alternatieven voor kosmologisch model ?

[Michel Uphoff]

Is dit niet de gebruikelijke redenering (ΛCDM) maar dan de andere kant op geredeneerd?

 
Het ΛCDM model bevat naast de 'gewone' materie en de 'koude' (trage en niet baryonische) donkere materie ook de kosmologische constante lambda, die een negatieve druk oplevert en zo verantwoordelijk zou zijn voor de versnelde expansie van het heelal. Lambda wordt geacht constant te zijn per volume-eenheid.
 
Daarom zou in de vroegere jaren, toen het volume van het waarneembare heelal veel kleiner was, lambda geen grote invloed gehad hebben, terwijl de andere parameters in het model (gravitatieconstante en dichtheid) juist een sterke invloed hadden. Dat zou dan resulteren in een heelal dat aanvankelijk afnemend snel uitdijt. Op het moment dat het volume voldoende groot wordt neemt de invloed van lambda toe wat een dermate grote negatieve druk oplevert dat het heelal toenemend snel uitdijt. Dat punt, waar lambda het als het ware wint van G en rho, ligt zo'n 6 miljard jaar geleden.
 
Tezamen, met de juiste parameterisatie (voornamelijk de verdeling van de procenten over baryonische, donkere materie en massa-equivalent donkere energie) levert dit model resultaten op die zeer goed overeenstemmen met de waarnemingen, en - belangrijker - het model bleek ook in staat een aantal exacte voorspellingen te doen die bevestigd werden door latere waarnemingen. 
 
In ons heden is de invloed van de stralingsdichtheid (massa-equivalent) in het ΛCDM model vrijwel te verwaarlozen, en dat is logisch omdat veruit de meeste fotonen in het heelal afkomstig zijn van de kosmische achtergrondstraling, die bij een temperatuur van 2,7K energiearm zijn. Maar ook nog rond de ontkoppeling 380.000 jaar na B.B., was deze invloed beduidend groter, zo'n 1100 keer sterker als nu.
 
Ik speel met deze brainfart eigenlijk met de volgende gedachte: Wat nu als de massa van het waarneembare heelal gedurende haar geschiedenis aanmerkelijk afneemt, gewoon verdwijnt omdat ze omgezet wordt in een massaloze ruimtetijd. Dat is fundamenteel verschillend van ΛCDM. Een gedachte waarmee tevens op kosmologische schaal het energie/massa behoud volledig op de schop gaat.
 
Wat is dan op deze schaal en tijdsspanne (klassiek) nog over van wetten als het behoud van impuls, kinetische en potentiële energie?
 
Simpel gesteld: Stel dat ik een kogel wegschiet die spookachtig onderweg steeds minder massa krijgt, terwijl ik de aanvankelijke kinetische energie wil behouden? Dan zou die kogel vanzelf sneller moeten gaan. Het begint zo wel wat overeenkomsten te vertonen met een van de vele MOND theorieën.
 
Zou het mogelijk zijn de massa van het heelal zodanig te laten afnemen, dat er een expansiecurve ontstaat die overeenkomt met de waarnemingen? Zouden we dan lambda niet meer nodig hebben in het model?
 
Dit is een waarschijnlijk bizarre gedachte, en als ik naar die expansiecurve kijk, zie ik niet hoe je e.e.a. zo zou kunnen parameteriseren dat die curve (zie een paar berichten terug) er uit zou kunnen rollen.
 

Opmerking moderator

it is inderdaad meer een onderwerp voor theorie-ontwikkeling, en ik zal het betreffende deel van dit topic daarna overpoten.

[317070]

én het waarneembare heelal verliest voortdurend massa die achter de waarnemingshorizon verdwijnt

Het waarneembare heelal is dan ook geen gesloten systeem. Het is nogal wiedes dat behoud van energie/massa niet op gaat in een open systeem, lijkt mij.
 
Kortom, het waarneembare heelal is een open systeem. Behoudswetten zijn voor gesloten systemen.

[Professor Puntje]

Behoudswetten kunnen ook lokaal gelden. Voor energie/massa zou dat dan betekenen dat de verandering ΔE van de hoeveelheid energie/massa binnen een zeker volume steeds gelijk is aan het verschil van de toegestroomde energie/massa en de weggevloeide energie/massa.

[Professor Puntje]

Zou het mogelijk zijn de massa van het heelal zodanig te laten afnemen, dat er een expansiecurve ontstaat die overeenkomt met de waarnemingen? Zouden we dan lambda niet meer nodig hebben in het model?
 
Dit is een waarschijnlijk bizarre gedachte, en als ik naar die expansiecurve kijk, zie ik niet hoe je e.e.a. zo zou kunnen parameteriseren dat die curve (zie een paar berichten terug) er uit zou kunnen rollen.

 
Heb je wat formules waar we nog wel vanuit mogen gaan en die we kunnen gebruiken om dat benodigde massaverval af te leiden?

[Michel Uphoff]

Behoudswetten zijn voor gesloten systemen.

 
Als je het co-moving frame van het heelal als referentiekader hanteert (waarvoor de waarnemingshorizon niet opgaat), dan zou dat heelal naar jouw mening dan moeten voldoen aan de behoudswet?

 

John Baez: klik ziet beren en leeuwen op de weg

Sean Carrol: klik stelt dat er geen behoud is

Luboš Motl: klik is het daar mee eens.

 

En dan is er nog die lastige kosmologische constante Lambda, een vorm van energie die louter toeneemt door de expansie van het heelal (constante energie per volume-eenheid, dus toenemend met de derde macht van de diameter), die ook binnen een gesloten maar expanderend systeem de behoudswet lijkt te schenden. In de onderstreping zit m.i. de crux, energiebehoud geldt alleen als het decor van de ruimtetijd niet wijzigt (klassiek, srt), maar in de art is dit niet het geval.
 
Het lijkt mij dan, dat ook in een co-moving frame het heelal geen behoud van energie of massa kent.

[317070]

Als je het co-moving frame van het heelal als referentiekader hanteert (waarvoor de waarnemingshorizon niet opgaat), dan zou dat heelal naar jouw mening dan moeten voldoen aan de behoudswet?

Als je stelt dat er massa ons waarneembare heelal verlaten heeft (omdat het de waarnemingshorizon is gepasseerd), dan is dat heelal per definitie van een gesloten systeem, geen gesloten systeem (en geldt er dus geen behoud van massa/energie).
 
Het volledige heelal (dus niet enkel het waarneembare) zou wel een gesloten systeem moeten zijn. Maar in het ΛCDM is er volgens de experten inderdaad waarschijnlijk geen energiebehoud.
 
Nu, ik wil vooral hierop reageren:

 
Ik speel met deze brainfart eigenlijk met de volgende gedachte: Wat nu als de massa van het waarneembare heelal gedurende haar geschiedenis aanmerkelijk afneemt, gewoon verdwijnt omdat ze omgezet wordt in een massaloze ruimtetijd.

De massa van het waarneembare heelal neemt af omdat het geen gesloten systeem is. Er is dus niet veel te winnen door aan te nemen dat de massa wordt omgezet in ruimtetijd.

[Michel Uphoff]

Hier een informatief paper, 'Scientific Background on the Nobel Prize in Physiscs 2011' over het versneld expanderende heelal van de Koninklijke Zweedse Academies: 

The accelerating Universe Nobel 2011.pdf

(950.99 KiB) 53 keer gedownload

 

Heb je wat formules waar we nog wel vanuit mogen gaan en die we kunnen gebruiken om dat benodigde massaverval af te leiden?

 
Nee, de veldvergelijkingen van Einstein zijn mij wat te pittig. We zouden door parametrisatie tot de gevonden expansiekromme moeten komen. Met een vorm van als antigravitatie werkende vacuüm energie die constant is per volume-eenheid, terwijl door de expansie de massa per volume-eenheid met de derde macht van de straal afneemt (over de waarnemingshorizon verdwijnende materie buiten beschouwing gelaten) kan je door de juiste verhoudingen te kiezen (lambda 0,7, materie 0,3) komen tot de waargenomen expansiekromme. In feite voeg je dan kosmologische constante Λ in die veldvergelijkingen in, zie ook hier
 
Maar ik kan geen aannemelijk mechanisme bedenken dat zonder lambda, maar door een afname van massa tot een dergelijke kromme zou kunnen leiden. Punt is, dat het energieverlies van de fotonen door de kosmologische roodverschuiving in het vroege heelal aanvankelijk groot was, en almaar minder wordt. Op dit moment, en zeker in de toekomst, is het massaverlies door roodverschuiving zo goed als te verwaarlozen, en dus zou de toekomstige expansie moeten vertragen ipv. versnellen.
 
Neemt niet weg, dat in het grafiekje van een paar berichten terug een bijzonderheid zit die naar mijn mening vaak onderbelicht blijft: We bevinden we ons nu in het centrum van een deel van die expansiegrafiek waarin er gedurende ongeveer 5 miljard jaar een vrijwel lineaire relatie is tussen leeftijd en schaalfactor voor alle waarden van Λ en Ω, de lijnen lopen parallel.
Dat was in het verre verleden niet het geval, en dat is in de verre toekomst ook niet zo. En nu wij er aan meten zitten we vrijwel in het midden van die overgangsfase. Ik vind dat nog steeds té toevallig. Maar heb m.i. ook met de gedachte in dit topic geen aanzet kunnen geven voor een steekhoudende alternatief.
 
Ik ben bang dat het hele idee niet meer zal worden dan wat het was, een brainfart.