Gravitationswellen als dunkle Energie?

Ist die durch Gravitationsstrahlung transportierte Energie ein brauchbarer Kandidat für Λ / dunkle Energie?

Antworten (1)

Nö. Gravitationsstrahlung ist eine Art Strahlung und hat eine völlig andere Zustandsgleichung als die kosmologische Konstante.

Die kosmologische Konstante hat einen Druck gleich der Energiedichte mit einem Minuszeichen, P = − ρ : Der Spannungs-Energie-Tensor ist proportional zum metrischen Tensor, daher unterscheiden sich die räumlichen und zeitlichen Diagonalkomponenten nur durch das Vorzeichen. Strahlung hat P = + ρ / 3 , ähnlich wie bei Photonen. Den größten Teil der Energiedichte des Universums hat P / ρ = − 1 ; das wissen wir aus Beobachtungen, denn die Expansion beschleunigt sich. Ein strahlungsdominiertes Universum würde nicht beschleunigen (und beschleunigte sich nicht: unser Universum war tatsächlich strahlungsdominiert, als es viel jünger war als heute).

Das Verhältnis P / ρ muss dazwischen liegen − 1 Und + 1 wegen der Energieverhältnisse (oder weil die Schallgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten kann). Der − 1 gebunden ist gesättigt durch die kosmologische Konstante, die kanonische Verwirklichung der „dunklen Energie“; − 2 / 3 Und − 1 / 3 stammt von hypothetischen kosmischen Domänenwänden bzw. kosmischen Strings; 0 ist der Staub, dh statische Partikel; + 1 / 3 ist Strahlung; und höhere Verhältnisse können für "etwas unrealistische" Arten von Materie erhalten werden, wie z. B. das Gas des dichten Schwarzen Lochs, für das es bestimmt ist + 1 . Dieses Verhältnis bestimmt die Beschleunigungsrate als Funktion der Hubble-Konstante.

Danke für die Antwort. Wie kann gezeigt werden, dass Gravitationswellen (grav. Strahlung) dh. Wellen in der Raumzeit die gleiche Zustandsgleichung haben wie Photonen?
Hallo! Die gleiche Ableitung gilt für alle Teilchen oder Wellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Nehmen Sie ein Graviton Schwung P → in einer Kiste L 3 . Es braucht L / v X der Zeit, um von der linken Grenze zur rechten zu gehen; bei jeder Kollision ist der Impuls, der den Wänden gegeben wird 2 P X . Das ist 2 P X ⋅ v X / L C Impuls pro Zeiteinheit. Summe vorbei X , j , z um pro Zeit Schwung zu bekommen P ⋅ v / L C . Teilen Sie durch die Fläche des Würfels, 6 L 2 , zu bekommen P R e S S u R e = F Ö R C e / A R e A = P ⋅ v / 3 L 3 = E / 3 L 3 = ρ / 3 für alle Teilchen/Wellen, die sich mit der Geschwindigkeit bewegen C .
Alternativ können Sie argumentieren, dass der Spannungs-Energie-Tensor der Strahlung in 4 Dimensionen spurlos sein muss, da die klassische Theorie, die die Strahlung beschreibt, keine Dimensionskonstanten hat (konforme Symmetrie). Das bedeutet, dass P X X = P j j = P z z durch Rotationssymmetrie und alle müssen es sein ρ / 3 Null bekommen für ρ − 3 × ρ / 3 .
Nochmals vielen Dank für die Antworten. Als Antwort auf Ihre erste Antwort: Wenn Sie sich Gravitationsstrahlung als Wellen in der Raumzeit (und nicht als Gravitonen) vorstellen, warum sollten sie von der Wand abprallen? Ich würde denken, die Welle würde direkt durch sie hindurchgehen, genauso wie die Gravitationskraft sie durchdringt (dh keine Abschirmung).
Gravitationswellen prallen zwar an keiner Wand ab, aber das Argument ist nur die Skalierung. Lubos hat Recht, dass die Zustandsgleichung für alle relativistischen Dinge gleich ist, aber Sie brauchen das nicht, um zu sehen, dass Gravitationswellen kein Kandidat für dunkle Energie sind: Ihre Dichte nimmt ab, ebenso wie die Dichte aller normalen Dinge (relativistisch oder nicht ). So kann man nichts konstant machen. Das ist eine andere Art zu sagen, dass es nicht das richtige Verhältnis p/\rho hat.
Lieber @mtrencseni, wie WIMP sagt, ist Ihr Kommentar, dass die Wellen nicht wirklich reflektiert werden, gültig. Ein Material, das sie nahezu perfekt wiedergeben könnte, kann es eigentlich nicht geben. Trotzdem brauche ich eine klar definierte Aktion von ihnen, um den Druck mit naiver Mechanik zu berechnen. Wenn Sie eine solche visuelle Hilfe nicht benötigen, können Sie natürlich auch einfach die Formeln für die allgemeine Relativitätstheorie verwenden, in denen der Druck durch den Spannungs-Energie-Tensor angegeben ist. Natürlich ist der (Materie-)Spannungs-Energie-Tensor für reine Gravitationswellen wirklich Null und man beschäftigt sich mit vielen Fragen über die „Trivialität“ von Energie in GR.
Wenn Sie jedoch die Diffeomorphismen messen und/oder anderweitig lokal und ungefähr den Spannungsenergietensor der Gravitationswellen definieren, wird dieser Spannungsenergietensor in der gleichen Welle wie für elektromagnetische Wellen skaliert.
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