værd at vide

Den kosmologiske konstant i en flerdimensional tid

Ud fra Planck-satellittens måling af den kosmiske baggrundsstråling er det muligt at bestemme den kosmologiske konstant, der forklarer, hvorfor universets udvidelse accelererer. Den målte værdi er mystisk lille. Illustration: ESA

Opdagelsen i 1998 af, at universet udvider sig med accelererende fart, hører til de mest banebrydende i det 20. århundrede. Hvis det alene var tyngdekraften, der styrede universets udvikling, var dette helt utænkeligt. Heldigvis havde man så at sige løsningen på problemet i skuffen i form af en kosmologisk konstant. Albert Einstein havde indført den i sine ligninger for den generelle relativitetsteori, da astronomerne i begyndelsen af 1900-tallet overbeviste ham om, at universet var uforanderligt. Den kosmologiske konstant skulle modvirke den sammentrækning, der skyldes tyngdekraften. På mange måder en logisk slutning: Hvis eksperimenter fortæller noget andet, end din teori forudsiger, må du modificere teorien, så den passer med eksperimenterne.

Einstein, som ellers ikke var bange for at holde sig til sin intuition og gode fornemmelse, havde dog gjort mere ret i at holde sig til sin oprindelige teori, for astronomerne tog fejl. Universet er ikke statisk, som bl.a. Edwin Hubble viste i 1929. Det udvider sig. Med Einsteins egne ord var den kosmologiske konstant hans største fejltagelse. Men som nævnt ændrede opfattelsen sig igen i 1998. Skulle man forklare den accelererende udvidelse, måtte den kosmologiske konstant genindføres i den generelle relativitetsteori, hvis ligninger populært sagt udtrykker, at rumtiden fortæller stof, hvordan det skal bevæge sig, og stof fortæller rumtiden, hvordan den skal krumme.

Det er muligt at bestemme størrelsen af den kosmologiske konstant ud fra målinger af den kosmiske baggrundsstråling. Målingerne med den europæiske Planck-satellit kom frem til en værdi på ca. 10-52 m-2. Fysikerne har haft mere end svært ved at forklare denne værdi. Man kan forestille sig, at den kosmologiske konstant eller den mørke energi, som den udtrykker – mørk, fordi man ikke aner, hvilken form for energi det er – har noget at gøre med den vakuumenergi, man udregner med kvantefeltteorier. Problemet er blot, at det fører til, at den kosmologiske konstant skal være omkring 120 størrelsesordner større, end den rent faktisk er.

I en ny artikel i Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology præsenterer Christoph Köhn fra DTU Space en form for løsning på problemet i en artikel med titlen ‘A Solution to the Cosmological Constant Problem in Two Time Dimensions’. Læg mærke til de tre sidste ord. Hvis universet har ikke én, men to tidsdimensioner, så kan man teoretisk estimere en værdi for den kosmologiske konstant, der passer med observationerne. Jeg vil ikke anfægte Christoph Köhns beregninger, for han ved tydeligt mere om den generelle relativitetsteori, end jeg gør, og artiklen har passeret et peer-review, så vi kan nok tage hans beregning af en kosmologisk konstant i området 10-90 m-2 og 10-52 m-2 for gode varer, hvilket også er i overensstemmelse med observationerne.

Men et univers med to tidsdimensioner? Det lyder umiddelbart vanvittigt. Matematisk set er det dog intet problem at have flere rumlige og tidsmæssige dimensioner i Einsteins ligninger. Den teoretiske fysiker Itzhak Bars fra University of Southern California i Los Angeles har siden 1980’erne været fortaler for et univers, der består af fire rumlige dimensioner og to tidsmæssige dimensioner. Hvis, og lad mig understrege hvis, der skulle være to tidsmæssige dimensioner, kan de dog ikke være ligeværdige – det ville give en lang række problemer med kausalitet. Men den ene tidsdimension – og den ene rumdimension i Bars teori – kan måske være krøllet sammen, så vi så at sige ikke opdager dem på makroskopisk skala.

Christoph Köhn har gennemført en interessant analyse, men man kan godt fundere over, om hans løsning på problemet med den kosmologisk konstant er en form for ikke-løsning. Hvorfor skulle der være to tidsdimensioner – og hvorfor så ikke endnu flere? Det bliver næsten et større problem at forklare, hvorfor der er to tidsdimensioner, end hvorfor den kosmologiske konstant har den værdi, den nu har. Jeg er ikke meget for at erstatte et problem med et endnu større, men jeg synes dog, vi skal give Christoph Köhn ros for at tænke ud af boksen og fremkomme med en gennemarbejdet analyse. Tiden er på mange måder en underlig størrelse – tænk, hvis den var dobbelt så underlig.

