Dunkle Materie in Frage gestellt

[wilfried]

Guten Tag zusammen

unsere Forscher aus Bonn haben begündet auf Auswertungen mehr und mehr Zweifel an der Existenzberechtigung der Dunklen Materie.

http://nachrichten.t-online.de/studie-w ... 5898/index

Damit liegen die Kollegen auf meiner "Rille". Zunehmend -und das habt ihr ja auch an meinen Beiträgen gemerkt- wächst meine Skepsis an der DM. Ich begünde das dadurch, dass bis heute trotz sehr ausgefeilter Mess- un Beobachtungsmethoden die DM unentdeckt blieb.

Was in diesem kurzen Bericht steht ist wohl wahr: wir müssen eine neue Denkrichtung bzgl der Expansion des Universum -besser des Grundes derselben- suchen und finden! Und dies muss kompatibel sein zu unseren erpropten Theorien und darf sich nicht auf neue windige -nicht nachweisbare- Dinge beziehen.

Gruß

Wilfried

[Orbit]

Der Text enthält nur wenig Information; aber ich nehme an, dass es sich um dieselbe Studie handelt, von welcher hier schon vor acht Monaten die Rede war:
http://www.spiegel.de/wissenschaft/welt ... 49,00.html
Dass Pavel Kroupa ein Verfechter der MOND-Theorie ist, ist keine Neuigkeit.
Er publiziert immer wieder in diese Richtung.

Wenn man in der galaktischen Scheibe der Milchstrasse kaum DM findet, ist das meiner Meinung nach nur ein schwaches Indiz für deren Nichtexistenz. Sollte die im Cluster nämlich homogen und isotrop verteilt sein, fände man hier weniger als ein Promille davon.

Orbit

[tomS]

Ich halte die MOND für künstlich. Außerdem hat sie ihrerseits Probleme, z.B. mit Gravitationslinsen

[wilfried]

Tag zusammen

Wenn man in der galaktischen Scheibe der Milchstrasse kaum DM findet, ist das meiner Meinung nach nur ein schwaches Indiz für deren Nichtexistenz. Sollte die im Cluster nämlich homogen und isotrop verteilt sein, fände man hier weniger als ein Promille davon.

einerseits Zustimmung, andererseits: man hat bis lang noch keinen Beweis!! Es sind z.Zt. immer noch Vermutungen, das darf man eben auch nicht ausser Acht lassen.

Ich halte die MOND für künstlich

... Ich auch!

Ja, es ist von Kroupa. Aber hat denn Kroupa nicht recht, wenn er zweifelt? Er tut es ja nicht grundlos oder um ein Nörgler zu sein. Er fragst sich eben auch: wenn es denn bis jetzt nicht messbar war, sind wir eventuell auf einer falschen Spur?

Dieses eventuell ist ja auch mein Punkt. Ich sage nicht: die DM ist Blödsinn!

Netten Gruß

Wilfried

[Orbit]

Aber hat denn Kroupa nicht recht, wenn er zweifelt?

Natürlich ist es zu begrüssen, wenn es nebst den 'Dunklen' auch die 'Mondsüchtigen' gibt.
Im Ernst: Auch Wege, die der Mehrheit von vorn herein als Holzwege erscheinen müssen wissenschaftlich untersucht werden; denn auch ein ein negatives Resultat wäre wertvoll. So eines wäre zum Beispiel, wenn bewiesen werden könnte, dass Gravitationslinsen mit MOND nicht zu erklären sind.

Orbit

[tomS]

Es ist immer besser, wenn jemand zweifelt, der nicht selbst etwas zu verkaufen hat ...

[seeker]

Ja! Und glaube nur Studien, die du selbst bezahlt hast!

Gibt es wirklich nur diese beiden Alternativen?
Vielleicht liegt des Rätsels Lösung auch in etwas begründet, an das einfach noch keiner gedacht hat.
Vielleicht ist z.B. auch mit den Interpretationen der Messergebnisse etwas nicht in Ordnung? Sie sind ja auch auf gewissen Pfeilern der Physik bergründet.

Spekulation bedeutet auch das Mögliche zu finden, indem man das Unmögliche ausschließt und dann schaut, was übrig bleibt.

Habt ihr Iddeen, was sonst noch möglich sein könnte?

