Die folgende Arbeit bildet eine Rekonstruktion des Hubble-Parameters aus dem SuperNova Legacy Survey unter Maßgabe konstanter Masse der Materie und konstanter Dichte der Dunklen Energie im Zeitraum seit dem Ende des dunklen Zeitalters bis in die Gegenwart. Die beschleunigte Expansion zeigt sich anhand der Summe der Beschleunigungskomponenten aus Materie und Dunkler Energie.
1998 fand der Amerikaner Adam Riess, dass die Expansion des Universums gegenwärtig beschleunigt abläuft, und nicht etwa, wie die Gravitationstheorien Newtons und Einsteins vermuten lassen, gebremst. Seither bewegt dieser Umstand die Köpfe der wissenschaftlichen Gemeinde. Es ist die Dunkle Energie als Konstrukt des Geistes geschaffen worden, die die notwendige Energie
liefern soll. Berechnungen aber zeigen, dass diese unter den Gegebenheiten noch viel größer sein muss, als schon bisher angenommen, soll sie auch die Beschleunigung erklären. Wieder ist Kreativität in der Wissenschaft gefragt, und das hier besprochene Konstrukt ist ein weiteres Exponat dieses Genres, von denen es an Unterschiedlichkeit in den vielen, vielen
Veröffentlichungen zu diesem Thema weltweit nicht mangelt.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
Die Idee
Die Materie
Das unendlich große Rosinenbrot
Die dunkle Energie
Gravitation
Resultierende Beschleunigung gtot
Das Alter a
Dichteparameter
Hubble-Parameter
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, die Expansion des Universums für den Zeitraum vom Ende des dunklen Zeitalters bis zur Gegenwart mathematisch zu modellieren. Dabei wird unter der Annahme eines über alle Zeiten flachen Universums untersucht, wie sich das Zusammenspiel zwischen konstanter Dichte der Dunklen Energie und der mit der Expansion abnehmenden Dichte der Materie auf die Expansionsbeschleunigung auswirkt.
- Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie auf ein flaches Universum
- Modellierung der Materie-Dichte unter Berücksichtigung der konstanten Gesamtmasse
- Analyse der Dunklen Energie als konstante Energiedichte des Raumes
- Berechnung der resultierenden Beschleunigung gtot
- Bestimmung des Hubble-Parameters im zeitlichen Verlauf
Auszug aus dem Buch
Das unendlich große Rosinenbrot
Die ART lässt mithilfe der kosmologischen Konstante verschiedene Geometrien des Universums zu: Die sphärische, die hyperbolische, und eben die flache, d.h. der Raum ist nicht gekrümmt, wie er dies allerdings um Himmelskörper herum ist. Da bei einer Betrachtung des Universums allerdings mit sehr großen Distanzen gerechnet wird, kann er über diese nicht gekrümmt, sprich flach, sein, was er ist.
Das Modell vom unendlich großen Rosinenbrot ist nun aus dem Umstand heraus geboren, dass das Universum mittels der ART als flach errechnet wurde. Abgesehen von dem Umstand, dass wir die Position der Supernovae und anderer Himmelskörper an einem Zeitpunkt in der Vergangenheit wahrnehmen, sie also gegenwärtig ganz woanders sein könnten, ist die Supernova genau auf der Linie, auf der wir sie mit unseren Teleskopen sehen. Der Raum ist also, abgesehen von Gravitationslinsen, nicht gekrümmt, flach.
Schiebt man einen Hefeteig mit Rosinen in den vorgeheizten Ofen, so dehnt er sich beim Backen aus, und zwar unter Einhaltung aller seiner Proportionen zwischen den Rosinen, denn nur der Teig dehnt sich aus. Am Modell sind die Rosinen die Himmelskörper und der Teig steht für den Raum. Während also die Rosinen (Himmelskörper) unverändert bleiben, wird der Teig (Raum) mehr. Dieses Anwachsen des Raums wird der Dunklen Energie zugeschrieben.
Zusammenfassung der Kapitel
Vorwort: Einleitende Reflexion über die wissenschaftliche Herausforderung der beschleunigten Expansion und die Rolle der Dunklen Energie als theoretisches Konstrukt.
Die Idee: Vorstellung der Arbeitshypothese, dass das Universum unter Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie als zeitlich flach betrachtet werden kann.
Die Materie: Definition der Materiekomponenten und Begründung der Annahme einer über die Zeit konstanten Gesamtmasse bei abnehmender Dichte.
Das unendlich große Rosinenbrot: Erläuterung des Expansionsmodells mittels der Analogie eines Hefeteigs, um die Raumausdehnung bei unveränderten Himmelskörpern zu veranschaulichen.
Die dunkle Energie: Diskussion der konstanten Dichte der Dunklen Energie und deren Einfluss auf die Expansion nach dem dunklen Zeitalter.
Gravitation: Herleitung der Gesamtmateriemenge basierend auf dem Alter des Universums und den geometrischen Annahmen eines flachen Einstein-Universums.
Resultierende Beschleunigung gtot: Zusammenführung der gegensätzlichen Wirkkräfte von Materie und Dunkler Energie zur mathematischen Beschreibung der Gesamtexpansion.
Das Alter a: Definition der zeitlichen Bezugspunkte und des Skalenfaktors zur Darstellung des Alters des Universums.
Dichteparameter: Analyse der zeitlichen Entwicklung der Dichteparameter für Materie und Dunkle Energie in einem flachen Universum.
Hubble-Parameter: Bestimmung der Hubble-Funktion basierend auf der Annahme eines flachen Universums und Abgleich mit Beobachtungsdaten.
Schlüsselwörter
Universum, Expansion, Dunkle Energie, Materie, Allgemeine Relativitätstheorie, Flaches Universum, Gravitation, Hubble-Parameter, Dichteparameter, Kosmologie, Skalenfaktor, Quantenfluktuation, Beschleunigung, Raumkrümmung, Dunkles Zeitalter
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der mathematischen Berechnung der Expansionsgeschichte des Universums, ausgehend vom Ende des dunklen Zeitalters bis in die heutige Zeit.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die Untersuchung konzentriert sich auf die Dynamik zwischen der anziehenden Gravitation der Materie und der raumausdehnenden Wirkung der Dunklen Energie unter der Prämisse eines flachen Universums.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, die beschleunigte Expansion des Universums durch ein Modell zu erklären, das auf konstanten Dichteeigenschaften der Dunklen Energie und der Erhaltung der Materiemasse basiert.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden mathematische Herleitungen auf Basis der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) angewandt, um die Dichteparameter und die resultierende Beschleunigung zu modellieren und mit bekannten Werten abzugleichen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die physikalische Modellierung von Materie und Dunkler Energie, die Herleitung der Gravitationsbeschleunigung sowie die Berechnung des Hubble-Parameters und der Expansionsbeschleunigung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Die Arbeit wird primär durch Begriffe wie Expansion des Universums, Dunkle Energie, Dichteparameter, flaches Einstein-Universum und Hubble-Parameter definiert.
Wie unterscheidet sich die Dichte der Materie von der Dichte der Dunklen Energie über die Zeit?
Während die Dichte der Materie mit der Expansion des Raumes abnimmt, wird die Dichte der Dunklen Energie als über die Zeit konstant angenommen.
Welche Rolle spielt die Analogie des Rosinenbrots in der Arbeit?
Sie dient als Modell für die Expansion, bei der sich der Raum (der Teig) ausdehnt, während die Himmelskörper (die Rosinen) ihre Größe beibehalten.
Warum wird das Universum in diesem Modell als flach bezeichnet?
Die Annahme des flachen Universums leitet sich aus der Allgemeinen Relativitätstheorie ab, wobei die Summe aller Energiedichten exakt der kritischen Dichte entspricht.
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- Daniel Adamczyk (Author), 2020, Berechnung der beschleunigten Expansion des Universums, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/909264
