Kann die Expansion des Weltraums Galaxien gegeneinander blau verschieben?

Angenommen, wir haben zwei Galaxien in einem ansonsten leeren Raum und nehmen an, dass die Galaxien gravitieren. Plötzlich tritt dunkle Energie ein und die beschleunigte Expansion des Weltraums beginnt ...grobes Diagramm

(1D-Kraftdiagramm. Rote Rechtecke repräsentieren die beiden Galaxien, violette Ellipsen repräsentieren dunkle Energie.)

Da die Galaxien gravitativ sind, dehnt die dunkle Energie zwischen ihnen den Raum weniger aus, während "hinter" den Galaxien, wo sich ihre gegenseitige Schwerkraft nicht so sehr überlappt, die dunkle Energie eine größere Wirkung zeigt. Die Pfeile über den Galaxien vergleichen Kraftvektoren. Die schwarzen Pfeile sind Anziehungskräfte der Schwerkraft, die violetten Pfeile Expansionskräfte. Betrachtet man die Summe der Vektoren für die jeweilige Galaxie, scheint es, dass die Galaxien einen zusätzlichen Beschleunigungsschub aus den Regionen mit größerer Ausdehnung hinter ihnen erhalten.

Wenn wir den Film in unseren Köpfen mit diesen Annahmen abspielen: Die Galaxien beginnen damit, dass sie unter ihrer eigenen gegenseitigen Gravitationsanziehung aufeinander zu beschleunigen (jede beobachtet eine Blauverschiebung), dann tritt dunkle Energie ein und die Galaxien beschleunigen mit mehr Energie, als erklärt werden kann denn durch Beschleunigung allein aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft (Blauverschiebung beobachtet viel größer als sie sein sollte).


Ich habe immer von rotverschobenen Galaxien gelesen und gehört, nicht von blauverschobenen (na ja, nicht so sehr, jedenfalls), also muss hier etwas nicht stimmen.

Frage: Kann die Expansion des Universums zwei Galaxien so zusammentreiben? Hebt sich der Nettoeffekt der Expansion hinter und zwischen den Galaxien auf, was zu keiner größeren Beschleunigung führt? Habe ich das alles falsch verstanden?

Antworten (1)

Die Expansion wird das Licht dieser Galaxien immer noch rotverschieben.

Die universelle Expansion ist, zumindest nach meinem Verständnis, nicht so sehr eine Kraft, die diese Galaxien weiter auseinander drückt, sondern stattdessen überall ständig zusätzlichen Raum schafft. Dazu gehört der Raum zwischen den sich annähernden Galaxien.

Das Licht, das von einer Galaxie zur anderen wandert, wird von dieser Expansion betroffen sein, da sich auch der Raum ausdehnt , den Licht und Materie einnehmen. Das Ergebnis ist, dass sich das Licht auf seinem Weg „dehnt“ und seine Wellenlänge verlängert, da sich der Raum zwischen dem Scheitel einer Welle und der nächsten ausdehnt. Da sich dieses Licht weiterhin mit konstanter Geschwindigkeit ausbreitet, werden diese Kämme niemals schneller oder langsamer, um ihre ursprüngliche Wellenlänge "einzuholen", sodass die Lichtwelle auf eine längere Wellenlänge mit geringerer Energie gestreckt wird - das heißt, sie wird rotverschoben.

Das Licht wird durch die Bewegung der Galaxien zueinander immer noch blauverschoben, aber die Expansion des Universums wird sie nicht schneller zusammenschieben. Vielmehr wird die Expansion des Universums universell (heh) den Abstand zwischen allen Punkten im Weltraum vergrößern, einschließlich des Raums zwischen diesen Galaxien. Diese Expansionsrate hält diese Galaxien vielleicht nicht davon ab, einander zu erreichen, aber sie wird immer dazu dienen, die Entfernung zu vergrößern, die sie dafür zurücklegen müssen. Aus diesem Grund wird die Expansion des Universums das Licht immer rotverschieben, nur mehr oder weniger, basierend auf der anfänglichen Entfernung.

Zur weiteren Klarstellung: Die Tatsache, dass „hinter“ diesen Galaxien eine größere Ausdehnung stattfindet, hat keine Auswirkung auf die Ausdehnung des Raums zwischen diesen Galaxien. Es ist nicht so sehr eine Kraft, die alle Materie voneinander wegdrückt, sondern die buchstäbliche Schaffung von immer mehr Raum an allen Punkten im Raum.

Schaffung von vs. Erweiterung des Raums

Nun, es scheint semantische Mehrdeutigkeit zu diesem Thema zu geben (oder ich habe einfach ein unzureichendes Verständnis des Themas – ein sehr wahrscheinliches Szenario) in Bezug auf die Idee der dunklen Energie als Kraft . Viele interpretieren es (glaube ich) als eine Kraft, die Materie von anderer Materie wegdrückt, aber ich glaube nicht, dass es das ist. Nach meinem Verständnis scheint es eher eine Kraft zu sein, die den Raum selbst vom umgebenden Raum wegdrückt.

Das heißt, wenn Sie zwei "benachbarte" Punkte im Raum irgendwie identifizieren würden, würde ihre dunkle Energie sie voneinander wegschieben. Dies bedeutet natürlich, dass diese imaginären benachbarten Punkte nicht mehr benachbart sind, da nun ein Raum zwischen ihnen ist. Wir können jetzt neue Punkte im Raum zwischen den beiden ehemals benachbarten Punkten identifizieren (beachten Sie, dass es in der Praxis unmöglich ist, dass zwei Punkte in diesem Sinne benachbart sind, da wir den Raum zwischen ihnen immer weiter unterteilen können. Dieses Beispiel ist nur ein Gedanke Experiment).

Nach diesem Gedankenexperiment stellen wir fest, dass diese dunkle Energie entgegen der Intuition auf einer konstanten Dichte bleibt. Das heißt, diese Punkte schieben den umgebenden Raum mit der gleichen Geschwindigkeit wie zuvor weg, obwohl sie jetzt weiter auseinander liegen, und die "neuen" Punkte zwischen ihnen schieben jetzt auch den sie umgebenden Raum mit der gleichen Geschwindigkeit weg . Wenn nun die Dichte der dunklen Energie konstant bleibt, während sich der von ihr eingenommene Raum ausdehnt, kann das nur bedeuten, dass jetzt mehr dunkle Energie zwischen den beiden ursprünglichen Punkten vorhanden ist als zuvor.

Deshalb sage ich gerne, dass Raum „erschaffen“ und nicht nur erweitert wird. Das erleichtert mir die Konzeption. Wenn der Raum als das Ding betrachtet wird, das dunkle Energie erzeugt (was auch immer es ist), und diese Energie ihre Dichte nicht verliert, wenn sich der Raum ausdehnt, dann macht es für mich Sinn zu sagen, dass dort jetzt mehr Raum ist als zuvor . Ich weiß aber ehrlich gesagt nicht, welche Terminologie bei denen, die sich regelmäßig damit beschäftigen, hauptsächlich verwendet wird, nur dass mir diese Denkweise das Konzipieren erleichtert.

Offenlegung: Ich bin kein Experte oder auch nur besonders sachkundig auf diesem Gebiet. Wenn ich hier Fehler gemacht habe, sollten andere gerne Korrekturen anbieten. Meine Antwort basiert auf meinem eigenen Verständnis, das ich aus meinen eigenen begrenzten Studien zu diesem Thema gewonnen habe, und ich werde nicht einmal vorgeben, die Mathematik dahinter auch nur ansatzweise zu verstehen.

