Dunkle Energie-Erweiterung

Verwendet Cosmos ernsthaft genau diese Zahl? Egads ... wenn ja, nimm es nicht zu ernst, aber ansonsten sind sie wahrscheinlich konzeptionell richtig.

Woher wissen wir, dass es dunkle Energie war?

In der Kosmologie passt das ΛCDM-Modell zahlreiche Beobachtungen, insbesondere die vom WMAP -Satelliten, aber auch andere, zur Friedmann-Robertson-Walker-Lösungsfamilie der Allgemeinen Relativitätstheorie, die ein homogenes und isotropes Universum beschreibt. Das$\Lambda$bezieht sich auf die kosmologische Konstante, die das einfachste Modell dunkler Energie ist, und entspricht einer intrinsischen Energiedichte des Vakuums – daher muss sie Lorentz-invariant sein, und da sich Zeit und Raum in einer Lorentz-Transformation vermischen, die einzige Dafür muss sein Druck genau gleich dem Minus seiner Energiedichte sein. Mit$\Lambda>0$, der Druck ist negativ, und das ist verantwortlich für die nach außen gerichtete Gravitationsbeschleunigung des Universums.

Angesichts der Tatsache, dass wir dunkle Energie nicht definieren oder erkennen können, warum glauben wir, dass dies die Ursache ist?

Die kosmologische Konstante wurde acht Jahrzehnte vor der Entdeckung der kosmischen Beschleunigung definiert, und wir glauben, dass sie die Ursache ist, weil sie theoretisch sehr einfach ist und zu Beobachtungen passt. Es gibt jedoch andere Modelle für Dunkle Energie.

Woher wissen wir überhaupt, dass diese neue Beschleunigung stattgefunden hat?

Die kosmologische Evolution wird durch die Friedmann-Gleichungen beschrieben , die neben der räumlichen Krümmung des Universums den Hauptbeitrag von Strahlung, Materie und dunkler Energie haben. Wenn sich das Universum ausdehnt, werden sowohl Strahlung als auch Materie verdünnt, dunkle Energie jedoch nicht. Wenn sich das Universum also weiter ausdehnt, dominiert der Anteil der Dunklen Energie sowohl über Strahlung als auch über Materie.

Höchstwahrscheinlich ist der Artikel einfach ein übertriebener Hinweis auf den Übergang zwischen der von Materie dominierten Ära und der von dunkler Energie dominierten Ära . Die besondere Zahl$6,771,500,000$Jahre scheinen für vieles in der Kosmologie komisch genau zu sein, aber da die neun Jahre die beste Anpassung an WMAP+eCMB+BAO+H₀ (siehe obigen WMAP-Link) für das Alter des Universums sind$13.772\pm0.059\,\mathrm{Ga}$, schlage ich folgende Erklärung vor:

1. Der Autor hört, dass das Alter des Universums ist$13.772$Milliarden Jahren und ignoriert vollständig alle Fehlergrenzen bei dieser Schätzung.
2. Der Autor hört von woanders, dass die von dunkler Energie dominierte Ära begann, als das Universum existierte$7$Milliarden Jahre alt, und behandelt diese Zahl wiederum als exakt.
3. Der Autor subtrahiert dann die beiden.

Dies gilt für alle bis auf die letzte$0.5\,\mathrm{Ma}$, die etwa ein Zehntausendstel. Ich schließe daraus, dass meine Theorie über den Ursprung der Zahl ziemlich gut mit den empirischen Beweisen der Worte des Autors übereinstimmt. Vielleicht die$0.5$da die nächste Ziffer im Kopf des Autors als eine Art Mittelpunkt rationalisiert wurde.

Wohin$7$Milliarden Jahren herrührt, habe ich zwei Vermutungen.