Grüße
seeker

[tomS]

ja, die hier bereits einmal kurz vorgestellten f(R)-Theorien

In der Einsteinschen Theorie ist die Wirkung einfach



wobei R eine bestimmte Kontraktion des Riemann-Tensors ist, d.h. es wurde über alle vier Indizes kontrahiert. Nun kann man Theorien betrachten, wobei die Wirkung komplizierter Formen annehmen kann, z.B.



also z.B.



Derartige Theorien treten auch in bestimmten Szenarien der Quantengravitation auf.

[gravi]

Ich weiß ja auch nicht, woran es liegt.
Man sagt, das Universum expandiert. Mit oder ohne DM. Aber wieso finde ich dann noch immer keinen Parkplatz?

Schelmischen Gruß
gravi

[wilfried]

Tag zusammen

tja, die Diskussion zeigt, dass gerade bei der DM die ganze wissenschaftliche Welt leicht ratlos ist.

Klar ist die Notwendigkeit des Verständnisses oder des Wissens um die Ursache der Expansion eine wichtige Angelegenheit. SOnst kann dies Szenario ja nicht in die aktuellen Weltbilder eingebaut und getestet werden

Netten Grußß

Wilfried

[gravi]

Es gibt gibt ja durchaus diverse Annahmen, aus was diese DM bestehen könnte. Zum Beispiel sehr kalte, sehr kompakte Körper.
Die kann und konnte man sogar nachweisen, durch Microlensing- Effekte.

Für mich bleibt sie jedoch einfach nur schleierhaft. Wenn unsere Galaxis mit einem Halo aus DM umgeben ist, wieso können wir dann nach allen Seiten hindurchsehen? Wie exotisch muss dieses Zeug eigentlich sein, dass es mit nichts wechselwirkt (also auch nicht mit Licht, elektromagnetischen Wellen) und nur gravitativ zu spüren ist?

Gruß
gravi

[Orbit]

Es gibt gibt ja durchaus diverse Annahmen, aus was diese DM bestehen könnte. Zum Beispiel sehr kalte, sehr kompakte Körper.
Die kann und konnte man sogar nachweisen, durch Microlensing- Effekte.

Aus dem Gravitations-Lensing/Microlensing kann doch nur auf die Gesamtmasse eines Clusters, nicht aber auf die Masse des einzelnen DM-Teilchens geschlossen werden.
Schwer wären die Teilchen, wenn sie supersymmetrisch wären. Ob es SUSY-Teilchen überhaupt gibt, weiss man noch nicht. Da wartet man gespannt auf Resultate vom LHC.
Es könnten m.E. aber auch ultra-leichte Teilchen sein. Dann wären sie halt viel zahlreicher.

Gruß
Orbit

[wilfried]

Tag zusammen

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Es könnten m.E. aber auch ultra-leichte Teilchen sein. Dann wären sie halt viel zahlreicher.

....

und warum können die nicht beobachtet werden?? Viele Teilchen ... große Beobachtungsflächen!!

Ich hatte ja mal eine Zusammenfassung über die DM füs Forum geschrieben. Darin sind die verschiedenen Methoden und Ansichten in ihren Grundzügen enthalten. Was mir halt fehlt bei alledem ist die Standfestigkeit auch nur eines Ansatzes!

Orbit sagt:

Code: Alles auswählen

Es könnten m.E. aber auch ultra-leichte Teilchen sein.

Klar kann das, aber was heisst ultra-leicht?? Wir können Elektronengas erkennen. Solche Materie wird von energetischer Strahlung "beleuchtet" und muss damit wechselwirken. Irgendwelche Wellenlängen müssen reagieren, zu Anregungen, zu Leuchten in irengeinem Frequenzbereich führen!!
Nichts, nichts ist da zu sehen.

Leute, dass macht mich so ungeheuer skeptisch. Mir fehlt mehr und mehr der Glaube an die Existenz der DM. Wir sollten uns Gedanken machen, ob denn diese Beschleunigung nicht doch ganz andere Ursachen hat!

Netten Gruß

Wilfried

[tomS]

Neutrinos sind es jedenfalls nicht. Erstens sind die zu leicht, und zweitens müssten sie, um in Galaxien zu klumpen, mit der restlichen Materie im thermodynamischen Gleichgewicht stehen, bzw. abgebremst werden. Dies geschieht jedoch nicht aufgrund der Schäche der Wechselwirkung.

