Vakavaa keskustelua kosmologiasta

[Fizikisto]

Mutta meinaatko siis, että haluat vain löytää uusia matemaattisia kuvauksia nykyisille fysiikan laeille? Se on melkein yhtä vaikeaa kuin uuden teorian keksiminen.

Panostan yhteensopivan havainnon ja matematiikan kokonaisvaltaiseen tulkintaan suodattamalla vaihdetuilla näkökulmilla ja sitten luulen löytäväni jonkin verran sellaista, joka jo tiedetään ja tunnetaankin johonkin asti, sopivan kuvaan ilman, että avoin ilmiö olisi kokonaan jätettävä omaksi mustakisi/pimeäksi/harmaaksi/valkoiseksi parametrikseen.

Esimerkiksi vapaan putoamisen gravitaatioilmiölle vaihdettu näkökulma on nosteperiaate, joka lähtökohdaltaan on ekvivalenssiperiaatteen "samalla puolella" kuin kausaalisen vuorovaikutuksen kiihtyvyys eikä näennäispuolella kuten gravitaatiokiihtyvyys.

Eipä tuosta nyt oikein ota selvää. Jospa palataan asiaan, kun olet saanut jotain valmiiksi. Muistutan kuitenkin sen kommunikaation selkeyden merkityksestä. Jos aiot ikinä mitään kommunikoida muille, kiinnitä kieliasuun paljon huomiota.

[ROOSTER]

Minua kiinnostaa tällä hetkellä laadun, olemuksen ja ominaisuuksien sijaan määrä.

siis:

Galaksien koostumusten pohjalta näkyvän maailmankaikkeuden tähtiä on arvioitu olevan noin 700 000 000 000 000 000 000 000. Eli jokaista maapallon hiekanjyvää kohden on karkeasti sanoen 10 000 tähteä.

aikaisemmin kysyin:

Onko oikein olettaa, että maailmankaikkeuden kaikilla tähdillä on suurinpiirtein samanverran planeettoja keskimäärin kuin aurinkokunnassamme?

Kuinka monta tähteä on maailmankaikkeudessa?

joten:

Jokaista maapallon hiekanjyvää kohden on karkeasti sanoen 10 000 tähteä, planeettoja on siis ehkä kymmenkertaisesti tuo määrä ja kuita planeetoilla kiertolaisina ehkä 50-100 kertaisesti. Kun on oikein paljon nollia, niin kymmenkertaistaminen ei näytä tuntuvan miltään.

Oliko kaikki tämä materia siis alun perin yhdessä pisteessä, ennen alkuräjähdystä? Mikä olisi todennäköisin pisteen halkaisija ja tiheys.

[Fizikisto]

Prosessin aikaskaala on hämmentävä. Usein maailmankaikkeudessa ilmiöt ovat hitaita, kestävät jopa miljardeja vuosia. Mutta alkuräjähdyksessä asioita tapahtui todella vauhdikkaasti. Nukleosynteesi alkoi joitakin sekunteja alkuräjähdyksen jälkeen ja loppui jo kymmeniä minuutteja myöhemmin.

Sellaisen merkillisen sattuman voisi vielä mainita, että vapaan neutronin puoliintumisaika (noin 10 min) on suunnilleen samaa luokkaa kuin mitä ytimillä kesti muodostua. Jos neutronin puoliintumisaika olisi huomattavasti lyhyempi, alkuräjähdyksen jäljiltä olisi jäänyt vain vetyä.

Vaikka neutronin elinaika olisi ollut huomattavasti lyhyempi, joku saattaa ihmetellä, miksi alkuräjähdyksessä ei olisi silti syntynyt raskaampia alkuaineita samanlaisissa fuusioreaktioissa kuin tähdissä. Esimerkiksi:

[math]\mathrm{p} + \mathrm{p} \rightarrow \mathrm{^2H} + \mathrm{e}^+ + \nu_\mathrm{e}

