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THEMA: Rückzahlung von Schulden ans Nichts

Rückzahlung von Schulden ans Nichts 14 Okt 2016 13:11 #8844

Das geht jetzt speziell an Josef, aber auch an alle anderen, die es evtl. wissen ;)

Ich hätte mir ja gewünscht, das in das Forum zu Josefs neuer Videoreihe zu setzten, aber das ist ja nur freigeschaltet fürs aktuelle Themengebiet.

Was ich mich schon frage, seit dem ich mich mit dem Thema Urknall befasse, ist wie das Universum in dem wir uns befinden, seine Schulden ans Nichts bezahlt hat.
Im Buch wurde das ja kurz besprochen, im Nichts gibts gewubbel (Fluktuationen, aber ich benutz mal meine Wort ;) ) alles kann kurz entstehen, und wieder verschwinden, weil das Nichts zwar eine potenzielle Energie hat, aber die auch zurück haben will.
Teilchen A entsteht, mit passendem Antiteilchen, die treffen sich, haben sich lieb, und puff, weg sind se, und die schuld ist bezahlt.

Beim Urknall müssen ja 10 hoch hastenichtgesehen viele Teilchen entstanden sein, bei denen dann 99,9999999~ % wieder ihre Antiteilchen gefunden haben, der Rest aber blieb, und wurde zum Universum, erklärt wurde das im Buch mit einem Phasenübergang. Wenn Wasser von flüssig zu fest wird, also gefriert, gibt es Energie ab. Aber wie verhält es sich da rein rechnerisch... Wasser gibt ja beim Gefrieren auch nicht so viel energie ab, dass man aus dieser Energie die selbe Menge Wasserstoff und Sauerstoff herstellen kann.

Dann muss ja dieser Phasenübergang mehr Energie erzeugt haben, als zur Entstehung der Teilchen notwendig war, sonst hätte das Nichts ja alle wieder zurück haben wollen...

Da würde mich mal die Berechnung, bzw. eine genauere Erklärung als im Buch interessieren.

Gruß

Rayko

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 14 Okt 2016 19:44 #8857

RaykoM schrieb: Dann muss ja dieser Phasenübergang mehr Energie erzeugt haben, als zur Entstehung der Teilchen notwendig war, sonst hätte das Nichts ja alle wieder zurück haben wollen...


Genau so habe ich Josef Gaßner auch in Vorträgen verstanden. Zudem hat er immer gesagt, dass die Gesamtenergie des Universums 0 sein muss. Es gibt daher auch negative Energie. Die Fragen, was so die wesentlichen "negativen Energien" sind, konnte er uns nicht beantworten - die Antwort wäre für uns Vortragszuhörer zu kompliziert geworden.

Genau berechnen wird man diesen Phasenübergang nicht können, schon alleine weil man aufgrund der damals herrschenden irrsinnigen Temperaturen keine experimentelle Überprüfung durchführen kann.

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 15 Okt 2016 17:26 #8865

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Hallo RaykoM
Danke für den thread. Das interessiert mich auch.
Auf 10 hoch 9 Antibaryonen gab es 10 hoch 9 + 1 Baryonen. Ich frage mich, ob der "Kredit ans Nichts" bereits zurückgezahlt wurde, oder ob wir uns noch ständig in dem Prozess befinden. Irgendwo wurde schon geschrieben, dass im Falle eines "Big Ripp" sich unser ganzes Universum von jetzt auf sofort in Nichts auflösen würde. Ist das die finale Rate?

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 15 Okt 2016 21:51 #8867

Wenn es stimmt, dass die Gesamtenergie des Universums 0 ist, dann gibt es definitiv nichts zurückzuzahlen.

Ob es einen Big Rip geben wird, weiß derzeit noch niemand - ebenso wenig wie dieser konkret aussehen würde.

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 15 Okt 2016 23:17 #8870

Hallo Rayko, ich hoffe, es geht Dir gut - wir haben uns ja schon länger nicht mehr gesprochen...
vermutlich hast Du noch eine ältere Auflage des Buches - inzwischen habe ich versucht noch mehr auf die Details einzugehen. Insbesondere wollte ich besser darauf hinweisen, dass es sich um ein skalares Feld handelt, das den spontanen Symmetriebruch begeht. Ich hab Dir die entsprechenden neuen Seiten aus der überarbeiteten 3. Auflage als Anlage angefügt.
Zu verschiedenen Punkten:
1.) die Gesamtenergie muss deshalb null sein, weil wir ansonsten die Frage nicht beantworten könnten, wo ihr Wert herkäme
2.) ein Feld nehmen wir deshalb für den Symmetriebruch, weil wir es "gratis" vom Universum bekommen - Du hast ja selbst schon angemerkt, wie schwierig es sich gestaltet mit Materie einen Phasenübergang zu vollziehen, bei dem mehr Energie übrig bleibt als gemäß E=mc^2 für die "Erzeugung" der Materie notwendig ist. Materie ist wegen des hohen Umtauschkurses (Quadrat der Lichtgeschwindigkeit) zu teuer.
3.) die initiale Quantenfluktuation muss also sehr viel mitbringen: Eine Grundkraft, aus der bei niedrigeren Temperaturen weitere Kräfte ausfrieren, ein skalares Feld, das einen geeigneten spontanen Symmetriebruch begeht usw...
4.) negative Energie ist kein mystisches Phänomen. Energie ergibt sich durch das Integral der wirkenden Kraft entlang des Weges. Bei anziehenden oder abstoßenden Kräften ergeben sich jeweils positive oder negative Energiebeträge. Entscheidend für das Verständnis des Phänomens Urknall ist aus meiner Sicht die Erkenntnis, dass ein Nichts, das lediglich aus Quantenfluktuationen besteht, einen negativen Druck ausübt. Druck entspricht Kraft/Fläche oder Energie/Volumen also einer Energiedichte. Negativer Druck entspricht somit einer negativen Energiedichte. Positive Energie wirkt ebenso wie Masse gravitativ anziehend. Negative Energie wirkt antigravitativ - damit basteln wir die Expansion. Je mehr Raum ich zwischen die Materie "expandiere" umso größer wird die potentielle gravitative Energie zwischen den Teilchen. Diese Energie geht mit negativem Vorzeichen in die Gesamtbilanz ein und hebt den positiven Anteil für das Vorhandensein der Teilchen auf.

