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THEMA: Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie

Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 22 Jan 2017 10:44 #11451

Ich habe kürzlich ein paar Videos zu Dunkler Materie geschaut und, mal abgesehen davon das niemand weiß was Dunkle Materie eigentlich ist, verstehe ich ein paar Dinge dazu nicht, insbesondere zu Wimps. (Es könnte natürlich auch sein, das es überhaupt keine WIMPs gibt, dann muss es aber MACHOs geben, oder etwas mit der allgemeinen Relativitätstheorie nicht stimmen, und danach sieht's derzeit eher nicht aus.)

1) Wenn Dunkle Materie dafür verantwortlich ist, dass die Rotationsgeschwindigkeit von Sternen in Galaxien mehr oder weniger konstant nach außen ist (mal abgesehen vom Kern, wo die Sterne wie sich wie ein starrer Körper verhalten), würde das nicht bedeuten, dass es weiter außen in Galaxien mehr Dunkle Materie gibt als weiter innen?

Ich könnte mir zwar vorstellen, dass dem so ist weil ein Dunkle-Materie-Partikel der sich weit außen und relativ zur Galaxis in Ruhe befände natürlich nach innen fallen würde, dabei immer schneller werden würde und auf der anderen Seite wieder herausfallen würde. Das würde bedeuten, das es deswegen weniger dunkle Materie im Inneren von Galaxien gibt, weil sie sich da kürzer aufhalten. Weil sie mit nichts interagieren kann man sie auch nicht stoppen, es sei denn durch einen direkten Treffer auf ein schwarzes Loch, was sehr unwahrscheinlich ist.

Allerdings liegt doch viel mehr Dunkle Materie als gewöhnliche Materie vor. Wenn sich gewöhnliche Materie in Ansammlungen von dunkler Materie dann müsste doch die größte Ansammlung von dunkler Materie im inneren von Galaxien sein und der Effekt genau umgekehrt: Sterne weiter außen müssten sich noch viel schneller bewegen als man es es aufgrund der sichtbaren Materie erwarten würde, weil sich viel mehr Materie im Inneren der jeweiligen Galaxis befindet, als es den Augenschein hat. Wenn es mehr dunkle Materie als sichtbare Materie gibt, dann müsste sich doch letztere nach ersterer richten und nicht umgekehrt.

2) Wieso nimmt man an, dass man WIMPs entdecken kann (sofern sie denn existieren), wenn sie mit einem Atomkern kollidieren, so wie beim CDMS zum Beispiel. Wenn die ausschließlich gravitativ wechselwirkt, würden die nicht einfach durch Atomkerne hindruchfallen und sie nicht groß um die scheren? Eine "Kollission" setzt ja voraus das eine Wechselwirkung stattfindet. Neutrinos sind ebenfalls schwer zu entdecken, aber die nehmen wenigstens noch an der schwachen Wechselwirkung teil und können entsprechende Zerfälle oder Reaktionen auslösen.

3) Ich habe immer wieder von "Verklumpungen" dunkler Materie gehört und der Möglichkeit, dass man sie via ihres Gravitationslinsen-Effektes entdecken könnte. Da nun aber dunkle Materie per Definition eine Ruhemasse haben muss, warum sollte sie überhaupt einen Körper ausformen? Das einzige was gewöhnliche Atome daran hindert ineinander zu fallen ist ja die Elektromagnetische Wechselwirkung. Neutronensterne werden durch den Fermidruck daran gehindert, zum schwarzen Loch zu werden. Wenn dunkle Materie verklumpen würde, müsste sie dann nicht sehr schnell schwarze Löcher ausformen, weil die üblichen Mechanismen die dafür sorgen, dass Materie bestehen bleibt, bei WIMPs nicht greifen? Warum geht man davon aus, dass schwarze Löcher vorwiegend aus kollabierten Sternen bestehen, nicht aber dunkler Materie? Warum sollten Sterne im Außenbereich einer Galaxis nicht zu einem erheblich Anteil aus dunkler Materie bestehen? Wenn sich Galaxien bilden können, indem sich gewöhnliche Materie in Ansammlungen dunkler Materie sammelt, warum sollte das nicht auch im kleinen bei Sternen funktionieren? Dann müsste es Sterne geben, die viel heller brennen und viel mehr Masse haben, als die Menge an Wasserstoff und Helium in ihnen das rechtfertigen würde.
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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 22 Jan 2017 11:27 #11452

Im folgenden gehe ich davon aus, dass die DM-Hypothese zutrifft. Unsere Annahmen über DM sind begrenzt, da wir die entsprechenden Teilchen nicht detektieren können. Ich versuche zu antworten, soweit ich etwas dazu sagen kann.