Vastaus on, että siihen ei ollut riittävästi aikaa. Protoni-protoni -fuusiot ovat äärimmäisen hitaita, koska ne tapahtuvat heikon vuorovaikutuksen kautta. Keskimääräinen protoni Auringon ytimessä saa lennellä vapaasti useita miljardeja vuosia ennen kuin se fuusioituu toisen protonin kanssa! Tämäkin on todella onnekas sattuma, siis että diprotoni on hyvin epästabiili, sillä jos p+p -fuusio olisi huomattavan nopea, tähdet palaisivat nopeasti loppuun tai suorastaan räjähtelisivät heti muodostuttuaan. Arvioiden mukaan vain muutaman prosentin voimakkaampi vahva vuorovaikutus olisi tehnyt diprotonista huomattavasti stabiilimman. Kun protonit on saatu fuusioitumaan tähden ytimessä, seuraava askel tapahtuukin nopeammin. Deuterium fuusioituu protonin kanssa luokkaa sekunnissa, koska se tapahtuu suoraan vahvan vuorovaikutuksen kautta.

Lisäksi alkuräjähdyksen nukleosynteesin aikaan nukleonitiheys oli jo melko matala, noin miljoonasosa Auringon ytimen tiheydestä. Tämä vähensi osaltaan fuusioiden todennäköisyyksiä. Lämpötila oli noin miljardi astetta. Alhaisesta tiheydestä johtuen kolmen hiukkasen vuorovaikutukset eivät myöskään olleet merkittäviä alkuräjähdyksessä, mistä seuraa mm. se, että kolme heliumia ei fuusioitunut hiileksi.

Deuterium oli siis aivan oleellisessa asemassa alkuräjähdyksen nukleosynteesissä. Sen sidosenergia vain on sen verran alhainen, että energiset fotonit pystyivät tuhoamaan muodostuneita deuterium-ytimiä pitkään, kunnes lämpötila oli laskenut riittävän alhaiseksi. Tätä kutsutaan deuterium-pullonkaulaksi, joka hidasti raskaampien ytimien muodostumista. Seuraava pullonkaula tuli vastaan helium-4:n jälkeen, mistä syystä sitä raskaampia ytimiä muodostui hyvin vähän.

[Fizikisto]

Oliko kaikki tämä materia siis alun perin yhdessä pisteessä, ennen alkuräjähdystä? Mikä olisi todennäköisin pisteen halkaisija ja tiheys.

Kun standardikosmologiaa rullataan ajassa taaksepäin, päädytään hetkellä nolla singulariteettiin, joka ilmiselvästi viittaa siihen, että ymmärryksemme tapahtumiin loppuu täysin. Singulariteettia lähestyttäessä mikä tahansa nykyinen äärellinen etäisyys lähestyy mielivaltaisen lähelle nollaa. Kysymykseesi pisteen halkaisijasta ei siis osata vastata mitään kovin järkevää.

[Tauko]

Mutta meinaatko siis, että haluat vain löytää uusia matemaattisia kuvauksia nykyisille fysiikan laeille? Se on melkein yhtä vaikeaa kuin uuden teorian keksiminen.

Panostan yhteensopivan havainnon ja matematiikan kokonaisvaltaiseen tulkintaan suodattamalla vaihdetuilla näkökulmilla ja sitten luulen löytäväni jonkin verran sellaista, joka jo tiedetään ja tunnetaankin johonkin asti, sopivan kuvaan ilman, että avoin ilmiö olisi kokonaan jätettävä omaksi mustakisi/pimeäksi/harmaaksi/valkoiseksi parametrikseen.

Esimerkiksi vapaan putoamisen gravitaatioilmiölle vaihdettu näkökulma on nosteperiaate, joka lähtökohdaltaan on ekvivalenssiperiaatteen "samalla puolella" kuin kausaalisen vuorovaikutuksen kiihtyvyys eikä näennäispuolella kuten gravitaatiokiihtyvyys.

Annatko laskelmaesimerkin tuosta vapaasta putoamisesta tuloksineen nosteen etc periaatteellasi.

Massan aiheuttama aika-avaruuden kaareutuminen voidaan ilmaista Einsteinin kenttäyhtälöiden avulla.

