Mitä tapahtui säteilylle?

[mijuss]

Säteilyn energiatiheys puolestaan laskee verrannollisena neljänteen potenssiin, joka on seurausta tilavuuden kasvusta + punasiirtymästä.

Eli säteilyn eneriatiheys pienenee materiaa nopeammin punasiirtymän ansiosta. Maailmankaikkeuden laajeneminen aiheuttaa siis kyseisen punasiirtymän. Mutta mihin säteilyn energia itseasiassa menee kun säteilyn aallonpituus kasvaa (ja säteilyn energia pienenee)? Vaihtaako säteilyn energia muotoa ja aiheuttaa siten itse maailmankaikkeuden laajenemista vai mitä tälle energialle oikein tapahtuu??

[mistral]

               

Eli säteilyn eneriatiheys pienenee materiaa nopeammin punasiirtymän ansiosta. Maailmankaikkeuden laajeneminen aiheuttaa siis kyseisen punasiirtymän. Mutta mihin säteilyn energia itseasiassa menee kun säteilyn aallonpituus kasvaa (ja säteilyn energia pienenee)? Vaihtaako säteilyn energia muotoa ja aiheuttaa siten itse maailmankaikkeuden laajenemista vai mitä tälle energialle oikein tapahtuu??

Morjens
  Tästä samasta asiasta oli puhetta tämän ketjun aiemmissa keskusteluissa. Mutta itse olen ajatellut, että tämä energia varastoituu potentiaalienergiaksi, mutta ongelma on vain se, että tätä potentiaalia ei koskaan saada käyttöön. (koska maailmankaikkeus laajenee ikuisesti) Elikkä tavallaan energian häviämättömyyden laki ei ole voimassa, (tässä tapauksessa) Mutta kosmos on niin arvaamaton, etten uskalla lyödä vetoa asian puolesta

[Kaizu]

Energia ja energiatiheys ovat eri asioita. Energiatiheydessä on jakajana tilavuus.

Kaizu

[RJ]

Eli säteilyn eneriatiheys pienenee materiaa nopeammin punasiirtymän ansiosta. Maailmankaikkeuden laajeneminen aiheuttaa siis kyseisen punasiirtymän. Mutta mihin säteilyn energia itseasiassa menee kun säteilyn aallonpituus kasvaa (ja säteilyn energia pienenee)? Vaihtaako säteilyn energia muotoa ja aiheuttaa siten itse maailmankaikkeuden laajenemista vai mitä tälle energialle oikein tapahtuu??

Kuten Kaizu totesikin jo, energia ei häviä mihinkään, vaan tilavuus kasvaa. Toisaalta jos haluat kysyä miksi fotonin energia pienenee aallonpituuden kasvaessa, niin ollaankin jo syvemmillä vesillä. Näin vain tapahtuu, se on havaittu fakta.

T&A:n numeron 6/2009 sivulla 51 on muuten esitettynä ketjun aloittajan kysymys. Enqvistin vastaus on samoilla linjoilla kuin omani viestissä #13.

[mijuss]

Juuri tätä tarkoitin eli miksi fotonin energia pienenee aallonpituuden kasvaessa? Enqvisthän ei oikeastaan vastannut tuohon mitään.

Tuo potentiaalienergiaksi muuttuminen tuntuisi järkeenkäypältä vastaukselta tähän. Sillä kyllähän säteilyn energia palautuisi jos elämme suljetussa maailmankaikkeudessa "The Big Crunch". Mutta laakeassa tai avoimessa maailmankaikkeudessa tuota energia ei ole mahdollista saada käyttöön. Toisin sanoen fotonien energia sitoutuu jotenkin maailmankaikkeuden laajenemiseen. Laajeneminen olisi kuin kenttä, jonka potentiaaliero kasvaa kokoajan.

Huom. säteilyn laajeeminen tilavuuteen ei poista energiaa, mutta tilavuuden laajeneminen ajan suhteen aiheuttaa säteilyyn punasiirtymää ja näin säteilyn energian pienemistä.

[mistral]

               Saman suuntaisia ajatuksia on minullakin ollut. Juuri tämä hävinneen energia määrä (ykkönen ja 10 nollaa)kertaa nykyisen maailmankaikkeuden massaenergia, on käsittämätön määrä. Kyllä vähemmästäkin alkaa miettimään, että häviääkö se todellakin punasiirtymän kautta "olemattomiin", vai tapahtuuko jokin näkymätön muuntuminen. Enqvist puhuu maailmankaikkeuden energiabudjetista, mutta en tiedä tarkoittaako hän, että se mikä ei ole budjetissa, sitä ei ole olemassakaan?

[RJ]

Juuri tätä tarkoitin eli miksi fotonin energia pienenee aallonpituuden kasvaessa?

               Saman suuntaisia ajatuksia on minullakin ollut. Juuri tämä hävinneen energia määrä (ykkönen ja 10 nollaa)kertaa nykyisen maailmankaikkeuden massaenergia, on käsittämätön määrä. Kyllä vähemmästäkin alkaa miettimään, että häviääkö se todellakin punasiirtymän kautta "olemattomiin", vai tapahtuuko jokin näkymätön muuntuminen.

Energiaperiaate on voimassa laajenevassa maailmakaikkeudessa vain lokaalisti. Laajeneminen on yleisen suhteellisuusteorian (GR) koordinaatistoefekti, ja GR:ssä energia ei klassisessa mielessä säily. Tätä on yritetty ratkaista erilaisilla ehdotuksilla miten energian voisi säilyttää, mutta käsittääkseni asiasta ei ole yksimielisyyttä.

Koska punasiirtymä riippuu kohteiden välisestä suhteellisesta nopeudesta, minkä tahansa fotonin energia on suhteellinen ja erilainen eri havaitsijoille. Esim. riittävän nopeat hiukkaset näkevät taustamikrosäteilyn röntgen- tai gammasäteilynä. Taustasäteilyn perusteella voidaan kyllä fiksata maailmankaikkeuden "lepokoordinaatisto", mutta tämä koordinaatisto ei ole erikoisasemassa. Samalla tavalla energian pitäisi klassisessa mielessä säilyä kaikissa koordinaatistoissa. Laajenevan geometrian tapauksessa energian säilyttävää koordinaatistoa ei ole olemassa.

Asiasta löytyy paljon lisäinfoa hakemalla:

http://www.google.fi/#hl=fi&q=redshift+"energy+conservation"

[Kaizu]

Uralin yli lentäessäni ihmettelin että mikseivät Suur-Suomen rakentajat vain vaivihkaa menneet Karjalan metsiin. Jos silloiset neljä miljoonaa Suomalaista olisi tasaisesti ripoteltu Uralin ja Äänisen välille, Venäläiset tuskin olisivat huomanneet mitään, niin laajat ovat nuo metsäalueet.
Suomalaiset olisivat voineet kuvitella valloittaneensa Venäjän ja Venäläiset olisivat ihmetelleet, minne ne kaikki vapautettavat Suomalaiset ovat kadonneet.

Siitäpä sitten juontui mieleeni että jos halutaan pitää maailmankaikkeuden kokonaisenergia vakiona ja samaan aikaan laajentua, pitää energiatiheyden laskea.

Millä mekanismillä fotonit sen hoitavat eli ymmärtävät isommassa kaikkeudessa olla punaisempia? Ensimmäisenä mieleen tuleva vaihtoehto on että tietyn energian fotonilla aallonpituuden yksikkö ei olekkaan metri vaan jokin murto-osa maailmankaikkeuden halkaisijasta. Silloin tämä ongelma tulisi lakaistuksi maton alle. Uusi, tästä johtuva kysymys on, miten maailmankaikkeus kertoo halkaisijansa fotonille.
Ymmärtääkseni viimeaikoina havaittu laajenemisen kiihtyminen on ongelma juuri sen vuoksi että kaikkeuden kokonaisenergia näyttäisi kasvavan.
Jos ylläoleva kuvitelma olisi totta, tämäkin ongelma katoaisi.

Kaizu

[mistral]

Ymmärtääkseni viimeaikoina havaittu laajenemisen kiihtyminen on ongelma juuri sen vuoksi että kaikkeuden kokonaisenergia näyttäisi kasvavan.


Kaizu

Juu, se on nykyajan tilanne, sillä jo muutaman sadantuhannen vuoden iässä maailmankaikkeuden säteilyenergian energiatiheys oli pudonnut alle materian energiatiheyden eli alle 1/10000000000 osaan alkutilasta. Nykyään näyttäisi kokonaisenergia kasvavan.

[mistral]

Laajeneminen on yleisen suhteellisuusteorian (GR) koordinaatistoefekti

Minulla on tämä maailmankaikkeuden/avaruuden laajeneminen jotenkin hämärän peitossa. Olenkohan ymmärtänyt oikein kun käsitän maailmankaikkeuden laajenemisen alkuräjähdyksen tekemäksi. Sensijaan avaruuden laajenemisen käsitän pimeän energian tekemäksi. Oliko jo Einsteinilla tieto pimeän energian olemassaolosta vai oliko se GR:ssä jollakin muulla nimellä?

[RJ]

Minulla on tämä maailmankaikkeuden/avaruuden laajeneminen jotenkin hämärän peitossa. Olenkohan ymmärtänyt oikein kun käsitän maailmankaikkeuden laajenemisen alkuräjähdyksen tekemäksi. Sensijaan avaruuden laajenemisen käsitän pimeän energian tekemäksi. Oliko jo Einsteinilla tieto pimeän energian olemassaolosta vai oliko se GR:ssä jollakin muulla nimellä?

Kosmologian lyhyt lukion oppimäärä:

Einstein uskoi paremman tiedon puuttuessa maailmankaikkeuden olevan staattinen. Perusmuodossaan GR:n yhtälöt ennustavat universumin laajenevan tai kuvistuvan. Staattinen ratkaisu on epästabiliili, eikä näin ollen mahdollinen. Tämän korjaamiseksi Einstein lisäsi yhtälöihin kosmologisen vakion, jonka avulla saatiin aikaiseksi staattinen ratkaisu. Hubble teki kuitenkin havaintonsa maailmankaikkeiden laajenemisesta aika nopeasti tämän jälkeen, joten staattinen malli ei vastannut todellisuutta. Nyt jälkeen päin samaa vakiotermiä, jota voidaan kutsua myös pimeäksi energiaksi tai tyhjiöenergiaksi, on käytetty kuvaamaan laajenemisen kiihtymistä, joka havaittiin ensimmäistä kertaa 1990-luvun lopulla.

:)

[mistral]

Nyt jälkeen päin samaa vakiotermiä, jota voidaan kutsua myös pimeäksi energiaksi tai tyhjiöenergiaksi, on käytetty kuvaamaan laajenemisen kiihtymistä, joka havaittiin ensimmäistä kertaa 1990-luvun lopulla.

:)

Tästä laajenemisesta en vieläkään tiedä, onko se taivaankappaleiden etääntymistä toisistaan vai onko kysymys siitä, että itse avaruutta ikäänkuin zoomataan ja kaikki taivaankappaleet sen kautta siirtyvät etäämmälle toisistaan? Ilmeneekö muuten tuo tyhjiöenergia fotoneina?

[RJ]

Tästä laajenemisesta en vieläkään tiedä, onko se taivaankappaleiden etääntymistä toisistaan vai onko kysymys siitä, että itse avaruutta ikäänkuin zoomataan ja kaikki taivaankappaleet sen kautta siirtyvät etäämmälle toisistaan? Ilmeneekö muuten tuo tyhjiöenergia fotoneina?

Näistä aihesta on keskusteltu täällä jonkin verran viime vuosina:

Tyhjästä nyhjästään?
Kvanttifluktuaatio vs. tyhjiöenergia
Maailmankaikkeuden synty
Avaruuden laajuus/laajeneminen

[mistral]

Näistä aihesta on keskusteltu täällä jonkin verran viime vuosina:


Maailmankaikkeuden synty

Kahlasin nämä neljä keskustelua läpi (pikakelauksella) ja löysin tämän: maailmankaikkeuden synty , vastaus 5 RJ , ja siitä pari lausetta: Teorian laajeneminen on avaruuden sisäinen ominaisuus, paikkakoordinaattien skaalausta. Tämän takia avaruuden sanotaan laajenevan "ei  minnekään".                                                                                                                                                    Tässä se nyt tuli, eli avaruutta skaalataan (tai zoomataan). Kyse on kuitenkin teoriasta, joka pitäisi testata?  Helpompaa olisi uskoa, että jokin voima siirtää materiaa avaruudessa, kuin että koko avaruus siirtyy kaikkinensa

[RJ]

Kahlasin nämä neljä keskustelua läpi (pikakelauksella) ja löysin tämän: maailmankaikkeuden synty , vastaus 5 RJ , ja siitä pari lausetta: Teorian laajeneminen on avaruuden sisäinen ominaisuus, paikkakoordinaattien skaalausta. Tämän takia avaruuden sanotaan laajenevan "ei  minnekään".
Tässä se nyt tuli, eli avaruutta skaalataan (tai zoomataan). Kyse on kuitenkin teoriasta, joka pitäisi testata?  Helpompaa olisi uskoa, että jokin voima siirtää materiaa avaruudessa, kuin että koko avaruus siirtyy kaikkinensa

Jos yrität hakea takaa jotain tiettyä pointtia, kerro vain se suoraan :) GR on kokeellisesti testattu teoria siinä missä kaikki muutkin fysiikan teoriat. Sen suurin ongelma on teoreettinen: kun mennään kvanttiskaaloille, teoria hajoaa (divergoi) singulariteetissa. Luonteeltaan GR on geometrinen, ja siitä ei pääse mihinkään. Se on yksi sen perushypoteeseistä, joka tekee GR:stä niin suoraviivaisen kuin se on.

Voimakentät yms. kuullostavat korvaan hienoilta, mutta kun fysiikan teorioita aletaan todella rakentamaan, ei fiilispohjalta ole koskaan kovin pitkälle päästy. Ja vaikka edellinen voi kuullostaa ylimieliseltä, niin asia todella on niin kuin sanottu. Parempia vaihtoehtoja ei ole, vaikka jokainen fyysikko varmasti ilomielin tarkentaisi/uudistaisi Einsteinin ajatuksia.