1. In der Kosmologie wird der Hubble-Parameter manchmal als einheitenlos angesehen, indem auf skaliert wird$100\,\mathrm{km/s/Mpc}$. Das sagen wir zum Beispiel manchmal$h = 0.704$wenn wir das meinen$H_0 = 70.4\,\mathrm{km/s/Mpc}$. Daher,$100\,\mathrm{km/s/Mpc}$ist eine Art De-facto-Vergleichsstandard. Es mag ein Zufall sein, aber es ist ziemlich verdächtig, wenn man den Beitrag der Strahlung ignoriert (der gerechtfertigt ist, da er außer im sehr frühen Universum vernachlässigbar ist) und dies vorgibt$H_0 = 100\,\mathrm{km/s/Mpc}$, dann wäre das Alter des Universums, in dem die Dichte der Materie und der dunklen Energie gleich ist $$\frac{2\ln(1+\sqrt{2})}{3\sqrt{1-\Omega_\text{M}}}\frac{1}{H_0}\bigg\vert_{\Omega_\text{M} = 0.2865} \approx 0.70H_0^{-1}\bigg\vert_{h = 1.0} \approx 6.8\,\mathrm{Ga}$$ Ich verwende die im Wiki angegebene Ryden-Referenz für die oben von Materie dominierte Ära. Daher denke ich, dass jemand eine Schätzung gemacht hat, indem er eine schöne, runde Zahl für den Hubble-Parameter verwendet und auf gerundet hat$7$Milliarden Jahre.
2. Der Übergang zwischen Materie-dominiert und Dunkelenergie-dominiert ist eine etwas willkürliche Frage der Konvention. Wir könnten es meinen, wenn die Dichte von Materie und dunkler Energie gleich ist, wie oben, aber auf der kosmologischen Skala ist der Druck dreimal so wichtig wie die Energiedichte (vgl. Friedmann-Gleichungen). Daher könnten wir es stattdessen als die Zeit annehmen, in der die Materiedichte doppelt so hoch war wie die Dichte der dunklen Energie. Dies wäre früher als die$9.8\,\mathrm{Ga}$in der Ryden-Referenz angegeben, aber wohl geeigneter, da die Friedmann-Gleichungen eine Nullbeschleunigung vorhersagen würden, dh es wäre der Übergang zwischen Einwärts- und Auswärtsbeschleunigung. Ich habe nicht berechnet, wann das sein würde, aber diese Art von konventioneller Unschärfe könnte für die Diskrepanz zwischen der Materie-dominierten Ära des Wikis und den von dunkler Energie dominierten Ära- Seiten verantwortlich sein. Obwohl letzteres behauptet$5\,\mathrm{Ga}$statt, eher als$7\,\mathrm{Ga}$(aber es erklärt nicht die Quelle).

Der Kosmos kann also Recht haben oder auch nicht, wenn es darum geht, dass die von dunkler Energie dominierte Ära beginnt, wenn das Universum beginnt$7$Milliarden Jahre alt, aber zu dem Schluss, dass es passiert ist$6.7715\,\mathrm{Ga}$ago nimmt sicherlich einige Zahlen als zu genau an, um gerechtfertigt zu sein.

Etwas in der Rotverschiebung?

Ich denke, an dieser Stelle sollten Sie besser eine separate Frage zu bestimmten Problemen mit dem ΛCDM-Modell stellen, falls Sie welche haben. Für die Zwecke dieser Frage nehme ich ΛCDM als gegeben an, wie es Cosmos mit ziemlicher Sicherheit auch tut.

Ja, das sind viele Fragen, aber die Hauptfrage ist, woher wissen wir, dass zu dieser Zeit eine beschleunigte Expansion stattfand?

Das kosmologische Standardmodell besagt, dass dunkle Energie eine kosmologische Konstante ist. Daher ändert sich seine Energiedichte nicht. Es wird dann klar, dass die kosmologische Expansion die Materie irgendwann zu verdünnt macht, um mit der dunklen Energie zu konkurrieren, was der Zeitpunkt ist, an dem die dunkle Energie zu dominieren beginnt. Es war die ganze Zeit da, aber vorher war die Materie dicht genug, um stattdessen zu dominieren.