Ich hoffe, das hilft ein wenig weiter. Nachdem ich heute schon wieder 13 Stunden arbeite bin ich zu didaktischen Höchstleistungen nicht mehr fähig. Ein bißchen spiegelt Deine Frage auch genau das Dilemma wider, das mich letztendlich zu der neuen Reihe "von Aristoteles zur Stringtheorie" motiviert hat. Bei all den Versuchen, theoretische Physik in möglichst verständlichen Bildern zu vermitteln ist mir immer klarer geworden, dass es am Ende doch mathematischer Argumente bedarf um wirkliche Einsicht und wirkliches Verständnis herbeiführen zu können. Dies wird insbesondere bei quantenmechanischen Effekten deutlich und genau darum gehts auch beim Phänomen Urknall.
Herzliche Grüße nach Berlin
Josef
P.S: Im November halte ich einen Vortrag in Berlin - aber leider ist er nicht öffentlich...
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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 19 Okt 2016 21:42 #8956

Hallo Josef,

Danke erstmal für die Kurzfassung ;) etwas klarer wird es jetzt schon, die PDF geniesse ich heute auf dem Tablet, auf Arbeit gönn ich mir das ;)
Und ja, ich hab noch die Erstfassung die ihr mir damals geschickt habt. Da das Buch ein scheinbar lebendiger Prozess ist, warte ich auf die nächste Auflage, und hol es mir dann erneut, um das aktuellste zu haben.

Ich warte mit Spannung auf die neuzeitlichen Episoden deiner Serie bei Youtube, denn dann wird es mir sicher noch klarer, und ich werde wohl noch Literatur brauchen, die diesen Punkt (der Einzige der mir bei der gesamten Zeitleiste von 0 bis jetzt noch Kopfzerbrechen bereitet) noch ausführlicher behandelt.
Und vor Mathe hab ich wenig Angst, ich hab zwar nur Realschulabschluss, aber höhere Mathematik hab ich mir privat rangeschafft, als ich merkte, dass es sonst nicht reicht für das Hobby Astrophysik...

Für Empfehlungen (Literatur) bin ich natürlich dankbar, auch wenn es Studien-Level hat ;)

Und wenn du wiedermal in der Urania (oder anderswo in Berlin) öffentlich vorträgst, werde ich da sein (solang ich den Termin mitbekomme).

Grüße

Rayko

PS: Leider musste ich den Club zumachen, da neue Mitglieder immer nur dann kamen, wenn es Gewinnspiele gab, und die dann auch nicht mehr teilnahmen, wenn das vorbei war. Schade, aber das ist die Geiz-ist-geil-Mentalität heutzutage. Und Aufwand/Kosten waren zu groß um allein da rum zu spielen :(

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 20 Okt 2016 08:34 #8961

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Im Nichts, das heißt im absoluten Vakuum, welches ja in unserem Universum fast existiert (1 Atom auf ein Kubikmeter) gibt es Quantenfluktuationen.
Meine erste Frage: Woher weiß man das?
Ich bin ein großer Fan von Douglas Adams. Seine Helden in seinem Roman Per Anhalter ins All fliegen mit dem Raumschiff Herz aus Gold.
Ein Raumschiff mit dem unendlichen Unwahrscheinlichskeitsdrive. Das heißt, es kann zu jeder Zeit an jedem Punkt des Universums auftauchen. Also eigentlich so wie die Quantenfluktuation.
Ich habe für dieses Modell immer ein Bild vor den Augen, dass es eine übergeordnete Dimension gibt, die jeden Punkt unseres Universums gleichzeitig verbindet.
Aber eigentlich sprengt das meine Vorstellungskraft.
Nun steht in der Überschrift: Rückzahlung von Schulden ans Nichts.
Nun, in meiner Vorstellung existiert dann das Nichts nicht.
Das bedeutet aber wiederum, dass es auch keine kosmische Inflation geben muss, kann.
Alles hängt übergeordnet zusammen und kann ausgetauscht werden und sich in den verschiedensten Formen (Universen) ausdrücken.
Meine 2. Frage: Wie kann man übergeordnete Dimensionen (soweit sie existieren) in dieser Weise nachweisen? Kann man es überhaupt?

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Letzte Änderung: von Ralf. (Notfallmeldung) an den Administrator

Rückzahlung von Schulden ans Nichts 22 Okt 2016 18:14 #9030

Hallo Ralf, die beiden Fragen haben wir doch ausführlich im Buch beackert - bitte im Stichwortverzeichnis unter "Casimir-Effekt" und "Lamb-Shift" nachschlagen und die Diskussion zu Stringtheorie und Schleifenquantengravitation nochmal nachlesen...
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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 23 Okt 2016 11:38 #9033

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Ralf schrieb: ...Ich habe für dieses Modell immer ein Bild vor den Augen, dass es eine übergeordnete Dimension gibt, die jeden Punkt unseres Universums gleichzeitig verbindet...

Grüße dich, ich finde das ist überhaupt kein schlechtes Bild, jedoch mit dieser Dimension komme ich auch nicht klar, bei mir ist es so..... Das es der Raum selbst, also dieses etwas was sich da ausbreitet, ob diese Eigenschaft nun eine weitere Dimension sein muss, OK belassen wir es bei einer weiteren. Es wird drüber gesprochen das es eine Ausbreitungsphase gibt von etwas was früher kleiner war, auf die Frage wo der Urknall war ist die schöne Antwort das dieser Überall war, und nun hat man Probleme Verschränkung zu verstehen?..... kann ich nicht nachvollziehen. Erst bei keiner Interaktion gibt es ein Überlagerungszustand, also ich suche schon Lange nach Widersprüchen deines Bildes, was ich aber finde sind nur Bestätigungen. Wenn das so weiter geht werde ich eine Uni aufgrund eines Hobbys absolvieren, ich bin auch der Überzeugung "zu spät..." ist nur die Definition vergangene Zeit.