[seeker]

Ich hab dazu noch ein paar spontane Fragen:

Wirken sich virtuelle Teilchen gravitativ aus?

Kann es Teilchen geben, die ausschließlich gravitativ wechselwirken - also nicht mal per schwacher WW?
Falls ja, dann hätten wir ein echtes (Mess-)Problem...

Falls es super-schwere Teilchen gibt, können diese nur im frühen Universum entstanden sein oder könnten sie auch heute noch in ausreichender Zahl entstehen?

Wie sicher kann man heute sein, dass eines der Grundpostulate der Physik richtig ist, nämlich, dass die Naturgesetze, die wir hier lokal sehen überall im Universum unverändert gültig sind? Beispiel: Lichtgeschwindigkeit

Ist es eigentlich denkbar, dass wir auf großen Skalen ein Universum haben, das gebrochen-dimensional ist?
Also nicht 3+1 Dimensionen, sondern z.B. 2,999999 +1 Dimension? Wo kommen die Dimensionen überhaupt her?
Was sorgt dafür, dass es gerade 3+1 sind? Haben wir da die geringste Ahnung und ist dieser Wert überall gleich?
Tom hat das einmal sehr aufschlussreich auf der Basis des anthropischen Prinzips erläutert.
Eine wirklich physikalische Ursache (außer dem Zufall) liefert dieses Argument m. E. aber nicht.

Ist die lokale Raumzeitexpansion unabhängig von der dort enthaltenen Masse?
Was ich meine: Expandiert die Raumzeit, die eine Galaxie enthält genauso, wie der Leerraum zwischen den Galaxien?

Sehr spekulativ - ich weiß! Ich möchte einfach noch ein paar unmögliche Dinge ausschließen.

Beste Grüße
seeker

[tomS]

Wirken sich virtuelle Teilchen gravitativ aus?

Nur wenn sie einen Beitrag zur Energiedichte leisten. Aber das tun sie offensichtlich nicht, dann die um uns stattfndende Vakuumfluktuationen wirken ja offensichtlich nicht gravitativ.

Kann es Teilchen geben, die ausschließlich gravitativ wechselwirken - also nicht mal per schwacher WW?
Falls ja, dann hätten wir ein echtes (Mess-)Problem...

Ja, das wäre denkbar. Das Graviton wäre sicher ein derartiges Teilchen. Das leichteste SUSY-Teilchen verhält sich ebenfalls ähnlich.

Wie sicher kann man heute sein, dass eines der Grundpostulate der Physik richtig ist, nämlich, dass die Naturgesetze, die wir hier lokal sehen überall im Universum unverändert gültig sind? Beispiel: Lichtgeschwindigkeit

Man muss davon ausgehen, dass die lokal bekannten Naturgesetze global gültig sind, sonst könnte man keine Physik betreiben.

[wilfried]

Tag zusammen

Tom schreibt:

Code: Alles auswählen

Nur wenn sie einen Beitrag zur Energiedichte leisten. Aber das tun sie offensichtlich nicht, dann die um uns stattfndende Vakuumfluktuationen wirken ja offensichtlich nicht gravitativ.

Das ist zwar aussagelogisch richtig,sachlich sehe ich das anders:

Nein, virtuelle Teilchen leisten niemals einen Beitrag, da sie real nicht vorhanden sind, können sie keinen realen Impuls erhalten geschwiege denn weitergeben, noch in anderer Form als reales Teilchen agieren.

Netten Gruß

Wilfried

[tomS]

Du gehst davon aus, dass virtuelle und reale Teilchen irgendwie virtuell (nicht real) oder eben real sind. Es ist viel einfacher: virtuelle Teilchen sind zunächst einfach mal mathematische Konstrukte, die ihre Bedeutung durch das Malen von Feynmandiagrammen erhalten. Wir würde sie nicht diskutieren, wenn wir nicht diese Näherungen bräuchten, um die Theorie zu lösen, und wenn Feynman nicht seine Diagramme erfunden hätte.

