Wie tragen Funksignale zur Schwerkraft bei?

Zunächst die Inspiration für diese Frage:

Ich habe gerade gelesen, dass es eine Stunde dauert, ein Bild von der Raumsonde New Horizons zur Erde zu schicken. Es dauert auch ungefähr 5 Stunden, bis dieses Bild die Erde erreicht.

Das bedeutet, dass etwa 4 Bilder im Raum "schweben", irgendwo zwischen Pluto und Erde.

Diese Information ist Energie, und Energie trägt in diesem Moment irgendwo zwischen Pluto und Erde zur Gravitation bei.

Ist diese letzte Behauptung richtig?

Wenn ja:

Die Sonne gibt aus 10 26  Watt von Energie. Das tut es seit mehr als 4 Milliarden Jahren. Im beobachtbaren Universum gibt es dazwischen 10 22 Und 10 24 Sterne.

Wenn der durchschnittliche Stern der Sonne ähnlich ist und wir die in Planeten gespeicherte Energie ignorieren, dann bis zu 10 ( 26 + 24 ) = 10 50  Watt Energie wird dem "leeren Raum" hinzugefügt.

4 Milliarden Jahre sind so etwas wie 10 17 Sekunden (abgerundet).

Dies bedeutet, dass es möglicherweise so viel wie gibt 10 ( 50 + 17 ) = 10 67  J von Energie, die sich einfach durch das Universum bewegt.

Ist das vernachlässigbar?

Die Menge an Energie ist wahrscheinlich viel höher als 10 67 J , da ich Licht nicht berücksichtige, das vor mehr als 4 Milliarden Jahren emittiert wurde. Es berücksichtigt auch keine Sterne außerhalb unseres beobachtbaren Universums.

Ich entschuldige mich für die Verwendung sehr vereinfachter Schätzungen, aber da die Zahlen so groß sind, werden die Fehler weniger wichtig. Ich habe naiv verwendet E = M C 2 von Joule auf Kilogramm umzustellen. Ich bekomme so etwas wie 10 9 Milchstraßenmassen.

Wird diese Energie berücksichtigt, wenn Wissenschaftler sagen, dass sich das Universum ausdehnt? Ich habe das Gefühl, dass diese Energie den Anschein erwecken würde, als würde sich das Universum schneller ausdehnen .

Mir ist nicht klar, was du fragst. Mir scheint, Sie fragen sich, ob das Universum leichter wird, weil all diese Masse in elektromagnetische Strahlung umgewandelt wird, und wie dies die Expansion des Universums beeinflussen könnte. Habe ich recht?
@Gert Nein, ich glaube nicht, dass es möglich ist, dass das Universum als System leichter wird - aber ich denke, dass ein wesentlicher Teil der Energie des Universums in Form von Strahlung "unterwegs" ist, und ich frage, ob dies wird bei der Berechnung der Entfernung zu anderen sehr weit entfernten Objekten berücksichtigt.

Antworten (2)

Strahlung trägt absolut zur Energiedichte des Universums bei. Es ist klein im Vergleich zu baryonischer Materie, dunkler Materie oder dunkler Energie und ist hauptsächlich auf den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) zurückzuführen, der vom Urknall übrig geblieben ist. Sicher, das CMB ist hier im Vergleich zur Sonne schwach und in der Galaxie im Vergleich zum Licht von nahen Sternen schwach; aber das CMB füllt das gesamte Volumen des intergalaktischen Raums mehr oder weniger gleichmäßig aus, während das Sternenlicht von Galaxien wie ausläuft 1 / R 2 wenn du dich in die Leere bewegst. Volumengemittelt gewinnt der CMB.

Die Particle Data Group gibt Zahlendichten an

N Photon = 410.7 C M − 3 N baryon = 2.482 × 10 − 7 C M − 3
für CMB-Photonen und Baryonen – das heißt, es gibt ungefähr zwei Baryonen für jeweils drei Milliarden Photonen. Aber Baryonen (Protonen und Neutronen) haben jeweils eine Ruheenergie
M baryon C 2 = 940 MeV
während die CMB-Photonen Energie haben
E Photon = k T CMB = 86 μ e v K ⋅ 2.7 K = 230 μ e v .
Dieses Energieverhältnis E baryon / E Photon ≈ 4 × 10 12 gleicht das Zahlendichteverhältnis aus N Photon / N baryon = 6 × 10 − 10 , so dass die Energiedichte des Universums aufgrund von Baryonen etwa 70-mal größer ist als die Energiedichte aufgrund von Strahlung. Da die Baryonen ohnehin nur etwa 5 % der Energiedichte ausmachen, kann man die Strahlungsdichte in den meisten Diskussionen getrost weglassen.

Du hast gerechnet 10 9 Die stellare Strahlung der Milchstraßenmasse, die im letzten Drittel des Alters des Universums emittiert wurde. Wenn wir vermuten, dass es ungefähr gibt 10 14 Milchstraßen da draußen, meine Schätzungen geben ungefähr nach 10 12 Milchstraßen im Wert von kosmischen Mikrowellen-Hintergrundphotonen, die viel Platz für Ihr Sternenlicht lassen, um sich im Rauschen zu verlieren.

Deine Behauptung ist also richtig! Deine Rechnung sieht plausibel aus! Aber die Wirkung kann vernachlässigt werden.

