Wie zuversichtlich sind wir, dass im Universum keine Masse verloren geht?

Nachdem ich in Nature 518, 512–515 (26. Februar 2015) über das neueste supermassive Schwarze Loch gelesen hatte , kam ich nicht umhin, mich zu fragen, ob die beschleunigte Expansion ein Ergebnis des Massenverlusts ist.

Meine Überlegung ist wie folgt:

  1. Wenn das frühe Universum eine bestimmte (größere) Masse hatte als heute,
  2. Dann hätte die „Raumzeit“ einen „Impuls“ haben können (bestimmt durch diese Masse) [1],
  3. Und diese Expansion nach dem Urknall wurde durch die vorhandene Masse verzögert [2],
  4. Aber seitdem ist Masse an das Universum verloren gegangen [3]
  5. Das reduziert die (Verzögerung) aufgrund der Schwerkraft (weniger Masse) [2]
  6. Dadurch expandiert die "Raumzeit" des Universums schneller [4]

Ich war nie ein Kosmologe, also weisen Sie bitte darauf hin, welche meiner Annahmen nachweislich ungültig sind!

[1] Hat die Raumzeit einen "Masse"-Wert? oder Woraus besteht "Spacetime"?

[2] Ich habe Mühe, mich an mein Physikstudium zu erinnern - würden sich zwei Teilchen mit jeweils einer Anfangsgeschwindigkeit, die sich in einem Gravitationsfeld voneinander wegbewegen, (relativ) beschleunigen, wenn das Gravitationsfeld reduziert wird?

[3] Große Vermutung meinerseits!

[4] Vielleicht!

Also denke ich, dass es hier zwei Fragen gibt:

A. Wie zuversichtlich sind wir, dass im Universum keine Masse verloren geht?

Und

B. Könnte ein solcher Massenverlust die beobachtete beschleunigte Expansion erklären?

Hallo, zunächst einmal würde ich sagen, dass die Menge an Masse-Energie im Universum als konserviert angenommen wird und über die Zeit konstant ist. Obwohl Sie also Masse in Energie umwandeln können, bleibt die Menge an Masse-Energie im Universum immer gleich. Ich habe keine Ahnung , woraus die Raumzeit besteht , es hängt davon ab, an welche Hypothese Sie glauben. Sie wird nur als ein Ort betrachtet, an dem Dinge passieren, wie eine Bühne, bevor die Schauspieler erscheinen.
Auch ist allgemein anerkannt, dass wir nur einen kleinen Teil des Universums sehen können, da uns das Licht aus weiteren Teilen noch nicht erreicht hat, so dass es schwierig ist, abzuschätzen, wie viel Masse tatsächlich im Universum vorhanden ist.
Sie sagen, dass die Expansion nach dem Urknall durch die vorhandene Masse verzögert wurde . Es wird angenommen, dass der Urknall die gesamte Masse und Energie des Universums enthält. Alles als Energie am Anfang, dann wurde etwas Energie in Masse umgewandelt, als die Temperatur sank. das würde bedeuten, dass es keine andere vorhandene Masse gab. Es war alles im Urknall enthalten. Ich weiß, es ist unmöglich, sich ein geistiges Bild davon zu machen, dass man mehr Zeit damit verbringt, Gleichungen auszuarbeiten, als zu versuchen, es auf eine vernünftige Weise zu visualisieren, warum Mathematik so oft verwendet wird
Dies wären getrennt gute Fragen gewesen ... Während B einfach zu erklären ist, wird A sicherlich eine interessante Antwort haben. Zum einen können wir nur beschreiben, was sich in unserem Lichtkegel aus der Zeit des Urknalls (dem beobachtbaren Universum) befindet, ob es ein Argument gibt, dass die Masse im beobachtbaren Universum erhalten bleiben muss und nicht als Ganzes, oder nicht, ist faszinierend
Ich habe eine ziemlich umfangreiche Bearbeitung vorgenommen. Ich dachte, die ursprüngliche Frage sei ziemlich diskursiv und enthielt viele Unterfragen. Wenn es keine Verbesserung ist, können Sie es gerne rückgängig machen.
@innisfree hi imo, die Überarbeitung ging ein bisschen zu weit, da viele der Kommentare jetzt schwerer mit den Punkten in der Operation in Verbindung gebracht werden können, aber es musste bereinigt werden, da es für mich (zumindest!) Ziemlich unklar war Orte Grüße.
@XerenNarcy Hallo, guter Punkt, wenn wir es nicht wissen oder nie wissen werden, wenn die Expansionsbeschleunigung anhält), müssen wir nur davon ausgehen, dass es überall gleich ist. Völlig untestbar und keine Möglichkeit, genaue Massenwerte zu erhalten
Als ich sagte, durch die vorhandene Masse verzögert zu werden, bezog ich mich auf die Idee der Gravitationsanziehung über große Entfernungen, die zu einer Kraftkomponente der "Gegenexpansion" beiträgt. Wenn enthaltene Masse reduziert (verloren) würde, würde diese Komponente reduziert werden, so dass jede verbleibende Kraft eine scheinbar erhöhte Expansion verursachen könnte. Dies funktioniert nur, wenn die Expansion angetrieben wird und nicht statisch (wenn es immer noch eine Kraft ungleich Null gibt, die die Expansion antreibt), richtig? Wenn die Expansion einfach "konstante Geschwindigkeit" wäre, dann könnte ein solcher Massenverlust keine scheinbare Geschwindigkeitserhöhung verursachen. Vielleicht simuliere ich das in einem begrenzten Volumen.
@innisfree Ich habe die Revision zurückgesetzt. Es war zu radikal. Es machte eine Antwort ungültig und änderte die Bedeutung eines Teils der Frage

Antworten (2)

Sie fragen, ich habe Mühe, mich an meine Physik im Grundstudium zu erinnern - würden sich zwei Teilchen mit jeweils einer Anfangsgeschwindigkeit, die sich in einem Gravitationsfeld (relativ) voneinander entfernen, beschleunigen, wenn das Gravitationsfeld reduziert wird?

Um diesen Teil Ihrer Frage zu beantworten, funktioniert die Schwerkraft nur auf eine Weise, indem sie Dinge zusammenzieht und ihnen niemals erlaubt, sich voneinander zu entfernen. Wenn das Gravitationsfeld reduziert würde, würden sie immer noch zusammenkommen, nur langsamer als zuvor

Stimmt, das habe ich falsch verstanden. Ich hätte genauer lesen sollen /:
Hallo, ich habe die Frage, die diese Unterfrage entfernt hat, grundlegend überarbeitet. es könnte rückgängig gemacht werden...
Was ich beabsichtigte, war Folgendes: Wenn zwei Partikeln eine Geschwindigkeit gegeben wird, die voneinander entfernt ist (in einem System mit anderen verteilten Massen), ja, wird ihre Anziehungskraft durch die Schwerkraft dazu führen, dass sie langsamer werden, anhalten und sich schließlich aufeinander zu bewegen (eigentlich , das Massenzentrum). Wenn jedoch in der Zwischenzeit die "andere" Masse im System reduziert wird, nimmt die Geschwindigkeit der Verlangsamung ab. Was also wird ein Beobachter messen? Mir ist klar, dass sie niemals eine erhöhte Geschwindigkeit sehen werden , es sei denn, es gibt eine andere treibende Kraft, die vom Massenverlust nicht betroffen war.
@KevinM 2 Hauptpunkte, die ich machen würde, die Erhaltung der gesamten Massenenergie eines jeden Systems ist von größter Bedeutung (zumindest in dem Teil des Universums, über den man Bescheid weiß), sodass die Summe der kinetischen Energie der Partikel plus ihrer potenziellen Energie immer gleich bleibt . Zweitens wird potenzielle Energie immer minimiert, wenn man ihr eine halbe Chance gibt. zB fällt ein Apfel immer herunter, wenn Sie ihn hochhalten und dann loslassen, wodurch seine potenzielle Energie minimiert wird (Entschuldigung, wenn Ihnen das offensichtlich ist). Mit freundlichen Grüßen
  • >> Wie zuversichtlich sind wir, dass im Universum keine Masse verloren geht? << *

Masse (Energie) kann prinzipiell verloren gehen: Wenn man Masse in Strahlung umrechnet (was man kann, weil Masse und Energie äquivalent sind), verdünnt sich die Strahlungsdichte mit wachsendem Skalenfaktor wegen der Rotverschiebung in die 4. Potenz , während Massendichte verwässert nur mit dem Skalierungsfaktor zur dritten Potenz (weil Volumen gleich Länge³ ist). Während also die von Materie bereitgestellte Gesamtmasse gleich bleibt, selbst wenn sie sich ausdehnt, während sich das Universum ausdehnt, schrumpft die von Strahlung bereitgestellte Energie, da die Photonen nicht nur wie normale Materie ausgebreitet werden, sondern auch ihre Wellenlängen erhöhen und daher ihre Frequenz verringern . Da nicht nur Masse gleich Energie ist, sondern auch Energie gleich Frequenz, kann Energie (und damit Masse, wenn man sie später wieder zurückrechnen wollte) verloren gehen.

Ich glaube nicht, dass Sie ein Argument der reduzierten Dichte verwenden können, um zu sagen, dass Energie (oder wiederum Masse) verloren geht, da dies darauf hindeuten würde, dass einzelne Photonen (als Ersatz für Strahlung) entweder vollständig verschwinden oder aufgrund von Rotverschiebung Energie verlieren ( was problematisch ist).
aber Photonen verlieren Energie, während sich das Universum ausdehnt, die Photonen, die die 2,75-K-CMB-Strahlung ausmachen, hatten einst eine viel höhere Temperatur, als das Universum kleiner war. Sie wurden nicht nur wie normale Materie verdünnt, sondern auch gedehnt! Natürlich verschwinden sie nie vollständig, aber die Grenze der Wellenlänge geht ins Unendliche, da die Grenze des Skalierungsfaktors ins Unendliche geht. Am Ende haben Sie also die gleiche Menge an Photonen, aber alle rotverschoben und tragen daher weniger Energie.
Ok, ich verstehe, was Sie sagen, aber es ist falsch, die Frequenzen von Photonen aus verschiedenen Referenzrahmen direkt zu vergleichen. Sie können die Rotverschiebung von CMB-Photonen ändern, indem Sie sich in Richtung ihrer Quelle oder von ihr weg bewegen, aber das ändert nicht die Energie für einen anderen Beobachter, also warum sollte jede andere Art von Rotverschiebung ihre Energie ändern?
Die Photonen verlieren an Frequenz relativ zu allen, die auf einer sich bewegenden Koordinate ( en.wikipedia.org/wiki/Comoving_distance ) sitzen, und aus jeder Richtung. Wenn Sie nach vorne beschleunigen würden, um die Rotverschiebung nach vorne aufzuheben, würde die Rotverschiebung von hinten noch stärker zunehmen als ohnehin. Da führt kein Weg daran vorbei, denn man kann nicht in alle Richtungen gleichzeitig beschleunigen.
ok, ein besseres Beispiel - auf der Oberfläche eines ausreichend massiven Objekts kann das Gravitationsfeld (über die Masse) "abgestimmt" werden, um die CMB-Rotverschiebung ungefähr zu kompensieren. In einer solchen Situation wird die Energie zurückgewonnen, nein?
gravitative Blauverschiebung zu bekommen? das könnte funktionieren, aber Sie benötigen Energie, um die Masse zu erhöhen (Masse- und Energieäquivalenz)
So hatte ich das nicht betrachtet. Erinnere mich: Wenn Masse in Energie umgewandelt wird, haben die resultierenden Photonen keine Anziehungskraft, richtig? Die gesamte Masse, die bei jeder solchen Spalt-/Fusionsreaktion in Energie umgewandelt wird, führt also dazu, dass Masse "verloren" geht? Ich frage mich, ob die resultierenden Photonen beschuldigt werden könnten, die Expansion des Universums vorangetrieben zu haben! Schade, dass wir das nicht testen können...
Jede Energie gravitiert, auch Photonen. Aber Photonen verlieren Energie, während sich das Universum ausdehnt, während Masse dies nicht tut. Das ist es.
Wie zuversichtlich sind wir, dass im Universum keine Masse verloren geht?
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