Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energie)
 

Hallo zusammen,

Dunkle Materie und Dunkle Energie können theoretisch jede Abweichung zwischen der berechneten und der gemessenen Raumkrümmung ausgleichen. Mehr als 90 % der gesamten Energie im Universum ist zu viel. Irgendwie kann ich es nicht glauben.

Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) ist zweifellos richtig. Allerdings weist die ART einige Einschränkungen auf, die zu Ungenauigkeiten führen können. Ein solcher Fall tritt ein, wenn die Raumkrümmung so stark ist, dass die Zeit stehen bleibt und alle Elementarteilchen praktisch zerfallen. In einem Schwarzen Loch geht die Energie in eine Form ohne Zeit und Raum über (gemäß der Definition von Raum und Zeit in der ART). So kann man sich die Energieform vor dem Urknall vorstellen. Die Ungenauigkeit an dieser Grenze wird jedoch keine grundsätzlichen Auswirkungen auf die Dunkle Materie und Dunkle Energie haben. Es gibt jedoch eine viel interessantere Grenze: Wenn sich die Energie mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Die Krümmung des Raumes wird üblicherweise um Materie (Planeten, Sterne...) herum berechnet. Elektromagnetische Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und bilden keine großen Massen. Materie in jeglicher Form sendet Wärmestrahlung aus. Hintergrundstrahlung existiert überall im Universum. Diese Energieform ist überall sehr fein verteilt und in Photonen gequantelt. Die Wellenlänge der Sonnenstrahlung hat ihr Maximum bei etwa 500 nm. Die Hintergrundstrahlung bei ca. 2 mm. Andere Elementarteilchen (einschließlich Photonen) fliegen praktisch durch sie hindurch. Es ist keine einfache Raumkrümmung um eine Masse herum. Die Energieverteilung hängt eindeutig von der Wellenlänge der Photonen ab. Nicht nur innerhalb der Photonen. Die Energie eines Photons ist umgekehrt proportional zu seiner Wellenlänge. Die Raumkrümmung hängt nicht nur von der Energiemenge und der Verteilung der Photonen ab, sondern auch von der Wellenlänge der Photonen. Darüber hinaus bewegt sich diese Energie mit Lichtgeschwindigkeit.

Es gibt also eine interessante Hypothese: Die mit der ART berechnete Raumkrümmung für die elektromagnetischen Wellen ist zu ungenau. Dunkle Materie und Dunkle Energie sind nur ein Produkt dieser Ungenauigkeit.

Gibt es bereits ähnliche Hypothesen? Kann diese Hypothese auch ohne exakte mathematische Formulierung widerlegt werden? Wie findet man dafür eine passende mathematische Formulierung? Ich glaube nicht, dass das ohne eine genaue Analyse der Messdaten möglich ist.

Gruß,
Tibor

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Die modifizierte newtonsche Dynamik (MOND) ist ieine alternative Theorie zur Dunklen Materie, die vorgeschlagen wurde, um beobachtete Phänomene in Galaxien zu erklären, ohne auf Dunkle Materie zurückzugreifen.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Modi...onsche_Dynamik

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Im Standard Modell der Kosmologie geht es um Energiedichten, nicht um die Energie von irgendetwas.

Die Energiedichten von Dunkler Materie und und baryonischer Materie addieren sich zu 30% der gesamten Energiedichte. Um die beobachtete räumliche Flachheit des Universums zu rechtfertigen, muss die Dichte der Dunklen Energie 70% zur gesamten Energiedichte beitragen. Und genau das hat man gefunden (Stichwort Supernovae Ia Daten - beschleunigte Expansion).

Das alles läßt sich ohne Mühe nachlesen.

Wo ist nun das Problem?

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Wenn ich es richtig verstanden habe soll der Wasserstoff mit der Masse m durch Photonen mit der Energie E ersetzt werden, wo die Beziehung E = mc² gilt.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

@Tibor Babocky

Unphysikalische Annahmen machen keinen Sinn, erst recht nicht in Bezug auf eine durch die Beobachtung abgesicherte Theorie.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Genau, die Annahmen sind auch nicht verständlich. Wohin sollen diese führen?

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Der ART fehlt da nur was. Die Ursache liegt tiefer begraben.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Dunkle Energie macht mit 72% und Dunkle Materie mit 23% den Großteil von Energie und Materie im Universum aus. Es bleiben 4,6% bekannte Materie übrig.

Wie kann dann Dunkle Energie und Materie für die Ungenauigkeit verantwortlich sein, nehmen sie doch den Hauptteile an Energie und Materie ein?

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Du hast noch vergessen, das von den 4,6% der Anteil der Photon beim Masse-Energie-Äquivalent nahe Null ist.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Planck-Satelliten deuten darauf hin, dass Photonen etwa 0,01% der kritischen Dichte des Universums ausmachen könnten.

Ich denke, dass man das bei 4,6% vernachlässigen kann.

Die Frage ist nur wie groß ist der Anteil hoch energetischer Photonen ist?

https://www.weltderphysik.de/gebiet/...t-raetsel-auf/

Diese werden gegenüber den anderen Photonen ebenfalls zu vernachlässigen zu sein.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Entäuscht warum?

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Photonen sind keine Elementarteilchen, sondern Lichtquanten und haben keine innere Struktur. Zudem haben Photonen immer die gleiche Energie, die durch ihre Frequenz bestimmt wird. Die allgemeine Relativitätstheorie (ART) beschäftigt sich mit Gravitation und Raumkrümmung, nicht mit der inneren Struktur von Teilchen.

https://www.spektrum.de/news/quanten...echnen/1958050

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Paarbildung_(Physik)

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Die ART interessiert sich nicht für "die innere Struktur" von Photonen. Relevant für die Gravitationswirkung eines Photonengases sind Energiedichte und Druck, und die sind bekannt.
Interessant dabei ist vielleicht, dass ein Photonengas doppelt so starke Anziehung bewirkt wie ein Gas mit gleicher Energiedichte, aber geringem Druck. Das war in den ersten 500.000 Jahren nach dem Urknall relevant, als das Universum strahlungsdominiert war. Wie andere schon gesagt haben, spielen Phtotonen heute gravitativ keine Rolle mehr, ihre Energiedichte ist vernachlässigbar gering.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Ich erinnere mich dunkel, dass es dazu indirekte Hinweise aus dem Ablauf der Nukleosysnthese gibt. Aber ich habe keine Paper dazu gefunden.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Ich habe das Schliesen warscheinlich falsch verstanden. Nochmals vielen Dank für alles.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Das Schließen des anderen Beitrags hatte nichts mit dir zu tun.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Das habe ich nicht erwartet. Zu viele Missverständnisse.
"Ich war etwas enttäuscht und habe vergessen, mich für die kompetenten Antworten zu bedanken" war nicht ironisch gemeint
"Ich habe das Schliesen warscheinlich falsch verstanden. Nochmals vielen Dank für alles." war nicht ironisch gemeint
Ich habe die Antworten des Moderators als ironisch verstanden.
"schließen" habe ich als "löschen" verstanden.

Ich hoffe, es liegt nur an der Sprache. Wenn meine Sprache kein Problem darstellt, dann:

Ich stimme den Experten zu, bleibe aber bei meiner Meinung. Meiner Meinung nach ist die Raumkrümmung etwas komplexer:

Das Koordinatensystem der ART wurde für bewegte Körper entwickelt. Es ist nicht für die Raumkrümmung von Energie geeignet, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Es sind also keine zusätzlichen räumlichen Dimensionen erforderlich, sondern lediglich ein anderes Koordinatensystem. Die ART bleibt so wie sie ist. Wie genau das neue Koordinatensystem aussieht und wie eine Umstellung auf das ART-Koordinatensystem funktioniert, ist zu viel Spekulation. Es wird wahrscheinlich ausreichen, wenn jedem Photon einfach ein kleines Raumvolumen an dem Ort zugewiesen wird, an dem es sich befindet.

Das neue Koordinatensystem kann auch für die Raumkrümmung elektromagnetischer Wellen verwendet werden. Derzeit ist dies nur ein Sonderfall, bei dem die Raumkrümmung vernachlässigbar ist. In dieser Hinsicht sind die hochenergetischen Photonen vergleichbar mit Elementarteilchen mit Ruhemasse. Die Krümmung des Raumes ist nicht vernachlässigbar, aber in einem sehr kleinen Bereich.

Meiner Meinung nach bewegt sich die Energie in Elementarteilchen mit Lichtgeschwindigkeit. Da es sich um einen so kleinen Bereich handelt, sind nur statistische Beschreibungen sinnvoll, was auch getan wird. Eine Beschreibung mit Raumkrümmung erfordert ein Koordinatensystem, das für mit Lichtgeschwindigkeit bewegte Energie geeignet ist.