Emner : Værd at vide
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Antallet af dimensioner kan meget vel kun være et spørgsmål om matematisk bekvemmelighed. Vi ser det bla i teorier om et todim univers som holografisk beskriver det tredimensionale. Hvis man skal tale om det er et fysisk phenomen så skal man nok først bevise at der ikke findes en tilsvarende matematisk beskrivelse i et univers med andre dimensioner.

Man må også undre sig over 10-50 , vi gætter jo alle at der er tale om typografiske problemer men vi andre har det med at skrive 10^-50 i sådanne situationer.

  • 1
  • 1

Opdagelsen i 1998 af, at universet udvider sig med accelererende fart, hører til de mest banebrydende i det 20. århundrede. Hvis det alene var tyngdekraften, der styrede universets udvikling, var dette helt utænkeligt.

Hvorfor det? Det er da netop en helt naturlig konsekvens af tyngdekraftens virkemåde - hvis man vel at mærke vil lukke øjnene op og ikke er så hjernevasket af Einsteins teorier, at man ganske simpelt nægter at indse, at han tog fejl. Rumtid i 2 dimensioner! Er sund fornuft og logisk tænkning da totalt bandlyst inden for moderne fysik?

For et stykke tid siden skrev du en artikel om, at lydbølgers hastighed er bestemt af kvantemekanikken: https://ing.dk/artikel/lydboelgers-hastigh... - en artikel, som netop bekræfter, hvad jeg har agiteret for i årevis - nemlig at den mekaniske og den elektriske verden blot er to alen ud af nøjagtig det samme stykke, hvilket også fremgår med al ønskelig tydelighed af den berømte formel E = mc2 = m/(e0 x u0), hvor m er en mekanisk masse, og e0 og u0 er henholdsvis den elektriske dielektricitetskonstant og den elektriske permeabilitet. Jeg beviste det også tidligere ved at beregne selvinduktionen af en spole ud fra Newtons love og ramte plet, hvor traditionel fysiks formler regner en faktor 8 galt. I artiklen skrev du:

Lydbølger er longitudinale bølger, og de skal i modsætning til elektromagnetiske bølger, der er transversale bølger, have et medie at udbrede sig i.

Hvordan kan der være en modsætning, når artiklen netop beviser, at det er to sider af samme sag ? Selvfølgelig kræver lys også et medie, når lyd gør, og nøjagtig de samme formler gælder for begge; men når man nægter at acceptere det, kommer man netop ind i problemer, som nu med den kosmologiske konstant. Når elektrisk ladning findes i to udgaver, må masse nødvendigvis også gøre det og have nøjagtig samme egenskaber, dvs. at ladning og masse med samme fortegn frastøder hinanden, og ladning og masse med modsat fortegn tiltrækker hinanden, som jeg har beskrevet tidligere - se https://ing.dk/artikel/moerkt-stof-moerk-e... . Dermed bliver det hele særdeles simpelt og intuitivt - incl. Casimir effekten. Tyngdekraften opstår, fordi der er negativ ætermasse mellem den positive masse, som vi normalt ser, hvilket laver frastødningen om til en tiltrækning; men hvor der ikke er positiv masse, er der udelukkende frastødning, og derfor ekspanderer verdensrummet. Hvor svært kan det være? Der er hverken behov for mystisk mørk masse eller mørk energi, som ingen kan forklare eller nogensinde har detekteret - blot lidt logisk tænkning og lidt mindre hjernevask!

Netop ekspansionen er et klokkeklart bevis for, at lysets hastighed nødvendigvis må være proportional med størrelsen og umuligt kan være konstant, som det påstås, for ellers skulle lyset fra en hændelse i et ekspanderende univers modtages 2 gange, hvilket naturligvis er umuligt! Ud fra ætermodellen fås: c = 1/sqrt(e0 x u0), hvor e0 er æterens kompressibilitet, der stiger med 1. potens af størrelsen, og u0 er densiteten, der falder med 3. potens af størrelsen, så når man ganger sammen og tager kvadratroden, fører formlen til, at lyshastigheden er proportional med størrelsen, så tingene passer! Afstanden mellem to objekter målt i lysår er konstant; men afstanden i meter øges - hvis man altså havde en global målestok.

