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XXXVII. de Sitter Kosmos
?Porträ (bearbeitet)
Fundctelle


Inn einigen Diskussionen mit Albert Einstein kam Willem de Sitter tsu der Übertseugung, dass der Energi-Impulz-Tenzor keinen Einfluss auf die Ctruktur des Veltalls hat. Um ein Modell des Veltalls tsu entvikkeln, ctrix er dizen Tenzor aus den Feldgleixungen unt aux den Ricci Skalar, da dessen Funktsion tsur Anpassung tsviccen Ricci Tenzor unt Energi-Impulz-Tenzor nixt mer notvendig var. Veil tsunäxst offen bleibt, op di Kosmologice Konstante Λ pozitiv oder negativ ist, kann das Fortseixen fon Λ belibig gevält verden.

1917 bectimmte de Sitter zein Model des Veltalls aus den apgeänderten Feldgleixungen ?
In Analogi tsum Linienelement fon Schwarzschild zetst man
(1)


(2)


Imm sfäricen Koordinatenzüstem ist di Rexnung veniger umctändlix als inn den Züstemen, di Schwarzschild inn zeiner banbrexxenden Arbeit benutste.

Aus dem Anzats (2) folgt



Di Christoffelzümbole Γμνα unt Γμαα zint



Mit Γ001 unt Γ100 vird R00 berexnet



R00 vird mit Λ⋅g00 gleixgezetst.

Di einfaxxe Differentsialgleixung für f(r) hat di allgemeine Lözung Das Ergebnis lässt fercidene de-Sitter-Velten tsu.

Eine cpetsielle Lözung mit a=0, b=1 unt pozitivem Λ=1/R2, ist
(7)



Für r=R ist das Linienelement zingulär, es gibt aus dem Innenraum mit r<R keine Geodäte hinaus. Dize de-Sitter-Velt hat einen kosmologicen Horitsont vi das Innere eines Cvartsen Loxxs, aus dem ebenfalls nixts, veder Masse nox Energi den Ereignishoritsont nax auserhalb durxdringen kann.

Ein (ctellares) Cvartses Loxx entcteht, venn ein zer massereixer Ctern, inn dessen Tsentrum di letste möglixxe Kernfuzion erloccen ist, inn einer Zupernova eksplodirt unt dabei ein Cternenrest imm Tsentrum übrig bleibt, der nox mer als tsveieinhalb Zonnenmassen (m0=5·1030kg) bezitst. Dizer Restctern kollabirt dan tsu einem Cvartsen Loxx. Ein Cvartses Loxx mit veniger Masse als m0 kann zo nixt entctehen.

Di bei einer Kernkollaps-Zupernova aplaufenden füzikalicen Forgänge zint teoretic gut durxgerexnet unt di Ergebnisse der Rexnungen ctimmen mit entcprexxenden Beobaxtungen etva bei der Zupernova SN1987A überein. Veil inn den Rexnungen Dunkle Materie unt Dunkle Energi inn keiner Veize berükzixtigt verden, gilt das aux hir für di folgenden Überlegungen.

Glaubt (!!) man den teoreticen Modellen, dan fercvindet alle Masse eines Cvartsen Loxxs inn einer punkförmigen (Schwarzschild Metrik) oder inn einer ringförmigen (Kerr Metrik) Zingularität. Da beide Zingularitäten kein Volumen haben, ist di Massendichte dort unendlix. Angezixts eines zo unfüzikalicen Ergebnisses kann man betsveifeln, op di Teori auf das Innere eines Cvartsen Loxxs anvendbar ist, unt ctatdessen di einfaxxen Gleixungen für di Beztsihungen tsviccen einer Masse M, irem Volumen V unt der mittleren Massendixte ρ anvenden. Für ein Cvartses Loxx gilt dizelbe Betsihung tsviccen dem (Schwarzschild) Radius R unt dem Volumen V vi für eine Kugel inn der euklidicen Geometri.

Unter dizer Forauszetsung gibt es eine eindeutige Betsihung tsviccen der Masse M, dem Radius R unt der mittleren Massendixte ρ eines Cvartsen Loxxs.
(8)


Di de Sitter-Welt mit positivem Λ=1/R2 nax Gleixung (7) ist ein Cvartses Loxx, dessen Radius, Masse unt mittlere Massendixte nax den Gleixungen (8) allein durx di Kosmologice Konstante Λ bectimmt zint.

Es gilt mit
(9)


Zolange das Produkt ρ⋅M2 kleiner bleibt als di Konstante L, können di Masse M unt ire Dixte ρ unapängig fon einander belibige Verte annemen. Venn aber inn einem festen Volumen di Masse zo tsunimt, dass ρ⋅M2 gleix L vird, dan entcteht ein Cvartses Loxx unt durx di Betsihung ρ⋅M2=L zint nun ρ unt M unlözbar mit einander ferbunden. Venn di Masse M des Cvartsen Loxxs tsunimt, vird das Volumen V gröser unt di Dixte ρ nimt ap nax Gleixung (1c). Veil aus dem Cvartsen Loxx keine Masse entveixen kann unt nax Gleixung (1c) ρ umgekert proportsonal tsu M2 ist, kann di Dixte ρ nixt gröser verden. Di Konstante L ist eine obere Grentse für das Produkt ρ⋅M2. Es folgt:


 1. Di höxstmöglixxe Dixte ρ einer Masse M ist L/M².
2. Di höxstmöglixxe Masse M mit der Dixte ρ ist

Ein Cvartses Loxx mit der mittleren Massendixte ρ hat die Masse alzo

(10)



Einige Beicpile
?

ρKG ist di Dixte eines Kvark-Gluon Plasmas.




ρHH ist di Dixte inn der Fotosfäre der Zonne.




