Vor dem Urknall

[opti]

Ich wollte euch auf einen Artikel hinweisen, der sich mit der Zeit vor dem Urknall beschäftigt. Bisher ging man davon aus, dass der Urknall der Ursprung des Universums sei. "Mit der allgemeinen Relativität kann man das Universum nur bis zu dem Punkt beschreiben, an dem die Materie so dicht wird, dass die Gleichungen nicht mehr funktionieren", sagt Abhay Ashtekar, Direktor des Institute for Gravitational Physics and Geometry an der Pennsylvania State University in den USA. "Jenseits dieses Punktes müssen wir Quanten-Werkzeuge einsetzen, die Einstein noch nicht zur Verfügung standen."

Der Physiker gehört mit der Erfindung der nach ihm benannten Ashtekar-Variablen zu den Begründern der sogenannten Schleifen-Quantengravitation, auch bekannt als "Loop Quantum Gravity". Mit Hilfe dieser Theorie, so glauben Ashtekar und seine Kollegen Tomasz Pawlowski und Parmpreet Singh, ist ihnen Erstaunliches gelungen: Sie haben ein Modell entwickelt, das Aussagen über ein Universum vor dem Urknall ermöglicht.

Für diese Zeit habe der Computer ein Universum errechnet, das sich zu einem "Big Crunch" zusammenzieht, ansonsten aber in seiner Raumzeit-Geometrie unserem All verblüffend ähnelt. Deshalb sei unser Universum auch nicht in einem Knall aus dem Nichts entstanden. Vielmehr habe es eine Art Abpraller gegeben - einen "Big Bounce" statt eines "Big Bang". Gab es also gar keinen Anfang aller Dinge namens Urknall, sondern wurde ein früheres Universum auf kleinste Maße zerknüllt, nur um sich prompt wieder zu einem neuen All aufzublähen? Das Universum, eine titanische Ziehharmonika?

Genau das ist der Fall, glaubt man der Theorie von Ashtekar und seinen Kollegen, die in der aktuellen Ausgabe der "Geophysical Research Letters" erschienen ist. Die Gravitation habe das frühere Universum so weit zusammengezogen, dass die Quanteneigenschaften die Schwerkraft schließlich umgekehrt und in eine abstoßende Kraft verwandelt hätten. Durch das Kombinieren von Quantenphysik und allgemeiner Relativität habe sein Team zeigen können, "dass es tatsächlich einen Quanten-Rückstoß gibt", erklärt Ashtekar.

Dass die Gleichungen am Ende ein weiteres "klassisches Universum vor einem Urknall" ergeben hätten, sei so überraschend gewesen, dass man die Rechnungen monatelang mit verschiedenen Parametern geprüft habe. "Aber wir haben herausgefunden, dass das Big-Bounce-Szenario robust ist", so Ashtekar.

Andere Forscher reagieren jedoch skeptischer auf Ashtekars Studie. "Zu simplistisch", meint Hermann Nicolai, Direktor am Potsdamer Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. "Das Modell besteht aus einer drastischen Vereinfachung der Gleichungen."

Das Universum beruhe auf zahlreichen, möglicherweise gar unendlich vielen Variablen. Ashtekar aber reduziere alles auf zwei Größen. Sein Modell basiere unter anderem auf der Annahme eines Universums, "das vollkommen leer ist und in alle Richtungen gleich aussieht". "Ich persönlich habe starke Zweifel, dass man damit dem Problem wirklich zu Leibe rücken kann", sagte Nicolai, der den Artikel von Ashtekar und seinen Kollegen vor der Veröffentlichung in den "Physical Review Letters" als unabhängiger Experte begutachtet hat.

Zudem heize sich das Universum auf, je näher man dem Urknall komme, erklärt Nicolai. Das kompliziere die Dinge noch: Durch physikalische Prozesse kämen immer mehr Variablen ins Spiel, die Elementarteilchen lösten sich auf, neue kämen hinzu. Das Ergebnis sei "eine brodelnde Suppe von ungeheurer Komplexität".

Mit anderen Worten: Nichts genaues weiß man nicht.