Ja ich kann alles, sogar definieren was ich nicht kann.

Man muss noch Chaos in sich haben, um einen tanzenden Stern gebären zu können.
**Der Friedrich**
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Ja ich kann alles, sogar definieren was ich nicht kann.

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 23 Okt 2016 19:01 #9037

Josef M. Gaßner schrieb: 4.) negative Energie ist kein mystisches Phänomen. Energie ergibt sich durch das Integral der wirkenden Kraft entlang des Weges. Bei anziehenden oder abstoßenden Kräften ergeben sich jeweils positive oder negative Energiebeträge. Entscheidend für das Verständnis des Phänomens Urknall ist aus meiner Sicht die Erkenntnis, dass ein Nichts, das lediglich aus Quantenfluktuationen besteht, einen negativen Druck ausübt. Druck entspricht Kraft/Fläche oder Energie/Volumen also einer Energiedichte. Negativer Druck entspricht somit einer negativen Energiedichte. Positive Energie wirkt ebenso wie Masse gravitativ anziehend. Negative Energie wirkt antigravitativ - damit basteln wir die Expansion. Je mehr Raum ich zwischen die Materie "expandiere" umso größer wird die potentielle gravitative Energie zwischen den Teilchen. Diese Energie geht mit negativem Vorzeichen in die Gesamtbilanz ein und hebt den positiven Anteil für das Vorhandensein der Teilchen auf.

Ich hoffe, das hilft ein wenig weiter. Nachdem ich heute schon wieder 13 Stunden arbeite bin ich zu didaktischen Höchstleistungen nicht mehr fähig. Ein bißchen spiegelt Deine Frage auch genau das Dilemma wider, das mich letztendlich zu der neuen Reihe "von Aristoteles zur Stringtheorie" motiviert hat. Bei all den Versuchen, theoretische Physik in möglichst verständlichen Bildern zu vermitteln ist mir immer klarer geworden, dass es am Ende doch mathematischer Argumente bedarf um wirkliche Einsicht und wirkliches Verständnis herbeiführen zu können. Dies wird insbesondere bei quantenmechanischen Effekten deutlich und genau darum gehts auch beim Phänomen Urknall.
Herzliche Grüße nach Berlin
Josef


Ja, das stimmt. Letztlich geht es nicht ohne mathematische Einsichten, wenn man Zusammenhänge in der Tiefe verstehen will. Das habe ich auch schon an verschiedenen Stellen hier im Forum so gesagt.

Auch ich tue ich mir schwer mit „Gesamtenergie gleich Null“.
Vielleicht kann man mal von einem einfachen klassischen Beispiel ausgehen. (Der einfachen Mathematik wegen.)

Es wird eine Masse von der Erdoberfläche mit Fluchtgeschwindigkeit abgeschossen:
Es gilt:

Egesamt = Epot + Ekin = Eo , mit Eo gleich Fluchtgeschwindigkeit.
und weiter
Ekin= Eo- Epot = 0, mit Epot = mMG/R im Unedlichen (als Ergebnis des Wegintegrals über die Kraft)

Die Fluchtgeschwindigkeit, entsprechend der Energie Eo, hebt das Projektil auf unendlich. Dort ist Ekin gleich Null und die potentielle Energie Epot =mMG/R wenn das Projektil beim Radius R gestartet ist.

Auf das Universum übertragen heißt das: Nehmen wir den Grenzfall „flaches Universum“ (ohne Dunkle Energie). Dann kommt die Expansion (nach Friedman) nach unendlich langer Zeit zum Stillstand. Dann würden wir also obige positive Gravitationsenergie haben. (Heute hätten wir eine Summe aus kinetischer und potentieller Energie).

Zu dieser positiven Energie aus Bewegung und Gravitationspotential käme noch das Energieäquivalent aller Massen hinzu.

Es ist schwer zu verstehen, dass diese Gesamtenergie eine Anleihe aus der Inflationsphase sein soll, also einer ganz kurzen Zeit, in der die Energiedichte negativ war.

Wie kann dem Vakuum nach so langer Zeit seine Energie wieder zurückgegeben werden?

Da muss ich gründlich etwas falsch verstanden haben.
Denobio

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 23 Okt 2016 23:40 #9040

Hallo Denobio,

Gestatte mir eine Anmerkung:
Eine normale Quantenflukuation ist dadurch charakterisiert, dass sie vom Vakuum Energie geliehen bekommt und diese ans Vakuum wieder zurückzahlen muss. Je höher die entliehene Energie, umso kürzer die Entleihdauer. Heisenbergsche Unschärfe!
Wenn wir davon ausgehen, nur ein Gedankenexperiment, dass so etwas auch für das Universum gültig sein soll, dann hätte dieses nie entstehen dürfen. Denn der Energieinhalt des beginnenden Nucleus wäre so hoch gewesen, dass die Regeln der QM dafür gesorgt hätten, dass dieser Nucleus sofort wieder kassiertworden wäre.
Nehmen wir aber an, dass es offensichtlich eine Ausnahme von dieser Regel geben kann, dann kann man sich vorstellen, dass es eine Expansion geben kann, die über sehr lange Zeiträume andauern wird.
Die potentielle Energie nimmt dabei zu und die kinetische nimmt ab.
Als Mathematiker würde man sagen, die Expansion des Universums kommt in der Unendlichkeit zum Stillstand.
Gerade das Vorhandensein von Materie könnte aber die Unendlichkeit hier vermeiden. Vielleicht ist sie das Zünglein an der Waage. Vielleicht sorgt diese winzige am Ende verbleibende Materie-oder Energiedichte für die Umkehr.
Ich weiß, reine Spekulation. Aber mit meiner Intuition durchaus vereinbar.
Das Ganze käme aber einer echten Ausnahme der quntenmechanischen Regeln gleich.
Vielleicht sind solche Ausnahmen für ganze Universen möglich, nur innerhalb derselben nicht?
Ein Gespräch zwischen Gamov und Einstein hatte übrigens schon in den 50 oder 60 igern des letzten Jahrhunderts einen vergleichbaren Inhalt, Sternenstehung aus dem Nichts. Einstein wäre fast überfahren worden, weil er so erstaunt überGamovs Gedankengang war, dass er unvermittelt auf die Straße trat und ein Auto scharf bremsen musste, um ihn nicht zu überfahren.
Der Gedanke war: etwas wird aus dem Vakuum entliehen, also Energie (Materie), wird zum Stern, verdichtet sich also in einem Gravitationspotential und gibt diese Gravitationsenergie beim Ableben des Sterns wieder ans Vakuum zurück, abzüglich der verbrauchten Fusionsenergie, die ja durch Strahlung schon vorher ans Universum zurückgegeben wurde.
Wenn man das auf die Dynamik des gesamten Universums überträgt, ist die gedankliche Brücke zu einer lange andauernden Entwicklung aus einer kosmischen Quantenfluktuation nicht mehr weit.
Dann muss man aber deutlich unterscheiden zwischen Quantenfluktuationen außerhalb eines Universums, die ein Universum quasi verursachen und solchen innerhalb eines solchen. Leider kann man solch eine Unterscheidung mit irdischen Mitteln nicht untersuchen.
Also, bitte nicht ungehalten sein, ich darf ja auch mal ein bisschen spekulieren.
Grüße
Thomas

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 24 Okt 2016 00:15 #9042

Hallo Thomas,
"... da muss ich was falsch verstanden haben..." war nicht ironisch gemeint, sondern ganz ernsthaft. Ich würde nämlich gerne die Rechnung zur Energiebilanz = Null sehr gerne auch ausgeführt sehen. Die hat sicher jemand ausgeführt.
Deine Spekulationen sind bei mir sehr willkommen, wenn auch nach meinem Geschmack eine Unterscheidung was innerhalb eines Universum möglich ist und was für ein Universum als Ganzes gilt, sehr unbefriedigend ist. Aber ich bin halt ein alter Mechanicus, der sich eher in der klassischen Physik wohl fühlt.
Das was Alan H. Guth als "free lunch" bezeichnet hat, ist für mich eine ungeheuere story. Aber das Universum ist nach Lage der Dinge entstanden und wir wissen nichts besseres als "Quantenfluktuationen" und Inflation.
Manchmal bzweifle ich die mathematischen Modelle. Und dann rufe ich mich wieder zur Ordnung, weil die mathematische Beschreibung der Natur bisher so unglaublich erfolgreich war. Und ich bin überzeugt: auf diesem Weg geht es weiter.
Vielen Dank! Ich weiss Deine Mühe zu schätzen.
Beste Grüsse Denobio

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 24 Okt 2016 09:58 #9044

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Bitte nicht falsch verstehen, ein wenig Spaß soll auch mal sein:
Wenn ich Schulden hätte und müsste sie ans Nichts zurückzahlen, dann würde ich das nie tun, bin doch nicht blöd!
Allerdings kann ich vom Nichts auch nicht erwarten, überhaupt etwas zu bekommen.
Aber wir haben das Problem, dass die Physiker, Astronomen, Mathematiker herausgefunden haben, dass wir aus dem Nichts entstanden sind.
Nein, das ist nicht ganz korrekt, es war nicht das Nichts, sondern ein fast unendlich kleiner Punkt: 10 hoch minus 35 m (wenn die Zahl nicht ganz stimmt, sorry).
Dann haben wir uns was Großes von einem ganz winzig kleinem Bänker geliehen.
Aber wer weiß schon. was hinter dem Winzling steht. Stellt er nur ein Türchen dar zu einer mächtigen Bank dar?
Oder ist es eine Schaukel- mal links mal rechts immer hin und her: durch den winzig kleinen Punkt.
Schunkeln wir noch ein wenig weiter, bis uns der Saft ausgeht?

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 08 Nov 2016 11:01 #9412

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Ich will nochmal einen Beitrag von Herrn Gaßner vom Oktober hervorholen, weil er mich längere Zeit beschäftigt hat.

Josef M. Gaßner schrieb: Entscheidend für das Verständnis des Phänomens Urknall ist aus meiner Sicht die Erkenntnis, dass ein Nichts, das lediglich aus Quantenfluktuationen besteht, einen negativen Druck ausübt. Druck entspricht Kraft/Fläche oder Energie/Volumen also einer Energiedichte. Negativer Druck entspricht somit einer negativen Energiedichte. Positive Energie wirkt ebenso wie Masse gravitativ anziehend. Negative Energie wirkt antigravitativ - damit basteln wir die Expansion.


Ich finde diese Erklärung unplausibel, weil demnach der negative Druck, mindestens aber ein Feld mit antigravitativer Wirkung schon vor dem Urknall im Nichts existiert haben muss. Dann war das Nichts aber kein Nichts, sondern ein Etwas, ein 'Anti-Higgsfeld', das existierte, bevor es überhaupt Materie gab. Ich glaub das nicht.
Außerdem stimmt die zeitliche Zuordnung nicht. Gravitation entstand erst in der Inflationsphase, Antigravitation dagegen war schon vorher da, sonst hätte es die Inflation ja nicht gegeben.

Ich möchte eine andere Interpretation vorschlagen, die die Quantenfluktuation als Entstehung gegensätzlicher Felder versteht und auch die Energiebilanz zu jedem Zeitpunkt erfüllt, nach dem Prinzip: treffen sich zwei Lichtstrahlen, dann sieht man - bei Phasengleichheit - nichts, weil sich die Lichtwellen gegenseitig auslöschen. Ist das jetzt Null-Energie oder doppelte Energie ? Egal, beim Auseinanderdriften entsteht ein System mit Licht und Gesamtenergie Null, wenn man von 'negativem Licht' sprechen will. Beispiele hinken immer irgendwie, aber das Prinzip ist, glaube ich, deutlich geworden ?

Diese Interpretation widerspricht m.E. nicht der Quantenphysik und kommt meinem Vorstellungsvermögen eher entgegen. Oder nicht ?

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 08 Nov 2016 13:34 #9414

Zitat Josef Gassner:
"1.) die Gesamtenergie muss deshalb null sein, weil wir ansonsten die Frage nicht beantworten könnten, wo ihr Wert herkäme"

Ja so geht es mir auch, wenn auch dieser Satz durchaus eine ironische Komponente hat.

Und physikalisch kann ich die Sache nicht nachvollziehen. Wo liege ich falsch?

Es ist in der Physik erlaubt, zu versuchen, sich mittels überschlägiger Betrachtungen einen Überblick zu verschaffen. (In vielen Fällen, in denen man eigentlich relativistisch rechnen muß, liegt die Newton´sche Betrachtung nur um einen Faktor pi oder zwei falsch).
Aber ich mach es hier noch gröber.

1.
In einer Friedmannexpansion ohne Dunkle Energie hat das Universum „Schwung“, dehnt sich aus und erhöht seine potentielle Energie. In einem klassisch mechanischen Modell haben wir ein Wegintegral entgegen einer anziehenden Kraft und dieses Integral ist positiv. Elementar leicht nachzurechnen. Damit ist zum Beispiel diejenige Variante der Entwicklung des Kosmos, nach der die Expansion (bei hoher Gesamtenergiedichte) einmal zum Stillstand kommt und sich danach wieder zusammenzieht, leicht nachzuvollziehen. Das Ganze funktioniert halt wie ein senkrechter Wurf nach oben, weit unterhalb der Fluchtgeschwindigkeit. (Dazu kommt noch das Energieäquivalent aller Massen und der Strahlung).

2. Nehmen wir die antigravitativ wirkende Dunkle Energie dazu. Durch die dadurch hervorgerufene beschleunigte Expansion haben wir ein Wegintegral in Richtung der Kraft. Dies entspricht einer negativen potentiellen Energie. Für die Dunkle Energie ist es also vorstellbar, dass die positive Energiedichte des neu entstandenen Raumes durch die negative, gravitative potentielle Energie ausgeglichen wird. Die positive Energie nach Abschnitt 1 bleibt aber voll erhalten.

3. Unübersichtlicher (für mich) sind die Verhältnisse in der Inflationsphase. Aber man kann sagen, dass die für einige Zeit herrschende konstante Energiedichte des Inflationsfeldes zu dem Lambaterm der heutigen Friedmann-Ausdehnung gewisse Ähnlichkeit hat. Es entsteht nämlich eine repulsive Kraft, deren Wegintegral zu einer negativen Energie des Gravitationsfeldes führt. Kann diese negative Gravitationsenergie die in der Inflationsphase entstehende große Energiedichte (eines exponentiell expandierenden Raumgebiets) kompensieren? Ich glaube nicht. Am Ende der Inflation haben wir die normale Friedmann Expansion. Die unter 1 beschriebene positive Energie sollte zumindest übrig bleiben.

Nach diesen Überlegungen ist es nicht einsichtig, woher die große negative Gravitationsenergie herkommt, die die unter 1 beschriebene positive Energie ausgleichen soll.

Beste Grüße Denobio

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 09 Nov 2016 14:57 #9446

Eigentlich schade, dass niemand antwortet.
Ich wollte mit meinem Beitrag kein Besserwisser sein, noch widersprechen oder gar provozieren.
Ich wollte nur von einem "Besserwissenden" (Josef Gaßner vielleicht ?) ein kleines bißchen mehr Aufklärung.
Grüße Denobio

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 10 Nov 2016 11:18 #9475

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Mir geht es ähnlich.
Nachdem ich zu meinen Fragen am 8.11. keine Antwort bekommen habe, lege ich in meiner Argumentation zu Widersprüchen in der Energiebilanz des Urknallmodells nach.
Ich habe das Kapitel 2 Urknall nochmal intensiv durchgelesen und mir fiel weiteres auf.

"Wir bräuchten lediglich ein Etwas, das beim Phasenübergang mehr Energie freisetzt, als zu seiner Entstehung notwendig war. Physiker nennen dieses Etwas ... ein Inflatonfeld." (S.83)
Das kann nicht sein ! Das wäre die wundersame Energievermehrung. Sie ist aber auch gar nicht notwendig, weil nach der Inflationsphase die positive Energie durch die antigravitative, negative Energie des Nichts kompensiert wird. Die Energiebilanz stimmt also nach der Inflation in jedem Fall.

Aber, jetzt kommt es, während der Inflationsphase wird die Expansionsenergie nicht negativ gewertet, sondern trägt zur Nullpunktenergie des falschen Vakuums positiv bei. Das ist doch unlogisch, oder ?

Meiner Meinung nach ist das falsche Vakuum so falsch, wie es sich anhört und die Energiebilanz gegenüber dem Nichts zu jedem Zeitpunkt ausgeglichen. Die Expansion und der Phasenübergang sind anscheinend gegenläufige Vorgänge, die sich energetisch gegenseitig kompensieren. Widerspricht diese These der Quantentheorie ?

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 14 Nov 2016 11:45 #9533

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Nachdem ich auf meine Argumentation, dass die Energiebilanz während und nach der Inflationsphase nicht plausibel ist, vom 8. und 10.11 keine Antwort bekommen habe, lege ich ein weiteres mal argumentativ nach. Der Symmetriebruch und die Expansion während der Inflationsphase passen nicht zusammen.

"Brückenbildung ... unterhalb der kritischen Temperatur von 100 Grad Celsius - abhängig von den Druckverhältnissen - ist der Phasenübergang zu flüssigem Wasser vollzogen. Daran erkennt man sehr schön, dass Phasenübergänge stets mit sogenannten Symmetriebrüchen einhergehen. Im dampfförmigen Zustand war es den Molekülen freigestellt, sich um jede beliebige Achse zu drehen. Gefangen in einem Verbund, sind die verbliebenen freien Drehachsen beschränkt auf die Drehung des gesamten Verbundes. Schon haben wir einen Symmetriebruch." (S.74 oben)

Diese Beschreibung einer Verflüssigung oder Kristallisation korrespondiert mit einem Druckanstieg. Die Schaffung einer Ordnung verringert den Raumbedarf. Daher ist dieser Vorgang mit der gleichzeitig stattfindenden Expansion in der Inflationsphase kaum vereinbar. Der negative Druck des Nichts passt als Randbedingung nicht zum Symmetriebruch.
Ich vermute daher eher, dass Symmetriebruch und Expansion gegenläufige Vorgänge sind.

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 14 Nov 2016 22:32 #9550

Hallo Denobio, Dick,

Warum keine unmittelbare Antwort? Falls ihr mich damit meint, so habe ich im Augenblick gerade viel um die Ohren, soll heißen, wenig Zeit.
Aber soviel möchte ich sagen: Es muss unterschieden werden zwischen Symmetriebruch und Assymetrie.
Ersteres ist zurückzuführen auf das Higgsfeld, das dafür sorgte, dass überhaupt Elementarteilchen, sprich elementare Energiekonzentrationen entstanden und das zweite führte zum Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie.
Der Grund für die Expansion an sich ist damit allenfalls berührt, aber schlussendlich nicht begründbar, denn die Paarvernichtung von Materie und Antimaterie liefert, soweit ich weis, nicht den Energieinhalt des Universums, um damit die Expansion zu erklären. Die Paarvernichtung führt zur heutigen Photonendichte des CMB, also der Photonendichte der Hintergrundstrahlung, aber nicht zur Eigentlichen Ursache der Raumzeitexpansion.
Ich hoffe, ein wenig zur weiteren Diskussion beigetragen zu haben
Grüße
Thomas
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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 15 Nov 2016 10:49 #9558

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Hallo Thomas,
vielen Dank für deine Antwort. Das nimmt mir das Gefühl, ins Leere hinein zu argumentieren. Die Unterscheidung von Symmetriebruch und Antisymmetrie macht die Sache klarer, aber erklärt noch nicht die Expansion.

Auch wenn Herr Gaßner die Expansion mit dem Casimir-Effekt scheinbar schlüssig begründet (S.57):
"Der Casimir-Effekt beweist erst mal nur, dass es überhaupt einen negativen Druck gibt und dass er durch Quantenfluktuationen erklärt werden kann. Dafür teilt man das Vakuum, mit Hilfe der leitenden Platten, in einen Bereich mit höherer und einen mit niedrigerer Vakuumenergie... Druck entspricht ganz allgemein einer Energiedichte und Energie wirkt gravitativ: positive Energie gravitativ anziehend, negative Energie antigravitativ. Einzig diese antigravitative Wirkung des negativen Drucks treibt die Expansion an."

Der Casimir-Effekt ist klar, aber kann man ihn auf das Urzeituniversum anwenden ? Die Zone mit höheren Quantenfluktuationen innerhalb des Universums wird auf die höhere Energiedichte zurückgeführt. Die negative Energiedichte im Nichts wird also mit der Energiedichte innerhalb des Universums begründet. Ist das nicht ein klassischer Zirkelschluß ? Genauso könnte ich viel Geld ausgeben und meine Schulden mit dem Gewinn von Anderen verrechnen, um zu einem Nullsummenspiel zu kommen.

Je länger ich darüber nachdenke, desto unlogischer ist mir der Energieüberhang. Viel eher könnte ich mir zwei Inflatonfelder vorstellen, eines mit positiver Energie und eines mit negativer. Man stelle sich z.B. einen Tornado vor, linksdrehend, und einen zweiten rechtsdrehend. Wenn diese übereinanderliegen, herrscht Windstille, ein Nichts. Aber wenn sie auseinanderfallen ist die Hölle los, ganz ohne Energieüberhang.

Ist das Standardmodell wirklich so unumstritten und geben die Gleichungen nichts anderes her ? Ich glaube das einfach nicht.

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 15 Nov 2016 12:31 #9559

  • Ralf
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Ich habe mir die Diskussion hier mehrmals durchgelesen.
Je mehr man darüber nachdenkt, umso unmöglicher wird die Sache.
Materie- Antimaterie Ungleichheit: Entstehung der heutigen Materie.
Casimir Effekt- negativer Druck hervorgerufen durch dicht aneinanderliegenden Platten, Materiestrukturen, Energiedichten?
Quantenfluktuationen- überall im Vakuum, bei höherer Energiedichte häufiger als bei niedrigerer. Aus dem Nichts heraustretende Energieformen
Gravitation- eine der 4 Grundkräfte, die schwächste Kraft aber die alles beherrschende. Sie dellt die Raumzeit ein.
Symmetriebruch- Higgsfeld sorgt für die Entstehung von Elementarteilchen dann Materie
Asymmetrie- nach dem Symmetriebruch Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie Entstehung der heutige Materieform (1;10hoch 9)
Raumzeitexpansion? Wirkt entgegen der Gravitation.
Inflatonfelder (kannte ich noch nicht, musste ich nachschauen bin dadurch auf das Buch von B Green gestoßen: Die verborgene Wirklichkeit, werd ich mir mal zu Gemüte führen)- erzeugen negativen Druck
Strings- winzigste Energiefäden, welche sich nur mit der Existenz von zusätzlichen Dimensionen erklären lassen.
Alles zusammengeschüttelt, nicht gerührt: Unser Universum!
Spaß beiseite.
Mir gefällt der Vergleich von Dick, mit den Wirbelstürmen. Die ganz große Existenz von Allem sind ineinander wirbelnde Felder, welche gegensätzlich "arbeiten" und dann kommt dabei 0 heraus. Aber wehe man trennt sie!
Das ist in ganz großem Maßstab denkbar. Und man muss keine Energie aus dem Hut zaubern.
Und wenn man das im ganz kleinen- auf der Größe der Strings ebenso macht?
Dann würde Vieles passen.
Und die DM ist der Schatten des anderen "Wirbelsturms"?

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Letzte Änderung: von Ralf. (Notfallmeldung) an den Administrator

Rückzahlung von Schulden ans Nichts 15 Nov 2016 17:14 #9572

@Thomas,
wir haben zwei Phasen mit negativem Druck, die zu einer negativen potentiellen Gravitationsenergie führen: in der jetzigen Epoche wegen der Dunklen Energie und während der Inflation (konstante Energiedichte). Mein obiger Überschlag zeigt, dass beide zusammen nicht ausreichen, um die Summe der positiven Energien zu kompensieren.
Beste Grüße Denobio

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 16 Nov 2016 10:16 #9587

Josef M. Gaßner schrieb: 4.) negative Energie ist kein mystisches Phänomen.


Ja, negative Energie ist selbstverständlich kein mystisches Phänomen.

Aber der negative Druck hat durchaus etwas Mystisches. Außer als Eigenschaft des leeren Raumes kommt er nirgends in der Physik vor. Das Phänomen taucht auf, wenn man einen Raum adiabatisch bei konstanter Energiedichte expandiert. Als Folge des Hauptsatzes der Wärmelehre. Entscheidend ist die konstante Energiedichte. Sie ist das eigentlich Mystische.

Die konstante Energiedichte hat Einstein eingeführt. Als eine Integrationskonstante (kosmologische Konstante). In der Friedmann-Expansionsgleichung wird dieser Lambda-Term (wie die kosmologische Konstante auch genannt wird) in die "Dichteklammer" gezogen und fortan als Energiedichte des Vakuums interpretiert.

Bei der kosmischen Inflation stoßen wir auf das gleiche Phänomen. Auch hier expandiert das Inflationsfeld für eine gewisse Zeit bei konstanter Energiedichte. Die Folge: negativer Druck und exponentielle Ausdehnung.

Soweit haben wir die Beschreibung der konstanten Energiedichte als physikalische Annahme und den negativen Druck als befremdliches Ergebnis dieser Annahme, wenn man einen Erhaltungssatz darauf anwendet.

Welche Befunde stützen diese Annahme?
Für die heutige kosmologische Epoche: die beschleunigte Expansion des Universums-
Für die Inflation: sie erklärt einiges, was sich sonst nur schwer erklären läßt.
Experimentell: Casimireffekt.
Dabei gibt es einen großen Widerspruch: die kosmologische Konstante sollte sich quantenphysikalische erklären lassen, tut es aber nicht. Es gibt eine riesige Diskrepanz in der Rechnung.

Bei dieser Faktenlage fällt es mir schwer, negativen Druck und damit Dunkle Energie und Inflationsfeld als physikalische Wirklichkeit zu akzeptieren. Vielleicht ist doch alles ein bisschen anders....... Obwohl mir klar ist, dass wir zur Zeit keine besseren Modelle haben.

Beste Grüße
Denobio

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 16 Nov 2016 14:43 #9593

Josef M. Gaßner schrieb: Druck entspricht Kraft/Fläche oder Energie/Volumen also einer Energiedichte. Negativer Druck entspricht somit einer negativen Energiedichte. Positive Energie wirkt ebenso wie Masse gravitativ anziehend. Negative Energie wirkt antigravitativ - damit basteln wir die Expansion.


Ich merke jetzt erst, dass sich Herr Gassner hier geirrt hat. Muß wohl an 13 Stunden Arbeit liegen.
Wenn man nach dem Ersten Hauptsatz rechnet, entspricht eine adiabatische Expansion mit konstanter, positiver Energiedichte einem negativen Druck. (Nicht wie Gassner oben sagt "negativer Druck gleich negativer Energiedichte".)
Das läßt sich aus p*dV+dE = 0 leicht nachrechnen, wenn man E mit konstanter und positiver Energiedichte mal Volumen substituiert.

So habe ich es auch in allen Abhandlungen gefunden, die ich mir zu diesem Thema beschafft habe, als ich mir Mühe gegeben habe, die Friedmann Gleichung, die Strömungsgleichung, die Beschleunigungsgleichung und die kosmologische Konstante als repulsive Kraft gut zu verstehen.

Deswegen auch meine einstige Bitte, "Gesamtenergie des Universums gleich Null" einmal explizit vorzurechnen.

Beste Grüße denobio

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 16 Nov 2016 21:29 #9626

Null ist doch nichts, oder? Das bedeutet, dass unser Universum von außen betrachtet nichts ist, weil energetisch neutral.

"`Oh dear,' says God, `I hadn't thought of that,' and promptly vanished in a puff of logic.

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 17 Nov 2016 09:35 #9634

Ich weiß nicht, wer es gemerkt hat: in diesem Faden geht es im Moment tatsächlich um Physik. Um ein tieferes Verständnis eines Details, das über die einfache Feststellung, welches Vorzeichen der Energie für gravitative oder antigravitative Wirkung sorgt, hinausgeht. (Wie bereits gesehen, können sich dabei auch mal Könner vertun.)

„Expandiert man einen Raum adiabatisch bei konstanter, positiver Energiedichte entsteht negativer Druck.“

Was heißt das physikalisch? Es ist zunächst ein formales Rechenergebnis, das man mit Hilfe des ersten Hauptsatzes der Wärmelehre erzielt. Die Pointe ist, dass man hierzu auf Erden kein Experiment machen kann. Niemand kann hier einen leeren Raum adiabatisch expandieren bei dem während des Größerwerdens die Energiedichte konstant bleibt. Aber nur wenn die Energiedichte während der Expansion auf wundersame Weise wirklich konstant bleibt, kann man von einem negativen Druck sprechen, der dabei auftritt.

Offensichtlich hat der leere Raum unsres Universums diese Eigenschaft. Aber das nur, wenn es eine Energiedichte gibt, die bei Raumausdehnung konstant bleibt. Wenn es also die Dunkle Energie gibt. Dann quillt der Kuchenteig von selbst. Es sieht so aus, dass der Drang sich auszuweiten, mit neuem Raum und neuer Energie in den Raum zu treten, eine intrinsische Eigenschaft des leeren Raumes ist. Dann ist der negative Druck ein Sog des Raumes auf sich selbst, weil er es einfach liebt, sich energetisch auszubreiten.

