Vacuüm energie dichtheid, enige overwegingen

[Boormeester]

We gaan in onze gedachtegang uit van 2 experimentele gegevens:

1. De lichtsnelheid is constant in grootte voor alle EM golflengten en referentie stelsels die bewegen tov elkaar.
2. Uit de astronomie komt het gegeven dat sterrenstelsels die op grote afstand staan van de aarde, alle een roodverschuiving geven in hun spectra. Dit wordt toegeschreven aan het feit dat de ruimte expandeert en de golflengte daardoor oprekt (en dus groter wordt. Het is niet hetzelfde als het doppler effect).

Doordat 2 referentie stelsels die tov elkaar bewegen altijd eenzelfde grootte voor de lichtsnelheid meten, kun je dit verklaren door aan te nemen dat er 2 onafhankelijke referentie stelsels zijn: een waarin deeltjes bewegen die altijd met de lichtsnelheid bewegen en zich daarin voortplanten. Dit noem ik het vacuüm. Deze deeltjes zijn letterlijk verbonden met het vacuüm en krijgen een grotere golflengte als het vacuüm expandeert.

Het andere stelsel is het stelsel waarin deeltjes bewegen die een rustmassa hebben en daarom nooit de lichtsnelheid kunnen bereiken. Toch zijn ook die deeltjes verbonden aan het vacuüm, want zij nemen ook deel aan de expansie van het vacuüm (ruimte). Het verschil zit hem in het mechanisme van voortplanting (hierover is nog niets bekend, voor zover ik weet). Deeltjes zonder rustmassa blijken zich enkel te kunnen voortplanten in het vacuüm, en krijgen niet de snelheid mee van het emitterende deeltje dat wel een rustmassa heeft. Hier is het essentiële verschil met deeltjes die een rustmassa hebben: werpt een bewegende waarnemer in zijn eigen referentie stelsel een bal weg dan heeft de bal de snelheid van de waarnemer meegekregen.

Uit experimenten blijkt dat deeltjes uit de 2 verschillende referentie stelsels wisselwerkingen met elkaar kunnen aangaan. Vooral bij extreem hoge temperaturen, zoals in de singulariteit van een zwart gat (via het higgs deeltje), moet het eigenlijk wel wemelen van de interacties tussen de 2 referentie stelsels. Maar ook bij lage temperaturen (kamer temperatuur) treden er wisselwerkingen op zoals het absorberen door een molecuul/atoom van een foton.

We kunnen nog wel wat meer zeggen over het vacuüm. Een foton is een golfverschijnsel van een veranderend elektrisch veld dat weer een veranderend magnetisch veld opwekt en omgekeerd. Het kan enkel in het vacuüm bewegen met een constante lichtsnelheid, die gegeven wordt door de volgende formule: c = 1/√ u_oe_o.

Het vacuüm bevat dus “elektrische” kenmerken die gekarakteriseerd worden door de fundamentele constanten u_{o en}e_o.

Deeltjes met rustmassa bestaan allemaal uit deeltjes met lading behalve de neutrino’s. Je zou kunnen vermoeden dat daarom deeltjes met lading niet sneller kunnen bewegen dan de lichtsnelheid omdat de lading een soort wrijvingskracht met het vacuüm creëert waardoor de massa toeneemt (massa is energie via E= m.c²). Bij toevoeging van energie aan een deeltje neemt niet alleen de snelheid toe maar ook de massa. Toepassing van de behoudswetten levert dan de bekende formule op voor de massatoename als functie van de snelheid (in afwezigheid van gravitatie velden, speciale relativiteits theorie).

Een interessant experiment zou kunnen zijn om eens te kijken of een eenparig bewegend elektron (cirkel baan of rechte lijn, in een experiment is een cirkelbaan meer voor de hand liggend) over een lange tijdsperiode snelheid verliest tgv “wrijving” met het vacuum.