Ich denke, mein Missverständnis liegt irgendwo darin, dass dunkle Energie wie eine „Anti-Gravitations“-Kraft wirkt. (Obwohl ich schon oft gehört habe, dass es so bezeichnet wird?) „Neuer Raum wird geschaffen“ ist eine Folge davon, eine konstante Dichte dieses Anti-Gravitations-Zeugs zu haben. Dunkle Energie schafft keinen neuen Raum, sie erweitert den Raum "anti-gravitativ" und behält eine konstante Dichte bei. Unter dieser Intuition erwartete ich also, dass Galaxien von Regionen mit dunklem Energieeinfluss "anti-gravitiert" werden und somit dadurch beschleunigt werden können.
Wenn ich es richtig verstanden habe (zugegebenermaßen ein großes Wenn ), dann ist es nicht so, dass die Antigravitationskraft wirklich irgendetwas wegdrückt . Es vergrößert einfach den Raum. Es ist also keine kumulative Kraft. Die Expansionsrate bleibt an allen Punkten konstant. Es ist nur so, dass die Schwerkraft auf (relativ) kurze Entfernungen den Distanzierungseffekt überwinden und zwei Objekte schneller näher zueinander bringen kann, als sich der Raum zwischen ihnen ausdehnen kann. Sogar der Raum zwischen Atomen wird größer, aber die Schwerkraft zieht sie dann schneller zusammen, als sich dieser Raum ausdehnen kann, wodurch der Effekt effektiv aufgehoben wird.
Der Grund, warum die Wirkung der Ausdehnung bei weiter entfernten Dingen größer ist, liegt einfach darin, dass sich der gesamte Raum zwischen zwei beliebigen Punkten ständig ausdehnt, und das hat eine kumulative Wirkung. Der Effekt dieser Ausdehnung ist also vernachlässigbar für den Raum zwischen uns und der Sonne, mild für den Raum zwischen uns und Andromeda und signifikant für den Raum zwischen uns und dem kosmischen Horizont, weil sich jeder Punkt im Raum zwischen hier und dort ausdehnt die gleiche Rate. Somit vergrößert sich der Abstand zwischen uns und einem anderen Objekt schneller, je weiter wir entfernt sind.
Ja, das verstehe ich vollkommen, aber das ist nicht wirklich das, was ich hier frage. Denken Sie daran, dass wir mit einem Spielzeugmodell arbeiten.
Unsere vertraute, alltägliche Schwerkraft reduziert Entfernungen und Volumen. Eine Kugel mit dem Radius der Erde in flacher Raumzeit hat mehr Volumen als die Erde innerhalb ihrer eigenen gekrümmten Raumzeit. Eine Anti-Schwerkraft erhöht Entfernungen und Volumen. Dunkle Energie erweitert den Raum, weil ihre Dichte – was auch immer sie wirklich ist – konstant ist. Wenn dunkle Energie das Raumvolumen vergrößert, wird die Energiemenge in diesem Raum nicht verdünnt, sondern bleibt konstant, sodass ihre Expansionskraft auf den Raum konstant bleibt, was zu einer Beschleunigung führt.
Nun, ich denke, Sie sind zu der richtigen Schlussfolgerung gelangt, dass dunkle Energie unsere Spielzeuggalaxien nicht zusammen beschleunigt. Dunkle Energie "wird immer dazu dienen, die Entfernung zu vergrößern", ist eine gute Art, dies zu erklären, aber es ist nicht allzu offensichtlich, warum das so ist, bis wir den Aspekt der konstanten Dichte und Beschleunigung betrachten. Wenn es nur Antigravitation wäre, dann denke ich, dass es unsere Spielzeuggalaxien zusammen beschleunigen könnte .
Ich habe die Antwort etwas ergänzt. Lassen Sie mich wissen, ob es die Dinge geklärt oder nur verwirrender gemacht hat, und insbesondere, wenn ich etwas falsch gemacht habe. Ich werde der erste sein, der Ihnen sagt, dass ich nicht wirklich weiß, wovon ich mit solchen Dingen spreche, und ich möchte niemanden verwirren oder falsch informieren.
Ja ich verstehe. Wenn ich die Antwort mit absoluter Gewissheit wüsste, nun, ich denke, diese Frage wäre nicht hier! Ich denke, Ihre Antwort ist gut begründet und wahrscheinlich richtig, danke für die Antwort!
Kein Problem! Ich würde gerne eine Antwort von jemandem bekommen, der sich besser auskennt als ich selbst, aber ich werde den Vertreter sicherlich nicht ablehnen, lol. Es war eine lustige Frage, sie mit Sicherheit zu beantworten.