Traditionell lautet die kosmologische Zustandsgleichung kalter Materie (sog. Staub) einfach:
Daher könnte man sagen, dass der Staub tatsächlich einen Unterdruck hat ?
Zur Unterstützung dieser Ansicht würde ich sagen, dass Einsteins Feldgleichungen besagen, dass die Raumzeitkrümmung der Spannungsenergie entspricht .
Dieser negative Druck könnte dann als Quelle kosmologischer Beschleunigung wirken, die der durch die positive Massendichte des Staubs verursachten Standardverzögerung bis zu einem gewissen Grad entgegenwirken würde.
Nein, es gibt keinen Beitrag zum Druck durch die Gravitationsanziehung zwischen den Teilchen.
Um dies zu sehen, müssen Sie erkennen, dass der Druck eine Ensembleeigenschaft ist, und sich den Spannungs-Energie-Tensor für ein einzelnes Punktteilchen ansehen. Das ist:
Wo ist die Geschwindigkeit nicht die vier Geschwindigkeiten. Der Funktion macht einfach Null überall außer an der Partikelposition, also nehmen wir an, wir sind an der Partikelposition und lassen sie fallen. Wenn Sie sich dann die diagonalen Elemente ansehen, die wir normalerweise als Druck betrachten, erhalten wir Einträge wie:
das ist im Grunde nur die relativistische kinetische Energie des Teilchens. Wenn Sie ein Ensemble von Teilchen mit zufälligen Geschwindigkeiten (z. B. thermischen Geschwindigkeiten) betrachten, dann hängt die kinetische Energie einfach mit dem Druck zusammen , und deshalb sind die diagonalen Terme effektiv ein Druck.
In einem Staub nehmen wir an, dass die Teilchen vernachlässigbare Geschwindigkeiten haben, also ist die kinetische Energie der Staubkörner Null und damit auch der Druck. Wenn Sie eine kollabierende Staubwolke haben, dann ist es sicherlich richtig, dass die Staubkörner nach innen zu fallen beginnen und daher eine Geschwindigkeit annehmen, aber die Korngeschwindigkeiten sind nicht zufällig, da alle Körner in die gleiche Richtung fallen, also besteht dies nicht ein Druck.
Könnte man also sagen, dass der Staub tatsächlich einen Unterdruck p hat?
In der Mechanik von Festkörpern bedeutet Unterdruck (positive Spannung), dass die inneren Kräfte der Ausdehnung des Körpers aufgrund äußerer Kräfte widerstehen.
Wenn Sie Staub (verdünnte Partikelmenge) in einer Spritze haben, die mit nicht zu vernachlässigenden Gravitationskräften aufeinander wirkt, wirken die Gravitationskräfte auch auf den Kolben und ziehen ihn hinein. Wenn diese Kraft größer ist als die Gegenkraft des Aufpralls der bewegten Teilchen auf den Kolben, würde der Kolben nach innen gezogen und das würde wie im obigen Fall einen Unterdruck bedeuten.
Ein solches Gravitationsgassystem stellt sich nicht in einen gleichförmigen Dichtezustand ein und die normale Thermodynamik gilt nicht dafür. Selbst wenn wir Unterdruck einführen, ist es nicht leicht zu sehen, wie man ihn im thermodynamischen Sinne nutzen kann.
Das Folgende ist nicht gerade eine "Antwort", sondern eine Meinung oder eine interessante Hypothese, die es zu diskutieren gilt (zumindest aus meiner eigenen Sicht!).
Es fühlt sich für mich sehr "natürlich" an, dass die kosmologische Flüssigkeit der "Staub" -Materie unter Spannung stehen sollte (dh einen gewissen Unterdruck erzeugen sollte ), ein bisschen wie eine Art Van-der-Walls-Gas oder eine Art Polymerflüssigkeit . Auf sehr große Entfernung erzeugt ein bestimmtes Teilchen im Großen und Ganzen keine merkliche globale Anziehungskraft. Aber aus nächster Nähe erzeugt es sicherlich eine gewisse Anziehungskraft auf seine Umgebung (dh auf ein paar andere nahe Partikel). Die Gaspartikel haben also eine Nahbereichswechselwirkung, die nicht durch die Standardzustandsgleichung "Staub" beschrieben wird ( ).
In der Standard-FLRW-Kosmologie wird bereits von Anfang an angenommen, dass die Raumzeit eine exakte lokale Isotropie und Homogenität hat, während die Materie dieses Symmetrieprinzip in der Realität nicht respektiert (die Symmetrie ist nur "statistisch", in sehr großem Maßstab). Mir ist immer aufgefallen, dass kosmologische Megastrukturen (galaktische Supercluster, „Materiebrücken“, kosmische Filamente, ...) wie ein gespanntes Material aussehen, das unter Spannung steht . Daher stellt sich natürlich die Frage, ob das „Staub“-Gas von Galaxien wirklich gut durch die Zustandsgleichung beschrieben wird . Ich denke jetzt ernsthaft, dass dies eigentlich eine sehr schlechte Idealisierung ist, und es ist keine Überraschung für mich, dass wir jetzt einige seltsame kosmologische Effekte wie „Abstoßung“, „dunkle Materie“ usw. sehen. Wir können die allgemeine Relativitätstheorie in einer sehr Weise anwenden und interpretieren Falsche Weg !
Es ist allgemein bekannt, dass die Einstein-Feldgleichung hochgradig nichtlinear ist und einige subtile „Rückwirkungseffekte“ von den Unterebenen auf die höheren Ebenen zeigen kann. Die Bedeutung von "Rückreaktionen" in der Allgemeinen Relativitätstheorie wird heute sehr diskutiert, und es gibt noch keine klaren Vereinbarungen darüber. Es gibt viel Literatur zu diesem Thema, während es in der wissenschaftlichen Gemeinschaft nicht bekannt genug ist (AFAIK).
Ich persönlich vermute sehr, dass die allgemeine Relativitätstheorie versucht, uns etwas sehr Wichtiges über die Schwerkraft zu sagen: Sie ist hierarchisch (die Einstein-Gleichung ist nicht skaleninvariant ). Die Schwerkraft kann auf verschiedenen Skalen unterschiedlich wirken.
Wenn wir also transponieren Staubgas (das aus dem kleinen menschlichen Maßstab kommt) in den viel größeren Maßstab einer Flüssigkeit von Galaxien, wir könnten tatsächlich einen sehr großen Fehler machen!
Es ist möglich, dass die Standard-RWFL-Kosmologie aufgrund der Forderung nach exakter Symmetrie einfach die galaktischen Wechselwirkungen im „Staub“-Gas vernachlässigt (dh die kleinräumigen Nahbereichs-Wechselwirkungen zwischen den Teilchen).
Ich denke, dass wir die übliche Staub-Zustandsgleichung nicht (wieder von der menschlichen Skala) auf die kosmologische Flüssigkeit übertragen können. Die Regeln sind im großen Maßstab nicht dieselben.
Cham