Hierbij valt nog op te merken dat de kwantummechanica (golfmechanica, dat een theorie is die een kans geeft waar we een deeltje aan kunnen treffen) te verklaren is op de volgende manier (we bespreken het waterstof atoom):

Het waterstof atoom is het makkelijkst om aan te rekenen. De oplossing van de tijdsonafhankelijke Schrödinger vergelijking is volledig op te lossen. De waarschijnlijkheid om ergens een elektron aan te treffen is bekend. Het is als volgt te verklaren, rekening houdend met de “elektrische” eigenschappen van het vacuüm.

Het gecombineerde systeem geladen atoomkern (proton) – geladen elektron beïnvloed/herstructureerd het vacuüm in zijn naaste omgeving en quantiseerd de ruimte/energie niveau. Onder invloed daarvan vindt er een continue uitwisseling plaats van elektron met het vacuüm en vice versa. Als een elektron in het vacuum verdwijnt dan hoeft het niet op precies dezelfde plaats terug te keren maar kan ook ergens anders, niet ver daarvandaan, terugkeren. Vandaar dat je nooit precies kunt zeggen waar een elektron zich bevindt.

Ook het proton zou in principe in het vacuüm kunnen verdwijnen (en weer terug) maar door de grotere massa en de complexe inwendige structuur (quarks) is die kans erg, erg klein. Het veel lichtere elektron, zonder inwendige structuur (hoewel het wel spin heeft), kan blijkbaar dan veel makkelijker de wisselwerking met het vacuüm aangaan.

Rest nog op te merken dat er tenminste 2 geladen deeltjes nodig zijn om de ruimte te kwantiseren. Een “vrij” bewegend geladen deeltje heeft geen wisselwerking met het vacuüm.

Dit is wellicht van belang voor het verklaren van het 2 spleten experiment (proef van Young) dat er interferentie optreedt ook als er slechts sprake is van een deeltje. Interferentie treedt op wanneer de spleten nauw genoeg zijn, maw als het passerende foton/geladen deeltje in wisselwerking treed met de atomen van het materiaal van de spleet. Wisselwerking met het vacuüm kan het deeltje net een andere richting geven alvorens het zijn reis vervolgt.

Dan nog een opmerking over de grootte van de lichtsnelheid. Met een snelheid gaat een hoeveelheid bewegingsenergie gepaard. De energie dichtheid van het vacuüm is dus op te vatten als deels te karakteriseren door de parameters u_{o en}e_o.

Ik kan me niet anders voorstellen dan dat in de massieve zwarte gaten in centra van sterrenstelsels er een continue terugkeer is van massa deeltjes naar het vacuüm via het Higgs deeltje. Dat zou betekenen dat in zulke zware zwarte gaten de energie dichtheid van het vacuüm een hogere waarde heeft dan dat wij meten op onze planeet (kosmische constante in de algemene relativiteits theorie). Dit zou dan ook gelijk een andere snelheid voor het licht betekenen in die regio’s.

Als er sprake zou zijn van een hogere vacuüm energie dichtheid bij zware zwarte gaten dan heeft dat ook zijn invloed op de beweging van sterren rondom het zwarte gat. Je moet dan gaan rekenen met een variabele vacuüm energie dichtheid die afhangt van de afstand tot het zwarte gat.

Het zou interessant zijn voor de experimenteerders om te zien of dit effect inderdaad te meten zou zijn in de richting van een zwart gat. Dit zou kunnen door c te vergelijken met waarden van c uit andere richtingen. De lichtstraal zou dan net langs de rand van de waarneem horizon van een zeer zwaar zwart gat moeten scheren bijv. gravitatie lenzen. Verschijnselen in het meervoudige spectrum van een gravitatie lens kunnen bijv niet gelijktijdig plaatsvinden, er kan ook gekeken worden naar de volgorde van die tijds verschijnselen.

Het zou tevens kunnen betekenen dat via de meting van u_o en e_o de energie dichtheid van het vacuum gemeten kan worden.

Wellicht zit hier de oplossing voor het unificeren van de algemene relativiteits theorie met de kwantummechanica. Pas de AR theorie aan zodat er gewerkt wordt met een variabele vacuüm energie dichtheid ipv een “constante” kosmologische constante. Dan kan via het correspondentie principe ook de kwantummechanica aangepast worden.

De nu bekende AR theorie zou dan het limiet geval zijn waarbij de vacuüm energiedichtheid

constant is (op grote schaal bekeken).

[Boormeester]

Nog wat gedachten die later bij me opkwamen:

De ons bekende deeltjes waaruit materie bestaat zijn allemaal elektrisch geladen elementaire deeltjes. Er is een uitzondering en dat zijn de neutrino's: ladings vrije deeltjes.

Het zou heel goed mogelijk zijn dat de uit de astronomie bekende donkere materie geheel bestaat uit ladings vrije deeltjes (waaronder neutrino's).

Het zou interessant zijn of deze ladingsvrije deeltjes ook een vergelijkbaar "foton" hebben en of dit "foton" ook met de lichtsnelheid beweegt in het vacuüm. Dit zou best hoger kunnen zijn (of lager). Indien het hoger zou zijn dan impliceert dat wellicht dat neutrino's sneller dan de lichtsnelheid kunnen bewegen.

[Moab]

Het heet nu eenmaal donkere materie omdat het voor ons onzichtbaar en ondetecteerbaar is .

Neutrino's zijn detecteerbaar .

maar waar bevind al deze donkere materie nu zich ?

zwaartekracht valt af als 1/r² (1/afstand²) , zoals we weten ,

als onze melkweg deze wet wilt volgen moet er 5x meer materie aanwezig zijn

in onze melkweg.

maar waar is al deze materie ? niet in het midden (zwart gat)

in de buitenste regionen ?

ofwel overal om ons heen

dat wil zeggen dat er nu momenteel 5x meer materie aanwezig is

in mijn kamer dan ik kan zien .

beangstigend .

ofwel is dark matter aanwezig of

de zwaartkrachtwet zoals we die nu kennen is niet kompleet voor mekwegstelsels

[Boormeester]

Het is juist als je zegt dat donkere materie onzichtbaar is. Het is onjuist dat je zegt dat het niet detecteerbaar is. Hoe zouden we anders van het bestaan afweten? Donkere materie verraad zich o.a.door de zwaartekrachtswerking ervan en dat is detecteerbaar.

Het zou kunnen dat het neutrino een onderdeel is van deze donkere materie en het deeltje is dat in wisselwerking treed met "elektrisch geladen" materie.

Er zijn in de astronomie beelden gemaakt van de verdeling van donkere materie rondom clusters van sterrenstelsels aan de hand van het gravitatie lens effect. De cluster fungeert dan als lens voor achter deze cluster gelegen sterrenstelsels.

De massa van donkere materie blijkt dan vele malen groter te zijn dan die van zichtbare materie.

Op APOD (astronomy picture of the day) kun je foto's vinden van zulke donkere materie verdelingen.

[Boormeester]

Neutrino's worden bijv. in grote aantallen geproduceerd bij kernreacties in het binnenste van de zon. Er zijn 3 verschillende typen neurtino's volgens het standaard model. Op de weg van de zon naar de aarde verdwijnen er echter neutrino's, dwz, er worden op aarde minder neutrino's ontvangen van het elektron type dan er theoretisch geproduceerd worden in de zon. Dit wordt nu toegeschreven aan neutrino oscillaties dwz de 3 verschillende type neutrino's zouden in elkaar kunnen overgaan zodat dat de verklaring zou kunnen zijn voor het tekort aan elektron neutrino's van de zon.

Een alternatieve verklaring zou kunnen zijn dat een elektron neutrino onderweg van de zon naar de aarde gewoon reageert met een ander "ongeladen" deeltje en zo "verdwijnt". Immers wij hebben enkel detectoren die neutrino's kunnen "zien" en niet andere ongeladen deeltjes.

[Moab]

Immers wij hebben enkel detectoren die neutrino's kunnen "zien" en niet andere ongeladen deeltjes.

dit bedoelde ik met detectie zoals in Cern of een neutrino detector bv. ANTARES.

het is inderdaad zo dat niet alle gravitatielenzen mogelijk mogen zijn met alleen zichtbare materie

maar korter bij thuis

De speurtocht naar donkere materie is echt op gang gekomen,

omdat uit de draaisnelheid van de melkweg blijkt dat er meer materie aanwezig moet zijn dan zichtbaar is.

is nu donkere materie alleen aanwezig buiten ons mekwegstelsel ?

als er 5x of meer materie aanwezig is in ons zonnestelsel heeft dit geen invloed op

de draaisnelheid ervan ?

[Boormeester]

In het blad Zenit, stond jaren geleden (juli 2005) een artikel over donkere materie (auteur John Heise). Zeer interessant en aan te bevelen. Daar stond ook in dat donkere materie niet kan samentrekken omdat het in het optredende contractie proces zijn bewegingsenergie niet kwijt kan en de contractie stopt. (gewone materie kan dat wel, het straalt zijn bewegingsenergie uit waardoor de contractie verder kan gaan en uiteindelijk sterren ontstaan)

In een artikel in het daarop volgende jaar schreef Frank Verbunt dat binnen de baan van de dwerg planeet Pluto, zich minder dan een miljardste zonsmassa donkere materie bevind. Te verwaarlozen dus in ons planetenstelsel.

[Moab]

neutrino's als kandidaat voor donkere materie zijn een beetje aan de lichte kant

er zal nog wel een variant opduiken met nog een zwakkere interactie maar zwaarder (WIMP)

en deze nieuwe deeltje moet net als een neutrino overal aanwezig zijn .

ik denk dat op het moment van schrijven er miljarden neutrino's door me heengaan

en dus ook donkere materie

maar waarom heeft donkere materie geen invloed op de rotatiesnelheid van planeten (kleine schaal)

maar wel op de rotatiesnelheid van sterren in een sterrenstelsel (grote schaal)

zwarte energie heeft ook totaal geen invloed op kleine schaal we zien geen expansie

in zonnestelsels of sterrenstelsels maar wel op kosmologische schaal .

laat ons als voorbeeld eens aannemen dat de hoeveelheid zwarte materie overeenkomt met 1 proton massa per 3 cm³

\(\frac{1,672\cdot10^{-27}}{27}\approx 6\cdot 10^{-28}kg/cm^{3}\)

dit laat ons toe om de totale massa te bereken in een bol met Radius aarde-zon

\(\frac{4}{3}\pi \left ( 100\cdot 10^{9} \right )^{3}m\times 6\cdot 10^{-22}kg/m^{3}\approx 2,5\cdot10^{12} kg\)

dit lijkt nu veel maar is slechts een fractie van de totale massa van de zon.

wat is nu de effect van zwarte materie op grote schaal

laat ons voor de gemak aannemen dat zwarte materie gelijkmatig verdeelt is

wat natuurlijk niet het geval is

de Radius van de zon rond de melkweg

\(R\approx 2,5\cdot 10^{17}km\)

totale donkere materie in die radius

\(M\approx 6\cdot 10^{40}kg\)

dit is ongeveer gelijk aan 27 000 000 000 sterren als onze zon.

[Boormeester]

Ik zeg niet dat neutrino's kandidaat zijn voor de donkere materie. Ik zeg enkel dat de donkere materie heel goed kan bestaan uit elektrisch ongeladen deeltjes en daardoor niet direct waarneembaar zijn. Neutrino's maken dan enkel deel uit van de verzameling ongeladen elementaire deeltjes.

Uit wat voor een deeltjes de verzameling ongeladen deeltjes bestaat is nog totaal onbekend. Het moeten voor het grootste gedeelte deeltjes zijn die aanmerkelijk zwaarder zijn dan neutrino's om de waargenomen massa donkere materie te verklaren.

Neutrino's zijn dan de heel lichte, elektrisch ongeladen deeltjes die in wisselwerking kunnen treden met elektrisch geladen deeltjes.

[Paul_1968]

Is er misschien een verband mogelijk tussen de Higgs bosonen en de donkere materie ?

[Boormeester]

Ik denk niet dat het higgsboson deel uitmaakt van de donkere materie maar eerder behoort bij de donkere energie (vacuüm energie).

Beide soorten materie (ongeladen deeltjes (donkere materie) en geladen deeltjes (zichtbare materie)) reageren dan met het vacuüm via het higgs boson.

[Moab]

Is er misschien een verband mogelijk tussen de Higgs bosonen en de donkere materie ?

Het Higgs boson is het laatst ontdekt deeltje,

als we nu op een schaal van 0 tot 100 %

het bereik willen weergeven van de deeltjes die al ontdekt zijn,

(waar 100 = de planckmassa

\(m_{p}\approx 2,435 \times 10^{18} GeV/c^{2}\)

)

slechts 0,000000000000001 %

ruimte genoeg voor nog niet ondekte WIMP's (Weakly Interacting Massive Particles)

zou het gebied tussen

\(10^{3} GeV/c^{2} en 10^{18} GeV/c^{2}\)

leeg en deeltjesloos kunnen zijn ?

[Boormeester]

Jazeker, dat denk ik wel. Het higgsboson opereert vanuit het vacuüm. Wellicht zijn er aparte higgs bosonen voor de interactie met geladen materie alswel met ongeladen materie.

Een andere denkwijze kun je volgen vanuit paar creatie en annihilatie. Als een geladen deeltje gecreëert wordt vanuit een gamma foton dan breidt het elektrische veld rondom dat deeltje zich uit met de lichtsnelheid. Echter kun je je afvragen wat er gebeurt met dat veld als het deeltje geannihileerd wordt. Het heeft geen tijd om weer terug tekeren naar het geladen deeltje als het plots ophoud te bestaan.

Ik kan me het niet anders voorstellen dan dat een elektrische lading het vacuüm "polariseert" in zijn naaste omgeving waarbij de uitbreiding plaatsvind met de lichtsnelheid. Eigenlijk net zoals massa de ruimte polariseert in de algemene relativiteits theorie. Wordt een elektrisch geladen deeltje geannihileert, dan verdwijnt de bron en keert het gepolariseerde vacuüm weer terug naar zijn "ruststand".

Het vacuüm is dan eigenlijk op te vatten als een elektrisch/magnetisch medium (waarbij het magnetisme is op te vatten als een relativistisch effect) van waaruit via het higgs boson mechanisme zowel geladen (zichtbare meterie) als ongeladen materie (donkere materie) gecreerd kan worden.

[Boormeester]

Onlangs las ik dat het Cern had gemeten dat neutrino's sneller dan het licht bewogen. Later trokken ze dat weer in en in een van de commentaren las ik dat neutrino's van verre supernova's op hetzelfde moment arriveerden als de fotonen van diezelfde supernova's.

Dat betekent dus dat neutrino's met de lichtsnelheid bewegen en geen rustmassa hebben. Dan kan het neutrino "tekort" (op de aarde arriveren minder neutrino's van de zon dan theoretisch berekend wordt) eenvoudig verklaard worden door reacties van neutrino's, onderweg van de zon naar de aarde, met donkere materie (ladingsloze deeltjes).

Neutrino oscillaties kunnen dan geschrapt worden als verklaring.

[ruud_a]

Moet de ontbrekende massa per definitie materie zijn?

De melkweg is gevuld met energie in de vorm van magnetische krachtlijnen en mogelijk andere energierijke velden.

En energie betekent massa.

Ik weet niet of dit ook maar bij benadering genoeg massa oplevert, maar het zou kunnen helpen.

ik snap overigens geen fluit van de openingstopic, ik lees heel veel dure woorden, die ik bij gelegenheid in een woordenboek zal opzoeken, maar voor de rest zie ik alleen maar een grote verzameling onderwerpen en kreten waarvan het mij volstrekt onduidelijk is wat die met elkaar te maken hebben.

als u meerdere vragen hebt, zou het waarschijnlijk handiger zijn ze apart te stellen.