21 mei 2019

‘Het expanderende heelal, dat moet toch ergens IN expanderen?’

We hebben het hier op de Astroblogs al héél vaak gehad over het expanderende heelal, zie bijvoorbeeld deze en deze blogs, oh ja en ook deze – de keuze is reuze. Zelfs het heelal buiten het zichtbare, waarneembare heelal is behandeld, hier bijvoorbeeld. De vraag rijst dan uiteraard – uitstekend werkwoord in dit verband, rijzen – waarin het heelal dan uitdijt? Iemand uit Indiana (VS) vroeg dat een poosje terug aan natuurkundige Sabine Hossenfelder en in een blog ging ze in op die interessante vraag. Je hebt vast wel eens zo’n video gezien van een ballon met stippen die wordt opgeblazen of van een rijzende krentenbol vol met krenten, die allemaal een uitdijend heelal met sterrenstelsels daarin uitbeelden. Die ballon en krentenbol dijen toch ook ergens IN uit, in de omringende ruimte, dus waarom zou het heelal zelf dat ook niet doen?

Welnu, probleem met die video’s is dat ze een gekromd oppervlak in twee dimensies tonen, die in een niet-gekromde (‘vlakke’) driedimensionale ruimte expandeert. Nou is die kromming een intrinsieke eigenschap van dat oppervlak. Van een gekromde ruimte weten we dat de som van de hoeken van een driehoek géén 180° is, de zogeheten niet-Euclidische meetkunde (zie de afbeelding hierboven). Wij kunnen die hoeken meten, dat zouden mieren op het gekromde oppervlak van een ballon ook kunnen doen. Je hebt de omringende ruimte dus niet nodig om de kromming te meten. De kromming is ook lokaal, dat wil zeggen dat hij van plaats tot plaats kan verschillen, als is dat bij een perfect ronde ballon niet het geval. Dit principe van intrinsiek gekromde ruimte wordt ook gebruikt door Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie (ART), al wordt daarbij een driedimensionale ruimte gebruikt en één tijdsdimensie en daarin leven wij. De kromming in zo’n heelal word uitgedrukt met behulp van de krommingstensor. Door de beweging van deeltjes in de ruimte te volgen kunnen we die kromming meten en het is die kromming die hetgeen oplevert wat wij zwaartekracht noemen.

Bij het expanderend heelal kijk je niet naar deeltjes, maar naar sterrenstelsels. Die dijen mee in de expanderende ruimte en hun snelheid is een indicatie voor de snelheid van de uitdijing – zeer recent nog in beeld gebracht met de Hubble Deep UV (HDUV) Legacy Survey. Ook deze beweging is een intrinsieke interne eigenschap, een hogere vier-dimensionale ruimte (of nog hoger) is niet nodig om de uitdijing van de drie-dimensionale ruimte en de sterrenstelsels daarin te beschrijven. Dat betekent dat er helemaal geen ‘medium’ (nodig) is om het heelal IN te laten uitdijen. Het heelal dijt dus gewoon uit (versneld zelfs dankzij de donkere energie), maar het dijt niet ergens IN uit. En ook dat hebben we eerder al eens beschreven in een Astroblog. 😀 Bron: Backreaction.

Reacties

  1. Breidt het zich steeds verder en verd uit, of eindigt het in een big rip?

    • Goede vraag. Hoe het einde van het heelal er uit gaat zien is niet bekend. Wel bekend is dat het afhangt van de zogeheten omega (ω) parameter, de verhouding tussen de druk van de donkere energie en de energiedichtheid van de donkere energie. Die parameter lijkt volgens metingen ongeveer -1 te bedragen, om precies te zijn -0,978 ± 0,059 volgens de allerlaatste metingen. Hoe dichter bij -1 ω is des te langer het duurt voordat de Big Rip plaats vindt. Mocht ω precies -1 zijn dan zal de Big Rip nooit plaatsvinden.

  2. evandijken evandijken zegt

    Heldere uitleg.