1.) Für DM wie SM (sichtbare Materie) gilt die Drehimpulserhaltung. SM verfügt aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung über Mechanismen, Drehimpuls an andere Teilchen zu übertragen. Daher kann SM wesentlich leichter und schneller verklumpen und sich zu einem guten Teil im Zentrum sammeln.

Die SM orientiert sich nach der DM. Die DM hat sich schon im frühen Universum großflächig verdichtet - und in diesen Verdichtungen sind die Galaxien der SM entstanden.

3.) Warum sich DM verklumpen kann, wundert mich auch. In jedem Fall verklumpt sie sehr viel schlechter als SM und genau deshalb erwartet man keine SL durch Verklumpung der DM.

Nach meinem Verständnis fliegt DM durch Sterne einfach durch. Ebenso denke ich, dass ins SL nur die DM hineingelangt, die direkt dort hineinfliegt.

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 22 Jan 2017 12:16 #11455

Hi ClausS
...interessant und tschuldigung wenn ich mich einmische...

ClausS schrieb: Die SM orientiert sich nach der DM.

Wie weit kann man hier gehen? Ist es eine direkte Abhängigkeit? Kann man sagen ohne DM existiert keine SM und umgekehrt?
Hast du hier grob eine Richtung, einen Fachbegriff oder Link an dem man sich orientieren oder mit dem man weiter arbeiten könnte?
Das beschäftigt mich gerade sehr :)

ClausS schrieb: In jedem Fall verklumpt sie sehr viel schlechter als SM.......

Kann diese Eigenschaft als Antrieb "des Ganzen" gesehen werden? Eine Dynamik muss ja irgendwie entstehen. Irgenetwas muss selbst bei adiabatischer Expansion "an einen Kolben" ziehen.

viele Grüße

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 22 Jan 2017 15:16 #11456

Also, man geht davon aus, das sich die sichtbare Materie im kosmischen Filament der dunklen Materie anordnet. Wenn es keine dunkle Materie gäbe, dann hätte es nicht genug Materie im Universum gegeben damit sich Galaxien und Sterne oder gar Planeten hätten formen können. Die Materie wäre überall im Universum gleichmäßig. Wenn es tatsächlich keine dunkle Materie gibt, dann muss es da noch einen anderen Mechanismus geben, von dem wir noch nichts wissen. Es wäre natürlich leichter darüber Aussagen zu machen und zurückzuschließen was in der Frühphase des Universums denn passiert sein könnte, wenn man wüsste, was dunkle Materie eigentlich ist.

(Disclaimer: Ich bin kein Physiker, meine Aussagen sind als Hörensagen zu betrachten.)

Wenn nur der Large Hadron Collider uns mal zur Abwechslung etwas zeigen würde, was wir noch nicht wissen könnte das weiter helfen und wenn nur in der Energiebilanz ein ganz kleines bisschen fehlt.

Was mich aber immer noch wundert ist das mit den Experimenten zu dem Thema. Ich habe gerade noch mal das aktuelle Video mit Josef Gaßner dazu gesehen, da erklärt er in groben Zügen diese Experimente flüssigem Xenon. Insbesondere dem LUX Experiment in South Dacota. Also noch mal die zweite Frage: Wie soll denn etwas, das an keiner Wechselwirkung teilnimmt außer eben der Gravitation, mit einem Atomkern kollidieren können? Wäre so einem Dunkle-Materie-Teilchen nicht schnurz ob es sich zufällig gerade am selben Ort aufhällt wie ein Proton?


Ich wünsche den Experimenten jedenfalls viel Glück. Wenn man schon dermaßen penetrant viel hochreines flüssiges Xenon zusammenkarrt, könnte einem die Natur ja schon mal ein bisschen entgegen kommen!
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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 22 Jan 2017 16:25 #11458

seb110 schrieb: ...interessant und tschuldigung wenn ich mich einmische...


Dafür schreiben wir hier. ;)


seb110 schrieb:

ClausS schrieb: Die SM orientiert sich nach der DM.

Wie weit kann man hier gehen? Ist es eine direkte Abhängigkeit? Kann man sagen ohne DM existiert keine SM und umgekehrt?
Hast du hier grob eine Richtung, einen Fachbegriff oder Link an dem man sich orientieren oder mit dem man weiter arbeiten könnte?
Das beschäftigt mich gerade sehr :)


Was ich mit diesem Satz meinte: Die DM hat zuerst begonnen, sich in bestimmten Raumregionen mehr zu konzentrieren als in anderen. Zu der Zeit wurde die SM noch von hochenergetischer Strahlung auseinander getrieben.

Da wir nicht einmal wissen, was die DM eigentlich ist, können wir über ihre Entstehung nicht wirklich was sagen.

