Dunkle Energie durch Paarvernichtung?

komet007

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Wie sich aus aktuellen Theorien ergibt, besteht die Möglichkeit, dass sich im Vakuum Materie- und Antimaterieteilchen bilden, die sich allerdings unmittelbar gegenseitig vernichten, damit der Energieerhaltungssatz nicht verletzt wird.
Betrachten wir nun das Ereignis des Urknalls: Hier sollten ebenso viele Materie- wie Antimaterieteilchen entstanden sein, die sich gegenseitig vernichtet hätten müssen. Unsere heutige Materie entstand dabei aus einem Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie, das man sich nicht erklären kann, wie es dazu kam. Grundsätzlich dürfte also im Universum keinerlei Materie existieren. Für mich ergeben sich aus diesem Szenario folgende Fragen:

- Ist die Dunkle Energie das Resultat aus der Paarvernichtung nach dem Urknall?
- wurde durch die Entstehung der Materie im Universum der Enegieerhaltungssatz verletzt?
- ist die Raumxpansion eine Folge aus der Verletzung des Enegieerhaltungssatzes?
 

mac

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Hallo Komet,

das Resultat einer Paarvernichtung sind Photonen. Die müssten dann wenigstens gemeinsam mit der Hintergrundstrahlung nachweisbar sein, mit einem entsprechend hohen Fluß. 14 mal höhere Energiedichte als baryonische Materie.

Als ganz grobe Überschlagsrechnung um sich an den Größenordnungen zu orientieren: Die gesamte bisher abgestrahlte Energie aller Sonnen (hochgerechnet aus Strahlleistung unserer Sonne: 3,8E26 Watt. (jetzige)Gesamtzahl aller Sonnen: 1E22, und vergangene Zeit: 4,3E17 Sekunden ergibt 1,64E66 Joule.

Die gesamte Protonenmasse des Universums: 2,62E52 kg ergibt 2,36E69 Joule und wenn man mit dem angenommenen Verhältnis von 70% dunkle Energie und 5% Baryonen rechnet, dann ergibt das eine Gesamtphotonenenergie von 3,3E70 Joule. Das wäre 2E4 mal mehr, als Photonen (ohne Hintergrundstrahlung) rumschwirren. Die wären eigentlich unübersehbar denke ich und es wäre nicht rätselhaft, was DE eigentlich ist.

Herzliche Grüße

MAC
 

komet007

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Das wäre 2E4 mal mehr, als Photonen (ohne Hintergrundstrahlung) rumschwirren. Die wären eigentlich unübersehbar denke ich und es wäre nicht rätselhaft, was DE eigentlich ist.

Hallo Mac, das ist ja schön und gut, die Photonen der Hintergrundstrahlung konnten sich allerdings erst vom Urplasma abkoppeln, als dieses unter 3000 K abgekühlt war. Wie also hätten sich die von der Paarvernichtung emittierten Photonen überhaupt heute bemerkbar machen sollen? Bis ca. 400 Mio. Jahre nach dem Urknall wurde jegliche Strahlung gestreut und ist heute nicht mehr nachweisbar. Wir wissen also überhaupt nicht, welchen Verhältnissen das Universum zwischen dem Urknall und der Entkopplung von Strahlung/Materie unterlag, deshalb hofft man ja auch noch Gravitationswellen aus dieser Zeit zu entdecken.
Lt. deiner Aussage hätte es dann allerdings auch keine Paarvernichtung gegeben, was allerdings eine der Kernaussagen der Urknalltheorie ist.
Ich stelle mir eben die Frage, was geschah mit der Energie aus der Paarvernichtung?
Zudem scheint die Umwandlung von Vakuumenergie in Materie und umgekehrt, ein "alltäglicher" Mechanismus im Universum zu sein, und warum sollte dieser nicht auch eine Schlüsselrolle im Urknall gespielt haben?
 

Orbit

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@ komet007
Weil Du Deinen Beitrag mit der Vernichtung virtueller Paare beginnst, vermute ich, dass Du zwei Vorstellungen vermischst: die Vernichtung virtueller und die realer Materie-/Antimateriepaare. Hier
Ist die Dunkle Energie das Resultat aus der Paarvernichtung nach dem Urknall?
sprichst Du von der realen, so wie sie sich das Standardmodell vorstellt. Die Energie dieser Paare verschwindet nicht wieder im Vakuum wie bei der Vernichtung virtueller Paare.
Keine Verletzung des Energieerhaltungssatzes also.
Stellt man sich diese Strahlung wie mac als normale em Strahlung vor, bliebe sie auch nicht, wie er logisch folgert, im Dunkeln.
Mit Deiner dritten Frage machst Du einen nach dem Standardmodell unzulässigen Kurzschluss, wie mir scheint:
ist die Raumxpansion eine Folge aus der Verletzung des Enegieerhaltungssatzes?
Damit machst Du für die Raumexpansion die DE verantwortlich. Das sieht man aber nicht so. Die DE soll nur die Beschleunigung der Expansion bewirken, die seit einigen Milliarden Jahren in Gangsein soll. Bewiesen ist das aber noch nicht.

Orbit
 

komet007

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Weil Du Deinen Beitrag mit der Vernichtung virtueller Paare beginnst, vermute ich, dass Du zwei Vorstellungen vermischst: die Vernichtung virtueller und die realer Materie-/Antimateriepaare.

Hallo Orbit

wie Fahr und Heyl postuliert haben, besteht quantenphysikalisch durchaus die Möglichkeit, dass im Vakuum spontane Paarbildung stattfindet und dass aus diesem Prozess reale Teilchen hervorgehen.
Steven Hawking begründet dies anhand der Hawkingstrahlung ebenfalls.

Meine Vermutung bezieht sich auf diese beiden Theorien, dass die im Urknall stattgefundene Paarvernichtung nichts anderes ist, als wieder in Vakuumenergie umgewandelte Materie- Antimaterie.

Damit machst Du für die Raumexpansion die DE verantwortlich. Das sieht man aber nicht so. Die DE soll nur die Beschleunigung der Expansion bewirken, die seit einigen Milliarden Jahren in Gangsein soll. Bewiesen ist das aber noch nicht.Orbit

DE und Vakuumenergie sind nach meinem Verständnis ein und dasselbe.
DE soll lt. gängiger Theorie für die beschleunigte Raumexpansion verantwortlich sein, darum geht es mir ja dabei.
Ich gehe eben nun davon aus und behaupte, dass die DE aus der Paarvernichtung nach dem Urknall hervorging.
Ich kenne jedenfalls kein Modell das erklärt, was aus der Energie dieser Paarvernichtung wurde.
Wie Mac ja auch schreibt, müssten dabei enorme Energiemengen freigesetzt worden sein.
Möglicherweise wurde diese Energie ans Urplasma abgegeben?
 
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Orbit

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DE und Vakuumenergie sind nach meinem Verständnis ein und dasselbe.
OK. Damit verlässt Du aber den gesicherten Boden des Standardmodells. ;-)
Und mit der Vorstellung von Fahr/Heyl hat Deine Idee nichts zu tun; denn die schlagen vor, dass da kontinuierlich baryonische Materie aus der Vakuumenergie generiert werde. Ist das nicht ziemlich genau die Inversion des Prozederes, das Dir vorschwebt?
Ich gehe eben nun davon aus und behaupte, dass die DE aus der Paarvernichtung nach dem Urknall hervorging.
Ich kenne jedenfalls kein Modell das erklärt, was aus der Energie dieser Paarvernichtung wurde.
Ich kenne eine - meine eigene. Nur nenne ich das, was aus der Paarvernichtung hervor ging, nicht DE, sondern DM, die DM I der Galaxiencluster.
Orbit
 
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mac

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Hallo Komet,

diese enormen Energiemengen in Form von Photonen würden nur dann freigesetzt, wenn DE über Paarbildung und Photonen entstanden wäre. Wenn das so wäre, dann müssten die von mir gerechneten Quantitäten messbar sein.

Photonen, auch zur Zeit als das Universum noch undurchsichtig war, verschwinden nicht einfach. Aus ihnen wird, so lange sie noch energiereich genug sind Teilchen/Antiteilchen und wenn sie die dazu nötige Energie unterschreiten, gehen sie über Ionisation, Anregung und Emission und auch dabei verlieren sie durch Streuprozesse Energie, ebenfalls in Form von Photonen, Elektronen und kinetische Energie der angeregten Atome.

Dein Einwandt dass diese Energie auf jeden Fall in Form von Photonen erzeugt sein müsste, ist nur dann richtig, wenn in der Frühphase des Universums die Asymmetrie bei der Materie/Antimaterie Erzeugung klein war. War sie das nicht, dann müßte diese Energie tatsächlich noch in großer Menge vorhanden sein, es sei denn, dass bei diesem Erzeugungsprozess ein ständiges Recycling der durch Paarvernichtung wieder freigesetzten Energie stattgefunden hat, der so lange anhielt, bis am Ende doch der größte Teil der Energie in Materie umgewandelt war.

Was auch gegen Deine Ansicht spricht: Photonen, egal welcher Wellenlänge erzeugen Gravitation. DE wird aber genau für den gegenteiligen Effekt verantwortlich gemacht. Damit fällt dieser Weg meiner Meinung nach sowieso aus.

Herzliche Grüße

MAC
 

mac

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Hallo Komet,

eine Sache hatte ich gerade noch nicht angesprochen. Orbit hatte Dir dazu zwar schon geantwortet, aber dazu
Komet007 schrieb:
Steven Hawking begründet dies anhand der Hawkingstrahlung ebenfalls.
will ich noch eben was anmerken.

Dieser Prozess läuft lt. Steven Hawking im Bereich des Ereignishorizontes eines SL's ab. Theoretisch; der praktische Nachweis wird, wenn LHC keine mini SL's erzeugt, wohl noch sehr lange auf sich warten lassen. Aber egal. Soweit ich das verstanden hab', erfolgt der Übergang von einem virtuell erzeugten Teilchenpaar in ein freies Teilchen oder Antiteilchen nur dann, wenn das erzeugte Teilchenpaar zufällig so dicht am Ereignishorizont entsteht, daß sie getrennt werden. Eins fällt rein, daß andere gerade eben nicht. Das reingefallene befriedigt die Energieerhaltung durch Vernichtung eines entsprechenden Gegenpart's im SL und macht es damit um sein eigenes Gewicht leichter. Nur dann darf der entkommene Part weiterexistieren.

Frag mich nicht, wie das genau funktionieren soll. Ich hab's nicht verstanden. Für mich war die Erklärung reine Mathematik und konnte trotz allem meinen Eindruck, daß hier Kausalität verletzt wird, nicht beruhigen. Aber ich muß auch zugeben, daß ich die mathematische Beschreibung überhaupt nicht verstanden hab.

Kennst Du ein Experiment, bei dem diese spontane Paarbildung im Vakuum tatsächlich nachgewiesen wurde?

Herzliche Grüße

MAC
 

komet007

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Dieser Prozess läuft lt. Steven Hawking im Bereich des Ereignishorizontes eines SL's ab.

Ganz richtig, durch gravitative Gezeitenkräfte, die am Ereignishorizont auftreten, wobei der Urknall sicherlich das größte gravitative Ereignis im Universum war.

Kennst Du ein Experiment, bei dem diese spontane Paarbildung im Vakuum tatsächlich nachgewiesen wurde?

Nein natürlich nicht. Ich kenne wie gesagt auch keines, dass die im komologischen Modell postulierte Paarvernichtung beweist.
Dieses geht eben davon aus, dass gerade einmal ein Milliardstel der im Urknall entstandenen Materie und Antimaterieteilchen in Materie umgewandelt wurde.

Photonen, auch zur Zeit als das Universum noch undurchsichtig war, verschwinden nicht einfach. Aus ihnen wird, so lange sie noch energiereich genug sind Teilchen/Antiteilchen und wenn sie die dazu nötige Energie unterschreiten, gehen sie über Ionisation, Anregung und Emission und auch dabei verlieren sie durch Streuprozesse Energie, ebenfalls in Form von Photonen, Elektronen und kinetische Energie der angeregten Atome.

Ganz genau, denn sie wurden 400000 Jahre lang praktisch im Urplasma gestreut und womöglich von diesem vollständig emittiert.

Dein Einwandt dass diese Energie auf jeden Fall in Form von Photonen erzeugt sein müsste, ist nur dann richtig, wenn in der Frühphase des Universums die Asymmetrie bei der Materie/Antimaterie Erzeugung klein war.

Sollen aus der Vernichtung virtueller Teilchenpaare nicht auch Photonen hervorgehen? Ein so hochenergetisches Ereignis wie die Paarvernichtung nach dem Urknall sollte alle möglichen Wellenlängen an Photonen erzeugt haben, möglicherweise auch jede Menge Neutrinos.
 
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komet007

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Und mit der Vorstellung von Fahr/Heyl hat Deine Idee nichts zu tun; denn die schlagen vor, dass da kontinuierlich barynische Materie aus der Vakuumenergie generiert werde.

...und sich die Partnerteilchen größtenteils wieder gegenseitig vernichten.

Ist das nicht ziemlich genau die Inversion des Prozederes, das Dir vorschwebt?

Von einer Inversion dieses Prozesses geht auch die Theorie der virtuellen Teilchenpaare aus.

gute Nacht
 

Orbit

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Komet007
..., wobei der Urknall sicherlich das größte gravitative Ereignis im Universum war.
Nur aus der Sicht eines ausserhalb des Ur-Universums stehenden Beobachters. Den gibt es aber nicht. Das raumzeitlich beschreibbare Universum war mikroskopisch parzelliert. Da standen allenfalls einzelne Teilchen in einer gravitativen Wechselwirkung, und die waren bestimmt bereits leichter als Planckteilchen (2,18E-8 kg).
Deinen Beitrag von heute 00:35 verstehe ich nicht.
Orbit
 
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mac

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Hallo Komet,

Komet007 schrieb:
Nein natürlich nicht. Ich kenne wie gesagt auch keines, dass die im kosmologischen Modell postulierte Paarvernichtung beweist.
Sowohl Produktion als auch Paarvernichtung lassen sich in Beschleunigerexperimenten nachweisen.


Komet007 schrieb:
Dieses geht eben davon aus, dass gerade einmal ein Milliardstel der im Urknall entstandenen Materie und Antimaterieteilchen in Materie umgewandelt wurde.
Aus meiner Sicht ist gerade diese Anschauung, so wie Du sie aufschreibst, nicht plausibel. Sie steht nicht im Einklang mit der beschriebenen Massenverteilung. 5% Baryonen und der Rest unbekannt. Auf dem Wege der Paarvernichtung müsste dann auch 1 Milliarde mal mehr Masseäquivalent in Form von Photonen existieren. Entweder war diese Asymmetrie, so wie Du schreibst und konnte dann aber durch genügend häufige Wiederholungen Materie Akkumulieren, oder die Asymmetrie war ganz erheblich größer in einem Energiebereich, den wir messtechnisch bisher nicht erzeugen können. Am Ende jedenfalls können die 5% ‚kondensierte’ Energie in Form von Baryonen nicht um Größenordnungen durch Photonen übertroffen werden.

Bei Andreas Müller, der mit samt seinem Lexikon umgezogen ist, neue Adresse: http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/lexdt.html habe ich (wieder)gefunden, daß es zumindest einen indirekten Hinweis auf diese virtuelle Paarbildung gibt. http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/lexdt_h02.html#hawk
Andreas Müller Lexikon schrieb:
Indirekt ist dieses Phänomen bei der Lamb-Shift, einer Verschiebung der Spektrallinien, im Wasserstoffspektrum messbar. Das bedeutet, dass das Konzept der virtuellen Teilchenpaare keine Hypothese, sondern eine im Experiment verifizierte Tatsache ist!

Herzliche Grüße

MAC
 
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Orbit

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Hallo mac
Aus meiner Sicht ist gerade diese Anschauung, so wie Du sie aufschreibst, nicht plausibel. Sie steht nicht im Einklang mit der beschriebenen Massenverteilung. 5% Baryonen und der Rest unbekannt.
Also 1 : 20. Man liest aber auch von Prportionen bis 1 : 100. Sicher weiss man das noch nicht. Dieser Rahmen gilt aber als gesichert, und damit kommt ein Massenverhältnis dieser Grössenordnung
Auf dem Wege der Paarvernichtung müsste dann auch 1 Milliarde mal mehr Masseäquivalent in Form von Photonen existieren.
nicht in Frage. Da bin ich gleicher Meinung wie Du. Wie man auf dieses Verhältnis 1 : 1E9 kommt, das meines Wissens auch bei Wikipedia steht, ist mir deshalb bisher unerklärlich geblieben.
Die Fortsetzung Deiner Argumentation
Entweder war diese Asymmetrie, so wie Du schreibst und konnte dann aber durch genügend häufige Wiederholungen Materie Akkumulieren, oder die Asymmetrie war ganz erheblich größer in einem Energiebereich, den wir messtechnisch bisher nicht erzeugen können.
verstehe ich dann allerdings nicht. Müsste die Asymmetrie nicht kleiner gewesen sein, in der Grössenordnung 1 : 100 eben? Auf Grund dieses Satzes
Am Ende jedenfalls können die 5% ‚kondensierte’ Energie in Form von Baryonen nicht um Größenordnungen durch Photonen übertroffen werden.
nehme ich an, dass Du das so meinst.

Gruss Orbit
 

komet007

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Sowohl Produktion als auch Paarvernichtung lassen sich in Beschleunigerexperimenten nachweisen.

Das ist richtig, hierbei handelt es sich allerdings um die gegenseitige Vernichtung von Elektronen und Positronen, die allerdings erst stattfand, als sich die Materie in der Nukleosynthese bereits gebildet hatte. Zeitlich befinden wir uns dabei eine Sekunde nach dem Urknall.

Aus meiner Sicht ist gerade diese Anschauung, so wie Du sie aufschreibst, nicht plausibel.

Dazu habe ich folgenden Beitrag gefunden: http://www.weltderphysik.de/de/3343.php

Daraus ergibt sich für mich eben die Frage: Was geschah mit der Energie aus der Paarvernichtung? Das mit dem Materieüberschuss ist widerum eine andere Geschichte.

Bei Andreas Müller, der mit samt seinem Lexikon umgezogen ist, neue Adresse: http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/lexdt.html habe ich (wieder)gefunden, daß es zumindest einen indirekten Hinweis auf diese virtuelle Paarbildung gibt.

Hatte ich natürlich auch gleich konsultiert, konnte auf die Schnelle nichts finden. Hoch interessant jedenfalls, dass es bereits experimentelle Nachweise gibt.
 

mac

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Hallo Orbit,

Wie man auf dieses Verhältnis 1 : 1E9 kommt, das meines Wissens auch bei Wikipedia steht, ist mir deshalb bisher unerklärlich geblieben.
soweit ich weis, beobachtet man eine asymmetrische Paarerzeugung gar nicht, ich bin mir aber dabei nicht sicher, denn ich kenne auch nur dieses Verhältnis, weiß aber nicht ob das eine experimentelle Basis hat, oder nur eine theoretische Rechnung im Verlauf der Expansion und Abkühlung des Universums ist.

Stell Dir vor, dieser Prozess der Paarbildung und Vernichtung findet in einem Zeitrahmen der Expansion so häufig statt, dass er pro erzeugtem und vernichtetem Paar viele Milliarden male stattfindet, dann würde selbst eine Asymmetriewahrscheinlichkeit von nur 1/1E9 doch zur fast vollständigen Umsetzung der Energie in Materie führen, denn nur die Materie/Antimateriepaare können sich wieder vernichten, die ganz seltenen Symmetrieverletzungen überleben. Ich kann das nicht selbst konkreter nachrechnen, weil mir fast sämtliche dazu nötigen Informationen fehlen.

verstehe ich dann allerdings nicht. Müsste die Asymmetrie nicht kleiner gewesen sein, in der Grössenordnung 1 : 100 eben?
Nein. Symmetrie bedeutet in diesem Zusammenhang ja, dass ein Materie- und ein Antimaterieteilchen gemeinsam erzeugt werden, also ein symmetrisches Verhältnis zwischen diesen Teilchen/Antiteilchen besteht. Asymmetrie bedeutet, dass diese Symmetrie verletzt wird. Also je größer die Asymmetrie ist, um so häufiger wird die Symmetrie verletzt.

Herzliche Grüße

MAC
 

mac

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Hallo Komet,

Das ist richtig, hierbei handelt es sich allerdings um die gegenseitige Vernichtung von Elektronen und Positronen,
nein nicht nur. Soweit ich weis, können sämtliche Antiteilchen (als Paare) erzeugt werden. Ich glaube es gibt da bisher nur ein oder zwei Ausnahmen, weis ich aber nicht genau.
Andreas Müller Lexikon schrieb:
Am CERN ist es im Jahre 1995 für sehr kurze Zeit gelungen das einfachste Antiatom, nämlich Antiwasserstoff, herzustellen, wo ein Positron um ein negativ geladenes Antiproton 'kreist'!
http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/lexdt_a04.html#antim



Daraus ergibt sich für mich eben die Frage: Was geschah mit der Energie aus der Paarvernichtung?
Photonen.

Herzliche Grüße

MAC
 

komet007

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Das ist richtig, hierbei handelt es sich allerdings um die gegenseitige Vernichtung von Elektronen und Positronen, die allerdings erst stattfand, als sich die Materie in der Nukleosynthese bereits gebildet hatte. Zeitlich befinden wir uns dabei eine Sekunde nach dem Urknall.

Kurze Berichtigun: Die e+/e- Vernichtung setzte kurz vor der Nukleosynthese ein, bei 10^1 s.
Die Materie/Antimaterie Asymmetrie ergabt sich bei t = 10^-7 s n.d. Urknall
 

mac

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Hallo Komet,

...und Vakuumenergie, da nach meiner Schlussfolgerung aus dem Zerfall virtueller Teilchen ebenfalls Vakuumenergie wird und beide Prozesse scheinbar äquivalent sind. Wieso sollte es also beim Urknall anders gewesen sein?
Weil bei der Paarvernichtung Photonen entstehen, bei Erhaltung der Energiebilanz. Weil virtuelle Teilchen und virtuelle Energie eben virtuell sind und Baryonen nicht. Wenn man Photonen in virtuelle Energie umwandeln kann, die in Deiner Interpretation Antigravitation wirken, dann wäre das ein neuer Prozess, der noch dazu im gesamten uns zugänglichen Bereich nicht vorkommt. Da wären wir dann an einer Stelle, zu der ich auch nur noch spekulieren könnte. ;)



Herzliche Grüße

MAC
 

komet007

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Weil bei der Paarvernichtung Photonen entstehen, bei Erhaltung der Energiebilanz. Weil virtuelle Teilchen und virtuelle Energie eben virtuell sind und Baryonen nicht.

Aus Virtuellen Teilchen können, wie du ja selbst schreibst, ebenso reale Teilchen, also Baryonen entstehen.
Ausgehend vom Urknallmodell hätte sich, wenn keine Symmetriebrüche stattgefunden hätten, keine Materie bilden dürfen, was mir als eine Verletzung des Energieerhaltungssatzes vorkommt.
Die Energie, aus der letztendlich Materie und Antimaterie entstand, muss ja auch irgendwo herkommen, bzw. bereits da gewesen sein. Ein Teil dieser Energie wurde, scheinbar "versehentlich", in Materie umgewandelt.
Gehen wir von der Theorie der Virtuellen Teilchen aus, die durch Symmetriebrüche in reale Teilchen umgewandelt werden, so kommt die Energie hierfür aus dem Vakuum. Meiner Ansicht nach ist das Vakuum der Grundenergieträger, der auch die Energie für die Materie im Urknall geliefert hat.
 
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