Hvornår begynder videnskabsjournalister at åbne øjnene i stedet for bare at skrive af :-)

  • 2
  • 12

Hvis afstanden mellem Jorden og Mars målt i lysår er konstant. Så må lysets hastighed variere voldsomt!!

Der er altså ikke mange lysår til månen!

Tingene skal ses på den store skala. Selvfølgelig kan himmellegemer bevæge sig relativt til ekspansionen. Vi er selv på vej mod stjernebilledet Løven med en fart på 365 km/s, og i Virgo Cluster er afvigelsen op til omkring +/-700 km/s - se https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_l... .

Lyshastigheden følger æterdensiteten u0 (og kompressibiliteten e0); men den har vi defineret til at være konstant = 0,4 pi uH/m, og derfor er lyshastigheden også defineret til at være konstant, selv om det ikke er tilfældet i praksis.

  • 0
  • 6

Kan det ske, at de to tidsdimmensioner i virkeligheden udgør en kompleks tid? Men, hvad er imaginær tid - og hvordan skal vi forholde os til det?

  • 0
  • 4

Jeg er mystificeret over at nogen herinde kan udlede selvinduktion fra newtons love, det synes jeg ikke jeg har set andre steder ....hvordan i alverden bærer man sig ad med det ?

De eneste måder jeg kender er dem, hvor man bruger udtrykkene fra elektromagnetisme......

  • 2
  • 0

Hvem siger at man skal kunne se skulle lyset fra en hændelse i et ekspanderende univers modtages 2 gang?

Sund fornuft.

Lyset fra de fjerneste objekter, vi kan se, har været ca. 13 milliarder år undervejs; men da verdensrummet ekspanderer, var afstanden jo ikke 13 x (9,46 x 10^12) km, da lyset blev udsendt, men måske kun i størrelsesordenen 2 x (9,46 x 10^12) km, så hvis verdensrummet består af vakuum og lysets hastighed i vakuum er konstant, som I påstår, skulle lyset fra en hændelse være modtaget for omkring 11 milliarder år siden. Altså skulle vi se det samme lys 2 gange.

Big Bang beskrives ofte og udmærket med "rosinbollemodellen", og ud fra den og min model vil afstanden mellem "rosinerne" så være konstant målt i lysår, men stigende målt i meter, hvis man havde en global meterskala, der ikke ekspanderer. Det passer præcis med ætermodellens formler og fjerner ovennævnte dilemma - og fri mig så for det latterlige nonsense med månen. Selvfølgelig kan himmellegemer og andet have en relativ bevægelse i forhold til verdensrummets ekspansion. Ellers ville intet jo kunne bevæge sig.

  • 0
  • 8

Jeg er mystificeret over at nogen herinde kan udlede selvinduktion fra newtons love, det synes jeg ikke jeg har set andre steder ....hvordan i alverden bærer man sig ad med det ?

Det beviste jeg her: https://ing.dk/artikel/spoerg-fagfolket-hv... , men jeg havde i første omgang overset en faktor 2, som betød, at resultatet blev en faktor 4 galt; men jeg rettede det senere i indlæg 121: https://ing.dk/artikel/spoerg-fagfolket-hv... .

Når jeg kunne lave den udregning, skyldes det netop, at den mekaniske og den elektriske verden blot er to alen ud af nøjagtig det samme stykke, og at energien i et B-felt er kinetisk energi, der lige så godt kan beregnes ud fra Newton. Du må dog vente lidt med at se beregningen, for min ætermodel er efterhånden nået til et stade, hvor alt passer så godt sammen, at jeg er begyndt at holde kortene noget tættere ind til kroppen. Når jeg engang får knytter nogle få løse ender, udsender jeg et samlet skrift. I mellemtiden kan jeg kun trække på smilebåndet over alle de "genier" her, som tror, de har arvet alverdens visdom ved at læse i en fysikbog, men alligevel ikke kan forklare fysikken (ikke matematikken) bag ét eneste af de felter, der styrer hele vores hverdag - hverken tyngdefeltet, E-feltet, H-feltet eller B-feltet.

