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In der theoretischen Physik wird Energie als diejenige Größe definiert, die aufgrund der Zeitinvarianz der Naturgesetze erhalten bleibt. Viele einführende Texte definieren Energie in anschaulicherer, allerdings nicht allgemeingültiger Form als Fähigkeit, mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszusenden.

Aus Noether-Theorem:

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Das Noether-Theorem verknüpft elementare physikalische Begriffe wie Ladung, Energie und Impuls mit geometrischen Eigenschaften, der Invarianz der Wirkung unter Symmetrietransformationen. Es wurde 1918 von Emmy Noether formuliert:

Zu jeder kontinuierlichen Symmetrie eines physikalischen Systems gehört eine Erhaltungsgröße.

Dabei ist eine Symmetrie eine Transformation (zum Beispiel eine Drehung oder Verschiebung), die das Verhalten des physikalischen Systems nicht ändert.

Eine Erhaltungsgröße E eines Systems von Teilchen ist eine Funktion der Zeit t, des Ortes x der Teilchen und ihrer Geschwindigkeit v, deren Wert sich auf jeder physikalisch durchlaufenen Bahn x(t) nicht mit der Zeit ändert.

[...]

Aus der Homogenität der Zeit (Wahl der Startzeit spielt keine Rolle) folgt die Erhaltung der Energie (Energieerhaltungssatz). So bleibt die Energie eines Pendels bei Vernachlässigung von Reibung stets gleich, nicht aber die Energie einer Schaukel, auf der ein Kind durch Heben und Senken seines Körpers die Länge von der Aufhängung bis zum Schwerpunkt zeitlich verändert.

Aus der Homogenität des Raums (Wahl des Startortes spielt keine Rolle) ergibt sich die Erhaltung des Impulses (Impulserhaltungssatz). So ist der Impuls eines freien Teilchens konstant, nicht aber der Impuls eines Teilchens im Gravitationsfeld der Sonne; ihr Ort ist für die Bewegung des Teilchens wesentlich. Weil sich ein freies Teilchen der Masse m unverändert mit gleichförmiger Geschwindigkeit v bewegt, wenn es ein gleichförmig bewegter Beobachter betrachtet, ist der gewichtete Startort, , eine Erhaltungsgröße, . Auf mehrere Teilchen verallgemeinert folgt, dass sich der Schwerpunkt mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt, wenn die Gesamtkraft verschwindet.

Aus der Isotropie des Raums, also der Rotationsinvarianz (Richtung im Raum spielt keine Rolle), ergibt sich die Erhaltung des Drehimpulses (Drehimpulserhaltungssatz). So bleibt der Drehimpuls eines Teilchens im Gravitationsfeld der Sonne erhalten, denn das Gravitationspotential ist in allen Richtungen gleich.

Die Symmetrien, die zur Erhaltung der elektrischen Ladung und anderer Ladungen von Elementarteilchen gehören, betreffen Wellenfunktionen von Elektronen, Quarks und Neutrinos. Jede solche Ladung ist ein lorentzinvarianter Skalar, das heißt, sie hat in allen Bezugssystemen denselben Wert, anders als beispielsweise der Drehimpuls, die Energie oder der Impuls.

Aus Friedmann-Gleichungen:

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Die Friedmann-Gleichungen beschreiben theoretisch die Entwicklung des Universums. Konkreter machen sie je nach Energiegehalt des Universums Voraussagen über dessen Expansion oder Kontraktion. Man erhält die Gleichungen durch Anwendung des kosmologischen Prinzips („das Universum ist räumlich homogen und isotrop“) in der allgemeinen Relativitätstheorie.

Die Gleichungen lauten:


Hierbei bezeichnet ρ die totale Energiedichte (inklusive der kosmologischen Konstanten), p den Druck, a den Skalenfaktor, G die Gravitationskonstante, K einen Krümmungsparameter und H den Hubble-Skalar.

Albert Einstein ging zunächst von einem statischen Universum aus, das sich weder ausdehnt noch zusammenzieht. Dazu musste er in seinen Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie eine entsprechende Konstante einführen, die er kosmologische Konstante (Λ) nannte.

Der russische Mathematiker und Physiker Alexander Friedmann verwarf diese Annahme eines statischen Universums und setzte die kosmologische Konstante gleich Null. Stattdessen stellte er mit den nach ihm benannten Friedmann-Gleichungen drei Modelle eines expandierenden Universums auf. Diese beeinflussten in der Folge erheblich die physikalischen Auffassungen und Modelle Einsteins.

Die Gleichungen sagen in Abhängigkeit von der totalen Energiedichte verschiedene Werte für die Krümmung der Raumzeit voraus (entsprechend den Werten -1, 0 oder 1 für K in obigen Gleichungen)
[...]

Aus Lambda-CDM-Modell:

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Das ΛCDM-Modell bzw. Lambda-CDM-Modell ist ein kosmologisches Modell, das mit wenigen – in der Grundform sechs – Parametern die Entwicklung des Universums seit dem Urknall beschreibt.

Lambda (Λ) steht dabei für die kosmologische Konstante, CDM für cold dark matter (kalte dunkle Materie).

Das Lambda-CDM-Modell ist in guter Übereinstimmung mit den drei wichtigsten Klassen von Beobachtungen, die uns Aufschluss über das frühe Universum geben: Der Vermessung der Anisotropie der Hintergrundstrahlung, der Bestimmung der Ausdehnungsgeschwindigkeit und ihrer zeitlichen Veränderung durch Beobachtung von Supernovae in fernen Galaxien und der Daten über Superstrukturen im Kosmos.

[...]

In den letzten Jahren wurde das ΛCDM-Modell wiederholt angezweifelt und alternative Modelle vorgeschlagen, wie beispielsweise die bereits 1983 vorgestellte Modifizierte Newtonsche Dynamik nach Mordehai Milgrom. Die Ergebnisse einer 2010 unter Federführung von Pavel Kroupa veröffentlichten internationalen Studie stellten erhebliche Abweichungen von astronomischen Beobachtungen zu den Annahmen der Modells fest. So entsprechen etwa Leuchtkraft und Verteilung von Satellitengalaxien der Lokalen Gruppe nicht den Erwartungen. Kroupa sieht in den erhobenen Daten eine so starke Kollision mit der CDM-Theorie, dass „diese nicht mehr zu halten scheint“.

Ergänzend hierzu Abstract der Arbeit Local-Group tests of dark-matter Concordance Cosmology: Towards a new paradigm for structure formation; P. Kroupa, B. Famaey, K. S. de Boer, J. Dabringhausen, M. S. Pawlowski, C. M. Boily, H. Jerjen, D. Forbes, G. Hensler, M. Metz; 06.10.2010; www.arXiv.org:

Predictions of the Concordance Cosmological Model (CCM) of the structures in the environment of large spiral galaxies are compared with observed properties of Local Group galaxies. Five new most probably irreconcilable problems are uncovered. However, the Local Group properties provide hints that may lead to a solution of the above problems The DoS and bulge--satellite correlation suggest that dissipational events forming bulges are related to the processes forming phase-space correlated satellite populations. Such events are well known to occur since in galaxy encounters energy and angular momentum are expelled in the form of tidal tails, which can fragment to form populations of tidal-dwarf galaxies (TDGs) and associated star clusters. If Local Group satellite galaxies are to be interpreted as TDGs then the sub-structure predictions of CCM are internally in conflict. All findings thus suggest that the CCM does not account for the Local Group observations and that therefore existing as well as new viable alternatives have to be further explored. These are discussed and natural solutions for the above problems emerge.

Daneben siehe auch:
- Pressemitteilung der Universität Bonn vom 10.06.2010: Studie weckt massive Zweifel an Existenz Dunkler Materie - Beobachtungen weisen darauf hin, dass es die rätselhafte Substanz nicht gibt
- Online-Zeitung der Universität Wien vom 18.11.2010: Dunkle Materie in der Krise
- Spektrum der Wissenschaft, 23.07.2010: Das kosmologische Standardmodell auf dem Prüfstand


Für eine weitergehende Kommentierungen habe ich im Moment leider keine Zeit. Deshalb erst erst einmal nur soviel (und noch gar nicht konkret zu "Gravitationswellen" ;-)):
- Energie ist nicht gleich (dunkle) Energie - Die eine geht über den Energie-Impuls-Tensor in die FG ein, die andere über die kosmologische Konstante.

Zitat von ghostwhisperer

In den Energie-Impuls-Tensor geheh sie aber nicht ein.

- Frage hierzu meinerseits: Zählt Ihr ("man") die dunkle Energie / dunkle Materie (man beachte in diesem Zusammenhang allerdings die oben verlinkten aktuellen Studienergebnisse) zur Materie oder nicht?
- Zu Beginn unseres Universums war das durchschnittliche G-Potential meines Erachtens niedriger anzusetzen als heute -> Mit der beschleunigten Raumexpansion geht IMHO ein grundsätzlich beschleunigter Zeitablauf in unserem Universum einher (siehe hierzu evtl. auch die aktuellen Hohlkugel-Threads).
- Frage hierzu meinerseits: Auf "welche (wessen?) Zeit" beziehen sich eigentlich die bekannten Zeitangaben bezüglich der Zeitpunkte/-abschnitte des Urknalls, des Alters unseres Universums etc.?

P.S.:

Zitat von Marco Polo

p.s. und sorry SCR, dass ich deinen Thread hier mit Off-Topic-Beiträgen zumülle...

Ich vermisse einen Zwinker-Smiley