Haben wir ausreichend Grund anzunehmen, dass der „Mechanismus“ der Dunklen Energie wirklich existiert. Ich tue mir schwer, ein Phänomen zu akzeptieren, das es nur im Himmel und nicht auf der Erde gibt. Die Physik sollte überall die Selbe sein. Allerdings ist auch wahr: Den leeren Raum des Universums gibt es nur da draußen und nicht auf der Erde.

Ich hätte da noch einen Wunsch. Vielleicht gelingt es, diesen Faden mit physikalischen Beiträgen weiterzuführen. Wer also nur einen Satz mit einer allgemeinen Meinung loswerden möchte, könnte vielleicht dafür einen eigenen Gesprächsfaden aufmachen.

Beste Grüße Denobio

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 17 Nov 2016 11:30 #9639

Hallo Denobio,
Mit der negativen Energiedichte basteln wir die Expansion. Basteln ist wohl im Augenblick das richtige Wort dafür, solange man nicht weiß, was die DE eigentlich ist. Ich versteh aber nicht, warum sich Josef geirrt haben sollte. Er redet doch von der negativen Energiedichte und die ist Energie pro Volumen und nicht Energie mal Volumen. Vielleicht liegt da der casus knaxus?
Grüße
Thomas

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 17 Nov 2016 12:54 #9644

Hallo Thomas,
er redet von negativer Energiedichte und das ist falsch.
Der Lambda-term ist eine positive Enegiedichte und geht positiv in die Friedmanngleichung ein. Wendet man den ersten Hauptsatz auf die konstante positive Energiedichte an, dann bekommt man einen Vorzeichenwechsel: der positiven konstanten Energiediche entspricht einem negativen Druck.

pdV+dE = 0 und weiter pdV+d(Energiedichte mal Volumen)=0,
pdV+konstante Energiedichte mal dV=0
pdV = - konstante Energiedichte mal dV
schließlich p =- konstante Energiedichte.
„Der Druck ist das Negative einer positiven konstanten Energiedichte“.

Mir gefällt mein Beitrag über das Wesen der adiabatischen Expansion bei konstanter Energiedicht, die zu einem negativen Druck führt, immer besser. Ich glaube, meine letzten Beiträge zu diesem Thema sind gut physikalisch.

Mich irritiert folgendes: ich dachte, ich hätte in schöner Klarheit den Gedankenzusammenhang dargelegt und nun sehe ich, dass er offenbar schwer verständlich ist. Dabei habe ich mich über mehrere Beiträge an das Thema „herangepirscht“.

Wenn Du meine Beiträge noch einmal in Ruhe liest, sollte sich das erschließen.

Mir ist klar, dass auch ein Theoretiker nicht immer alle Einzelheiten parat hat. Schnell redet man was von negativer Energie, die zum negativen Druck gehöre. Mir geht es nicht darum, irgend jemand einen Fehler nachzuweisen. Aber das falsche Vorzeichen bei der Energiedichte macht genau die physikalische Pointe kaputt. Stell dir mal die adiabatische Expansion mit konstanter Energiedichte so richtig vor deinen Augen vor. Da entsteht Energie und das geht offensichtlich nur, indem das Vakuum an sich selber saugt (negativer Druck).

Beste Grüße Denobio

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 17 Nov 2016 13:26 #9646

ich weiß auch nicht warum ich dauernd vom zweiten Hauptsatz geredet habe. Ich meinte natürlich den Ersten Hauptsatz der Wärmelehre.
Ich habe das inzwischen korrigiert.
Denobio

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Rückzahlung von Schulden ans Nichts 17 Nov 2016 14:27 #9650

@Thomas,
ich habe schon vor einem halben Jahr die Stelle angemerkt, wo es auch bei Josef ein bißchen durcheinander geht.

In der Friedmannschen Expansionsgleichung addieren sich drei positive Energiedichten, nämlich die der Materie, der Strahlung und der kosmologische Term.

Das sind die drei positiven Energiedichten, die sich bei einem flachen Universum zu Omega =1 addieren.
Dies ist die eine Schiene.

Gewinnt man jetzt aus der Friedmannschen Expansionsgleichung durch Ableiten und unter Zuhilfenahme der Strömungsgleichung die Beschleunigungsgleichung,

so ergibt die Rechnung, dass die positiven Energdichten der Materie und der Strahlung gravitativ wirken, wobei der kosmologische Term antigravitativ wirkt. Bei der Materie und der Strahlung tritt ein „minus“ auf, während der kosmologische Term sein positives Vorzeichen behält. Diese Herleitung macht keinen Gebrauch von der Interpretation der konstanten Energiedichte, die die kosmologische Konstante darstellt, als negativer Druck. Mir scheint "negativer Druck" wird gern aus didaktischen Gründen benutzt, wenn man intuitiv deutlich machen will, dass hier was Abstossendes am Werke ist. Wie gesagt, obige Herleitung kommt zwanglos zu der der Gravitation entgegengesetzten Beschleunigung für eine positve konstant Energiedichte. Jetzt habe ich es aber übertrieben mit der Redundanz. Aber sie soll ja die Mutter der Pädagogik sein. ;)

Ich suche noch die Stelle in der Rechnung, wo das Minus für die gravitativen Beschleunigungen hereinkommt.

Damit haben wir drei positive Energien, zwei wirken gravitativ, der kosmologische Term mit konstanter Energiedichte wirkt repulsiv.

Zu all dem gibt mir die Anwendung des Erste Hauptsatz auf eine adiabatische Expansion mit konstanter, positiver Energie einen Geschmack davon, über welchen Mechanismus die dunkle Energie wirkt. (Nicht was sie ist.)
(Nebenbei, wenn man die potentielle Energie der repulsiven Kraft ausrechnet, so wird sie negativ. Aber das wäre die Überleitung zur Betrachtung der Gesamtenergie des Universums zu der es schon einen Beitrag von mir gibt.)

Ich hoffe, das war für dich etwas erhellend.

Beste Grüße Denobio

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