(Hoe) zorgt donkere energie voor een versnelde uitdijing van het heelal?

Jos, 56 jaar
8 juli 2013

Mijn basale begrip:
Het heelal dijt versneld uit door de anti-gravitatiekracht die de donkere energie bewerkstelligt.
Hoe groter de onderlinge afstand, des te groter deze kracht.
Op kosmologisch kleine afstanden speelt zij geen rol van betekenis, in zonnestelsels, sterrenstelsels, clusters en superclusters wordt zij volledig gemaskeerd door de zwaartekracht.
De superclusters ondervinden onderling wel een gecombineerde afstotende kracht, groter dan de zwaartekracht, waarmee de versnelde uitdijing van het heelal wordt verklaard.
Mijn vragen:
1. Wanneer superclusters deze kracht ondervinden, zouden deze dan niet gewoon worden geplet?
2. Deze kracht is blijkbaar te gering hiervoor, maar zelfs dit gereduceerde effect op superclusters zou meetbaar moeten zijn?
3. Het verst verwijderde object in het heelal is het object zelf. De anti-gravitatiekracht neemt met de afstand toe, een supercluster oefent de grootste afstotende kracht op zichzelf uit?
4. Het heelal heeft een doorsnede groter dan de waarneembare horizon, 13,7 miljard lichtjaar. Is de anti-gravitatiekracht ook gebonden aan deze grens en is slechts een beperkt/gering deel van alle donkere energie van belang?
5. Het heelal dijt uit, er ontstaat meer ruimte. De verhouding materie - donkere materie - donkere energie wijzigt gestaag ten gunste van de donkere energie. Tevens worden de onderlinge afstanden steeds groter, dit resulteert in een cumulatief groter wordende anti-gravitatiekracht?
6. Ruimte is gekwantificeerd, rekt niet uit, er wordt nieuwe ruimte gegenereerd, met nieuwe donkere energie?

Antwoord


U stelt het allemaal wel heel ingewikkeld voor.  Ik probeer stuk voor stuk te antwoorden...

"Mijn basale begrip:
Het heelal dijt versneld uit door de anti-gravitatiekracht die de donkere energie bewerkstelligt."

De kosmologische constante is een afstotende component van zwaartekracht, naast de eerder bekende aantrekkende component.  Eerder dan een andere kracht die de gravitatie tegenwerkt, is het een stuk van de gravitatiekracht zelf. 


"Hoe groter de onderlinge afstand, des te groter deze kracht."

De kracht is constant, vandaar de naam.  Het is het effect ervan dat groter is naarmate de afstand groter is.  En ook de relatieve betekenis ervan ten opzichte van de aantrekkende component, vermits die kleiner wordt met de afstand.


"Op kosmologisch kleine afstanden speelt zij geen rol van betekenis, in zonnestelsels, sterrenstelsels, clusters en superclusters wordt zij volledig gemaskeerd door de zwaartekracht."

Inderdaad

"De superclusters ondervinden onderling wel een gecombineerde afstotende kracht, groter dan de zwaartekracht, waarmee de versnelde uitdijing van het heelal wordt verklaard. "

Het voelen van de kosmologische constante is geen voorrecht van de superclusters, elk object is eraan onderhevig.  De superclusters zijn gewoon de grootste structuren, die we dus tot op de grootste afstanden kunnen zien.


Mijn vragen:
1. Wanneer superclusters deze kracht ondervinden, zouden deze dan niet gewoon worden geplet? 

Een supercluster is stukken kleiner dan de lengteschaal waarop de kosmologische constante of donkere energie (ik houd minder van die term,. ze genereert meer verwarring dan begrip) waarneembare consequenties heeft.  Superclusters worden samengehouden door gewone newtoniaanse gravitatie.  De expansie van het heelal zien we in de verwijdering van ons weg van de superclusters, niet in hun structuur zelf.


2. Deze kracht is blijkbaar te gering hiervoor, maar zelfs dit gereduceerde effect op superclusters zou meetbaar moeten zijn? 

neen dus

3. Het verst verwijderde object in het heelal is het object zelf. De anti-gravitatiekracht neemt met de afstand toe, een supercluster oefent de grootste afstotende kracht op zichzelf uit? 

Dat snap ik niet zo goed... 

In elk geval, een supercluster oefent geen noemenswaardige afstotende kracht op zichzelf uit.


4. Het heelal heeft een doorsnede groter dan de waarneembare horizon, 13,7 miljard lichtjaar. Is de anti-gravitatiekracht ook gebonden aan deze grens en is slechts een beperkt/gering deel van alle donkere energie van belang? 

De waarneembare horizon is niet 13,7 miljard lichtjaar, maar drie maal groter!  Juist omdat het heelal aan het expanderen is.

Het heelal is inderdaad groter dan dat, wegens de supraluminale inflatiefase helemaal in het begin.  De donkere energie is overal in het heelal op dezelfde manier aanwezig.  Tenminste, als het een kosmologische constante is.  De term 'donkere energie' is wat algemener, en houdt de mogelijkheid in dat het afhangt van tijd en eventueel plaats.  Maar daar is op vandaag geen evidentie voor.

5. Het heelal dijt uit, er ontstaat meer ruimte. De verhouding materie - donkere materie - donkere energie wijzigt gestaag ten gunste van de donkere energie. Tevens worden de onderlinge afstanden steeds groter, dit resulteert in een cumulatief groter wordende anti-gravitatiekracht?

Dat is juist.  En eigenlijk zit hierin een groot mysterie (of, iets minder eerbiedig verwoord, de absurditeit van het hele verhaal) vervat.  De donkere-energie-component is constant, de aantrekkende component neemt gestadig af.  Vandaag is de eerste dominant, in het verleden dus niet.  En naarmate we dichter bij de oerknal komen, wordt de donkere energie belachelijk klein in relatieve termen, zodat het wel heel raar wordt dat deze term toen sowieso reden van bestaan had.


6. Ruimte is gekwantificeerd, rekt niet uit, er wordt nieuwe ruimte gegenereerd, met nieuwe donkere energie?

De kwantisatie doet er hier niet zoveel toe.  Maar het is juist dat naarmate de ruimte groter wordt, de totale hoeveelheid energie in de donkere energie toeneemt.





Reacties op dit antwoord

  • 13/07/2013 - Jos (vraagsteller)

    Vriendelijk dank voor uw antwoorden en de aandacht voor mijn vragen. Hoewel mij hierdoor wel wat duidelijker is geworden, blijf ik ook met vragen zitten: "De kosmologische constante is een afstotende component van zwaartekracht, naast de eerder bekende aantrekkende component. Eerder dan een andere kracht die de gravitatie tegenwerkt, is het een stuk van de gravitatiekracht zelf." U zegt hiermee, als Albert Einstein voor hij hierop terugkwam, dat het een andere/tweede zijde/werking van de zwaartekracht is? Hoewel het effect gelijk is, lijkt mij dit niet overeen te komen met de verklaring van de expansie door donkere energie. Hét verschil: de kracht neemt bij de eerste per definitie toe met de afstand, bij de tweede door de toename van de hoeveelheid donkere energie. Van ondergeschikt belang voor mijn vragen. Behalve voor vraag 5: grotere afstanden én meer donkere energie resulteren dus niet in een cumulatieve toename van deze kracht. Het zijn eigenschappen van twee verschillende interpretaties? "Het voelen van de kosmologische constante is geen voorrecht van de superclusters, elk object is eraan onderhevig. De superclusters zijn gewoon de grootste structuren, die we dus tot op de grootste afstanden kunnen zien." Is mij duidelijk, ik wou juist hierom e.e.a. vereenvoudigen door het te beperken tot de superclusters. "Een supercluster is stukken kleiner dan de lengteschaal waarop de kosmologische constante of donkere energie (ik houd minder van die term,. ze genereert meer verwarring dan begrip) waarneembare consequenties heeft. Superclusters worden samengehouden door gewone newtoniaanse gravitatie. De expansie van het heelal zien we in de verwijdering van ons weg van de superclusters, niet in hun structuur zelf." En dit laatste verwondert mij nog steeds. De zwaartekracht werkt (voor 99,9999…%) van binnenuit en trekt de sterrenstelsels naar elkaar toe, waardoor deze ondanks hun “drift” aan het cluster gebonden blijven. De anti-zwaartekracht werkt (voor 99,9999…%) van buitenaf en drukt tegen de (inhoud van) superclusters en heeft daarmee een toegevoegde werking aan de zwaartekracht? "Dat snap ik niet zo goed..." Het heelal heeft geen grenzen, begin of einde, maar wel een beperkte omvang. Zou je vanaf een object het heelal in een rechte lijn kunnen doorkruisen, kom je weer op het beginpunt uit. Ergo, dit is de grootste afstand tot een object in het heelal. "Het heelal is inderdaad groter dan dat, wegens de supraluminale inflatiefase helemaal in het begin. De donkere energie is overal in het heelal op dezelfde manier aanwezig. Tenminste, als het een kosmologische constante is. De term 'donkere energie' is wat algemener, en houdt de mogelijkheid in dat het afhangt van tijd en eventueel plaats. Maar daar is op vandaag geen evidentie voor." Zwaartekrachtvelden planten zich voort met de lichtsnelheid. Objecten buiten de waarneembare horizon van een object oefenen zodoende geen (anti-)zwaartekracht hierop uit? Is hier een discrepantie tussen de afstotende zwaartekracht component en donkere energie interpretatie? "De kwantisatie doet er hier niet zoveel toe. Maar het is juist dat naarmate de ruimte groter wordt, de totale hoeveelheid energie in de donkere energie toeneemt." U impliceert met het eerste dat ruimte inderdaad gekwantificeerd is? Ik denk dat dit wel consequenties moet hebben t.a.v. de expansie van het heelal en de objecten hierin.