Also reden wir besser über Vakuumfluktuationen bzw. "das Vakuum". Dann stellt sich die Frage, ob es gravitativ wirkt. Bis auf die ungeklärte Natur der kosmologischen Konstante, die etwas mit der Vakuumenergie zu tun haben könnte, kann man einfach sagen: Nein! Das ist ein experimentelles Faktum. Interessanter ist die Frage: Warum nicht? Warum dürfen wir den Energienullpunkt gerade so festlegen, dass das Vakuum eben Energie Null hat? Es ist bequem das zu tun, aber es ist kein Prinzip bekannt, das das nahelegen oder gar erzwingen würde.

Aber nochmal zu Klarstellung: wir reden hier über DM, nicht über DE o.ä.; man muss das außeinander halten.

[seeker]

Noch einmal, zur absoluten Klärung:

Wenn ich über virtuelle Teilchen nachdenke, dann hat das nichts mehr mit dunkler Materie zu tun, sondern gehört in den Bereich der dunklen Energie?
(Ein "Ja" würde mir genügen.)

Zum experimentellen Faktum: Wie genau ist der Wert "Null" bisher bestimmt?

Grüße
seeker

[Orbit]

Das leichteste SUSY-Teilchen verhält sich ebenfalls ähnlich.

Hier steht auch eine kurze theoretische Begründung, warum das nach dem Standardmodell so sein muss:
http://de.wikipedia.org/wiki/SUSY

Um nicht in Widerspruch zu experimentellen Ergebnissen zu geraten, muss man annehmen, dass Zerfallsprozesse von Superpartnern in Standardmodellteilchen (ohne einen weiteren Superpartner als Zerfallsprodukt) stark unterdrückt oder unmöglich sind (R-Parität). Dadurch ist das leichteste supersymmetrische Partnerteilchen (LSP) praktisch stabil. Da nach aktuellen kosmologischen Modellen in Frühphasen des Universums Teilchen beliebiger Masse erzeugt werden können, stellt ein elektrisch neutrales LSP – etwa das leichteste Neutralino – einen Kandidaten als Erklärung für Dunkle Materie dar[4]

Wenn ich über virtuelle Teilchen nachdenke, dann hat das nichts mehr mit dunkler Materie zu tun, sondern gehört in den Bereich der dunklen Energie?
(Ein "Ja" würde mir genügen.)

Ja.
Ob dir das, wenn's von einem Laien kommt, genügt?

Orbit

[tomS]

Wenn ich über virtuelle Teilchen nachdenke, dann hat das nichts mehr mit dunkler Materie zu tun, sondern gehört in den Bereich der dunklen Energie?
(Ein "Ja" würde mir genügen.)

Jein!

Zunächst mal: Energiedichte erzeugt Raumkrümmung. Nun kann man aber Raumkrümung auch durch die kosmologische Konstante erzeugen. Das ist zunächst eine rein geometrische Betrachtung, da brauche ich noch keine Teilchen oder Felder. Man kann die kosmologische Konstante aber auch formal in den Einsteingleichungen auf die andere Seite schreiben (mit einem anderen Vorzeichen), dann sieht sie so aus wie ein Vakuumenergiebeitrag, der von Materiefeldern stammt. Man kann zwischen diesen beiden Möglichkeiten (noch) nicht unterscheiden.

Die Einsteingleichungen mit kosmologischer Konstante lauten



Umgeformt wäre dies



Im Vakuum wäre dann



Die Frage ist nun, ob die kosmologische Konstante auf der linken Seite geometrischen Ursprungs ist, und ob es dafür eine Erklärung gibt (evtl. ist es einfach nur eine Naturkonstante ohne weitergehende Erklärung - auch das ist eine Möglichkeit). Oder ob man sie auf der rechten Seite als dunkle Energie interpretieren soll und was dann der Ursprung dieser DE wäre.

Üblicherweise erwartet man, dass der Energiebeitrag und die Krümmung des leeren Raumes exakt Null ist. Nun weiß man aber folgendes:
- aufgrund der kosmischen Expansion kann man darauf schließen, dass die Krümmung des leeren Raumes nicht Null ist
- man kann nun spekulieren, dass es eben eine kosmologische Konstante gibt (einfach eine Zahl ungleich Null - fertig)
- man kann auch vermuten, dass es sich dabei eben um den Beitrag von Vakuumfluktuationen von Materiefeldern handelt

Warum nun gerade DE und nicht DM? DM würde wie normale Materie positiv gravitativ wirken; außerdem sollte sie klumpig sein, ca. auf der selben Skala wie sichtbare Materie. Die kosmologische Konstante bzw. die DE könnte dagegen auch negativ gravitativ wirken; diese negative gravitative Wirkung ist das, was man beobachtet. Dies kann sicher nicht von normaler Materie oder DM stammen, also muss es sich bei der DE um etwas anderes handeln. Die kosmologische Konstante bzw. die DE muss außerdem nicht klumpig sein (die komsologische Konstante kann gar nicht klumpig sein, sie hat überall den selben konstanten Wert :-)

Da nun aber die beschleunigte Expansion kein lokaler sondern ein globaler Effekt zu sein scheint, vermutet man eben eine nicht-klumpige Energieform dahinter, die sogenannte DE. Wie gesagt, die Vakuumfluktuationen könnten es sein, müssen aber nicht.

Eine Berechnung im Standardmodell der Elementarteilchenphysik führt auf divergente Werte (Unendlichkeiten), die man üblicherweise als unphysikalisch ansieht und "zu Null renormiert". Das ist konsistent, nur hat man dann a) keine Erklärung, warum genau Null (es handelt sich eben um ein Postulat) und b) keine Erklärung, warum um eine Winzigkeit von Null verschieden.

[wilfried]

Tag zusammen

danke Tom für die klare Darlegung.

virtuelle Teilchen sind zunächst einfach mal mathematische Konstrukte, die ihre Bedeutung durch das Malen von Feynmandiagrammen erhalten

Deutliches JA dazu! Ich habe das nur in diesem Detail nicht angeführt, da es prinzipiell -wie Du es im weiteren Text ja auch sagst- um die DM geht.

Code: Alles auswählen

Warum dürfen wir den Energienullpunkt gerade so festlegen, dass das Vakuum eben Energie Null hat?

zunächst einmal ja, denn es steht frei, diesen zu wählen. Es ist eine Art Offset, der dabei Anwendung findet. Soll heissen, daß in diesem Fall natürlich positive als auch negative Energie erwartet wird.

Aber nochmals zurück zur DM:

meine Frage dazu lautet:

ist es sinnvoll, weiter an die DE "zu glauben" oder ist es nicht eventueller sinnvoll sich um eine andere Möglichkeit der Erklärung zur Beschleunigung des Alls zu kümmern??

Ich halte ebenso die alte DM Denke für etwas arg überaltert und sehe keine besonderen Sinn darin, hier eine geheimnisvolle Materieart unsichtbar oder nicht messbar oder sonst irgendwie nicht feststellbar anzunehmen.

Denn dazu sind unseren Messmethoden mittlerweile zu fein geworden. Wir hätten längst etwas gesehen, gäbe es etwas!

Ich vermute, dass uns ein wesentliches Glied in der Zusammensetzung der kosmologischen Parameter fehlt. Ich habe das gefühl, dass hier viel eher die Wahrheit liegt. Irgendwie ist in einem der Ansätze noch ein klein wenig unberücksichtigt geblieben.

Schauen wir aber einmal hin und schreiben die Teilchen - Horizont Entfernung an und sehen, welche Konsequenzen sich ergeben:

Friedmann - Lamaitre



Die heutige Eigendistanz beträgt

Erläuterung

Die Eigendistanz zu weitest gemessenen Punkt ist der Teilchen - Horizont zur Zeit t. Die zugehörige Horizont Entfernung ist

Daraus abgleitet die ED zu jeder anderem Zeitpunkt:

Das Objekt hat eine Rotverschiebung z und somit ergeben sich die bekannten Graphen (exponetiell ähnliche Eigendistanz über Rotverschiebung.

Konsequenz: Die Beobachtung sammeln immer mehr Daten von weit entfernten Objekten, damit geraten wir immer mehr in Kontakt mit der bezogen auf unseren Zeitort vergangenen Epochen und nähern uns dem Ursprung. Die Inflation wird so mehr und mehr zu einem kausalen Zusammenhang!

Die Horizont Entfernug wird so:



Nun wird allgemein -zumindest desöfteren gesagt:

Im Urzustand des Universums war die dunkle Energie nicht vorhanden oder deren Effekt vernachlässigbar.
Daher wird eben so angestzt.

So kommt dann in der weiteren Darstellung zu einer Horizontdistanz, die, wie man sagt, dominiert ist.

Der momentan angegebene Wert von beträgt Jahre
Die damit verbundene Teilchen - Horizont Entfernung beträgt:



Das Intergal der Beziehung ist konvergent und der Grenzwert für t unendlich beträgt:

19.3 Gpc

Das ist bemerkenswert. Denn das besagt nichts anderes, als dass unser All diese Ausdehnung besitzen wird und eben nicht größer wird

Auch besagt es, dass jedes Objekt innerhalb dieser Distanz in irgendeiner Zukunft wohl messbar sein wird.

Weitere Aussage: Auf Grund des exponentiellen Sättigungscharakters (approximation)



wird der Teilchenhorizont niemals ein Objekt einholen, wenn es denn mehr als diese 19.3 Gpc entfernt wäre. Dieses Licht tät uns nie erreichen, mit anderen Worten: dessen Rotverschiebung wäre unendlich.

Gehen wir nun den nächsten Schritt auf dem Wege des Verständnisses um diese seltsame dunkle Materie ...

Die Weltlinie eines auf einer Koordinate x(t) bewegten Beobachters wird durch


dargestellt. Als Funktion niedergeschrieben:



Das kann über Taylor entwickelt werden zum Punkt Z00 hin
ist der Abbremsparameter und wir integrieren das Gebilde ... wir erhalten:



Schaut man genauer hin, so sieht man, dass der 2. Term nur von q abhängt..
Hier haben wir eine Beziehung, welche die Dynamik des expandierenden Universums ausdrückt.

Der 3.Term hängt von als auch von K ab.
Hier haben wir die Abhängigkeit von der Dynamik und der geometrie des universums.

Werden nur die ersten beiden Terme in Diskussionen verwendet, so ist die Weltlinie Geometrie unabhängig und auch unabhängig von einem kosmologischen Term Kt.

Erläuterung

(nicht verwechseln mit K als Boltzmann Konstante!!!)

Der erste Term beschreibt das lineare Hubble Gesetz.

Der zweite Term wird interessant:



Was folgt aus diesem Term?

1. zunehmende Werte von => geringere Distanzen => mehr Masse (Massendichte größer) dadurch Verlangsamung der Expansion

2. geringere Werte von \Omega_{\Lambda} => geringere Distanzen => geringerer Anteil der Dunklen Energie, die eine Ausdehnung beschleunigt.


Was lehrt uns das Friedmann-Lemaitre Modell?

es ist charakterisiert durch den Massedichteparameter und die kosmologische Konstante als auch die Hubble Konstante

- Die kosmologischen Parameter sind für die Epansion des Universums verantwortlich.
- Der Skalierungsfaktor a(t) des Universums ist eine bislang monoton steigende Funktion.
Heisst: Das Universum war einst kleiner und dichter und auch heisser. Der Grenzübergang a(t) = 0 wird urknall genannt.
- Die Expansion des Universums verurscaht eine Rotverschiebung von Lichtteilchen. Je weiter weg, desto röter.

Man kann nun durch weitere betrachtungen -im Detail führt das zu weit- schliessen:

- Das junge Universum ist definiert mit: =1 und K = 0
- ist z genügend groß gilt:


heisst: es ist eine Materie dominierte Ära

steigt z weiter an, so wird:

heisst: es ist eine Strahlungs dominierte Ära

Unsre Zukunft liegt immer noch genügend weit weg davon: also wir können für uns sagen:
In unserer zukunft dominiert .

- Die Photonendichte wird abnehmen, damit die Energie pro Photon
Konsequenz:

Das Planck Spektrum bei der Expansion wird ein Planck Spektrum bleiben.



Heisst: Das Universum war füher heisser als heute

Konsequenz:

Wir erwaten deshalb energiereichere prozesse in den Frühzeiten des universums.