Yksinkertaistettu selitys nosteen ekvivalenssiperiaatteen vaikutuksesta aika-avaruuden kaareutumiseen voidaan kuvata yksinkertaistetusti Schwarzschildin ratkaisulla, joka on Einsteinin kenttäyhtälöiden tietty ratkaisu. Se kuvaa ulkoista, pallomaisesti symmetristä, staattista 4-nostekenttää, kuten maapallon aiheuttamaa kenttää, jos jätämme huomiotta maapallon pyörimisen ja muut mahdolliset häiriöt. Matematiikka muodostuu rakentaen lineaaristi kiihdyttävistä kappaleista pallopinta, jolloin näennäinen vastaantulo kaareutuu pallokentäksi. Kiihtyvyyden saa aikaan massakeskittymän paine suhteessa aikoinaan kertymisessä rakentuneeseen aika-avaruuden kaarevuuteen, johon keskittymä korreloi.

Tämä ratkaisu paljastaa, miten aika hidastuu ja miten etäisyydet muuttuvat massan läheisyydessä. Spesifisesti, ajan hidastumista kuvataan termillä "gravitaationaalinen aikadilaatio", joka on sitä voimakkaampi, mitä lähempänä ollaan massakeskittymää.

Schwarzschildin ratkaisu yleisessä suhteellisuusteoriassa on:
[math][ds^2 = -(1-\frac{2GM}{c^2r})c^2dt^2 + (1-\frac{2GM}{c^2r})^{-1}dr^2 + r^2(d\theta^2 + \sin^2\theta d\phi^2)]
Tässä:
[math]ds^2 on aika-avaruuden intervalli,
[math]G on gravitaatiovakio,
[math]M on keskusmassa,
[math]c on valonnopeus tyhjiössä eli kausaliteettivauhti,
r on radiaalinen koordinaatti (mukana kulkeva etäisyys massakeskittymästä),
[math]dt, [math]dr, [math]d\theta ja [math]d\phi ovat koordinaattien differentiaalit.

Tämä yhtälö kuvastaa, miten aika ja etäisyys kaareutuvat massan läheisyydessä. Kaavan avulla voidaan laskea esimerkiksi, miten kauan signaalilta kestää saavuttaa tietty piste maapallon pinnalta tai miten maapallon massan läheisyys vaikuttaa ajan kulkuun verrattuna kauempana olevaan pisteeseen.

Niin voidaan voidaan, mutta entä se

"Annatko laskelmaesimerkin tuosta vapaasta putoamisesta tuloksineen nosteen etc periaatteellasi" ?

Siis maapallon tapauksessa, onko tuloksissa jotain uutta, jolla on merkitystä ?

En lähde tässä ketjussa ruotimaan keskeneräistä tutkintaa. Uutta merkitystä tulee sitä kautta, että kaarevuus on varsinainen entiteetti, eikä energiatiheyden tuottama. Tulee huomioitavaksi kaarevuuden kenttäliikemäärä ja se, että nostekentän muutokset kohdistuvat nostekenttään, ei siinä kulkeviin hiukkasiin. Sitä myöten kentän muutoksia tapahtuu kaikissa suunnissa eikä vain radiaalisuunnassa, mistä saadaan perusselitystä pimeän aineen haloille.

Pysyttäydytään paradigmafysiikassa - tuosta kehitelmästä voidaan jatkaa toisaalla. Jos löytyisi kaveriksi fysiikkaan suuntautunutta matemaatikkoa, ilahtuisin.

Ootko ajatellut, että mikä on tutkimuksesi tavoite. Tulisiko sen olla teoreettisesti uusi ja uudella tavalla selittää olemassaolevia ilmiöitä, vaiko sitten ennustaa uusia ilmiöitä?

Jotenkin ymmärsin, että nyt vielä keskeneräisenä se ei ennusta mitattavaa.

Fysiikkaan suuntautuneita matemaatikkoja tai teoreettisia fyysikoita löytyy ehkä täältäkin ja "rinnakkaispalstalta" https://tiede.info/
Takuuta tutkimuksesi mielenkiinnolle ei voi taata.

[Martti Syväniemi]

Oliko kaikki tämä materia siis alun perin yhdessä pisteessä, ennen alkuräjähdystä? Mikä olisi todennäköisin pisteen halkaisija ja tiheys.