  • 0
  • 8

Ja, men jeg tror ikke CK helt fatter, at det er det, der er tale om

Nej. det gør jeg selvfølgelig ikke, for lysår måles i m (lyshastighed gange antallet af sekunder på et år) og hastighed måles i m/s, så det giver ingen mening at trække hastigheden fra afstanden. Jeg gad bare ikke kommentere på NPJ's sludder og fuldstændig irrelevante betragtninger om månen.

og at objektet i dag, når vi modtager lyset, naturligvis er endnu længere borte

Hvad har det med sagen at gøre?

  • 0
  • 6

Hej Carsten Kanstrup

Nej. det gør jeg selvfølgelig ikke,

Jeg omformulerer: Kunne man forestille at lys vi ser udsendt fra et objekt fra 13 millarder siden, på det tidspunkt var et sted 13 millarder lysår fra det punkt vi er i dag?

Jeg gad bare ikke kommentere på NPJ's sludder og fuldstændig irrelevante betragtninger om månen.

Det undrer mig at du ikke ønsker at forklare nedenstående udtalelse.

Afstanden mellem to objekter målt i lysår er konstant; men afstanden i meter øges - hvis man altså havde en global målestok.

  • 4
  • 0

Jeg omformulerer: Kunne man forestille at lys vi ser udsendt fra et objekt fra 13 millarder siden, på det tidspunkt var et sted 13 millarder lysår fra det punkt vi er i dag?

Ja, det var netop 13 milliarder lysår væk, hvis man vel at mærke som jeg definerer et lysår som den afstand, lyset bevæger sig gennem universet på ét år og ikke som en fast meterværdi! Det er jo det, der er pointen!

Da vi imidlertid i SI-systemet har defineret vakuumpermeabiliteten u0 til at være konstant, er lyshastigheden også defineret til at være konstant og dermed er et lysår desværre også defineret til at være en konstant afstand, selv om det ikke er tilfældet i et ekspanderende univers!

z + 1 er et udtryk for verdensrummets ekspansion, så da lyset fra f.eks. GN-z11, som har z = 11,09 og er ét af de fjerneste objekter, man nogensinde har observeret, blev udsendt for 13,4 milliarder år siden, var verdensrummet altså 12,09 gange mindre; men uanset med hvilken hastighed, verdensrummet ekspanderer incl. 0, vil det altid tage 13,4 milliarder år for lyset at nå frem, for jo mere kompakt universet er, jo lavere er lyshastigheden - og jo lavere er resonansfrekvensen i atomkerner, hvilket fører til det observerede rødskifte, som for langt størstepartens vedkommende ikke har noget som helst med et dopplerskift at gøre, hvilket også er én af traditionel fysiks utallige misforståelser.

Det undrer mig at du ikke ønsker at forklare nedenstående udtalelse.

Fordi jeg ikke gider beskæftige mig med nonsense, som absolut intet har med sagen at gøre! Hvad i alverden har lysets hastighed i universet med afstanden til månen at gøre?

  • 0
  • 4

Hej Carsten Kanstrup

Ja, det var netop 13 milliarder lysår væk, hvis man vel at mærke som jeg definerer et lysår som den afstand, lyset bevæger sig gennem universet på ét år og ikke som en fast meterværdi!

Det har ikke noget med din oprindelig opstillede paradoks at gøre.

Hvis et objekt for 13 millarder år siden udsender lys, som vi ser nu. Så må sund fornuft tilsige at afstanden mellem der hvor objektet var for 13 millarder år siden og der hvor vi er nu, være den afstand, som lys bevæger sig i 13 milliarder år. I den forbindelse er det så ligegyldig hvor objektet har bevæget hen efterfølgende og hvor vi har bevæget os fra.

Fordi jeg ikke gider beskæftige mig med nonsense, som absolut intet har med sagen at gøre

Det er dig selv der nævner afstanden mellem to objekter, men hvis det ikke har noget med sagen at gøre, hvorfor nævner du det så?

  • 1
  • 1

Hej Carsten Kanstrup

Det har ikke noget med din oprindelig opstillede paradoks at gøre.

Det har det da lige netop. At du så måske ikke forstår det, er ikke mit problem, og jeg gider derfor ikke kommentere yderligere.

Jeg forstår at dit oprindelig paradoks er noget vrøvl uanset om man definerer et lysår som den afstand, lyset bevæger sig gennem universet på ét år eller som en fast meterværdi. Dermed er dit klokkeklart bevis for, at lysets hastighed nødvendigvis må være proportional med størrelsen og umuligt kan være konstant også noget vrøvl. At du ikke forstår det, er ikke mit problem, og jeg gider ikke kommentere det yderligere.

  • 4
  • 1
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten