Dunkle Energieexpansion

In den neuen Cosmos-Zusatzfunktionen wird erwähnt, dass das Universum vor etwa 6.771.500.000 Jahren eine beschleunigte Expansion begann. Woher wissen wir das? Welche Beweise haben wir für diese erneute und beschleunigte Expansion?

Aus dem interaktiven kosmischen Kalender auf dem neuen Cosmos-Bluray stammen die obigen Daten aus der Überschrift

Bis [jetzt] hat die Schwerkraft die Expansion des Universums verlangsamt, aber plötzlich übernimmt eine mysteriöse, unbekannte Kraft, die wir dunkle Energie nennen, die Expansion des Universums

Woher wissen wir, dass es dunkle Energie war? Warum glauben wir, dass dies die Ursache ist, da wir dunkle Energie nicht definieren oder erkennen können? Woher wissen wir überhaupt, dass diese neue Beschleunigung stattgefunden hat? Etwas in der Rotverschiebung? Gibt es eine Lücke in der Rotverschiebung in den Dingen, die wir sehen können und die eine langsame Expansion und dann eine schnelle Expansion implizieren würden? Wenn es eine Lücke gibt, warum ist dunkle Energie die einzige Erklärung? Oder gibt es andere Theorien?

Ja, das sind viele Fragen, aber die Hauptfrage ist, woher wissen wir, dass zu dieser Zeit eine beschleunigte Expansion stattgefunden hat? Der Rest der Fragen ergibt sich daraus, hauptsächlich aus der Frage nach Daten zur Sicherung von Ansprüchen für oder gegen

Verwendet Cosmos ernsthaft genau diese Zahl? Egads ... wenn ja, nehmen Sie es nicht zu ernst, aber sonst sind sie wahrscheinlich konzeptionell korrekt.

Woher wissen wir, dass es dunkle Energie war?

In der Kosmologie passt das ΛCDM-Modell zahlreiche Beobachtungen, insbesondere die vom WMAP- Satelliten, aber auch andere, an die Friedmann-Robertson-Walker-Familie von Lösungen der allgemeinen Relativitätstheorie an, die ein homogenes und isotropes Universum beschreiben. Das bezieht sich auf die kosmologische Konstante, die das einfachste Modell der Dunklen Energie darstellt und einer intrinsischen Energiedichte des Vakuums entspricht - daher muss sie Lorentz-invariant sein und sich in einer Lorentz-Transformation zeitlich und räumlich vermischen Dies ist nur möglich, wenn der Druck genau dem Negativ seiner Energiedichte entspricht. MitΛ > $\Lambda$$\Lambda>0$ist der Druck negativ und dies ist verantwortlich für die Gravitationsbeschleunigung des Universums nach außen.

Warum glauben wir, dass dies die Ursache ist, da wir dunkle Energie nicht definieren oder erkennen können?

Die kosmologische Konstante wurde acht Jahrzehnte vor der Entdeckung der kosmischen Beschleunigung definiert, und wir glauben, dass dies die Ursache ist, da sie theoretisch sehr einfach ist und zu Beobachtungen passt. Es gibt jedoch auch andere Modelle für dunkle Energie.

Woher wissen wir überhaupt, dass diese neue Beschleunigung stattgefunden hat?

Die kosmologische Evolution wird durch die Friedmann-Gleichungen beschrieben , die neben der räumlichen Krümmung des Universums den Hauptbeitrag von Strahlung, Materie und Dunkler Energie haben. Während sich das Universum ausdehnt, werden sowohl Strahlung als auch Materie verdünnt, dunkle Energie jedoch nicht. Wenn sich das Universum weiter ausdehnt, dominiert daher der Anteil der dunklen Energie sowohl an der Strahlung als auch an der Materie.

Höchstwahrscheinlich ist der Artikel einfach ein übertriebener Hinweis auf den Übergang zwischen der von Materie dominierten Ära und der von dunkler Energie dominierten Ära . Die besondere Zahl Jahre scheint für vieles in der Kosmologie komisch genau zu sein, aber seit dem neunjährigen Best-Fit-WMAP + eCMB + BAO + H₀ (siehe oben WMAP-Link) für das Alter des Universums beträgt , schlage ich folgende Erklärung vor:13,772 ± $6,771,500,000$$13.772\pm0.059\,\mathrm{Ga}$

1. Der Autor hört, dass das Alter des Universums Milliarden Jahre beträgt , und ignoriert alle Fehlergrenzen dieser Schätzung vollständig.$13.772$
2. Der Autor hört von irgendwo anders, dass die von der Dunklen Energie dominierte Ära begann, als das Universum etwa Milliarden Jahre alt war, und behandelt diese Zahl erneut als genau.$7$
3. Der Autor subtrahiert dann die beiden.

