Donkere materie en lenzen

[Michel Uphoff]

@HansH: Dan draait de aarde er nog 10 minuten omheen alsof er niets aan de hand is

 
Dat klopt.
 
Inderdaad wijzigt het veld door een omloopbaan, er worden dan gravitatiegolven uitgezonden. In de meer normale situatie van een omloopbaan van een planeet of dubbelster zijn die rimpelingen van de ruimtetijd extreem zwak, maar ze zijn er. De Aarde bijvoorbeeld verliest hierdoor baanenergie en nadert de Zon. Maar het stelt niets voor; het verlies is ongeveer 200 J/s, onmeetbaar gezien de baanenergie van de Aarde, die in de orde van 10³⁶ J ligt.
 
Verwijder je in een gedachtenexperiment de Zon, dan verandert dat het veld, en die verandering plant zich voort met de lichtsnelheid, zodat pas na ruim 8 minuten de Aarde op de hoogte is van het gewijzigde veld en haar omloopbaan verlaat. Tegelijkertijd wordt het donker.
 

@ Bladerunner: Dan gaat de Aarde direct rechtuit wat hij ook gedaan zou hebben als de zon daar nooit stond.

 
Nee, dat is dus niet correct.

[HansH]

nee dat klopt niet. er is inmiddels aangetoond dan zwaartekrachtsgolven zich voortplanten met de lichtsnelheid. veranderingen in de vervorming van de ruimte planten zich dus ook op die manier voort. Laten we dus niet blijven hangen bij een effect wat al is bewezen.

[HansH]

 
Dat klopt.
 
Inderdaad wijzigt het veld door een omloopbaan, er worden dan gravitatiegolven uitgezonden. In de meer normale situatie van een omloopbaan van een planeet of dubbelster zijn die rimpelingen van de ruimtetijd extreem zwak, maar ze zijn er. De Aarde bijvoorbeeld verliest hierdoor baanenergie en nadert de Zon. Maar het stelt niets voor; het verlies is ongeveer 200 J/s, onmeetbaar gezien de baanenergie van de Aarde, die in de orde van 10³⁶ J ligt.

maar dan praat je over energieverlies. Dat zal inderdaad wel meevallen. Waar ik over praat is de invloed van eindige voorplantingssnelheid op de baan die de massa's volgen. Bij de aarde om de zon kan ik me nog voorstellen dat het nit veel scheelt omdat de zon vrijwel niet verplaatst vanwege de grote massa tov de aarde, maar hoe zit dat met 2 sterren die om elkaar heen draaien? Maakt het dan ook niets uit of de zwaartekracht zich oneindig snel zou voortplanten of met een eindige snelheid? Dat moet toch haast wel verschil maken. stel dat de voortplantingssnelheid 100km per uur zou zijn. Dan zou de massa al bij wijze van spreken tegen de andere massa aanbotsen terwijl de andere massa nog niets daarvan ziet.

[HansH]

vanavond nog wat verder gezocht naar sterrensimulaties, bv deze:
https://www.universiteitleiden.nl/wetenschapsdossiers/de-zoektocht-door-het-heelal/een-stuk-heelal-in-de-computer
ik zie eigenlijk niet dat er een probleem gemeld wordt mbt het niet overeenkomen met de werkelijkheid, dus is er op dit moment eigenlijk wel een probleem waar we donkere materie voor nodig hebben?

[Benm]

 
Je moet een onderscheid maken tussen een zwaartkrachtsveld (c.q. de bestaande kromming van de ruimtetijd) en de veranderingen van dat veld. Die laatste reizen met de lichtsnelheid, zoals kortelings overtuigend is aangetoond met de waarneming van zwaartekrachtgolven en de optische opvolging ervan. Zie ondermeer hier.

 
Ik probeer even de analogie te vinden met pakweg electromagnetisme: Als je een permanente magneet hebt kun je het veld daarvan (in theorie) op grote afstand waarnemen, bijvoorbeeld met welke kracht of moment dat magnetische veld effect heeft op een andere magneet. Je hebt dus een magneetveld dat al lang en breed aanwezig is waarmee je interactie aan gaat, en met de lichtsnelheid veranderd als je de grote magneet manipuleert. 
 
Nu neem ik aan dat dat de andere kant op ook zo werkt: De grote magneet kan 'voelen' dat de kleine door haar veld heen beweegt, maar de snelheid waarmee is beperkt tot de lichtsnelheid. 
 
Wat de analogie met een zeiltje of iets dergelijks betreft: Als je een 3D analogie doet van 4D door bijvoorbeeld ballen op een trampoline te leggen waardoor een lichte in een baan om een zware kan komen en dergelijke is het effect ook niet instantaan. Als je de zware bal van de trampoline pakt dan duurt het enige tijd voor het oppervlak weer helemaal vlak is en het kleinere balletje 'merkt' dat de grote verdwenen is. 
 
