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Antigravitation und dunkle Energie

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  • Antigravitation und dunkle Energie

    Ich habe auf der Seite http://snap.lbl.gov/news/einstein.jpg einen sehr interessanten Artikel zum Thema Antigravitation gefunden, den ich im folgenden mal übersetzt habe:

    Einsteins abstoßende Idee

    Er erfand voller Verzweiflung die Antigravitation und kehrte von ihr bei der ersten Gelegenheit wieder ab.


    Albert Einstein mochte nie die Vorstellung von Antigravitation. Es war nicht so, dass er ein Problem mit weithergeholten Ansichten gehabt hätte. Schließlich trafen seine spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie die erstaunliche Aussage, dass Zeit, Raum und Materie ebenso sehr gequetscht und gedehnt werden könnten, wie Kautschuk. Das Dilemma war, dass eine Art von Antischwerkraftwirkung - Einstein nannte sie "kosmologische Größe" - notwendig war, um die Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie mit dem in Einklang zu bringen, was die Astronomen über die derzeitige Gestallt des Universums zu wissen glaubten. Und diese Sondergröße ruinierte die mathematische Eleganz seiner geliebten Gleichungen. Der große Physiker war ungeheuer erleichtert, als ihn die Entdeckung der Ausdehnung des Universums in den 1920ern etwas ausmerzen ließ, das er als seine "größte Eselei" bezeichnete.

    Er könnte damit aber ein bisschen voreilig gewesen sein. Letzte Woche erbrachten Wissenschaftler ein schlagkräftiges Argument, dass Einsteins Eselei eigentlich eine weitere Nobelpreis würdige Entdeckung gewesen sein könnte. Als man mit dem Hubble Weltraum Teleskop eine ferne Supernova - einen explodierenden Stern - aufspürte und beobachtete, haben Astronomen zweier konkurrierender Gruppen gemeinsam den schlagkräftigsten Beweis erbracht, dass sich die Expansion des Universum momentan beschleunigt, wie eine Rakete mit weit geöffneter Drosselklappe. Und das bedeutet, dass es etwas antreibt.

    Was dieses etwas ist, steht zu Zeit noch reine Vermutung. "Man schüttle einen Baum voller Theoretiker", so Adam Riess vom Space Telescope Science Institute, Md., Leiter der Kollaboration, "und 20 neue Ideen fallen herunter". Bis jetzt wird diese unbekannte Kraft einfach als "dunkle Energie" bezeichnet, um ihre mysteriöse Natur zu betonen.

    Allerdings wird ihre Existenz nur schwer anzuzweifeln sein. Der erste Hinweis kam vor ein paar Jahren, als einige Teams von Astronomen die kosmische Ausdehnung anhand einer Supernova vom Typ Ia, einem Typen von Sternenexplosion, dessen tatsächliche Helligkeit sehr konstant ist, berechnen wollten. Indem man die bekannte Helligkeit einer solchen Supernova damit vergleicht, wie hell sie am Himmel erscheint, erhält man einen guten Größenwert davon, wie weit sie entfernt ist - und folglich auch, zu welchem Zeitraum in der kosmischen Geschichte ihr Licht ausgesandt wurde. Wenn man dann misst, wie schnell sich jede Supernova von der Erde entfernt innerhalb des allgemeinen Aufblasens des Universums, kann man bestimmen, wie groß die Ausdehnungsrate zu welchem Zeitpunkt in der Vergangenheit war.

    Zum allgemeinen Erstaunen stellten beide Teams fest, dass anstelle eines allmählichen gravitationsbedingten Abbremsens, das sie erwartet hatten, die Geschwindigkeit zunahm. Saul Perlmutter, vom Lawrence Berkeley Laboratory in Kalifornien sagt: "Wir rangen mindestens ein Jahr lang darum, zu verstehen, was wir gesehen hatten". Am Ende beschlossen beide Gruppen, dass eine dunkle Energie, die wie eine Art Antigravitation funktioniert die beste Vermutung sei.

    Kritiker halten dagegen, dass es eine konventionellere Erklärung, wie intergalaktischen Staub, geben könnte der die Helligkeitsmessungen beeinflusst haben könnte. Aber die neuen Beobachtungen scheinen nun diese Lücke zu schließen. Die neuerdings identifizierte Supernova ereignete sich vor 11 Mrd. Jahren - etwa 50 % weiter zurück in der Vergangenheit, als der bisherige Rekordhalter. "Wenn der Staub da wäre", so Peter Nugent, Astrophysiker am Lawrence Berkely, Mitglied in Perlmutters Team und Mitarbeiter von Riess bei der neuen Untersuchung, "dann hätte die neue Supernova viel düsterer sein müssen, als sie war."

    Die Entfernung der neuen Supernova war aus einem anderen Grund noch wichtiger: "Sollte dunkle Energie tatsächlich die Erklärung dafür sein, was wir sehen", sagt Riess, ein Mitglied des konkurrierenden Teams, "dann müsste dieser Effekt im frühen Universum schwächer gewesen sein". Das liegt daran, dass während die Gravitation zwischen den Galaxien schwächer wird, wenn sie sich voneinander wegbewegen, dunkle Energie eine Eigenschaft des Raumes ist, die stärker wird, wenn sich das Universum ausdehnt. Kurz nach dem Urknall, als das Universum noch verhältnismäßig wenig Raum einnahm, gab es noch nicht viel dunkle Energie. Nun, da es viel mehr Raum einnimmt, hat das moderne Universum auch mehr Energie um die Galaxien auseinander zu drängen. Ganz sicher zeigt diese entfernte Supernova, dass die Ausdehnung vor langer Zeit langsamer war.

    Wenngleich neue Beobachtungen weitreichende Beweise für die Existenz dunkler Materie liefern würden die Astronomen doch gerne noch einige entfernte Supernovae beobachten, einfach um sicher zu gehen. Unglücklicherweise wird dies nicht allzu früh passieren. Die Hubble Aufnahmen, die Riess und Nugent analysierten wurden nur durch Glück aufgenommen, als das Teleskop nach anderen Dingen suchte. Auf ferne Galaxien zu zielen, in der Hoffnung, dass eine Supernova hochgehen wird ist eine unrationale Verschwendung der wertvollen Zeit des Teleskops. Die sicherste Sache wäre noch ein Satellit, der nur mit einem solchen Projekt befasst wäre - und tatsächlich arbeiten Perlmutter und andere an dieser Idee, obwohl sie noch Jahre brauchen wird, bevor sie gestartet werden kann. Sollte das All wirklich vor dunkler Energie brodeln, dürfte das Schicksal des Universums, Gegenstand lang anhaltender Debatten, klar sein. Mit mehr dunkler Energie heute, als gestern und noch mehr von dem Zeug morgen, als heute, dürfte der Kosmos mit fortschreitender Zeit schneller und schneller auseinander fliegen. Es wird keinen Big Crunch geben, wie ihn einige vorhergesagt haben, bei dem Milliarden von Galaxien in einer glühenden Apokalypse ineinander fallen werden. In Zehnmilliarden von Jahren wird sich unsere Milchstraße allein im leeren Weltraum wieder finden, mit nächsten Nachbarn, die zu weit weg sind, um sie zu sehen. Am Ende werden die Sterne einfach erlischen - und das Universum wird nicht mit einem Knall enden, sondern mit dem demütigsten Wimmern.
    Zuletzt geändert von Spocky; 02.06.2003, 12:17.
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  • #2
    Ich hab noch einen weiteren interessanten Artikel zu diesem Thema gefunden. Diesmal ist er auf deutsch, da kann ich mir die Übersetzungsarbeit sparen
    Einsteins Eselei
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    • #3
      Ich hab jetzt den 1. Artikel nicht gelesen. Aber der 2. Behandelt das Thema nur sehr periphär. Im Grunde geht es ja nur darum, wieso die Galaxien in weiter Entfernung schneller werden.

      Kann man nicht einfach sagen, dass die kinetische Energie konstant ist, aber die Gravitation abnimmt, da sich die Objekte vom Massezentrum weg bewegen.