Kun standardikosmologiaa rullataan ajassa taaksepäin, päädytään hetkellä nolla singulariteettiin, joka ilmiselvästi viittaa siihen, että ymmärryksemme tapahtumiin loppuu täysin. Singulariteettia lähestyttäessä mikä tahansa nykyinen äärellinen etäisyys lähestyy mielivaltaisen lähelle nollaa. Kysymykseesi pisteen halkaisijasta ei siis osata vastata mitään kovin järkevää.

Lisäksi, jos alkuplasmassa, tai mikä lie nimeltään, ei ollut rakeisuutta eli rakenteita ensinkään, niin mm. etäisyys-ominaisuutta ei ollut olemassakaan. Mittatikku puuttui. Ei pysty sanomaan oliko 'alkupiste' vesipisaran kokoinen vai havaittavan universumimme kokoinen. Silti sillä saattoi olla muoto. Arvoitukseksi alku jäänee.

[Goswell]

Kvarkki-gluoniplasmaa.

[ROOSTER]

En haluaisi vaikuttaa inttäjältä, mutta kaipa joku sen osaa laskea paljonko esim. kuutiometristä maailmankaikkeuden keskimääräistä ainetta syntyy plasmaa, tai vastaavaa, jos kaikki "löysä" eli "tyhjä" otetaan pois.

Sitten vaan arvioidaan maailmankaikkeuden massa, tähtien ja planeettojen määrä ja keskikoko lienee jo jollain tarkkuudella tiedossa. Eiköhän siitä plasmapisteelle joku mitta saada.

[Eusa]

En haluaisi vaikuttaa inttäjältä, mutta kaipa joku sen osaa laskea paljonko esim. kuutiometristä maailmankaikkeuden keskimääräistä ainetta syntyy plasmaa, tai vastaavaa, jos kaikki "löysä" eli "tyhjä" otetaan pois.

Sitten vaan arvioidaan maailmankaikkeuden massa, tähtien ja planeettojen määrä ja keskikoko lienee jo jollain tarkkuudella tiedossa. Eiköhän siitä plasmapisteelle joku mitta saada.

Hiukkasfysiikan pohjatiedot olisivat kovin tarpeelliset aiheesta keskustelemiseksi. Esimerkiksi bosonin ja fermionin ero Paulin ekslusiivisuuden suhteen merkitsee erilaista erillisyysseparaatiota ajassa ja avaruudessa.

Mutta oliko niin, ettemme tässä pureudu spekulatiivisuuksiin, jotka eivät vielä sisälly konkordanssimalliin? Esim. leptogeneesi edellyttää toimivaa eusafysiikkaa tai vastaavaa tullakseen osaksi paradigmaa.

[Fizikisto]

En haluaisi vaikuttaa inttäjältä, mutta kaipa joku sen osaa laskea paljonko esim. kuutiometristä maailmankaikkeuden keskimääräistä ainetta syntyy plasmaa, tai vastaavaa, jos kaikki "löysä" eli "tyhjä" otetaan pois.

Sitten vaan arvioidaan maailmankaikkeuden massa, tähtien ja planeettojen määrä ja keskikoko lienee jo jollain tarkkuudella tiedossa. Eiköhän siitä plasmapisteelle joku mitta saada.

En oikein ymmärrä, mitä haluat laskettavan. Ei tunneta mitään suurinta mahdollista tiheyttä. Kun standardikosmologiassa aikaa viedään taaksepäin kohti nollahetkeä, hiukkastiheys (tai energiatiheys) kasvaa rajatta. Tällä hetkellä baryonitiheys on luokkaa [math]\rho_B = 3\cdot 10^{-28} kg/m[math]^3. Se skaalautuu maailmankaikkeuden laajenemisen mukana tekijällä [math]1/a^3, missä [math]a on ns. skaalatekijä, joka kertoo univerumin laajenemisen suhteellisen määrän, eli millä kertoimella mikä tahansa etäisyys on laajentunut. Punasiirtymä taas on [math]1 + z = 1/a. Näistä saadaan, että tiheys menneisyydessä, punasiirtymällä [math]z, oli [math]\rho = (1+z)^3 \rho_B. Tuohon sitten sijoitat haluamasi punasiirtymän arvon. Alkuräjähdystä kohti mentäessä [math]z \rightarrow \infty, eli [math]\rho \rightarrow \infty. Se "piste" oli mielivaltaisen pieni. Itse en edes kutsuisi sitä pisteeksi, kun se antaa harhaanjohtavan kuvan, että sen pisteen ympärillä oli jotain tyhjää avaruutta. Ja toisaalta, jos maailmankaikkeus on äärettömän kokoinen, oli se "piste" myöskin äärettömän kokoinen.

Muistutetaan taas, että jossain siellä singulariteetin ([math]z \rightarrow \infty, [math]a \rightarrow 0) lähettyvillä meidän ymmärrys tapahtumista loppuu. Nykyiset teoriat eivät kerro mitä siellä on ollut.

[Fizikisto]

Ja miten "piste" voi olla samaan aikaan äärettömän kokoinen ja "mielivaltaisen pieni". Ongelma on seuraavanlainen. Mikä tahansa äärellinen pituus nykymaailmankaikkeudesta [math]d, skaalautuu kohti alkuräjähdystä mentäessä

[math]\lim\limits_{a \rightarrow 0} a\cdot d = 0.

Eli mikä tahansa äärellinen pituus nykyisestä maailmankaikkeudesta kutistuu mielivaltaisen pieneksi mentäessä kohti alkuräjähdystä. Jos maailmankaikkeus on äärettömän kokoinen, meillä tulee vastaan raja-arvo

[math]\lim\limits_{a \rightarrow 0} a\cdot \infty = ?

Kaikilla nollasta poikkeavilla skaalatekijöillä tulo on ääretön, mutta joudutaan ongelmiin, jos skaalatekijä päästetään nollaksi.

[Kontra]

Eli uusia havaintoja ja kysymyksiä saa esittää. No tuossapa tuore uutinen liittyen kvasaareihin:

https://www.france24.com/en/science/202 ... -hurricane

Tuon uutisen mukaan 12 miljardin valovuoden päästä on löydetty ilmeisesti maailmankaikkeuden massiivisin ja valovoimaisin objekti. Tämä kvasaari ja siihen liittyvä musta aukko on massaltaan 17-19 miljardia kertaa aurinkoamme suurempi. Itse asiassa se "syö" päivittäin yhden auringon verran materiaa, ja kasvaa jatkuvasti. Tuo kvasaari myös loistaa 500 tuhatta miljardia kertaa kirkkaammin kuin aurinkomme.

Tämä tuntuu näin maallikosta käsittämättömältä. Ehkäpä jotkut jotka tuntevat kosmologiaa paremmin osaavat selventää tämän löydön merkitystä meille muille?

Sanot: Itse asiassa se "syö" päivittäin yhden auringon verran materiaa, ja kasvaa jatkuvasti.
Meinaat, että vaikka tuosta ilmiöstä on 12 miljaria vuotta aikaa, se aina vaan syö edelleen yhden auringon päivässä?

[Purdue]

Eli uusia havaintoja ja kysymyksiä saa esittää. No tuossapa tuore uutinen liittyen kvasaareihin:

https://www.france24.com/en/science/202 ... -hurricane

Tuon uutisen mukaan 12 miljardin valovuoden päästä on löydetty ilmeisesti maailmankaikkeuden massiivisin ja valovoimaisin objekti. Tämä kvasaari ja siihen liittyvä musta aukko on massaltaan 17-19 miljardia kertaa aurinkoamme suurempi. Itse asiassa se "syö" päivittäin yhden auringon verran materiaa, ja kasvaa jatkuvasti. Tuo kvasaari myös loistaa 500 tuhatta miljardia kertaa kirkkaammin kuin aurinkomme.

Tämä tuntuu näin maallikosta käsittämättömältä. Ehkäpä jotkut jotka tuntevat kosmologiaa paremmin osaavat selventää tämän löydön merkitystä meille muille?

Sanot: Itse asiassa se "syö" päivittäin yhden auringon verran materiaa, ja kasvaa jatkuvasti.
Meinaat, että vaikka tuosta ilmiöstä on 12 miljaria vuotta aikaa, se aina vaan syö edelleen yhden auringon päivässä?