Aber nur eine Ausarbeitung: Wenn - zum Beispiel das Universum im ersten Viertel seines Lebens 10000 mal heller war, dann wird meine Zahl 10^13. 10000 ist nur eine Frage, es könnte in den ersten 1 Milliarde Jahren 10 ^ 10 mal heller gewesen sein. (Diese Energieabgabe ist jetzt in Schwarzen Löchern "enthalten") Und wir ignorieren immer noch die Hälfte der Lebenszeit des Universums. Richtig? Aber offensichtlich können wir nur spekulieren, wie hell das Universum am Anfang war.
Könnte „dunkle Energie“ nicht = „Hintergrundstrahlung“ sein?
Das frühe Universum war „strahlungsdominiert“; nachdem es abgekühlt war, wurde es "materiedominiert"; derzeit ist es "dunkle Energie dominiert". Dunkle Energie hat eine andere Zustandsgleichung als der kosmische Mikrowellenhintergrund.
Eigentlich ist die Photonenzahldichte
N Photon = 410 C M − 3 ( T 2.723 K ) 3 ;
Wenn Sie in der Zeit zurückgehen, haben Sie es mit einem kleineren, heißeren Universum zu tun, in dem das CMB wichtiger ist. Das CMB wurde emittiert, als buchstäblich jedes Atom im Universum von ionisiert zu neutral überging; Strahlung von Photosphären wird niemals konkurrieren.

Wird diese Energie berücksichtigt, wenn Wissenschaftler sagen, dass sich das Universum ausdehnt? 

Ja und nein. Erstens sehen wir, dass sich das Universum ziemlich direkt ausdehnt, und versuchen herauszufinden, wie viele Sterne es gibt und wie viel sie aussenden, und verwenden die Unterschiede, um dunkle Energie und dunkle Materie herauszufinden. Wenn wir also dunkle Materie und dunkle Energie abschätzen, berücksichtigen wir diese Energie.

Aber wir würden ziemlich genau erkennen, wie sehr sich das Universum ausdehnt, indem wir es einfach betrachten und ziemlich direkt messen.

Wir sehen nur, dass sich das Universum aufgrund der Rotverschiebung ausdehnt. Zwischen uns und dem anderen Stern gibt es eine beträchtliche Energiemenge in Form von Photonen. Die Energiemenge, die das Licht beeinflusst, das von dem entfernten Stern ausgeht, sollte eine Funktion der Entfernung sein, und ich spekuliere nur, dass wir dadurch eine größere Rotverschiebung sehen könnten, als wenn diese Energie nicht vorhanden wäre. Die Tatsache, dass sich das Universum mit zunehmender Geschwindigkeit auszudehnen scheint, scheint kontraintuitiv (kosmologische Konstante) zu sein, und ich glaube, dass es irgendwie zusammenbrechen könnte, scheint sich aber gleichzeitig auszudehnen, was Einsteins Fehler bestätigt.
@frodeborli Wir wissen nicht, dass sich das Universum ausdehnt. Wir machen Beobachtungen, um die Rotverschiebung und die Entfernungen abzuleiten, und erhalten dann expandierende Universen als die einzigen großräumigen isotropen und homogenen Modelle, die mit den großräumigen Trends übereinstimmen. Es gibt Epochen, in denen das Universum von Strahlung dominiert wird, und solche, in denen es von Materie dominiert wird. Aber wenn wir eine Expansion beobachten und dann die Menge an Energie und Materie, die wir sehen, nicht übereinstimmen, schließen wir auf dunkle Materie.
@frodeborli Die dunkle Energie ist anders, keine Menge an regulärer Energie oder Materie könnte eine beschleunigte Expansion erklären, also verwenden wir nur die beobachtete Beschleunigung, um auf dunkle Energie zu schließen. Sie scheinen alle Ihre Schlussfolgerungen rückwärts zu haben.
Ich glaube, dass Energie in Form von Strahlung den Anschein erwecken könnte, als ob sich das Universum ausdehnt, während es tatsächlich zusammenbricht. Dh die Rotverschiebung kommt nicht von der Expansion.
@frodeborli Glaube das nicht. Rechnen Sie stattdessen. Erstellen Sie ein mathematisches Modell einer homogenen isotropen Raumzeit mit etwas Strahlung und etwas sichtbarer Materie und etwas dunkler Materie und etwas dunkler Energie. Sie werden feststellen, dass jedes Modell mit null dunkler Energie keine beschleunigte Expansion hat und dass jedes Modell mit nur so viel sichtbarer Energie und sichtbarer Materie, wie wir sehen, sich schneller ausdehnt, als wir sehen. Kein Glauben, sondern wir machen Modelle und vergleichen mit Beobachtung. Es ist Wissenschaft.
Der Punkt, den ich zu machen versuche, ist, dass ich glaube, dass das Universum tatsächlich zusammenbricht – genau wie alle Modelle zeigen, dass es sein sollte; wenn du magische dunkle Energie entfernst. Also suche ich nach einer alternativen Erklärung dafür, warum es sich subjektiv von der Erde aus auszudehnen scheint , während es tatsächlich zusammenbricht.
@frodeborli Sie können ein Modell auswählen, das nicht isotrop oder homogen ist, wenn Sie Ihre Überzeugungen vor experimenteller Fälschung schützen möchten. Alles, was es dazu braucht, ist, dass wir uns zufällig an einem besonderen Ort im Universum befinden.
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