Zwillingsuniversum
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...Im Folgenden ein didaktisches Modell, das das Phänomen der gemeinsamen gravitativen Instabilitäten veranschaulichen soll. Stellen wir uns eine Art Schwimmbecken vor. In halber Höhe, unter Wasser, befindet sich eine horizontale, flexible, gewichtslose Plane. Oben darauf legen wir Kugeln mit Masse, die daher auf die Plane drücken werden. Darüber verteilen wir eine gleich große Anzahl an Tischtennisbällen, die das gleiche Volumen haben. Diese, empfindlich gegenüber dem Auftrieb nach Archimedes, üben ebenfalls Druck auf die Plane aus, jedoch in entgegengesetzter Richtung. Man kann auch dafür sorgen, dass alle Kugeln denselben Durchmesser haben.
...Sollte die gleiche, gleichmäßige Verteilung schwerer Kugeln und Tischtennisbälle auf beiden Seiten bestehen, so wäre die resultierende Kraft auf die Plane überall null, und diese bliebe horizontal (die Krümmung wäre null). Doch kann es zufällig geschehen, dass sich einige schwere Kugeln an einer Stelle sammeln. Sie werden dann die Plane vertiefen und dabei die Tischtennisbälle weiter wegdrängen. In einer Querschnittszeichnung würde die Oberfläche dann folgendermaßen aussehen:
Schwere Kugeln sammeln sich und vertiefen die Plane.
Sie drängen die Tischtennisbälle ringsum zusammen.
...Intuitiv kann man sich vorstellen, dass diese beiden Phänomene nicht einander entgegenwirken, sondern sich vielmehr verstärken. Die Anwesenheit eines Ringes aus überzähligen Tischtennisbällen um die Vertiefung verstärkt deren Vertiefung und somit die „Einschließung“ der dichten Kugeln.
...Die gravitative Instabilität könnte auch mit einer einzigen Population veranschaulicht werden, indem man schwere Kugeln auf eine ausreichend weiche Matratze aus Schaumstoff legt. Wenn sich einige von ihnen zufällig an einer Stelle sammeln, entsteht eine Vertiefung, in die ihre Nachbarn tendieren, sich hineinzubewegen. Man nennt dies ein Akkretionsphänomen.
...Wenn man eine Plane hätte und nur darunter Tischtennisbälle anordnen würde, wäre dieses System ebenfalls instabil. Wenn sich Tischtennisbälle an einer beliebigen Stelle der Plane sammeln, würden sie ihre Nachbarn dazu veranlassen, sich ebenfalls dorthin zu begeben. Mit diesem Modell mit zwei Populationen – schweren Kugeln und Tischtennisbällen – erzeugen wir zwei miteinander verbundene Effekte, die das Phänomen der gemeinsamen gravitativen Instabilitäten nachahmen. Dieses Modell hat außerdem den Vorteil, die Symmetrie zwischen den beiden Teil-Systemen zu verdeutlichen.
...Wenn man das System mit zwei Populationen wiederholt, ergibt sich Folgendes:
Tischtennisbälle sammeln sich und wölben die Plane nach oben.
Sie drängen die schweren Kugeln in die Umgebung.
...Wir haben daher versucht, diese Idee zu testen, ausgehend von zwei Verteilungen:
- Kalte Materie mit Dichte r
- Geistermaterie mit Dichte r * @ 64 r, wärmer: Die mittlere thermische Bewegungsgeschwindigkeit in der Geisterwelt V*th ist viermal höher als in unserer Welt. Diese Parameter stammen aus der Untersuchung der gemeinsamen Expansion beider Universen [siehe auf der Website: Geometrische Physik, 3, Abschnitt 3 und Abbildung 5].
...Die Berechnungen wurden mittels zweidimensionaler numerischer Simulationen mit jeweils 5000 Massenpunkten durchgeführt. Sie sind nur anregend. Es wäre notwendig, dreidimensionale Berechnungen durchzuführen und dafür eine viel größere Anzahl an Massenpunkten zu verarbeiten, was unser System nicht leisten konnte. Man sollte diese zweidimensionalen Ergebnisse daher nicht wörtlich nehmen.