No, jos pikkutarkkoja ollaan niin se söi 12 miljardia vuotta sitten yhden auringon verran massaa päivässä tuon uutisen mukaan. Mitä se tekee "nyt" on mulle täysi arvoitus! Kelpaako?

[Kontra]

Eli uusia havaintoja ja kysymyksiä saa esittää. No tuossapa tuore uutinen liittyen kvasaareihin:

https://www.france24.com/en/science/202 ... -hurricane

Tuon uutisen mukaan 12 miljardin valovuoden päästä on löydetty ilmeisesti maailmankaikkeuden massiivisin ja valovoimaisin objekti. Tämä kvasaari ja siihen liittyvä musta aukko on massaltaan 17-19 miljardia kertaa aurinkoamme suurempi. Itse asiassa se "syö" päivittäin yhden auringon verran materiaa, ja kasvaa jatkuvasti. Tuo kvasaari myös loistaa 500 tuhatta miljardia kertaa kirkkaammin kuin aurinkomme.

Tämä tuntuu näin maallikosta käsittämättömältä. Ehkäpä jotkut jotka tuntevat kosmologiaa paremmin osaavat selventää tämän löydön merkitystä meille muille?

Sanot: Itse asiassa se "syö" päivittäin yhden auringon verran materiaa, ja kasvaa jatkuvasti.
Meinaat, että vaikka tuosta ilmiöstä on 12 miljaria vuotta aikaa, se aina vaan syö edelleen yhden auringon päivässä?

No, jos pikkutarkkoja ollaan niin se söi 12 miljardia vuotta sitten yhden auringon verran massaa päivässä tuon uutisen mukaan. Mitä se tekee "nyt" on mulle täysi arvoitus! Kelpaako?

Vai että pikkutarkkoja - ettei 12 miljaria vuotta ole ihmisiässä edes mainittavan arvoinen?

[Purdue]

Eli uusia havaintoja ja kysymyksiä saa esittää. No tuossapa tuore uutinen liittyen kvasaareihin:

https://www.france24.com/en/science/202 ... -hurricane

Tuon uutisen mukaan 12 miljardin valovuoden päästä on löydetty ilmeisesti maailmankaikkeuden massiivisin ja valovoimaisin objekti. Tämä kvasaari ja siihen liittyvä musta aukko on massaltaan 17-19 miljardia kertaa aurinkoamme suurempi. Itse asiassa se "syö" päivittäin yhden auringon verran materiaa, ja kasvaa jatkuvasti. Tuo kvasaari myös loistaa 500 tuhatta miljardia kertaa kirkkaammin kuin aurinkomme.

Tämä tuntuu näin maallikosta käsittämättömältä. Ehkäpä jotkut jotka tuntevat kosmologiaa paremmin osaavat selventää tämän löydön merkitystä meille muille?

Sanot: Itse asiassa se "syö" päivittäin yhden auringon verran materiaa, ja kasvaa jatkuvasti.
Meinaat, että vaikka tuosta ilmiöstä on 12 miljaria vuotta aikaa, se aina vaan syö edelleen yhden auringon päivässä?

No, jos pikkutarkkoja ollaan niin se söi 12 miljardia vuotta sitten yhden auringon verran massaa päivässä tuon uutisen mukaan. Mitä se tekee "nyt" on mulle täysi arvoitus! Kelpaako?

Vai että pikkutarkkoja - ettei 12 miljaria vuotta ole ihmisiässä edes mainittavan arvoinen?

No jos asiaa ajattelee meidän näkökulmasta, niin se syö päivittäin sen yhden auringon verran materiaa. Mut jos halutaan katsoa asiaa sen kaukaisen objektin näkökulmasta niin se söi 12 miljardia vuotta sitten materiaa yhden auringon verran päivässä.

Kyse on näkökulmasta. Se tieto mikä meillä on tuosta kaukaisesta objektista niin perustuu sille valolle taikka sähkömagneettiselle säteilylle, joka saavuttaa meidät juuri nyt. Meidän näkökulmasta se nimenomaan syö sen yhden auringon verran materiaa päivässä, ja mitään muuta havaintoihin perustuvaa näkökulmaa meillä ei ole tuohon ilmiöön.