Ich habe keine mathematische Beschreibung. Das ist Sache der Experten. Ich habe nicht vor, meine Meinung zu verteidigen. Es ist nur Spekulation.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Wichtig für die Diskussion über dieses Thema ist es den Unterschied zwischen SRT und ART zu kennen:

1. SRT (Spezielle Relativitätstheorie): Die Spezielle Relativitätstheorie von Einstein beschäftigt sich mit Phänomenen bei hohen Geschwindigkeiten und beschreibt insbesondere die Beziehung zwischen Raum und Zeit in einem Inertialsystem. Sie führt Konzepte wie die Äquivalenz von Masse und Energie (E=mc^2) ein.
   
   
2. ART (Allgemeine Relativitätstheorie): Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie ist eine Gravitationstheorie, die Raum und Zeit als gekrümmt durch die Anwesenheit von Massen oder Energie beschreibt. Sie bietet eine Erklärung für Phänomene wie Gravitation, Zeitdilatation und die Krümmung von Licht durch Gravitationsfelder.

In einfacher Form ausgedrückt beschäftigt sich die SRT mit Bewegungen ohne Gravitation, während die ART Gravitation in den Kontext einbezieht.

Vergleiche einmal wie sich deine Aussagen mit diesen beiden Definitionen decken.


Ein Photon lässt sich nicht an einem Ort "festmachen". Dagegen spricht die Heisenbergsche Unschärferelation. Der Ort manifestiert sich erst durch die "Messung" z.B. durch Schwärzung (chemische Veränderung) auf einer Fotoplatte.

Photonen besitzen keine Ruhemasse, denn diese lässt sich nicht auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Vergleichen läßt sich bestenfalls der Impuls und dessen Wirkung.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Danke für die ausführliche Antwort.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Eigentlich wollte ich noch etwas fragen:
Die Ergebnisse wissenschaftlicher Experimente sind nahezu hundertprozentig sicher. Die ART wurde durch viele wissenschaftliche Experimente bestätigt. Daher denke ich, dass die ART richtig ist. Zumindest dort, wo dies durch Experimente bestätigt wurde. Das Photon hat keine Ruhemasse. Mir geht es nicht um die Richtigkeit der mathematischen Formulierung der ART aus mathematischer Sicht, sondern um die Übereinstimmung mit der physikalischen Realität.
Es geht mir darum, wie sicher die Wissenschaftler sich sind, dass es sich bei dem, was als Dunkle Materie identifiziert wurde, nicht eine Wirkung mit einer kurzen Reichweite der Photonen ist. Die Galaxien und Galaxienhaufen emittieren viel Strahlung. Ob es dazu wissenschaftliche Experimente gibt.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Ich würde mir als alternative Erlärung zur Dunklen Materie MOND (Modified Newtonian Dynamics) ansehen.

MOND ist eine alternative Theorie zur Dunklen Materie, die versucht, die beobachteten Phänomene in Galaxien ohne die Notwendigkeit von Dunkler Materie zu erklären. MOND modifiziert die Newtonschen Gesetze der Gravitation bei sehr schwachen Beschleunigungen.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Modi...onsche_Dynamik

In einem geschlossenen Universum könnten die endlichen Ausdehnungen und die gekrümmte Geometrie des Raumes Auswirkungen auf die Gravitation bei größeren Entfernungen haben. In einem solchen Universum könnte die Krümmung der Raumzeit selbst dazu führen, dass die Gravitationskräfte auf größeren Skalen anders wirken als in einem flachen oder offenen Universum.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Es gibt viele Theorien, dass die Dunkle Materie oder besser (die zusätzlich Gravitationswirkung) irgendwie mit der sichtbaren Materie zusammenhängt.
Da gehört auch MOND dazu. Es gibt auch einige Theorien, mit einer "Strahlung" der Materie oder von Schwarzen löchern.

Problem aller dieser Ansätze ist, dass es sehr viele Beobachtungen gibt, bei denen
- es zu sichtbaren Materie keine weitere Dunkle Materie gibt
- mehr Dunkle Materie gibt
- laut den Beugungsmustern die Dunkle Materie in der Verteilung nicht der sichtbaren Materie entspricht.

Wenn die zusätzliche gravitative Wirkung von der sichtbaren Materie abhängt, darf es dies alles nicht geben.
Bei MOND versucht man sich dann mit irgendwelchen Überlagerungen zu helfen, um dies zu erklären.
Dunkle Materie als Lösungsansatz hat einfach den Vorteil, dass diese nicht mit der sichtbaren Materie übereinstimmen muss.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Ansehen kann man es sich ja, das schadet nicht.

Mein letzter Wissensstand ist allerdings, dass Dunkle Materie weiterhin die am besten akzeptierte Erklärung bleibt für eine Vielzahl von Beobachtungen auf verschiedenen Skalen im Universum.

MOND ist eine von mehreren alternativen Ansätzen, die jedoch noch nicht die gleiche empirische Unterstützung erhalten haben wie das Modell der Dunklen Materie.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Danke für die ausführlichen Antworten.
Manchmal dauert es lange, bis man die richtige Frage stellen kann. Jetzt verstehe ich das viel besser und stimme zu.

Mit freundlichen Grüßen
Tibor Babocky

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Genau so ist es!

Ich halte die Dunkle Materie nur für einen "Platzhalter", der Abweichungen von der bisherigen Therorie beseitigt aber nicht erklärt. Durch die richtige Wahl der Verteilung ist alles mögliche erklärbar.

Ich habe nirgendwo gelesen, dass MOND über die Raumzeitkrümmung auf die Galaxien im Universum einwirkt. Darum habe ich folgendes in die Diskussion eingeworfen:
Laut Albert Einstein wirkt die durch Materie verursachte Raumzeitkrümmung auf die Bewegung von Materie zurück. Es wird behauptet die Gravitation sei eine Scheinkraft, was vielleicht erklärt warum sie mit den anderen drei Kräften nicht vereinheitlicht werden kann.

Warum sollte die Abweichung, die bei der Rotation von Galaxien, festgestellt wurden, nicht auch durch eine zusätzliche Raumzeitkrümmung verursacht werden?

In einem unbegrenzenten und ungekrümmten Universum nimmt die Wirkung der Gravitation mit den Quadrat der Entfernungung ab. Die Sterne am Rande der Galaxien bewegen sich allerdings schneller als nach dieser Regel erwartet um das Zentrum dieser Galaxien. Durch entsprechende Verteilung zusätzlicher Materie (Dunkler Materie) sollte die Gravitation am Rande der Galaxien "verstärkt" werden.

Wenn der Raum nicht euklidisch ist, dann überagert sich diese Raumzeitkrümmung zur von der Materie verursachten Krümmung, beziehungsweise übernimmt im materiearmen Bereich die Oberhand (a < 1,2 10^-10 m/s²).

FAZIT: bei einem endlichen, geschlossenen Universum müsste die Abnahme kleine als mit dem Quadrat der Entfernung erfolgen.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

....dann mit der einfachen Entfernung r. Und bei der einfachen Entfernung kommt die DE ins Spiel.
Somit werden die Galaxien irgendwann mehr von einem "r abhängigen Druck" von aussen zusammengehalten als durch eine Krümmung innerhalb der Galaxien. Damit bedarf es keiner zusätzlichen inneren Krümmung DM. Das sagt zwar MoND auch nicht aus, aber Verlinde.

Das Universum wäre in diesem Fall räumlich/energetisch endlich und geschlossen aber entropisch flach und offen.

AW: Genauigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (Dunkle Materie und Dunkle Energi
 

Das klingt für mich im Grunde auch so - aber irgendwie scheint es das beste zu sein, was wir im Moment haben bzw. finden können (?)

Zur Rotationsgeschwindigkeit von Galaxien:

da die Newton'sche Mechanik hier ja (das zeigen die Messungen) nicht mehr funktioniert, sollte eigentlich die ART als "die grosse Theorie von Gravitation und Raum" hier eingreifen, und in die Bresche springen. Das tut sie aber nicht...

Jetzt kann man zwei Dinge tun: Dunkle Materie (oder vielleicht noch seltsamere Dinge) postulieren, oder die Annahme treffen, dass die ART vielleicht falsch und/oder unvollständig ist.

Wenn ich mein persönliches Ockhams Rasiermesser hier ansetze: Dunkle Materie klingt in ihren Eigenschaften irgendwie - - - hoch unwahrscheinlich (jedenfalls für mich persönlich).

Dass die ART als grosse Theorie von Gravitation und Raum hier (zum erstenmal?) versagt, und daher im Grunde falsch ist und ersetzt/modifiziert gehörte, halte ich persönlich eigentlich fast für wahrscheinlicher.

Ich selbst habe aber momentan noch keine Alternative - oder Korrektur der derselben - anzubieten.