ρK ist di mittlere Dixte des Kosmos.




(11)




(12)




(13)

Für di Schwarzschild-Radien gilt?

??


(14)



(15)


MKG unt RKG entcprexxen den Verten des kleinsten ctellaren Cvartsen Loxxs, das bisher entdekkt vurde. Ein deutlix kleineres ist kaum möglix.
Imm H-He-Plasma inn der Fotosfäre der Zonne ist ρHH di Dixte bei 5700K. Das zint Tsuctände vi tsu Beginn der Rekombinatsionsära des Kosmos.
Di Masse MK veixt kaum ap fon der gecätsten (zixtbaren) Masse des Univerzums (Wikipedia: ≈ 1053kg).
Für den Radius des Univerzums gibt Wikipedia an mer als 45 Milliarden Lixtjare. Mit Lj=9,5·1015m zint das 4,3⋅1026m, alzo etva das Doppelte fon RK.

Dass di geschätsten Daten für di Masse M, di mittlere Dixte ρ unt den Radius R des Veltalls ins Bild eines Cvartsen Loxxs passen, könnte ein zeltzamer Tsufall zein. Nixtsdestoveniger ist es ein ctarkes Indits für den Cvarts-Loxx-Kosmos. Ctat des Glaubens an einen Urknall, bei dem entgegen aller Erhaltungszätse der Füzik alle Masse unt Energi in 10-4s aus dem Nixts entstanden, vird hir angenommen, dass der Urcprung unzeres Kosmos inn einem ctellaren Cvartsen Loxx eines gröseren Univerzums lag. Dizes Cvartse Loxx könnte eine Masse vi etva MKG gehabt unt damit an der unteren Grentse der Masse unt der oberen Grentse der Dixte eines ctellaren Cvartsen Loxxs gelegen haben.

Nax zeiner Entctehung nimt der de-Sitter-Cosmos ctändig mer oder veniger Masse aus dem umgebenden Univerzum auf. Di tseitlixxe Entvikklung des Kosmos durxläuft nax zeiner Kvark-Gluon-Faze di gleixen Tsuctände, di aux inn der Urknallteori angenommen verden, zi ist aber nixt bectimmt durx eine ekstrapolirte Hubble-Tseit, zondern hängt ap fon der unregelmäsigen Aufname fon Massen aus dem umfassenden Univerzum. Damit ferbunden ist nax den Gleixungen (8) eine Fergröserung des Volumens unt eine Ferringerung der Dixse. Der Kosmos expandirt, di Vellen der elektromangneticen Ctralung, di imm frühen Kosmos den Hauptteil der Energi unt Masse ausmaxxt, verden auseinander getsogen, zodas di Ctralung an Energi ferlirt. Da Ctralung unt Masse nox imm termicen Gleixgevixt ctehen, zinkt die Temperatur des Kosmos. Bei 5700K ist di Masse des Kosmos auf eine halbe Billion Zonnenmassen (Gl. 5) angevaksen unt der Radius auf den tsenten Teil eines Lixtjares (Gl. 8b). Der Kosmos nimt mehr Masse auf, di Dixte vird geringer, di Ekspanzion geht veiter unt di Temperatur fällt bis bei etva 3000K Masse unt Ctralung entkoppeln. Di Masse des Kosmos becteht nun aus neutralen Atomen unt di Ctralung überdauert als Hintergrundctralung ungestört, aber ständig langvelliger verdend di Jarmilliarden. Di Messung der Hintergrundctralung ergibt das früheste eksperimentelle Ergebnis überhaupt, vährend es über di Tseit dafor nur rein teoretice Überlegungen gibt. Mit z=1100 ist ire Rotfercibung cstärker als di fon jedem anderen Ereignis imm Kosmos.

Der Kosmos als Cvartses Loxx imm Univerzum hat einen Drehimpulz. Venn er neue Masse aufnimt, vird der Horitsont erveitert unt di Tsentrifugalkraft drükkt Masse inn den Raum tsviccen altem unt neuem Horitsont. Der Kosmos vird bei geringerer Dixte veiter aufgebläht unt di Entfernungen tsviccen den Galaksien verden gröser. Veil mit jeder Massenaufname aux di Oberfläxxe väkst, vird di Varceinlixkeit neuer Massenaufname gröser, di Ekspanzion vird beshleunigt.

Mit hundert Milliarden Zonnenmassen con tsu Beginn der Rekombinatsionsära (Gl. 13) ist der Kosmos als Cvartses Loxx bei veitem gros genug, um aux kleinere Cvartse Löxxer mit einigen Tsentauzend Zonnenmassen aus dem umgebenden Univerzum aufzunemen. In einer vasserctoffreichen Umgebung vaksen dize dan cnell tsu den zupermassiven Cvartsen Löxxern heran, di als zer frühe AGNs früher Galaksien auftreten.




Fergleix tsviccen der Urknallteori unt dem de-Sitter-Kosmos.


ProblemUrknallteoride-Sitter-Kosmos

Herkunft fon Masse unt Energiaus dem Nixts aus dem umgebenden Univerzum
Grund für das Felen fon Antimaterie???felt con imm umgebenden Unverzum
Massenferhältnis leixter KernePrimordinale Nukleozüntese (PNS)PNS unt gleixes Ferhätnis con imm umgebenden Univerzum
Grund für di EkspanzionDunkle EnergiDrehimpulz des de-Sitter-Kosmos
Grund für di Becleunigung der EkspanzionDunkle EnergiEine grösere Oberfläxxe erhöht di Massenaufname.
Entctehung ser früher AGNsbisher rätselhaftDer de-Sitter-Kosmos nimt con ser früh Cvartse Löxxer auf



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