Das Universum - der Faden für Sternegucker

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Damocles

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Eine Erklärung oder Erkenntnis wie es zu dieser Behauptung kommt wäre überaus hilfreich!
Im Post oben habe ich zwei Videos verlinkt, wo es um die Energieerhaltung bei sehr grossen Zeitskalen geht. Eg: die Photonen verlieren Energie durch die Rotverschiebung bei sehr langen Zeit und Raumskalen. (Wenn das Laserlicht in die Weiten des Universums fliegt).
 
TomS2

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@Damocles -

“Where does the energy go? It goes nowhere, it just isn’t conserved.”

Das ist ihre zentrale Aussage, und daran gibt es nichts zu kritisieren. Mein eigentlicher Punkt war, dass das keine offene Frage ist ;-)

Die Physiker betrachten das etwas allgemeiner als nur für einzelne Photonen. Im Spezialfall eines einzelnen Photons kann man wie üblich eine Energie definieren, “but it just isn’t conserved.” Wenn man jedoch den Energieinhalt eines größeren Volumens - z.B. eines expandierenden Raumbereiches - definieren möchte, dann funktioniert das nicht mehr.

Energie wird normalerweise definiert als Energieinhalt eines bestimmten Volumens. Man spricht dann von Energieerhaltung, wenn die zeitliche Änderung des Energieinhalt eines definierten Volumens gerade dem Energiefluss durch die Oberfläche des Volumens entspricht. Die Physiker betrachten normalerweise eine mathematische Gleichung - die sogenannte Kontinuitätsgleichung - die an jedem einzelnen Punkt gilt, nicht nur für das gesamte Volumen. Nun gibt es einen sogenannten Integralsatz, der auf den berühmten Mathematiker Carl Friedrich Gauß zurückgeht, und der es erlaubt, aus dieser Kontinuitätsgleichung an jedem einzelnen Punkt eine Version abzuleiten, die den Energieinhalt des Volumens und den Energiefluss durch die Oberfläche in Beziehung setzt. Das funktioniert auch für andere Größen wie z.B. die elektrische Ladung. In der der Allgemeinen Relativitätstheorie und für ein zeitinvariantes, statisches Universum funktioniert dies ebenfalls, allerdings gerade nicht für die Energie in einem expandierenden, nicht zeitinvariantes Universum. Ursache ist im wesentlichen, dass Energie mathematisch recht speziell behandelt werden muss und dass eine bestimmte mathematische Größe für ein nicht zeitinvariantes Universum nicht konstruiert werden kann. Damit ist das, was man normalerweise als “Energieinhalt eines Volumens” bezeichnen würde, nicht mehr definiert und somit auch die Beziehung zum Energiefluss durch die Oberfläche nicht mehr gegeben. Das gesamte Konzept funktioniert nicht mehr.

Eine mathematische Begründung ist leider sehr kompliziert.
 
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Damocles

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Ich frag mich ob dieses Verständnis der Energie (und der Energieerhaltung) auch bei den kosmologischen Modellen / Simulationen beachtet wird. Also bei Zeit und Raumskalen wo es einen Effekt hat.
Die Gesamtenergie des CMB muss ja im Frühen Universum wesentlich höher gewesen sein.
Auf der anderen Seite ist die vergrößert sich die dunkle Energie mit dem Volumen des Raumes.

Ich hab natürlich nicht das mathematische Repartouar um die Erklärungen nachzuvollziehen, finde das Thema aber interessant.
Hier noch ein deutschsprachiges Video zur Thematik
 
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TomS2

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Ich frag mich ob dieses Verständnis der Energie (und der Energieerhaltung) auch bei den kosmologischen Modellen / Simulationen beachtet wird. Also bei Zeit und Raumskalen wo es einen Effekt hat.
Wenn die Berechnungen mittels der Allgemeinen Relativitätstheorie erfolgen, dann ist dieser “Effekt” automatisch enthalten; man kann ihn weder weglassen noch muss man ihn künstlich hi zufügen - er ist einfach da.

Einsteinsche Feldgleichungen – Grundsätzliche Annahmen

(Der Begriff “Energie-Impuls-Erhaltung” ist streng genommen falsch, denn es geht um die Energiedichte)

Die Berechnungen beruhen dann immer auf dem, was ich oben “Gleichungen an jedem einzelnen Punkt“ genannt habe. Eine sehr einfache Variante für die ersten kosmologischen Modelle siehe hier:

Friedmann-Gleichung – Energieerhaltung

(Zum Begriff “Energieerhaltung” s.o.)

Lediglich die Idee, den “Energieinhalt eines Volumens” zu berechnen, funktioniert nicht mehr - man lässt es halt einfach bleiben ;-)

Die Gesamtenergie des CMB muss ja im Frühen Universum wesentlich höher gewesen sein.
Jein.

Die Gesamtenergie der CMB ist mathematisch nicht definiert; die Energiedichte war tatsächlich höher. Dies steckt bereits in den oben verlinkten Friedmann-Gleichungen.

Auf der anderen Seite vergrößert sich die dunkle Energie mit dem Volumen des Raumes.
Das wird in den Friedmann-Gleichungen ebenfalls berücksichtigt.

Allerdings ist man nicht gezwungen die “dunkle Energie” tatsächlich als solche aufzufassen. In ihrer einfachsten Form, der kosmologischen Konstante, kann man sie als Eigenschaft der Raumzeit auffassen, nicht als Energie - aber auch Physiker mögen spannend klingende Begriffe :-D
Danke für den letzten Link - Andreas Müller | Max-Planck-Institut für Astronomie ist ein entfernter Bekannter von mir ;-)
 
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marco75

marco75

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mal eine Frage als Laie des Universums

was sieht man denn da momentan neben oder über dem Mond gelb/rötlich leuchten, ist das die Venus oder immer noch der Mars ?
 
Astrolab

Astrolab

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Hallo Uhrenfreunde,
hier in der Astronomieecke (oder wie man das auch immer nennen soll) mal ein Hinweis für ein wichtiges Ereignis. Am 21. Dezember kommen sich die Planeten Jupiter und Saturn so nahe, dass sie mit dem Auge nicht mehr zu trennen sind. Man nennt das die große Konjunktion.
Und weil ich als Hobby auch noch die Deep-Sky-Fotografie betreibe, bin ich an anderer Stelle gebeten worden, hier solche Fotos einzustellen.
Hier die Whirlpool-Galaxie, im Messier-Katalog die Nr. 51, also M51.

2020-04-15 12.31.29-1.jpg

Viele liebe Grüße
Dieter
 
marco75

marco75

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Hoffen wir mal das es wolkenlos bleibt und man heute etwas sieht, ab 17.00 Uhr geht es los
 
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