Auch ohne weitere Detail zu nennen gebe ich einige Konseqeunzen aus der thermodynamischen Diskussion dieser Beziehungen:

- Protonen und Neutronen (Baryonen)
Diese sind zu schwer, um erzeugt zu werden.
Heisst: alle Baryone , die wir heute sehen sind bereits fürher da gewesen. Es kommen keine neuen hinzu. Selbst Myonen sind sehr sicher nicht mehr effizient erzeugbar.

- Elektronen, Positronen, Neitrinos, Antineutrinos, Photonen
Diese sind im Gleichgewicht. Stichpunkte hier:
Comptonstreuung
Paarerzeugung und Annihilation
Neutrino-Antineutrino Streuung
Neutrino-Elektron Streuung

Grund des Gleichgewichts: die 4 genannten Reaktionen müssen genügend häufig ablaufen.
Die Reaktionsraten dieser Teilchen müssen größer als die kosmische Expansionsrate sein.

Auch ohne nähere Begründung: das Ausfrieren (Prozess des Abkoppelns von anderen Teilchen)

Neutrinos frieren bei T ~ 10^10 K aus.
Sie nehmen dann eine andere thermische Verteilung an - bei gleicher Temperatur wie die anderen Teilchen
Deren Expansionsrate bleibt davon unberührt.

Bei temperaturen kleiner 5 10^9 K (0.5 MeV) verläuft der Prozess der Elektron - Positron Paarung nicht mehr effizient.
Die Annihilation jedoch schon.

Konsequenzen:
Die Dichte der und Paare nimmt sehr schnell ab. zerstrahlung dieser Paare in Photonen.
Es wird Energie ins Photonengas gepumpt: => Änderung der Photonenverteilung
Photonen sind aber weiterhin Planck verteilt => Temperaturänderung ohne Annihilation


Die Photonentemperatur wird stärker zunehmen, als die Temperatur zeitgleicher Neutrinos

Konsequenzen:

Die Konstante ändert sich auf Grund der Annihilation. Grund: Die Anzahl relativistischer Teilchensorten wurde dadurch reduziert.

Nach der Annihilation bleibt das Verhältnis Baryonendichte () zu Photonendichte konstant.

Vor der Annihilation gab es genau so viele Elektronen und Positronen wie es nach der Annihilation Photonen gab.

Ich gehe nun wieder etwas zügiger voran ...

Protonen und Neutronen finden sich zu Atomkernen zusammen ... Temperatur und Dichte sind ausreichend zur Promordialen Zündung: Nucleosynthese. Erste Reaktionen Zerfall des freien Neutrinos nach 887 Sekunden.

und so weiter und so fort ...

Wir kommen dann nach einer läger dauernden Betrachtung der Massebeziehungen, Teilchenbeziehungen zu heutigen Zahlen:

Aussage (aus Erfahrung): es gibt keine Systeme, die Deuterium D produzieren; heisst: alles an D ist primordial!

Das Verhältins Wasserstoff H zu Deuterium D beträgt:



Die Hubble Konstante: H_0 ~ 70 km/sec / Mpc

Die baryonische Massendichte:

Erläuterung

(muss heissen: ist ungefähr .. \simeq nimmt der tex hier nicht an!

Konsequenzen:

- Barynonen stellen nur eine Minderheit der Masse des universums. Der Rest muss demzufolge nicht-baryonischer Art

sein.

- Neutrinos besitzen keine oder nur eine äußerst gernige Ruhemasse. Sehr sicher kleiner als 1eV
Sie sind die aussichtsreichsten Kandidaten für die DM

Ist m_v << 1MeV wären massive Neutrinos äußerst relativistisch zum Zeitpunkt ihrer Entkopplung.
Konsequenz: deshalb nehmen wir an:

Die Dichteparameter jeder Neutrionosorte kann berechnet werden:



Heutige Neutrinodichte:

- Hätte ein Neutrino dann könnte es die DM erklären.
Nur sind die -heute bekannten Grenzen (aus Oszillationsexperimenten bekannt)- < 2eV


- WIMP: Argumentatio ähnlich der für Neutrinos. Schwere WIMP sind denkbar. Grund: sie waren bei der Neutrinoentkopplung und auch der Kernsynthese vorhanden.
WIMPs trugen aber zur Expansionsrate genaus so wenig bei, wie die Baryonen (heutiges Verständnis)



Zusammenfassend ist zu sagen:

Ich habe eine kleine Zusammenfassung der Erkenntnisse dargestellt, da ich merkte, dass die rein verbale Diskussion nur zu Missverständnissen bzw. zu Ungenauigkeiten führt. Ich habe viele Details übersprungen, nur di wesentlichen Aussagen ein wenig erörtert. Man möge mir dies verzeichen

Aber:

Ihr seht, dass einige Aussagen lange nicht auf festen Füssen stehen. Sie sind begleitet von durchaus vernünftigen Annahmen, aber eben Annahmen.

