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 ...
(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?
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.
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.
MrSpudtastic