Dies macht alle bis auf die letzten , die ungefähr ein Zehntausendstel betragen. Ich komme zu dem Schluss, dass meine Theorie über den Ursprung der Zahl ziemlich gut mit den empirischen Beweisen der Worte des Autors übereinstimmt. Vielleicht wurde die als nächste Ziffer als eine Art Mitte im Kopf des Autors rationalisiert.$0.5\,\mathrm{Ma}$$0.5$

Woher Milliarden Jahre kommen, habe ich zwei Vermutungen.$7$

1. In der Kosmologie wird der Hubble-Parameter manchmal als einheitlos angesehen, indem er auf skaliert wird . Zum Beispiel sagen wir manchmal, dass wenn wir meinen, dass . Somit ist eine Art De-facto-Vergleichsstandard. Es mag ein Zufall sein, aber es ist ziemlich verdächtig, wenn man den Beitrag der Strahlung ignoriert (was gerechtfertigt ist, da er außer im sehr frühen Universum vernachlässigbar ist) und vorgibt, dass Dann wäre das Alter des Universums, in dem die Dichte der Materie und der dunklen Energie gleich ist h = 0,704 H 0 = $100\,\mathrm{km/s/Mpc}$$h = 0.704$$H_0 = 70.4\,\mathrm{km/s/Mpc}$H 0 = $100\,\mathrm{km/s/Mpc}$2 ln ( 1 + $H_0 = 100\,\mathrm{km/s/Mpc}$ $$\frac{2\ln(1+\sqrt{2})}{3\sqrt{1-\Omega_\text{M}}}\frac{1}{H_0}\bigg\vert_{\Omega_\text{M} = 0.2865} \approx 0.70H_0^{-1}\bigg\vert_{h = 1.0} \approx 6.8\,\mathrm{Ga}$$ Ich verwende die im Wiki angegebene Ryden-Referenz für die oben von Materie dominierte Ära. Daher denke ich, dass jemand eine Schätzung mit einer schönen runden Zahl für den Hubble-Parameter vorgenommen und auf Milliarden Jahre gerundet hat .$7$
2. Der Übergang zwischen Materie-dominiert und Dunkle-Energie-dominiert ist eine etwas willkürliche Konventionssache. Wir könnten es so verstehen, wenn Materie und Dunkle Energiedichte wie oben gleich sind, aber auf der kosmologischen Skala ist der Druck dreimal so wichtig wie die Energiedichte (vgl. Friedmann-Gleichungen). Wir könnten es also stattdessen als die Zeit betrachten, in der die Materiedichte doppelt so groß war wie die Dichte der dunklen Energie. Dies wäre früher als der in der Ryden-Referenz angegebene Wert von , aber wohl angemessener, da die Friedmann-Gleichungen eine Beschleunigung von Null vorhersagen würden, dh es wäre der Übergang zwischen einer Beschleunigung nach innen und nach außen. Ich habe nicht berechnet, wann das sein würde, aber diese Art von konventioneller Unschärfe könnte sein$9.8\,\mathrm{Ga}$verantwortlich sein für die Diskrepanz zwischen der von Materie dominierten Ära des Wikis und den von dunkler Energie dominierten Ära- Seiten. Obwohl letzterer stattdessen anstelle von behauptet (aber es erklärt nicht die Quelle).$5\,\mathrm{Ga}$$7\,\mathrm{Ga}$

Kosmos mag also Recht haben oder auch nicht, wenn es um eine von dunkler Energie dominierte Ära geht, die beginnt, als das Universum etwa Milliarden Jahre alt ist, aber die Schlussfolgerung, dass es vor passiert ist, nimmt sicherlich einige Zahlen als zu genau, um gerechtfertigt zu sein .$7$$6.7715\,\mathrm{Ga}$

Etwas in der Rotverschiebung?

Ich denke, an dieser Stelle ist es besser, eine separate Frage zu bestimmten Problemen mit dem ΛCDM-Modell zu stellen, falls Sie welche haben. Für die Zwecke dieser Frage nehme ich ΛCDM als gegeben an, wie es Cosmos mit ziemlicher Sicherheit auch tut.

Ja, das sind viele Fragen, aber die Hauptfrage ist, woher wissen wir, dass zu dieser Zeit eine beschleunigte Expansion stattgefunden hat?

Das kosmologische Standardmodell ist, dass dunkle Energie eine kosmologische Konstante ist. Somit ändert sich seine Energiedichte nicht. Es wird dann einfach, dass die kosmologische Expansion die Materie irgendwann zu verdünnt macht, um mit der Dunklen Energie zu konkurrieren. Dann beginnt die Dunkle Energie zu dominieren. Es war die ganze Zeit dort, aber vorher war die Materie dicht genug, um stattdessen dominant zu sein.