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 22 Jan 2017 19:14 #11464

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gibt es auch eine Anti-Dunkle Materie und Anti-Dunkle Energie?

vielleicht gab es ja mehrere Urknalle. Beim ersten entstand Dunkle Energie, beim zweiten Dunkle Materie und beim dritten Materie.

nur so eine Idee.

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 22 Jan 2017 19:51 #11465

Das "Anti-" bezieht sich auf das Vorzeichen der Ladung. Wenn DM nicht elektromagnetisch wechselwirkt, dann hat sie vermutlich keine Ladung.

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 22 Jan 2017 19:55 #11467

1234 schrieb: vielleicht gab es ja mehrere Urknalle. Beim ersten entstand Dunkle Energie, beim zweiten Dunkle Materie und beim dritten Materie.


Wie soll denn das gehen? Mehrere Urknalle für ein Universum?

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 23 Jan 2017 16:56 #11472

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Hallo,

ich gehe davon aus, das wir von Teilchen reden, die wie in der Sonne fusionieren und so größere Teilchen entstehen.

Dabei gibt es eine Urkraft die aus purer Energie einen Raum formte. Dunkle Energie ist ein Teilchen. Das nächstgrößere Teilchen ist die Dunkle Materie und daraus entstand die Materie. Und die Fusion ist im Urknall passiert.

Das ist natürlich nur eine Annahme. Kein gesichertes Wissen.

Gruß 1234

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 14 Feb 2017 08:43 #11949

Zusatzfrage / Idee:
In den Bereichen hoher Konzentration der DM müssten doch auch andere "Anomalien" zu beobachten sein (außer Gravitationslinsen-Effekt etc.), z.B.
- niedrigere "Schwellen- / Grenzmasse" für die Entstehung von Neutronensternen, Schwarzen-Löchern weil ja die Raumzeit schon "vor-gekrümmt" ist d.h. weil sich die Gravitationswirkung der DM und SM addieren ??

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 14 Feb 2017 10:48 #11953

stargazer schrieb: Das "Anti-" bezieht sich auf das Vorzeichen der Ladung. Wenn DM nicht elektromagnetisch wechselwirkt, dann hat sie vermutlich keine Ladung.

Naja, wir definieren sie als nach außen hin "neutral" könnte im Inneren aber aus z.B. ++ und - - bestehen, und hätte dann auch Anti-Teilchen.

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 14 Feb 2017 10:51 #11954

Rabenschwinge schrieb: oder etwas mit der allgemeinen Relativitätstheorie nicht stimmen, und danach sieht's derzeit eher nicht aus

Ich halte es für durchaus denkbar, dass uns ein paar zusätzliche Terme in der ART fehlen. Die die wir kennen stimmen soweit wir das je versucht haben es experimentell zu bestätigen, aber wer sagt uns, dass da nicht noch mehr ist, was nur nicht von Einstein ff formuliert wurde?

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 14 Feb 2017 12:21 #11958

Madouc99 schrieb:

Rabenschwinge schrieb: oder etwas mit der allgemeinen Relativitätstheorie nicht stimmen, und danach sieht's derzeit eher nicht aus

Ich halte es für durchaus denkbar, dass uns ein paar zusätzliche Terme in der ART fehlen. Die die wir kennen stimmen soweit wir das je versucht haben es experimentell zu bestätigen, aber wer sagt uns, dass da nicht noch mehr ist, was nur nicht von Einstein ff formuliert wurde?

Ein bißchen kann ich an dieser Stelle hier dazu beitragen, dunkle Materie ist nicht wirklich mein Thema:

Selbst Einstein hatte (Angesichts der Quantenmechanik) angemerkt das die ART angepasst werden müsste. Er selber hat in den Jahren nach der Veröffentlichung sich an Anpassungen versucht und ist, wie allen anderen auch die bis heute sich daran versucht haben, gescheitert.

Im APS April Meeting 2014 gab es einen ausführlichen Beitrag was warum und wieso für dunkle Materie spricht, das sollte IMHO noch up to date sein.


Ich selber hatte vor 2 Jahren bei einem Beusch des Radioteleskops in Effelsberg die Gelegenheit das Thema in einem anregenden Gespräch mit einem Wissenschaftler vor Ort zu erörtern: Abwarten und Tee trinken, es gibt auch Gründe die dagegen sprechen, z.B.: Selbst wenn man ein Teilchen findet muss man dazu dann auch erklären warum die DM zwar Gravitation erzeugt aber selber nicht zusammen klumpt. Das ist alles gar nicht so einfach.

Soweit ich richtig informiert bin haben wir mittlerweile die Messgenauigkeiten für den Nachweis des theoretischen Teilchens erreicht, aber...

Andreas.

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 14 Feb 2017 12:39 #11959

Gibt es eigentlich negative Tensoren in der ART?

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 14 Feb 2017 16:52 #11964

Madouc99 schrieb: Gibt es eigentlich negative Tensoren in der ART?

Ähm... da sag ich jetzt mal nein. :unsure:

Es gibt Tensoren 0. Stufe, 1.Stufe, 2.Stufe... kovariante Tensoren, kontra kovariante Tensoren, einen vierfach kovarianter Krümmungstensor, Reimann-Tensor, Ricci-Tensor... bitte nicht danach fragen, der Mathematik kann ich nicht die Bohne folgen. Nur den Gedankengängen und das im manchen Fällen auch nur grob. Der Kram ist echt :sick: ist mir schier ein Rätsel wie Albert da drauf gekommen ist.

Wenn Deine Frage auf die Krümmung des Raumes abzielt, der durch Gravitation quasi zusammengezogen wird:

100% nein, eine Raumkrümmung die den Raum quasi aufdrückt (und dadurch abstoßend wirken würde) hat man nicht gefunden, noch nicht mal einen Hinweis darauf. Das gab es nur einmal während der Inflation.

Andreas.

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 14 Feb 2017 17:17 #11965

Andreas Killer schrieb: 100% nein, eine Raumkrümmung die den Raum quasi aufdrückt (und dadurch abstoßend wirken würde) hat man nicht gefunden, noch nicht mal einen Hinweis darauf. Das gab es nur einmal während der Inflation


Merkste selbst oder? Entweder ist es völlig undenkbar und nicht existent oder eben doch.

Könnte man nicht die Expansion des Universums genau damit erklären? Vermutlich sind Inflation und beschleunigte Expansion genau damit erklärbar. Die ART lässt uns die Geometrie der Raumzeit berechnen die wir als Reaktion des Vorhandenseins von Massen annehmen. Unsere Modelle sind jedoch immer zweidimensional, wir sehen einen Trichter in den meisten Veranschaulichungen, aber es müsste doch eigentlich ein dreidimensionales Zusammenziehen der Raumzeit sein, ähnlich wenn ich ein Teil eines Schwammes zwischen meinen Fingern zusammendrücke (Schwamm = Raumzeit; meine Finger = Masse)

Es will mir einfach nicht in den Kopf, warum sich alle auf "Dunkle Materie" verständigt haben, wo es doch so einfach vorstellbar ist, dass es theoretisch auch ein "Aufdrücken" -wie du es nennst- der Raumzeit geben könnte. Eine ART mit anderen Vorzeichen sozusagen. Antigravitation.

Tatsächlich würden wir die Wirkung der Antigravitaiton nur als verstärkte Gravitation beobachten, da sie als Vektor in die gleiche Richtung zeigt wie die Gravitation. Lediglich der Betrag würde sich erhöhen. Und wenn ich das DM Konstrukt richtig interpretiere, dann wird versucht damit genau diesen Effekt zu erklären, nämlich das Beobachten von mehr Gravitation als eigentlich aufgrund von Massen alleine da sein dürfte.

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Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 14 Feb 2017 22:19 #11968

Andreas Killer schrieb: Der Kram ist echt :sick: ist mir schier ein Rätsel wie Albert da drauf gekommen ist.

Afaik isser das nich, jedenfalls nicht alleine. Er hatte die Idee wie Gravitation funktionieren muss. Um das in mathematische Form zu gießen hat er mit dem Mathematiker Marcel Grossmann zusammengearbeitet.


PS:
Ich hab zugegebenermaßen auch noch nicht kapiert wie man mit Einstein numerisch berechnen kann wie sich Objekte in einer von mehreren Gravitationsquellen gekrümmten Raumzeit kräftefrei weiterbewegen -- was mt Newton überhaupt kein Problem ist.

assume good faith

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assume good faith

Verständnisfragen zu Annahmen über Dunkle Materie 15 Feb 2017 09:15 #11978

Madouc99 schrieb:

Andreas Killer schrieb: 100% nein, eine Raumkrümmung die den Raum quasi aufdrückt (und dadurch abstoßend wirken würde) hat man nicht gefunden, noch nicht mal einen Hinweis darauf. Das gab es nur einmal während der Inflation

Könnte man nicht die Expansion des Universums genau damit erklären? Vermutlich sind Inflation und beschleunigte Expansion genau damit erklärbar.


Ja, nein, keine Ahnung. :silly:

Bei der theoretischen Inflation waren allerdings die Energien extrem hoch, hätte ich besser nicht anmerken sollen. Meiner Vorstellung nach kann man das mit heute in keiner Weise vergleichen. Wie auch immer, an der Stelle bin ich dann raus. :-)

Andreas.

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