  • 16/07/2013 -  (wetenschapper)

    Het is niet vruchtbaar om te spreken van componenten van zwaartekracht 'van binnen' en 'van buiten'. Het beeld dat de algemene relativiteitstheorie ophangt van gravitatiekracht is hoe de aanwezige massa en energie de meetkundige structuur van de ruimte bepalen. De aantrekkende gravitatiecomponent heeft te maken met de hoeveelheid massa en energie die in het heelal vervat zijn. Op de grote kosmologische schalen is de verdeling van massa en energie uniform, en dat zorgt voor een globale vertraging van de expansie. Op lokale schalen van sterrenstelsels en clusters is er sprake van een positief dichtheidscontrast ten opzichte van de omgeving en is er dus lokaal een grotere aantrekking, die voor stabiele structuren kan zorgen. De afstotende gravitatiecomponent kan gezien worden als verbonden met de energiedichtheid van het vacuum, en die is overal dezelfde. De versnelling van de expansie is dus overal identiek, maar wordt lokaal volledig verwaarloosbaar ten opzichte van de aantrekking die daar gebeurt. Het is niet zo dat de versnelde expansie de ruimte errond samendrukt, want die ruimte errond expandeert versneld op exact dezelfde manier. Ik herhaal dat de 'kracht' in de 'donkere energie' niet toeneemt met de afstand. Als we drie punten A, B en C op een lijn hebben, dan wordt de afstand AB groter, en ook de afstand BC, en de mate waarin AC groeit is dan uiteraard de som van beide. In absolute termen groeit de afstand AC meer dan AB en AC, en is de snelheid van C ten opzichte van A groter dan die van B, gewoon omdat je snelheden en afstanden kan optellen. Maar de kracht in de zin van versnelling is overal dezelfde. Enkele andere punten: - Het is in ons heelal niet zo dat men op hetzelfde punt uitkomt als men altijd 'rechtdoor' reist. Dat zou het geval zijn indien de globale structuur van het heelal positief gekromd was, maar dat is dus niet het geval: de ruimtelijke structuur van het heelal is vlak. - Het is ook niet zo dat de expansie van het heelal enkel door de donkere energie wordt veroorzaakt. Deze zorgt wel voor een versnelling van de expansie. Maar het is de oerknal zelf die voor de snelle initiele expansie heeft verzorgd, die sindsdien door de aantrekking wordt vertraagd en door donkere energie wordt versneld. Tot een tijd geleden haalde de aantrekking het, maar door de dichtheidsverlaging is de relatieve rol van die component geringer geworden, en vandaag moet ze het afleggen tegen de versnelde component. - Het belang van de kwantisatie van de ruimte heerst op de kleine schalen van de kwantumfysica. Dat is irrelevant voor de grote schalen op vandaag, maar was het niet bij de oerknal toen het 'oneindig grote' ook 'oneindig klein' was. De kwantumkosmologie gaat dus over de allereerste fasen van het heelal. Het is niet duidelijk vandaag hoe dat juist in zijn werk is gegaan, maar het onderzoek dat daarover gebeurt hoopt tot diepere inzichten te komen over de oerknal zelf.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Zoek andere vragen

© 2008-2021
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door het
Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen