben. In Deinem Ausdruck
...dem Urknall begann und bis zum Zeitpunkt 10 hoch 33s nach dem Urknall dauerte.
hast Du übrigens ein (wichtiges!) - vergessen, sonst hätte die Inflationsphase verdammt lange gedauert :wink:

Noch ein ÜBRIGENS: Wenn Du eine Antwort schreibst, siehst Du oben eine Taste mit der Aufschrift "up". Wenn Du die anklickst, kannst Du leicht Hochzahlen erzeugen also z.b. 10 (up drücken) -33 ergibt 10[up]-33[/up] (für Tiefzahlen haben wir auch eine "down"- Taste, z.B. X[down]y[/down]).

Anfügen möchte ich noch, dass der Ausgangspunkt der Inflationsphase die Abtrennung der Starken Wechselwirkung war, was einer Symmetriebrechung entsprach. Das bisher normale Vakuum wurde ein falsches, dessen Druck nun negativ war und das gravitativ abstoßend wirkte. Das blähte das Universum auf.

Die Quarks sind nicht aus dem Zerfall des falschen Vakuums entstanden, sondern wie alle anderen Teilchen auch aus Photonen.
Photonen sind ja nichts anderes als kleinste Energiepakete und wenn sie abkühlen, kondensieren sie quasi zu Materieteilchen aus. Hierin ist auch wieder die Äquivalenz von Materie und Energie versteckt, man kann beide ineinander verwandeln. Umgekehrt könnte man also ein Quark oder ein Elektron so energiereich machen, dass es wieder zum Photon wird.

Gruß
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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von tomS » 19. Jun 2009, 21:28

Ich denke, was den Zerfall des falschen Vakuums betrifft, gibt es noch eine Lücke im Verständnis (nicht in Alexanders :-)

Das Inflatonfeld war ja zunächst mal "da", und es musste dann in andere Teilchen zerfallen. Da wir aber nicht wissen, was das Inflatonfeld ist, können wir auch nicht sagen, in was es zerfiel, nur dass es eben die Teilchen, die ebenfalls "da" waren, anheizte.
Gruß
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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von Alexander » 21. Jun 2009, 01:26

Beides ist ja zerfallen, das Inflatonfeld und das falsche Vakuum. Aber nur das Inflatonfeld hat das Universum mit Teilchen angereichert? Wo ist die Energie des falschen Vakuums hinverschwunden?

Die Teilchen, die da dann entstanden waren ja keine Quarks, welche waren es dann?

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von tomS » 21. Jun 2009, 09:34

Das Inflatonfeld und das falsche Vakuum sind ein und das selbe!

Das Inflatonfeld hat im falschen Vakuum eine hohe potentielle Energie; es zerfällt, d.h. es tunnelt durch die Potentialbarriere und strebt gegen den Wert im wahren Vakum, dabei verringert es seine potentielle Energie, die dann in anderer Form frei wird, z.B. indem es sie auf andere Teilchen überträgt. Der Wert des Inflatonfeldes im wahren Vakuum (das heutige Vakuum des Inflatonfeldes) muss Null sein, denn wir sehen ja kein Inflatonfeld mehr - es ist "weg".

Schau dir nochmal deine Graphik an,da siehst du genau das.
Gruß
Tom

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von Alexander » 21. Jun 2009, 16:20

tomS hat geschrieben:Das Inflatonfeld und das falsche Vakuum sind ein und das selbe!
Achsoooo, bisher hab ich das immer so verstanden, dass das Inflatonfeld ein externes Feld ist, das durch das falsche Vakuum tunnelt. :oops:
tomS hat geschrieben:Das Inflatonfeld hat im falschen Vakuum eine hohe potentielle Energie; es zerfällt, d.h. es tunnelt durch die Potentialbarriere und strebt gegen den Wert im wahren Vakum, dabei verringert es seine potentielle Energie, die dann in anderer Form frei wird,

Kann man sich dieser Vorgang eigentlich nicht so gut vorstellen, weil es Quantenmechanik ist?
tomS hat geschrieben:z.B. indem es sie auf andere Teilchen überträgt.
Und dieser Teilchen waren die Photonen, oder?
Mir ist aber noch nicht so richtig klar, wo die Phtonen, die beim Urknall anwesend waren,herkommen, wo war deren Quelle?
tomS hat geschrieben:Der Wert des Inflatonfeldes im wahren Vakuum (das heutige Vakuum des Inflatonfeldes) muss Null sein, denn wir sehen ja kein Inflatonfeld mehr - es ist "weg".
Wie könnte man das sehen? Du meinst, wenn das Universum so schnelle expandieren würde?