  3. Nu gaan we hier wel van uit van de gedachte dat ons universum uniek is. Bij een multiversum wordt het verhaal anders, we dijen dan uit in de inter-universum ruimte die een andere samenstelling heeft dan een met massa gevuld universum. Het Higgs veld reikt immers niet verder dan de “rand” van ons uitdijende universum omdat het Higgs boson ontstaan is als onderdeel is van ons universum. In de inter-universum ruimte bestaan er m.i. dus geen Higgs deeltjes en is die ruimte dus massaloos m.u.v. de virtuele en massaloze deeltjes waarop het Higgsveld niet van toepassing is. Ik speel wel even als de advocaat van de duivel, want ik heb met die Higgs theorie (niet het boson zelf) nog steeds veel moeite 🙂

    • Ja klopt, dit verhaal gaat uit van één expanderend heelal. Hoe dat precies in die inter-universum ruimte gaat heb ik ook geen beeld bij. Ik zie altijd maar botsende Universa voor mij. 🙂

  4. Om de metingen met de WMAP te verklaren wordt aangenomen dat de samenstelling van het heelal als volgt is: 4% normale materie, 23% donkere materie, 73% donkere energie.(wikki)
    Is dit een constante verhouding die geld voor het ..hele heelal….

    het blijft een beetje iets en een
    heleboel niets.
    (zeer intressant overigens !)

  5. Wat ik niet begrijp is dit: De expansie van het heelal betekent dat er ruimte bijkomt. Als ruimtetijd een fysiek iets is, hoe werkt dat dan? Komt er hier en daar af en toe een planck-lengte bij?

    Ongeveer hetzelfde moet je eigenlijk ook hebben bij vervorming van ruimtetijd rond massa’s. Als ik me het ‘uitrekken’ ruimtetijd even sterk versimpeld voor stel als ‘meer’ ruimte, en ‘samenpersen’ als minder ruimte. Waar komt het dan vandaan/blijft het? Wordt er ruimtetijd gecreëerd of vernietigd? Of verandert de lokale toestand van de ruimtetijd?

    In de analogie met een rubber membraan/ballon, dan komt het extra oppervlak uit de dikte van het rubber. Bij het opblazen van de ballon wordt het rubber velletje dunner en dunner. De analogie gaat waarschijnlijk niet zover op, maar is er een ruimtetijd-equivalent van het dunner worden van het rubber velletje van een ballon.

  6. Wat ik niet begrijp is dit: De expansie van het heelal betekent dat er ruimte bijkomt. Als ruimtetijd een fysiek iets is, hoe werkt dat dan? Komt er hier en daar af en toe een planck-lengte bij?

    Ongeveer hetzelfde moet je eigenlijk ook hebben bij vervorming van ruimtetijd rond massa’s. Als ik me het ‘uitrekken’ ruimtetijd even sterk versimpeld voor stel als ‘meer’ ruimte, en ‘samenpersen’ als minder ruimte. Waar komt het dan vandaan/blijft het? Wordt er ruimtetijd gecreëerd of vernietigd? Of verandert de lokale toestand van de ruimtetijd?

    In de analogie met een rubber membraan/ballon, dan komt het extra oppervlak uit de dikte van het rubber. Bij het opblazen van de ballon wordt het rubber velletje dunner en dunner. De analogie gaat waarschijnlijk niet zover op, maar is er een ruimtetijd-equivalent van het dunner worden van het rubber velletje van een ballon?

    Vragen, vragen…. Ik weet het, ik moet eigenlijk gewoon een paar goede boeken pakken en hard studeren in plaats van hopen dat iemand op het internet de antwoorden hierop voor me in gaat tikken.

    • Inderdaad. Ruimtetijd is niet leeg, maar bevat vacuümsenergie. Gezien de dichtheid van het vacuümenergie gelijk blijft, waar komt die nieuwe vacuümsenergie dan vandaan als het universum uitdijt en groter wordt?
      Eenzelfde verhaal met donkere energie, de dichtheid en druk van de donkere energie blijft gelijk, maar het universum dijt uit en de druk van donkere energie blijft gelijk, waar komt de nieuwe donkere energie vandaan om de druk van de donkere energie gelijk te houden bij een uitdijend universum?

  7. Naar mijn gevoel wordt in dit betoog goed uitgelegd dat het begrip “ruimte” een aspect is van ons universum. Het universum expandeert dus niet in een omliggende ruimte. Dat lijkt me correct, maar het beantwoord de vraag ( waarin expandeert het universum ?) niet echt. Het stelt alleen dat het niet expandeert in een ruimte zoals wij die kennen, maar sluit andere mogelijkheden niet uit.
    De vraag wordt overigens nog wat dringender als je probeert je een voorstelling te maken van een multiversum. Als die zich ruimtelijk tot elkaar verhouden, hoe ziet dat er dan uit ? Zit er iets tussen de verschillende universa ?
    Zoja, wat dan ?
    Ik hoorde Brain Cox onlangs zeggen dat de grens tussen wat je weet niet weet de mooiste plek is voor een natuurkundige. De grens van het universum, dat is zo’n mooie plek!

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: