„Unterdruck“ gegen die Schwerkraft?

Dunkle Energie kann als Flüssigkeit mit Unterdruck beschrieben werden.

Wir sagen, dass dieser Unterdruck der Schwerkraft entgegenwirkt und die Expansion des Universums beschleunigt.

Betrachten Sie nun zum Beispiel einen Stern. Die Schwerkraft zieht den Stern zusammen, aber positiver (thermischer) Druck wirkt dem Kollaps entgegen.

Das macht mich verwirrt, denn in beiden Fällen haben wir die Schwerkraft als nach innen gerichtete Kraft und in beiden Fällen haben wir Druck, der der Schwerkraft entgegenwirkt, aber in einem Fall ist er „positiv“ und im anderen „negativ“.

Wie kann ich das vereinbaren?

Im Stern drückt der positive Druck der Materie ihn auseinander. Im Universum reißt der negative Druck (dh die Spannung) des Gravitationsfeldes, in dem sich die Materie befindet, die Materie auseinander.
@twistor59 Mmm... dein Kommentar hat mich zum Nachdenken gebracht. Vielleicht sollte ich es vermeiden, insgesamt über Materie nachzudenken - es ist nicht erforderlich, DE zu verstehen. In einem Universum mit nur DE wird es eine beschleunigte Expansion geben, aber entscheidend scheint es, dass der Druck "nach außen" ist, was natürlich "positiv" bedeutet.
Tatsächlich ist bei ausreichend hohen "positiven" Drücken innerhalb eines Sterns die Gravitationsanziehung durch den Druck größer als die Abstoßung durch den Druckgradienten. Dies hilft bei der Festlegung theoretischer Obergrenzen für die Masse von Neutronensternen.

Antworten (3)

Stellen Sie sich vor, Sie haben eine sternengroße Gaskugel, die sich im Gleichgewicht befindet, dh der Druck des Gases gleicht genau die nach innen gerichtete Gravitationskraft aus. Stellen Sie sich nun vor, das Gas zu komprimieren. Dies hat zwei Auswirkungen:

Der erste Effekt ist der offensichtliche, dass das Komprimieren des Gases den Druck erhöht, also ist das Ergebnis eine nach außen gerichtete Kraft, und wenn wir aufhören, das Gas zu komprimieren, erwarten wir, dass es sich wieder ausdehnt. Dies ist das Standardverhalten von Boyle's Law, das wir alle in der Schule gelernt haben.

Der zweite Effekt ergibt sich aus der allgemeinen Relativitätstheorie. Durch das Komprimieren des Gases haben wir Arbeit daran geleistet, sodass das Gas/der Stern jetzt mehr Energie hat als zuvor. Aber in GR verursacht Energie genauso wie Masse Krümmung. Tatsächlich unterscheidet der Spannungsenergietensor nicht zwischen Masse und Energie – er verwendet einen einzigen Wert für Masse/Energiedichte unter Verwendung der berühmten Formel E = m c 2 die beiden gleichzusetzen. Durch Komprimieren des Gases haben wir also die durch den Stern verursachte Raumzeitkrümmung erhöht, also haben wir sein Gravitationsfeld stärker gemacht.

In den meisten Fällen ist die durch Druck verursachte Zunahme der Schwerkraft unbedeutend, und Druck hat die erwartete Wirkung, dh er bewirkt, dass sich der Stern ausdehnt. In extremen Fällen, wie dem von Chris in seinem Kommentar erwähnten Neutronensternkollaps, überwindet der Gravitationseffekt des Drucks jedoch seine Wirkung auf die Expansion, und der Druck trägt dann zum Kollaps bei.

Dunkle Energie ist etwas anderes. Ich begann mit dem Hinweis, dass wir durch Komprimieren des Gases und Erhöhen des Drucks Arbeit am Gas/Stern leisten, und dies trägt zu seiner Schwerkraft bei. Wenn Sie einen Bereich des Vakuums nehmen, der nur dunkle Energie enthält, und ihn komprimieren , wirkt die dunkle Energie auf Sie, dh die Energie des Raums, den Sie komprimiert haben, nimmt ab. Das meinen wir mit Unterdruck. Aus diesem Grund kann dunkle Energie keine Anziehungskraft in der Weise hervorrufen, wie es Druck kann.

Ich glaube, ich war mit der Definition von Druck verwirrt. Der entscheidende Punkt ist also, nicht an „äußerer Druck vs. innere Schwerkraft“ zu denken (dh die Sternanalogie), sondern vielmehr daran zu denken T μ v . Das heißt, Druck ist nur ein Beitrag zur Energie, und ob er negativ ist oder nicht, hängt davon ab, wie sich die Energie unter Kompression ändert . Vielen Dank Johannes!
Dark energy is rather different. I started by pointing out that by compressing the gas and increasing the pressure we are doing work on the gas/star and this contributes to its gravity. If you take some region of vacuum containing just dark energy and compress it the dark energy does work on you i.e. the energy of the space you've compressed decreases.Würde dies nicht gegen 2 Hauptsatz der Thermodynamik verstoßen, und wenn man den Raum erweitern würde, würde er die zusätzliche Energie erzeugen und könnte Perpetuum Mobile erschaffen? Ich muss einen Fehler in meinem Denken haben, ich würde mich freuen, wenn Sie darauf hinweisen könnten. Vielen Dank.
„Tatsächlich unterscheidet der Spannungsenergietensor nicht zwischen Masse und Energie – er verwendet einen einzigen Wert für die Masse/Energiedichte unter Verwendung der berühmten Formel E = m c 2 die beiden gleichzusetzen." Dies scheint eine zu starke Vereinfachung zu sein. Der Spannungs-Energie-Tensor hängt nicht nur von Masse / Energie ab. Selbst wenn Sie davon ausgehen, dass er isotrop ist, hängt er immer noch vom Druck ab. Viele Möglichkeiten, wie Sie eine große Menge speichern würden von Energie, außer als Ruhemasse, viel Druck erzeugen, insbesondere ein Gas mit Masse M komprimiert genug, um Energie hinzuzufügen E verhält sich nicht so gravitativ wie eine Masse M + E / c 2 .

Sie sollten zwei Dinge unterscheiden: den Druck selbst und die Gravitation, die er erzeugt. Erstens, warum erzeugt es eine gewisse Gravitation? Denn Energie tut es. Es ist nicht die Masse der Erde, die uns nach unten zieht – es ist die Energie dieser Masse, E = m c 2 , das macht uns schwer und nicht fliegend, sondern gehend.

Und die Energie tut das indirekt. Zuerst erzeugt, "emittiert" es ein Gravitationsfeld, und als nächstes sagt uns dieses Gravitationsfeld, wohin wir gezogen werden sollen. Das unterscheidet sich von allem, was Energie dir direkt antun könnte – zum Beispiel könnte Energie dich direkt erhitzen.

Und der gleiche Unterschied gilt für den Druck selbst (seine direkte Wirkung) und seine Gravitationswirkung. Sie können beispielsweise eine Feder ziehen. Dann würden Ihre Hände seine Spannung direkt spüren. Und wenn Sie in der Nähe von jemandem stehen, der an der Feder zieht, würden Sie ihre indirekte Gravitationswirkung spüren (sie wäre um den Faktor kleiner c − 1 von mehreren Befehlen, und es würde Sie von der Quelle anziehen oder abstoßen).

Das passiert mit der Dunklen Energie. Es hat Unterdruck und könnte uns mitziehen, aber wir spüren es nicht. Es wird kompensiert – so wie wir den atmosphärischen Druck nicht spüren und Tiefseefische den Druck auch nicht spüren. Aber seine indirekte Gravitationswirkung bleibt bestehen. Und wir beobachten es durch die allgemeine Anziehungskraft der Galaxien voneinander.

Das Vorzeichen der Gravitationswirkung ergibt sich aus dem Vorzeichen der üblichen Gravitationswirkung unserer positiven Massen und Energien. Die Theorie sollte in Bezug auf Zeit und Raum und ähnliche zeitliche und räumliche Größen symmetrisch sein. Aus diesem Grund zieht positive Energie an; Überdruck zieht an; und Unterdruck oder Zug stößt ab.

Aber was verursacht diesen Unterdruck überhaupt?
@dualredlaugh Jeder Theoretiker möchte es wissen! Aber niemand weiß es! Wir nennen es die Dunkle Energie, weil es die einzigen zwei Dinge sind, die wir darüber wissen: Sie hat eine Art Energie und gibt kein Licht ab. Zwei weitere Dinge, um genau zu sein: Es kann keine Art von Materie sein (deshalb heißt es nicht Dark Matter, und es ist nicht in der Dunklen Materie enthalten), und es ist im gesamten Universum äußerst einheitlich. Das ist alles. Darüber hinaus haben wir nur Vermutungen, und sie sind absolut zufällig.
Ein ausreichender Unterdruck stößt ab.
@ user50229 Nein, jeder Unterdruck stößt ab. Es ist nur so, dass es ohne Energie selten Druck gibt. Und positive Energie zieht an. Anziehung und Abstoßung bekämpfen sich also gegenseitig, subtrahieren sich gegenseitig, und der Gesamteffekt könnte entweder Anziehung oder Abstoßung sein. Aber selbst im Fall von Anziehung, wenn Sie die Anziehung messen , werden Sie feststellen, dass eine gewisse Abstoßung stattgefunden hat.
@firtree Ich meinte, dass im Fall des Sterns g = –4πG (ρ + 3P) also P ausreichend negativ sein muss, um (ρ + 3P) negativ zu machen und somit eine Abstoßung zu verursachen.
@ user50229 Ich habe über dieselbe Formel gesprochen,

Verstehen Sie, dass Sie den Begriff „Dunkle Energie“ (= kosmologische Konstante) dort beibehalten könnten, wo Einstein ihn ursprünglich eingefügt hat, auf der linken Seite der Gleichung, und ihn als einen wesentlichen Bestandteil des Krümmungstensors betrachten könnten. Wenn dies der Fall wäre, wäre das „leere“ Raum-Zeit-Gewebe nicht perfekt „flach“ (Minkowski), sondern hätte eine intrinsische Krümmung, vage wie die intrinsische Aufwärtsbiegung eines Tiefladers, der sich im leeren Zustand nach oben biegt, um schwerere Lasten zu tragen .

Möchten Sie spekulieren, ob die "fehlende Polarität" der Schwerkraft (negative Masse) vielleicht irgendwie im "Gewebe" der Raumzeit selbst liegt? Anstatt dass Materie beide Ladungspolaritäten besitzt (Plus & Minus, gehorchend „Gegensätze ziehen sich an“ und „Gleiches stößt Gleiches ab“), hat vielleicht alle Materie eine Polarität der Masse (plus) und alle Raumzeitstrukturen die andere (negativ)? Vielleicht auch „Gleiches zieht Gleiches an“ und „Gegensätze stoßen sich ab“ mit Gravitation?

Könnte ein Raumzeitgewebe, das eine „materielle Eigenschaft“ einer „negativen Masse“ besitzt, die normale Masse abstößt, mit Dunkler Energie vereinbar sein?

„Unterdruck“ gegen die Schwerkraft?
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