...Qualitativ führt die Geistermaterie das Spiel. Sie erzeugt recht schnell Klumpen (Clumps), da ihre Akkretionszeit, umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Dichte, kürzer ist. Diese Klumpen drängen dann unsere eigene Materie in den verbleibenden Raum und verleihen ihr so ihre lückenhafte Struktur. Siehe: J.P. Petit, P. Midy und F. Landsheat: Matter-Geistermaterie-Astrophysik. 5: Ergebnisse zweidimensionaler numerischer Simulationen. VLS. Über ein mögliches Schema zur Galaxienbildung. [Siehe auf der Website: Geometrische Physik A, 8, 1998.]
Die beiden überlagert:
...Der Vorteil liegt darin, dass diese Verteilung dann stabil ist. Die Klumpen aus Geistermaterie stabilisieren die lückenhafte Materieverteilung, und umgekehrt halten diese Klumpen in ihren „Maschen“ gefangen. Dies erklärt die hohe Stabilität, die erreicht wurde (im Bereich des Alters des Universums). Die „Maschen“ aus normaler Materie fungieren dann als Potentialbarriere gegenüber den Elementen der Geistermaterie, die aus den Klumpen stammen und bei Kollisionen (im angelsächsischen Sinne von „encounter“, also binäre Interaktion zweier Geistermassenpunkte) beschleunigt werden.
Anmerkung (Februar 2000):
Alle diese Berechnungsergebnisse stammen aus sechs Jahren zurück. Wie man aus denjenigen erfahren kann, die meine Bücher gelesen haben, wurden diese Simulationen, die sehr interessant und vielversprechend waren, 1993–1994 zunächst von meinem Kollegen und Freund Pierre Midy auf einem alten Cray-Rechner durchgeführt, danach von „Fred“, einem jungen Forscher, der es vorzog, anonym zu bleiben – was ich ihm voll und ganz zustimme. Die Berechnungen wurden damals „im Schatten“ auf dem leistungsstarken Computer durchgeführt, der die Daten eines europäischen Teilchenbeschleunigers verwaltete. Danach wechselte Fred das Labor, und in seiner neuen Einrichtung waren solche Arbeiten nicht mehr möglich. Die numerische Simulation wurde daher sechs lange Jahre lang aufgegeben. Doch vor Kurzem trat ein neuer Umstand ein. Erstens haben die Rechner in sechs Jahren solche Fortschritte gemacht (Geschwindigkeit und vor allem Speicherkapazität), dass Berechnungen, die früher nur auf leistungsstarken Forschungseinheiten durchführbar waren, nun für … gewöhnliche Privatpersonen zugänglich geworden sind. Zwei Männer, genauer gesagt, pensionierte Ingenieure, die aber leidenschaftlich Astrophysik und Kosmologie treiben, haben sich daher gemeldet. Indem sie ihre eigenen Maschinen programmierten, hatten sie recht ansprechende Simulationen durchgeführt, indem sie eine „zweidimensionale digitale Galaxie“ aus 3000 Massenpunkten durch einen „Passanten“ aus 300 Punkten störten. Kurz gesagt, das klassische Schema, das zur spiralförmigen Gestalt der „Hundsgalaxie“, auch M51 genannt, führt. Wenn man diese Bilder sieht, denkt man sofort: „Das entspricht genau dem, was wir vor zehn Jahren in Forschungseinrichtungen mit leistungsstarken Rechnern erreichen konnten.“ Natürlich hält die spiralförmige Struktur nicht lange an; sie verschwindet, sobald der störende Passant sich entfernt (eine Eigenschaft, die wir schon lange kennen). Unsere beiden Ingenieure, ermutigt durch diese vielversprechenden Ergebnisse, kontaktierten daher sechs bekannte Astrophysiker, um „Richtlinien“ zu erhalten – doch keiner hatte die Höflichkeit, ihnen zu antworten. Ich war also der siebte Astrophysiker, den sie kontaktierten. Man kann sich vorstellen, wie sehr ich mich über diese Unterstützung freute, und ich verband diese neuen Mitarbeiter sofort mit neuen Simulationen. Anscheinend gelingt es ihnen sehr gut, und wenn alles gut verläuft, werden wir innerhalb der nächsten Monate „frische Ergebnisse“ haben. Eine spannende Erwartung, denn das Ziel ist nichts anderes, als die Geburt einer Galaxie zu simulieren. Sache, die weiter zu verfolgen sein wird.
../../bons_commande/bon_global.htm
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