In de praktijk is dat natuurlijk vooral effect van materiaaleigenschappen en gaat het idioot veel trager dan de lichtsnelheid, eerder met die van de geluidssnelheid in het materiaal van het zeil. 

[Michel Uphoff]

ik zie eigenlijk niet dat er een probleem gemeld wordt mbt het niet overeenkomen met de werkelijkheid

...

dus is er op dit moment eigenlijk wel een probleem waar we donkere materie voor nodig hebben?

 

Nou en of. Deze simulatie heeft namelijk als basis het ΛCDM model, het op dit moment meest succesvolle kosmologische model, waarin donkere materie en donkere energie beiden hun rol spelen.

 

The EAGLE project is a campaign of large-scale hydrodynamical simulations of the Lambda-Cold Dark Matter universe

 

De huidige parameters zijn:
baryonische ('gewone') materie Ω_b 4,56%

donkere materie Ω_c22,8%

donkere energie Ω_Λ72,6%

totale dichtheid Ω_tot1.0050^+0,0060_-0,0061

[Benm]

ik zie eigenlijk niet dat er een probleem gemeld wordt mbt het niet overeenkomen met de werkelijkheid, dus is er op dit moment eigenlijk wel een probleem waar we donkere materie voor nodig hebben?

 
Nouja, het is maar wat je een probleem noemt natuurlijk: Voor de alledaagse werking van allerlei apparaten en dergelijke maakt het allemaal helemaal  niets uit, net als die neutrino's die overal doorheen schieten zonder invloed uit te oefenen. Tijdens het tikken van dit stukje tekst zijn miljarden neutrino's door mij, mn toestsenbord, computer etc gevlogen, en daar merkte ik helemaal niets van. En dat zijn dan de neutrino's waarvan we slechts (zeker) weten dat ze bestaan door detectie in gigantische scintillators.
 
Zaken als donkere materie en energie zijn nodig om te begrijpen wat het heelal op vrij grote schaal 'doet', niet op de schaal van praktische toepassingen op aarde. 
 
Praktisch zou je het niet merken: Stel dat er een 'wolk' donkere materie door de aarde heen gaat met een dichtheid van 1 miljoenste van die van lucht, dan zou je dat niet/nauwelijks kunnen meten, zeker gezien andere factoren die een veel grotere invloed hebben op de zwaartekracht ter plekke. Het effect jouw lokale zwaartekracht als gevolg van mijn shuiven in mijn stoel is waarschijnlijk groter. 
 
Maar als het hele universum vol zit met dergelijke donkere materie heeft het wel wel een gigantisch effect op hoe sterrenstelsels zich ten op zichte van elkaar gedragen etc. 

[HansH]

nog even terugkomend op donkere materie en voortplanting van zwaartekracht.
bijgaande 2 plaatjes zijn een impressie wat er gebeurt als je 2 sterren vanaf oneindig met constante beginsnelheid langs elkaar zou schieten en zien hoe ze op elkaar reageren met en zonder eindige voortplantingssnelheid van de zwaartekracht. met oneindige voortplantingssnelheid zie je dat alle kracht vectoren naar het zwaartepunt lopen want de ene ster ziet de andere ster zoals die op dat moment zich ergens bevind. (geel ziet geel)
met eindige voortplantingssnelheid ziet geel geen gele ster maar de rode ster zoals die vroeger in de tijd daar stond. daardoor is de versnellingsvector meer naar buiten gericht en zal de ster dus minder naar binnen getrokken worden in zijn baan.
 
De berekening wordt daardoor wel veel complexer omdat je niet simpel alle krachten tussen alle sterren kunt uitrekenen op een bepaald moment, maar moet kijken naar de krachten tgv alle sterren zoals die in het verleden stonden en je je ook nog moet nagaan welk verleden dat dan is. Ik vraag me dus af hoe en of dat effect in de sterrensimulatie zit. Misschien moeten we dat aan een specialist op simulatie gebied vragen. Maar nog belangrijker is de vraag in hoeverre dit de conclusies over donkere materie beinvloedt.
 
 

[Ty Finnally]

Donkere materie wordt normaal gesproken gebruikt als verklaring, waarom sterrenstelsels zo hard naar elkaar toe bewegen, waarom sterren zo snel ronddraaien rond de spiraalstelsels, en waarom gravitatielenzen "laten zien" dat er donkere materie moet zijn, zoals bij de Bullet Cluster.
 
Maar naar mijn idee wordt donkere materie te pas en te onpas toegevoegd aan de interstellaire ruimte, waar abundantie aan gravitatie wordt gevonden. In dat geval is donkere materie dus geen <i>verklarend </i>model, maar slechts een <i>beschrijvend </i>model. Donkere materie heeft dus volgens mij geen enkele verklarende waarde, en mag dus ook niet zo worden gebruikt. Want zodra er ergens een teveel aan gravitatie wordt gevonden, wordt daar donkere materie in gestopt. (het lijkt in deze wel op [excuus] de theorie van de Platte Aarde)
 

Als beschrijvend model, biedt donkere materie dan dus geen verklaring waarom er op sommige plaatsen extra gravitatie wordt gevonden. Het zou daarom leuk zijn als een donkere materie deeltje wordt gevonden, want dat zou het fenomeen (extra gravitatie) wél verklaren. Of een kloppende MOND.
 
En wat gebeurt er met gebieden waar een <i>tekort </i>aan gravitatie is? Zijn er gebieden waar er tekort is aan gravitatie? Zijn er sterren die <b>te </b>langzaam rond hun sterrenstelsel draaien? Dat zou nog veel meer interessante (interessantere) vragen opwerpen...

[Michel Uphoff]

En wat gebeurt er met gebieden waar een <i>tekort </i>aan gravitatie is?

 
Die zijn mij niet bekend.
 
Inderdaad is donkere materie slechts een nog onbewezen hypothese om de gemeten zwaartekrachtsanomalieën te verklaren. Er zijn zeker ook andere hypotheses, waaronder de genoemde MOND varianten, en bijvoorbeeld hypotheses als die van Erik Verlinde.
Maar zolang WIMP, steriele neutrino's en andere (eventueel macroscopische) kandidaten voor donkere materie maar niet gevonden worden, én tegelijk er geen kloppende MOND-achtige oplossing is gevonden, moet je toch wat met die gemeten afwijkingen. En vooralsnog lijken de waarnemingen het sterkst te wijzen op een overdaad aan gravitatie die nu nog met niets anders dan een soort van 'donkere materie' zijn te verklaren.
 

biedt donkere materie dan dus geen verklaring waarom er op sommige plaatsen extra gravitatie wordt gevonden.

 
Met jou eens. Er is geen goede verklaring waarom die afwijkingen daar zijn waar ze waargenomen worden. Op zich is dat wel logisch zolang je niet eens weet waar die materie uit bestaat (als ze al bestaat).

[Ty Finnally]

Met jou eens. Er is geen goede verklaring waarom die afwijkingen daar zijn waar ze waargenomen worden. Op zich is dat wel logisch zolang je niet eens weet waar die materie uit bestaat (als ze al bestaat).

Volledig mee eens. Ik vind het alleen jammer dat in de media de donkere materie wel als verklarend model wordt gesitueerd.
Zoals in: "Bullet cluster levert het bewijs: Donkere materie bestaat echt"

[Ty Finnally]

nog even terugkomend op donkere materie en voortplanting van zwaartekracht.

Er zijn twee redenen om de aangepaste (eenvoudige) gravitatie te gebruiken (dus met oneindige voortplantingssnelheid)
1. De massas en/of afstanden zijn dusdanig, dat zwarte gaten <i>geen </i>grote rol gaan spelen
2. De lichtsnelheid (300.000km/s) is veel groter dan de gemiddelde object snelheid (400 km/s)
(vrij vertaald - klopt niet helemaal, maar hier komt het wel op neer)
 
Om met het bewuste wikipedia lemma over n-body simulatiete spreken: "The newtonian theory is appropriate because the masses involved are much less than those required to form a black hole, and the speed of gravity may be ignored as the light-crossing time for the structure is still smaller than the characterstic dynamical time"

[megabon]

Onlangs las ik iets over zogenaamde negatieve massa als een verklaring voor "donkere fluid" ( donkere materie en donkere energie samen)

Negatieve massa zou je afstoten als je het aantrekt en je afstoten als je het aantrekt.

[megabon]

Negatieve massa zou je afstoten als je het aantrekt en je afstoten als je het aantrekt.[/quote]

En je aantrekken als je het afstoot natuurlijk

[Ty Finnally]

Je bedoelt waarschijnlijk dit artikel: Negative masses
 
J.S.Farnes heeft idd een punt dat negatieve massa een oplossing kan bieden voor donkere energie en donkere materie.
Maar er zijn al honderd jaar allerlei suggesties van negatieve massa deeltjes binnen de natuurkunde

Ik weet niet precies waarom, maar ze zijn allemaal verworpen

En ik zie ook niet waarom deze hypothese meer valide zou zijn dan anderen

Toch, altijd weer een interessant document om te lezen

The Paper

3.3 Ik heb in het verleden een N-Body simulatie gemaakt met normale positieve massadeeltjes, die exact dezelfde large-scale structuren laat zien - is niet zo moeilijk

5. Hier staat dat "De theorie kan gevalideerd worden door directe observatie van negatieve massa deeltjes" - dit lijkt me logisch

Ik mis een "Discussion" onderdeel, waarin de inhoud van deze paper ter discussie wordt gesteld

Voor de rest is het gewoon afwachten of de natuurkunde dit oppikt, en hoeveel vervolg dit krijgt

Ik ga persoonlijk nog steeds voor Erik Verlinde