Vor dem Urknall

 

[Joseph]

Streitende Wissenschaftler, akademische Akkreditationen und Zugehörigkeitsbezeugungen als Glaubwürdigkeitsanspruch, unbewiesene Thesen, die für Laien niemals verstehbar sind aber den Anschein einer tiefen Erkenntnis erwecken, bombastische Begrifflichkeiten und Dei Ex Machina.

Danke für das Paradebeispiel moderner Wissenschaftsmystik

Gruß und *scnr*.

 

[Minni]

Ich finde die Idee nicht schlecht. Die „Natur“ atmet ein und wieder aus.

Minni

 

[Joey]

Hallo,

diese "Big Bounce"-Hypothese ist nicht neu. Sie war in den 80er Jahren unter Kosmologen sogar ziemlich modern. Das Problem war aber, dass die Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie (Einsteinsche Feldgleichungen) nur bis zu einem bestimmten Punkt unendlicher Dichte und Eneger führten, den wir Urknall nennen.

Dieses widerspricht aber einer anderen fundamentalen Theorie in der Physik: Der Quantenmechanik. Alleine aufgrund der Unschärferelation können wir nichts, und erst recht nicht unendliche Dichte, in einem einzigen Punkt vereinen.

Es gibt viele Versuchen und Ansätze, die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechenik zu verheiraten. Ein Versuch ist diese Schleifen-Quantengravitation. Das Ergebnis für den Urknall wird dabei entschärft von einem Punkt unendlicher Dichte zu einem extrem kleinen Bereich extrem großer Dichte. Und es überrascht nicht, dass man die Gleichungen bis in die Zeit davor zurückverfolgen kann. Das wurde das erste Mal versucht; das ist das Novum in diesem Artikel.

ABER: Wie in dem Artikel auch selbst steht, muss das auch mit Vorsicht genossen werden. Extrem viele Vereinfachungen wurden hier noch gemacht. Und, wenn wir uns das aktuelle Universum anschauen, dann sieht es so aus, als wenn es sogar beschleunigt expandiere, anstelle langsamer zu werden und irgendwann umzukehren. Demnach bleibt dieses Universum ewig erhalten und wird nicht in einem "Big Crunch" in eine neues übergehen. Das sagen die Gleichungen, die die aktuellen kosmologischen Messdaten am besten beschreiben.

Viele Grüße
Joey

 

[Niemand]

Dieses widerspricht aber einer anderen fundamentalen Theorie in der Physik: Der Quantenmechanik. Alleine aufgrund der Unschärferelation können wir nichts, und erst recht nicht unendliche Dichte, in einem einzigen Punkt vereinen.

Quanternmechanik fängt glaube ich erst nach der Planchzeitspanne an. (10 hoch Minus wasweissich Sekunden) Auch die Unschärferelation. Und warum sollte Materie nicht unendlich verdichtet werden können ? Sie ist halt dann schlichtweg nicht mehr präsent. An der absoluten Materie-/Objektfreiheit scheitert's halt noch bei vielen Wissenschaftlern

 

[Joey]

Quanternmechanik fängt glaube ich erst nach der Planchzeitspanne an. (10 hoch Minus wasweissich Sekunden) Auch die Unschärferelation.

Da bringst Du was durcheinander. Die Planckzeitspanne und das sog. Plancksche Wirkungsquantum sind nicht dieselbe Größe. Aber das ist unwichtig. Egal, wie klein diese Größe ist, bei der die Betrachtung alleine nach der allgemeinen Relativitätstheorie nicht mehr genügend gültig ist, irgendwann ist dieser Punkt erreicht, je mehr wir in der Beschreibung uns dem Urknall nähern.

Und warum sollte Materie nicht unendlich verdichtet werden können ? Sie ist halt dann schlichtweg nicht mehr präsent. An der absoluten Materie-/Objektfreiheit scheitert's halt noch bei vielen Wissenschaftlern

Woher kam die Materie, die wir jetzt heute beobachten? Bzw. woher kam die Energie dieser Materie. Auch eine unendlich hohe Energiedichte in einem unendlich kleinen Punkt (eine sog. Singularität), ist physikalisch nicht sinnvoll. Das hat nichts mit geringer Vorstellungskraft der Wissenschaftler zu tun.

Viele Grüße
Joey

 

[Niemand]

Da bringst Du was durcheinander. Die Planckzeitspanne und das sog. Plancksche Wirkungsquantum sind nicht dieselbe Größe. Aber das ist unwichtig. Egal, wie klein diese Größe ist, bei der die Betrachtung alleine nach der allgemeinen Relativitätstheorie nicht mehr genügend gültig ist, irgendwann ist dieser Punkt erreicht, je mehr wir in der Beschreibung uns dem Urknall nähern.



Woher kam die Materie, die wir jetzt heute beobachten? Bzw. woher kam die Energie dieser Materie. Auch eine unendlich hohe Energiedichte in einem unendlich kleinen Punkt (eine sog. Singularität), ist physikalisch nicht sinnvoll. Das hat nichts mit geringer Vorstellungskraft der Wissenschaftler zu tun.

Viele Grüße
Joey

Ist möglich, dass ich da etwas durcheinanderbringe. Man nehme z. B. ein Vakuum. Lange glaubte man, das dies wirklich leer ist. Nun jibbet es da so Teilchen und Antiteilchen, die scheinbar aus dem Nichts in einem Lichtblitz auftauchen und wieder im Lichtblitz im Nichts sich verdünnisieren.... Die Frage woher die Materie kam oder kommt ist also verstandesgemäss nicht zu beantworten. Fast jeder wird sagen, dass nicht etwas aus dem Nichts kommen kann. Aber was ist Materie eigentlich ? Es ist ebenfalls nichts, denn das Universum ist im gesamten gesehen "Null Energie" oder Vakuumenergie. Alle Kräfte und Gegenkräfte sind zu gleichen Teilen vorhanden. Die Frage, von wo etwas herkommt, stellt sich somit letzlich eigentlich nicht. Es ist in geistig höchstem Sinne nie etwas aufgetaucht, noch wird es verschwinden. Darum ist auch eine Antwortsuche auf die Frage "Was war vor dem Urknall ?" pure Zeitverschwendung... sofern es Zeit überhaupt je gegeben hat

 

[Joey]

Man nehme z. B. ein Vakuum. Lange glaubte man, das dies wirklich leer ist. Nun jibbet es da so Teilchen und Antiteilchen, die scheinbar aus dem Nichts in einem Lichtblitz auftauchen und wieder im Lichtblitz im Nichts sich verdünnisieren

Yup, diese Kurzzeitpaare gibt es. Sogar mächtig viele davon.

.... Die Frage woher die Matertie kam oder kommt ist also verstandesgemäss nicht zu beantworten. Fast jeder wird sagen, dass nicht etwas aus dem Nichts kommen kann.

Damit sprichst Du ein bislang ungelöstes Problem an. Es muss offensichtlich eine "Symmetriebrechung" zwischen Materie und Antimaterie gegeben haben und geben. Das sichbare Universum besteht fast aussschließlich aus Materie. Berührungen mit "Gegenden aus Antimaterie" würden deutlich sichbar sein, aber wurden nicht beobachtet. Und da bleibt die Frage, warum es so viel Materie gibt, die keinen Antimaterie-Gegenpart besitzt.

Aber was ist Materie eigentlich ? Es ist ebenfalls nichts, denn das Universum ist im gesamten gesehen "Null Energie" oder Vakuumenergie. Alle Kräfte und Gegenkräfte sind zu gleichen Teilen vorhanden.

Das Universum ist weit mehr als nur die Vakuumenergie. a gibt es z.B. noch die Hintergrundstrahlung mit einer Temperatur von 2.7 Kelvin. Die Energiedichte ist um Größenordnungen höher als die Vakuumenergie. Vakuumenergie ist auch ein gefährlicher Begriff. Diese Energie lässt sich nämlcih prinzipiel nicht anzapfen und nutzbar machen. Diese Energie... besser der Begriff ist auch nur eine Folge der Unschärferelation. Nichts kann völlig in Ruhe sein, und der Zustand des totalen Vakuums würde ebenfalls der Unschärferelation widersprechen. Könnte diese Energie angezapft werden, besäße das Vakuum hinterher weniger Energie zu seiner Unschärfe, wäre also "schärfer als erlaubt" (salop und evreinfacht ausgedrückt). Im Universum ist aber eine Menge nutzbarer Energie vorhanden. Und eben auch ein Haufen Materie und Antimaterie, die ihr immer wieder den Garaus machen würde (wie man sich das frühe Universum vorstellt).

Viele Grüße
Joey

 

[Niemand]

Yup, diese Kurzzeitpaare gibt es. Sogar mächtig viele davon.



Damit sprichst Du ein bislang ungelöstes Problem an. Es muss offensichtlich eine "Symmetriebrechung" zwischen Materie und Antimaterie gegeben haben und geben. Das sichbare Universum besteht fast aussschließlich aus Materie. Berührungen mit "Gegenden aus Antimaterie" würden deutlich sichbar sein, aber wurden nicht beobachtet. Und da bleibt die Frage, warum es so viel Materie gibt, die keinen Antimaterie-Gegenpart besitzt.

Das wird auch immer ein Problem bleiben, solange man darin eins sieht. Vielleicht hat es auch diese scheinbare Symmetriebrechung nie gegeben und man ist hier einer Illusion aufgesessen. Ich bin kein Wissenschaftler, also antworte ich rein intuitiv. Wahrscheinlich ist Materie / Antimaterie direkt in der Mitte jedes Atomkerns verwurzelt. Das würde die immmense Energieemmission bei Kernspaltung/Fusion erklären.

Das Universum ist weit mehr als nur die Vakuumenergie. a gibt es z.B. noch die Hintergrundstrahlung mit einer Temperatur von 2.7 Kelvin. Die Energiedichte ist um Größenordnungen höher als die Vakuumenergie. Vakuumenergie ist auch ein gefährlicher Begriff. Diese Energie lässt sich nämlcih prinzipiel nicht anzapfen und nutzbar machen. Diese Energie... besser der Begriff ist auch nur eine Folge der Unschärferelation. Nichts kann völlig in Ruhe sein, und der Zustand des totalen Vakuums würde ebenfalls der Unschärferelation widersprechen. Könnte diese Energie angezapft werden, besäße das Vakuum hinterher weniger Energie zu seiner Unschärfe, wäre also "schärfer als erlaubt" (salop und evreinfacht ausgedrückt). Im Universum ist aber eine Menge nutzbarer Energie vorhanden. Und eben auch ein Haufen Materie und Antimaterie, die ihr immer wieder den Garaus machen würde (wie man sich das frühe Universum vorstellt).

Vakuumenergie ist doch weder Energie noch ist sie keine, oder ? Energie kann ja auch nur zwischen zwei getrennten Polen auftreten. Vakuumenergie ist aber doch Mono. Also wenn alle Kräfte sich gegenseitig ausgeglichen haben. Das verstehe ich unter "Vakuumenergie". Also wenn ausser dem absolut nichts mehr "anwesend" ist. Das wäre dann wohl ruhender Geist Du sagst, nichts kann absolut in Ruhe sein. Ich habe mal gehört, dass auch die Bewegung der Atome bei 0 K stoppt. Mehr kann ich Dir da nun nicht zu sagen. Wie gesagt: Bin kein Wissenschaftler

Viele Grüße
Joey

 

[Joey]

Das wird auch immer ein Problem bleiben, solange man darin eins sieht. Vielleicht hat es auch diese scheinbare Symmetriebrechung nie gegeben und man ist hier einer Illusion aufgesessen.

Ohne diese Symmetriebrechung hätten wir viel mehr Antimaterie hier verteilt. Es gibt auc viele gute Vorschläge, wie diese Symmetriebrechung zustande kam. Viele davon bleiben aber bislang nur Vorschläge/Hypothesen, weil sie experimentell (noch) nicht überprüft wurden ... soger (noch) unüberprüfbar sind.

Ich bin kein Wissenschaftler, also antworte ich rein intuitiv.

Nun ja... ich bin Wissenschaftler; ich hoffe, meine Antworten klingen nicht zu arogant abgehoben. Ich will hier auch keinen ( ... besser "niemand" ) überzeugen und zur Physik missionieren (obwohl eine Welt voller Physiker hätte was schönes, finde ich *träum*).

Wahrscheinlich ist Materie / Antimaterie direkt in der Mitte jedes Atomkerns verwurzelt. Das würde die immmense Energieemmission bei Kernspaltung/Fusion erklären.

Diese immense Energieemission ist schon hinreichend durch die Theorien der Kernkräfte im Atomkern beschrieben. Da brauchen wir keine Materie/Antimaterie in der Mitte des Atomkerns.

Vakuumenergie ist doch weder Energie noch ist sie eine, oder ? Energie kann ja auch nur zwischen zwei getrennten Polen auftreten.

Nein. Wieso? Wenn ich einen Liter kochendes Wasser habe, so hat das Wasser eine bestimmte Wärmeenergie. Die ist da zwar irgendwie hineingekommen und wird da sehr wahrscheinlich auch wieder rauskommen, aber ich kann dem Wasser für den Augenblick eine Energie zuordnen, ohne einen weiteren getrennten Pol zu nennen.

Was Du hier meinst ist Wärmetransport. Der findet nur zwischen zwei "Polen" statt, wenn sie eine unterschiedliche Temperatur haben, und zwar wird hier Energie - genauer Wärmeenergie - vom der höheren zur niedrigeren Temperatur übertragen. Und es ist auch gut beschrieben, warum das so ist; das würde jetzt hier aber diesen Thtread sprengen.

Vakuumenergie ist aber doch Mono. Also wenn alle Kräfte sich gegenseitig ausgeglichen haben.

Ja und Nein. Vakuumenergie ist zwar "Mono", das macht aber aus oben genannten Gründen nichts. Sie ist aber unanzapfbar; aus anderen Gründen, als von Dir angeführt. Ausgeglichene Kräfta haben da keinen Einfluss.

Das verstehe ich unter "Vakuumenergie". Also wenn ausser dem absolut nichts mehr "anwesend" ist. Das wäre dann wohl ruhender Geist Du sagst, nichts kann absolut in Ruhe sein. Ich habe mal gehört, dass auch die Bewegung der Atome bei 0 K stoppt.

Das ist nur halb richtig... dazu will ich ein wenig mehr ausholen:

Was ist Temperatur? Der Begriff Temperatur macht für ein Teilchen keinen Sinn; richtig definiert ist "Temperatur" nur für ein großes Ensemble an Teilchen. ein Atom hat keine Temperatur; ein Gas aus vielen Atomen sehr wohl. Sie ist eine stastistische Größe, und aus ihr lässt sich die Wahrscheinlichkeit bestimmen, z.B. in dem Gas aus vielen Atomen ein zufällig herausgegriffenes Atom mit einer bestimmten Energie anzutreffen. Je höher die Temperatur, desto höher ist auch die Wahrscheinlichkeit Atome mit hoher Energie zu finden, und desto höher ist auch der Gesammtenergieinhalt im Gas.

Bei 0 K nimmt jedes Atom, oder jedes beteiligte Teilchen, den niedrichsten für sich mögliche Energiezustand ein. Die "Vakuumenergie", bzw. die Unschärferelation, die vollkommene Ruhe verbietet, bleibt aber; ist aber nicht geordnet anzapfbar. Von diesem Gas (Ensemble an Teilchen) lässt sich keine Energie zu einem hypothetisch kälteren Objekt übertragen. Daher gibt es aber auch kein kälteres Objekt; da wenn überhaupt, Wärmeenergie zu dem 0 K-Objekt übertragen wird.

Desweiteren ist allerdings auch die Temperatur 0 K prinzipiel nicht erreichbar. 1/10 K ist möglich, 1/100 K ist möglich... alles größer als 0 K ist möglich. Die 0 K selbst sind aber unerreichbar. Die Gründe hierfür würden aber wieder den Thread sprengen.

Viele Grüße
Joey