      Abweichungen von den Berechnungen könnten dadurch erklärt werden, dass es sich um eine "andere Gravitation" handelt. Wir kennen ja im Prinzip bereits zwei Arten, die eine auf Atomarer ebene (Zusammenhalt von Kernen, orbit von e-) und die andere als unsere normale Gravitation - warum sollte es nicht noch eine 3. auf sehr großer ebene geben, die sich auch wieder anders verhält.
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      • #4
        @ Noulder: In dem Fall solltest du dir wirklich den ersten Artikel nochmal - überhaupt erst mal durchlesen. Der ist, was das angeht, wirklich sehr aufschlussreich.
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        • #5
          Wenn ich mal viel Zeit habe
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          • #6
            Original geschrieben von Noulder
            Kann man nicht einfach sagen, dass die kinetische Energie konstant ist, aber die Gravitation abnimmt, da sich die Objekte vom Massezentrum weg bewegen.
            Nee, kann man nicht, denn es gibt ja kein wirkliches Massezentrum! Das Universum is ja sowas wie die Oberfläche einer Kugel...deine Argumentation würde stimmen, wenn das Universum das Volumen einer Kugel wäre!
            "Also wahrscheinlich werde ich heute abend defnitiv nicht zurückschreiben können..."
            "Da werd' ich vielleicht wahrscheinlich ganz sicher möglicherweise definitiv mit klarkommen."

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            • #7
              Ausserdem: Es gibt nur eine Art der Gravitation: jene Kraft, die zwischen Massen aller Art wirkt. Die anderen beiden Kräfte, die du (Noulder) angesprochen hast sind die schwache Kernkraft (hält Atomkerne zusammen) sowie die elektromagnetische Kraft (hält die Elektronen im "Orbit" um den Kern, auch wenn dieses Bild an sich falsch ist - richtiger wäre: hält die Elektronen am Kern). Diese haben nichts mit der Gravitation zu tun.
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              • #8
                @notsch
                Nee, kann man nicht, denn es gibt ja kein wirkliches Massezentrum! Das Universum is ja sowas wie die Oberfläche einer Kugel...deine Argumentation würde stimmen, wenn das Universum das Volumen einer Kugel wäre!
                Naja irgendeine Art von 3D Ausdehnung hat das Universum ja schon. Also kann die Anziehungskraft aller Gegenstände auf alle anderen (die ja ehh wie war das? mit dem Quadrat der Entfernung? abnehmen soll) nicht unbegrenzt gleich bleiben
                »We do sincerely hope you'll all enjoy the show, and please remember people, that no matter who you are, and what you do to live, thrive and survive, there are still some things that make us all the same. You, me, them, everybody!«

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                • #9
                  Original geschrieben von notsch
                  Nee, kann man nicht, denn es gibt ja kein wirkliches Massezentrum! Das Universum is ja sowas wie die Oberfläche einer Kugel...deine Argumentation würde stimmen, wenn das Universum das Volumen einer Kugel wäre!
                  Das ist nur eine von vielen Theorien.

                  Und auch wenn es die Oberfläche einer Kugel ist gilt im Prinzip das gleiche, auch wenn man es anders betrachten muss. Das wäre dann Quasi die Umkehrung der Fahradayschen prinzips.

                  @Bynaus: mit den Elektromagnetischen Kräften hast du natürlich recht - da hab ich mal wieder mehr geschrieben als gedacht.
                  Aber um mich davon zu überzeugen, dass die schwachen Kernkräfte (der name ist mir das letzte mal nicht eingefallen) keine "Gravitation im kleinen Stil" sind musst mir ihr Prinzip und Wirkungsweise schon genauer verdeutlichen.
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                  • #10
                    Gravitation ist die Folge der Raumzeit-Verzerrung, bewirkt durch Masse. Elektromagnetische Kraft, schwache und starke Kernkraft hingegen sind die Folgen von Teilchenaustausch. Photonen bei der elektromagnetischen Kraft, w und z-Teilchen bei der schwachen Kernkraft sowie Gluonen bei der starken Kernkraft. Es gibt bis heute keine Anzeichen auf ein "Graviton", auch wenn es schon öfters postuliert wurde. Sicher ist, dass die Gravitation nicht alleine durch Gravitonen erklärt werden könnte (im Gegensatz zu den anderen Kräften), da dies Wiedersprüche bewirken würde. Man kann also durchaus sagen, dass die Gravitation "andersartig" ist als die anderen Kräfte.

                    So zumindest das heutige Modell.
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                    • #11
                      Man kann es auch so formulieren: Die starken und schwachen Kernkräfte, sowie die elektromagnetische Kraft werden von den Quantentheorien bestimmt, die Gravitation von der Relativitätstheorie. Allein das sollte schon den großen Unterschied verdeutlichen, da es bisher nicht möglich ist, die beiden Theorien (eigentlich ja sieben, da es sechs Quantentheorien gibt - afaik) in Einklang zu bringen.
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                      • #12
                        Ok, jetzt habt ihr mich überzeugt.
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                        • #13
                          Dunkle Energie aufspüren?

                          Astronomen haben mit Hilfe des NASA-Observatorium Chandra Dunkle Energie anders als bisher untersuchen können.
                          Nanu, man kann dunkle Energie überhaupt aufspüren?

                          Wirklich einleuchtend klingt das ganze aber für mich nicht, da es auch mit einer abstoßenden Gravitation erklärbar wäre.
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                          • #14
                            Vier grundlegende Kräfte

                            Zitat von Bynaus Beitrag anzeigen
                            Ausserdem: Es gibt nur eine Art der Gravitation: jene Kraft, die zwischen Massen aller Art wirkt. Die anderen beiden Kräfte, die du (Noulder) angesprochen hast sind die schwache Kernkraft (hält Atomkerne zusammen) sowie die elektromagnetische Kraft (hält die Elektronen im "Orbit" um den Kern, auch wenn dieses Bild an sich falsch ist - richtiger wäre: hält die Elektronen am Kern). Diese haben nichts mit der Gravitation zu tun.

                            Die Kraft, welche den Kern zusammenhält, heisst "starke Kraft".

                            Sie heisst deswegen stark, weil die Protonen im Kern aufgrund ihrer positiven Ladung voneinander wegstreben, sie werden von der elektromagnetischen Kraft auseinandergetrieben - bleiben aber trotzdem zusammen, weil eine Kraft, die sehr viel stärker sein muß als die elektromagnetische, sie zusammenklebt.

                            Die 'Teilchen', welche diese Kraft vermitteln, heißen auch sehr sprechend "Gluonen" (von glue, kleben)

                            Was die "Schwache Kraft" tut, ist mir unklar. Sie spielt eine Rolle beim Kernzerfall, soviel ist klar, aber was sie tut ..?

                            Auch, was die Elektronen im Orbit hält, ist mir unklar. Dafür wird in dem Standardmodell keine Kraft bemüht, sondern ein Prinzip (Das Pauli Prinzip). Die Elektronen könnnen eben nur schrittweise auf den Kern zufallen, wobei sie für jeden Schritt ein Photon abstrahlen müssen.

                            Aber was sie daran hindert, wird nicht durch eine Kraft oder (damit gleichbedeutend) durch einen Austausch von virtuellen Teilchen beschrieben, sondern durch Zustände des Atoms und Ausschließlichkeitsprinzipien und dgl. mehr.

                            Weiß irgendjemand, wie diese Unsymmetrie zwischen der Aufhebung der elektrischen Abstoßung im Kern einersteits und der Aufhebung der elektrischen Anziehung zwischen Kern und Hülle zustandekommt?
                            Der PhysikPhilosoph

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                            • #15
                              Die Kraft, welche den Kern zusammenhält, heisst "starke Kraft".
                              Ja, du hast recht, das hatte ich damals irgendwie verwechselt...

                              Auch, was die Elektronen im Orbit hält, ist mir unklar. Dafür wird in dem Standardmodell keine Kraft bemüht, sondern ein Prinzip (Das Pauli Prinzip). Die Elektronen könnnen eben nur schrittweise auf den Kern zufallen, wobei sie für jeden Schritt ein Photon abstrahlen müssen.
                              Die Elektronen"orbits" im Sinn von Umlaufbahnen sind ja längst überholt. Niemand geht davon ernsthaft aus. Heute bemüht man eher "Elektronenwolken", die durch die statistishe Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons in einem bestimmten Bereich abgesteckt werden.
                              Planeten.ch - Acht und mehr Planeten (neu wieder aktiv!)
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