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von tomS » 21. Jun 2009, 16:51

Zum ersten Punkt: stell dir einen Ball vor, der im "falschen" Vakuum liegt, also eine zu hohe Energie im Vergleich zum echten Vakuum hat. Dann tunnelt der Ball in das echte Vakuum. In dem Bild gibt es lediglich einen Ball und seine potentielle Energie - nichts anderes - also kein "Vakuum ohne Ball". Ohne Ball hat nichts eine potentielle Energie. Ohne Ball ist das ganze Bild sinnlos - genauso ist das beim Inflatonfeld.

Die Anschaulichkeit leidet natürlich darunter, dass es Quantenmechanik ist - ganz genau.

Wo die anderen Teilchen herkommen, klären wir separat, sonst wird das hier zu unübersichtlich.

Wie man das Inflatonfeld "sehen" könnte ist natürlich unklar, da wir ja seine Natur nicht kennen. Aber von anderen Feldern wissen wir ja, wie man sie sehen bzw. messen kann (Photonen bzw. el.-mag. Felder über deren Effekte auf Materie; Higgs-Feld über die Masse der anderen Teilchen, ...) D.h. wenn es das Inflatonfeld noch gäbe, bzw. wenn es noch einen deutlich von Null verschiedenen Wert hätte, dann würden wir auch physikalische Effekte erwarten. Aus bestimmten Gründen gehen wir heute davon aus, dass keines der bekannten Felder dem Inflatonfeld entspricht.

Wenn dir alles klar ist, dann kannst du mal einen neuen Thread aufmachen zu dem Thema Inflation ohne Inflatonfeld ... Es gibt nämlich einen Ansatz, wie man ohne dieses sehr künstliche Gebilde auskommen könnte ...

Außerdem wolltest du ja eher was zur Natur der dunklen Energie wissen, also kannst du auch wieder auf diese usrprüngliche Frage zurückkommen ...
Gruß
Tom

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von Alexander » 21. Jun 2009, 17:05

Aber das Inflatonfeld ist das falsche Vakuum, und der Ball stellt den momentanen Wert da, der im ganzen Universum gleich ist? Das Inflatonfeld ist kein externes Feld? Hab ich das so richtig verstanden, oder habe ich schon wieder etwas unter den Tisch fallen lassen?


tomS hat geschrieben:Wenn dir alles klar ist, dann kannst du mal einen neuen Thread aufmachen zu dem Thema Inflation ohne Inflatonfeld ... Es gibt nämlich einen Ansatz, wie man ohne dieses sehr künstliche Gebilde auskommen könnte ...
Könnte ich dann auch schreiben: Inflation ohen falsches Vakuum, da doch das Inflatonfeld und das falsche Vakuum ein und das selbe sind?
tomS hat geschrieben:Außerdem wolltest du ja eher was zur Natur der dunklen Energie wissen, also kannst du auch wieder auf diese usrprüngliche Frage zurückkommen ...
Damit meinst du, warum ich den Thread überhaupt aufgemacht habe?

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von tomS » 21. Jun 2009, 19:57

Also nochmal zum ersten Thema - ich bin mir nicht sicher, ob du das alles schon verinnerlicht hast :

Das Inflatonfeld ist ein hypothetisches Feld, d.h. ein Objekt, das an jedem Punkt im Raum einen bestimmten Wert hat, z.B. wie die Temperatur, ein el.-mag. Feld o.ä. Prinzipiell kann der Wert des Feldes an jedem Punkt unterschiedlich sein (so wie bei der Temperatur eben auch), aber bei der Inflation macht man eine (drastische) Näherung und nimmt an, dass das Feld an jedem Punkt im Raum denselben Wert hat. Dieser Wert wird dann durch den Ball symbolisiert. In Abhängigkeit dieses Wertes kann man dem Feld eine potentielle Energie zuordnen; beim Ball hängt diese von der Höhe des Balls über dem Boden ab (größere Höhe - größere potentielle Energie), beim Inflaton dagegen vom Wert des Feldes. Außerdem hängt der Wert der potentiellen Energie auf relativ komplizierte Weise vom Wert des Feldes ab (siehe deine Graphik).

Ein Vakuum ist nun normalerweise der Zustand niedrigster Energie, ohne Teilchen etc. In unserem Falle wäre das Vakuum der leere Raum ohne Inflatonfeld, also das Inflatonfeld hätte den Wert Null. Im falschen Vakuum hat man nun eine höhere Energie als im echten Vakuum. Warum spricht man dann trotzdem von einem Vakuum? Weil man "lokal" ein Vakuum hat. Wenn man den Wert des Inflatonfeldes um einen kleinen Betrag (um den Wert im falschen Vakuum) ändert, erhält man sofort eine höhere potentielle Energie, d.h. für einen kleinen Wertebereich sieht es so aus, als hätte man ein Vakuum. Wenn man dagegen den gesamten Wertebereich betrachtet, dann stellt man eben fest, dass es einen weiteren Wert (Null) des Inflatonfeldes gibt, für den man ebenfalls ein Vakuum findet. Da die potentielle Energie dort niedriger ist, nennt man dies das echte Valkuum.

Was meinst du mit "kein externes Feld"?

Zu den anderen Fragen:
"Inflation ohen falsches Vakuum ...". Nein, das wirst du schon noch sehen, das ist keine gute Bezeichnung.
"warum ich den Thread überhaupt aufgemacht habe?". Ja genau, über die DE haben wir gar nicht mehr diskutiert.
Gruß
Tom

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von Alexander » 22. Jun 2009, 22:35

Könnte ich dann also auch sagen: Das Inflatonfeld füllte das gesamte Universum aus? Also das gesamte "Innere" des Universums war von dem Inflatonfeld ausgefüllt und innerhalb des Inflatonfeldes trat dann das falsche Vakuum auf?

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von tomS » 22. Jun 2009, 23:29

Jein - du hast es immer noch nicht ganz.

Das Universum war von diesem Feld ausgefüllt - ja, das ist richtig. Warum du speziell das Innere des Universums ansprichst weiß ich nicht; es gibt jedenfalls kein dazu korrespondierendes Äußeres.

Das falsche Vakuum trat nicht im Inflatonfeld auf, sondern das Inflatonfeld befand sich im falschen Vakuum. Dabei ist "... befand sich im ..." nicht räumlich zu verstehen! Das Inflatonfeld kann verschiedene Werte annehmen. Jedem Wert wird eine Energie zugeordnet. Wenn der Wert nun dergestalt ist, dass es keinen benachbarten gibt, so dass dessen Energie geringer wäre, dann befindet sich das Feld in einem Vakuumzustand, d.h. es hat einen Wert, der die Energie (lokal) minimiert.

Jetzt klar?

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Gruß
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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von Alexander » 23. Jun 2009, 18:03

tomS hat geschrieben:es gibt jedenfalls kein dazu korrespondierendes Äußeres.
Wenn man jetzt davon ausgeht, dass es nur unser Universum gibt? Also von Eternal Inflation und anderen Modellen absieht?
tomS hat geschrieben:Das Inflatonfeld kann verschiedene Werte annehmen. Jedem Wert wird eine Energie zugeordnet. Wenn der Wert nun dergestalt ist, dass es keinen benachbarten gibt, so dass dessen Energie geringer wäre, dann befindet sich das Feld in einem Vakuumzustand
Es kann doch diese verschiedenen Werte nur annehmen, weil das Universum expandiert und mit der Expansion die Temperatur runter geht, oder?
Wenn das so ist, hat sich dann das Universum schon vor der Inflation im falschen Vakuumzustand befunden? Ich gehe von deiner Antwort aus:"Wenn der Wert nun dergestalt ist, dass es keinen benachbarten gibt, dessen Energie geringer wäre, dann befindet sich das Feld in einem Vakuumzustand."
tomS hat geschrieben:d.h. es hat einen Wert, der die Energie (lokal) minimiert.
Das habe ich noch nicht geblickt. Momentan habe ich das so verstanden: Man spricht beim falschen Vakuum deshalb von einem Vakuumzustand, weil es einen Wert gibt, der geringer ist, als der des falschen Vakuums. Aber was soll "der die Energie lokal minimiert" heißen?

tomS hat geschrieben:Wenn dir die Begriffe aus der Feldtheorie Probleme bereiten - hast du Lust auf eine Diskussion Feldtheorie-Frage-Antwort? Siehe dazu die Threads unter viewforum.php?f=28&start=0
Ja, dazu hätte ich schon Lust, aber derzeit muss ich noch was anderes machen, worüber ich vielleicht gleich nachher einen Thread aufmachen werde.

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Re: Ist die dunkle Energie ein falsches Vakuum?

Beitrag von tomS » 23. Jun 2009, 19:15

Im wesentlichen scheint dir alles klar zu sein, aber auf einen Punkt gehe ich nochmal ein:

Du musst genau lesen was ich schreibe: "... dass es keinen benachbarten gibt, so dass dessen Energie geringer wäre ..." und "... d.h. es hat einen Wert, der die Energie (lokal) minimiert."

Es gibt zwei Vakuumzustände für das Feld, einen richtigen und einen falschen. Diese haben unterschiedliche Energie für jeweils unterschiedliche Werte des Feldes. Aber in der Umgebung eines Minimums (lokal, benachbart) sieht man das jeweils andere Minimum nicht. Wenn du in einem Tal im Gebirge stehst, dann befindest du dich in einem "Vakuumzustand" = lokales Minimum der Energie. Aber jenseits des nächsten Berges ist ein weiteres Tal - und irgendwo könnte auch ein noch tieferes Tal liegen. Das "echte" Vakuum ist daher global (= über alle Werte des Feldes) der niedrigste Energiezustand.
Gruß
Tom

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