Deshalb meine ich:

Schaut man sich die Weiterentwicklung der kosmologischen Konstante hin zu den kosmologischen Parametern an, so liegt auch hier eine Menge an Potential, welche die Expansionsrate des Universums besser erklären mag. Auch wird eine Weiterführung -eine Intensivierung- der frühen Teilchenprozesse sowie der heutigen Teilchenprozesse eventuell eine Verfeinerung der Konsequenzen bzgl Masseverteilung ergeben.

Ich weiss es nicht.

Netten Gruß

Wilfried

[Orbit]

wilfried
Hab Dank für deine ausführlichen Überlegungen zur DE. Warum du die aber so einleitest...

Aber nochmals zurück zur DM:

meine Frage dazu lautet:

ist es sinnvoll, weiter an die DM "zu glauben" oder ist es nicht eventueller sinnvoll sich um eine andere Möglichkeit der Erklärung zur Beschleunigung des Alls zu kümmern??

Ich halte die alte DM Denke für etwas arg überaltert und sehe keine besonderen Sinn darin, hier eine geheimnisvolle Materieart unsichtbar oder nicht messbar oder sonst irgendwie nicht feststellbar anzunehmen.

... verstehe ich nicht.
Hast du dich nur verschrieben oder unterscheidest du tatsächlich nicht zwischen DM und DE?

Orbit

[wilfried]

Tag Orbit

ja, da hast Du mich auf einen Schreibfehler aufmerksam gemacht, der leider ab und zu passieren kann.

ich wollte schreiben:

Code: Alles auswählen

ist es sinnvoll, weiter an die DE "zu glauben" oder ist es nicht eventueller sinnvoll sich um eine andere Möglichkeit der Erklärung zur Beschleunigung des Alls zu kümmern??

Ich halte auch die alte DM Denke für etwas arg überaltert und sehe keine besonderen Sinn darin, hier eine geheimnisvolle Materieart unsichtbar oder nicht messbar oder sonst irgendwie nicht feststellbar anzunehmen.

Ich korrigiere das glecu im Orginaltext

Danke nochmals und Gruß

Wilfried

[tomS]

Warum dürfen wir den Energienullpunkt gerade so festlegen, dass das Vakuum eben Energie Null hat?

zunächst einmal ja, denn es steht frei, diesen zu wählen. Es ist eine Art Offset, der dabei Anwendung findet. Soll heissen, daß in diesem Fall natürlich positive als auch negative Energie erwartet wird.

Nein, nicht wenn wir die Gravitation betrachten. Ohne Gravitation gebe ich dir recht, man kann den Energienullpunkt beliebig wählen; aber mit Gravitation führt eine von Null verschiedene Energie auch zu einer von Null verschiedenen Raumkrümmung. Man kann das nicht mehr durch eine Konvention regeln, sondern benötigt eine quantitative Vorhersage einer geeigneten Theorie.

Aber nochmals zurück zur DM:

Denn dazu sind unseren Messmethoden mittlerweile zu fein geworden. Wir hätten längst etwas gesehen, gäbe es etwas!

Wenn es sich um WIMPS mit SUSY bzw. R-Parität handelt, dann sind dies bzgl. der uns bekannten WWs sterile Teilchen, d.h. sie wechselwirken außschließlich gravitativ, man kann sie mit keiner uns ggw. zugänglichen Methode "sehen". Grund: bei Erhaltung der R-Parität kann das jeweils leichteste SUSY-Teilchen immer nur mit anderen SUSY-Teilchen wechselwirken, nicht jedoch mit uns bisher bekannten Teilchen. Ausnahme sind genügend hochenergetische Teilchenbeschleuniger, ggf. der LHC, in denen Prozesse oberhalb dieser Schwellenenergie möglich werden.