Gleichung von Einstein mit negativen Massen

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Mit nur positiven Massen ist die Einstein-Gleichung:
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**S **= c T

wobei S ein geometrischer Tensor und T der „Energie-Materie“-Tensor ist. Wir können sie in einer Form darstellen, in der r (Materiedichte) und p (Druck) explizit auftreten. In der klassischen Relativitätstheorie sind beide positiv.

Nennen wir nun r+ und p+ die Beiträge, die von positiven Massen stammen. Nennen wir T+ den Tensor, der aus diesen Größen konstruiert wird.

Eine negative Massendichte r- < 0 und ein negativer Druck p- < 0, verursacht durch negative Massen, würden einen Tensor T- erzeugen.

Die entsprechende Feldgleichung wird dann:

(96) S = c (T+ + T-)

Die ungelösten Probleme in der heutigen Astrophysik und Kosmologie.

Es gibt viele ungelöste Probleme in diesen beiden Bereichen. Wir werden hier nicht die gesamte Geschichte der Astronomie und Kosmologie wiederholen. Die spektrale Methode, kombiniert mit Messungen des Dopplereffekts, hat wichtige Daten über die chemische Zusammensetzung und Temperatur der Sternchromosphären geliefert.

Cepheiden, die als Entfernungsmesser verwendet werden, ermöglichen die Bewertung von Entfernungen bis zu einigen Millionen Lichtjahren.

Die Werkzeuge der Differentialgeometrie haben ein neues Verständnis der Kosmologie (Feldgleichung, Metrik) gebracht und erklären das Rotverschiebungsphänomen und das kosmische Hintergrundstrahlung.

Die Kernphysik hat Sternmodelle produziert, sowohl für ihre Entstehung, Funktion als auch Entwicklung (aber wir haben in einer vorherigen Sektion gesehen, dass der Sonnenneutrino-Defizit ein ernsthaftes Problem für diese Sternmodelle darstellt).

Die Kernphysik erklärt die Anwesenheit und relative Häufigkeit des ursprünglichen Heliums im Universum.

Aber:

• Wir haben kein theoretisches Modell, das die galaktische Dynamik erklärt. In diesem Bereich bleibt unsere Herangehensweise vollständig empirisch.

• Wir wissen nicht, wie Galaxien entstehen und warum sie solche spezifischen Massen haben, noch wie sie sich im Laufe der Zeit verändern. Die Spiralstruktur ist nicht wirklich verstanden. Ihre echte Ursache bleibt umstritten.

• Alle Galaxien sollten seit Milliarden von Jahren explodiert sein (Effekt der fehlenden Masse). Die Rotationskurve mit hohen peripheren Geschwindigkeiten bleibt ein Rätsel.

• Dasselbe Problem der fehlenden Masse bei Galaxienhaufen.

• Viele Galaxien sind sehr unregelmäßig. Vor Jahren sagte der britische Astronom Sir James Jeans oft:

Wenn wir solche verzerrten Muster sehen, können wir dem Gedanken nicht widerstehen, dass eine starke, vollständig unbekannte Kraft dafür verantwortlich ist. * * - Es scheint sich um ein Problem bezüglich des Alters des Universums zu handeln, aus der Messung der Hubble-Konstante im Vergleich zum geschätzten Alter der ältesten Sterne unserer Galaxie (die zu Kugelsternhaufen gehören, wie z. B. der Hercules-Haufen).

• Die VLS (sehr große Struktur) des Universums bleibt ein ungelöstes Problem. Wir wissen nicht, warum Galaxien um große Leerräume mit einer Ausdehnung von 100 Millionen Lichtjahren herum angeordnet sind.

• Die Energiequelle der Quasare bleibt unklar.

• Halton Arp hat viele Galaxiensysteme gefunden, deren Rotverschiebung die Hubble-Gesetz verletzt.

• Die Natur der „Gamma-Blitze“: Unbekannt.

• Neutronensterne wurden vorhergesagt und viele hundert wurden gefunden. Dieses Modell besitzt eine kritische Masse: etwa 2,5 Sonnenmassen. Kein Neutronenstern könnte mit einer höheren Masse existieren, da die innere Druckkraft nicht mehr die Schwerkraft ausgleichen könnte und das Objekt zusammenbrechen würde.

Solche Bedingungen müssen irgendwo im Universum existieren. Zum Beispiel als Ergebnis der Verschmelzung zweier Neutronensterne. Die „klassische Antwort“ ist der sogenannte Schwarze Loch. Einige Astronomen „erklären“ alle Phänomene mit solchen Objekten. Gigantische Schwarze Löcher müssen am Zentrum von Galaxien oder am Zentrum von Galaxienhaufen vorhanden sein. Sie „erklären“ das QSO-Phänomen. Sie „erklären“ fast alles.

Aber direkte Beobachtungen sind sehr selten. Warum so wenige Kandidaten?

Wenn ein Objekt wirklich existiert, finden Astronomen nach einer gewissen Zeit viele. Beispiel: Supernovae, rotierende Neutronensterne (Pulsare). Warum so wenige Schwarze-Loch-Kandidaten?

Außerdem ist die Geometrie des Schwarzen Lochs eine Lösung der Einstein-Gleichung, wenn der zweite Teil verschwindet, wenn **T **= 0. Das bedeutet, dass diese Lösung einen Teil des Universums beschreibt, in dem keine Energie-Materie vorhanden ist. Die Feldgleichung reduziert sich auf:
(97)

**S **= 0

• Zurück zum Standardmodell: Warum sieht das frühe Universum (dessen Bild durch die kosmische Hintergrundstrahlung gegeben wird) so homogen aus? Gemäß dem Modell konnten die Teilchen des Universums zu Beginn nicht interagieren, da der „Horizont“ ct kleiner war als der mittlere Abstand zwischen ihnen. Also, was verursachte die bemerkenswerte Homogenität, die heute im CBR beobachtet wird?

• Was ist „Zeit“, nahe „t=0“? Hat diese Frage überhaupt einen Sinn?

Wenn wir in die fernste Vergangenheit zurückgehen, erreichen Physiker hohe Energiebedingungen, und die Probleme, mit denen sie konfrontiert sind, scheinen mit der aktuellen Krise der Hochenergiephysik vergleichbar zu sein:

- Wovon sprechen wir? - Wer weiß, ob die Einstein-Gleichung, die das Standardmodell unterstützt, nicht die elektromagnetischen Phänomene berücksichtigt? Der Zusammenhang zwischen Gravitation und Lichttheorie ist noch nicht etabliert. Das gleiche Problem besteht zwischen der Quantenwelt und der Gravitation (was ist ein Graviton?).

Fünfzig Jahre null-Physik.

Dieser Titel scheint sehr provokant. Die heutigen technologischen Fortschritte sind beeindruckend. Theoretische Physiker träumen von der „Theorie alles“ (TOE). Der Erfolg der Quantenmechanik hat die Forscher getäuscht. Wissen Sie, dass wir keinen Weg haben, die Massen der Teilchen vorherzusagen? Das Quark-Modell ähnelt dem ptolemäischen System.

Vor Jahrhunderten fand Ptolemäus ein System, das die Bahnen der Planeten am Himmel beschreiben konnte, durch ein komplexes System von Kreisen. Dies war sehr effizient, um Eklipsen vorherzusagen, zum Beispiel. Am Ende verwendete dieses Modell 48 Kreise. Vor der kopernikanischen Ära. Als der junge spanische König das ptolemäische Modell von seinem Lehrer lernte, sagte er:

- Oh, wenn der Herr mir vor der Schöpfung alles gefragt hätte, hätte ich etwas Einfacheres empfohlen!

Falsche Dinge können während Jahrhunderten effizient funktionieren. Deshalb ist der Sonnenneutrino-Defizit, der in einer vorherigen Sektion erwähnt wurde, so faszinierend: Die Quantenmechanik kann es nicht erklären. Das ist das erste Mal, dass die Quantenmaschine ausfällt.

Einige wenden sich der Superstringtheorie zu, die auf der Gruppentheorie basiert. Anhänger der Superstrings glauben, dass alles im Universum verschiedenen Strukturen einer zehndimensionalen Einheit, „Raum“ entsprechen könnte. Im Jahr 1714 hatte der deutsche Philosoph und Mathematiker Gottfried Wilhelm Leibniz etwas Ähnliches in seinem Werk „Monadologie“ vorgeschlagen. Leibniz dachte, dass „alles aus Monaden besteht“. Die Welt sollte ein organisierter System aus Monaden sein, aber er konnte seine Idee nicht weiterentwickeln.

Die Anhänger der Superstrings suchen ihre moderne zehndimensionale Monade.

All dies führt zu wahrhaft surrealen Diskussionen bei Konferenzen, wie jener, die kürzlich in Aspen, Colorado stattfand. Das Magazin Scientific American berichtete in seiner Ausgabe vom Januar 1996 in einem Artikel mit dem Titel „Alles erklären“, geschrieben von der Journalistin Madhusree Mukerjee.

Auf der Suche nach diesem magischen Objekt, das das zehndimensionale Universum organisieren soll, sprechen einige Leute über „sternbesetzte Kugeln“, Igel, die mit Vektoren bedeckt sind, oder „haarige Raupen“, Membranen mit fünf Dimensionen (Duff, von der Imperial College in London), die sich „wie die Haut eines Schinkens“ selbst rollen können.

Schwarz, vom Caltech (einer der Pioniere der Theorie), fügt hinzu: „Ich hätte ein Lastwagenfahrer sein sollen!“

Andere sprechen von „Schwarzen Löchern mit null Masse“.

Jeffrey A. Harvey von der University of Chicago rief:

„Heißt das, dass Ihre Schwarzen Löcher null Masse haben? Bewegen sie sich mit Lichtgeschwindigkeit?“

„Nein, sie haben nichts, keine Impuls“, antwortete Gary T. Horowitz von der University of California in Santa Barbara.

„Oh, Unsinn!“ Das war Leonard Susskind von Stanford.

Sie haben kein Energie, keinen Impuls – dort ist nichts!“ protestiert Harvey.

Strominger: „Vielleicht gibt es in bestimmten Regionen des Universums Bereiche des Raums in Form kleiner Tropfen, in denen Schwarze Löcher in Strings und umgekehrt verwandelt werden. In unserer Umgebung könnten diese kleinen Tropfen scheinbar in virtuellen Universen navigieren, die nur für einen infinitesimalen Zeitraum existieren würden, da sie sofort verschwinden würden, noch bevor sie beobachtet werden könnten.“

Susskind: „Persönlich denke ich, dass das eine große Unsinn ist.“

Im Jahr 1986 fragte jemand einen Forscher, das „Theorie alles“ in sieben Wörtern zu zusammenzufassen, und er antwortete:

• Oh, Herr, warum hast du mich verlassen?

All dies ist interessant, aber es ist noch nicht vorbei, wie man sehen kann. Nie in der Geschichte der Physik hat eine Theorie so viel Aufregung ausgelöst wie heute, wo täglich zehn Artikel zum Thema veröffentlicht werden. Und wir können nicht sagen, ob die Berggeburt eine Maus oder die Maus eine Berggeburt hervorbringen wird.