Warum wurde der Urknall nicht zu einem schwarzen Loch?

[Agent Scullie]

Hier noch eine interessante Seite zum Thema Urknall und expandierendes Universum (auf Englisch):

The Big Bang and the Expansion of the Universe

[Agent Scullie]

Andererseits ist eine Singularität ja nicht unbedingt etwas, das so existieren muss, sondern es ist lediglich eine Folgerung aus den Theorien, die eben über den absoluten Anfang bisher keine Aussage treffen können, außer dass eine Singularität (eher mathematischer Natur) auftritt, weil z. B. die Dichte unendlich würde.

wie ich schon sagte: die Kosmologen arbeiten bereits seit geraumer Zeit an kosmologischen Szenarien, die ohne Anfangssingularität auskommen, mit der Urknalltheorie aber insofern übereinstimmen, dass sich erst bei sehr hohen Dichten Unterschiede ergeben, die experimentell gut bestätigten Aussagen der Urknalltheorie (ab etwa einige Sekunden nach dem Urknall) folglich nicht in Frage gestellt werden. Viele dieser alternativen Modelle beruhen auf Ansätzen zu einer Theorie der Quantengravitation, die bei extremen Bedingungen die ART ablösen soll.

[Stormking]

eine Ausdehnung der Raumzeit gibt es nicht. Ausdehnung bedeutet Anwachsen mit voranschreitender Zeit. Demnach kann nur etwas anwachsen, das zu einzelnen Zeitpunkten existiert. Die Raumzeit aber ist die Gesamtheit aller Zeitpunkte, deswegen ist eine Ausdehnung der Raumzeit nicht definiert.

Ja, Du hast recht, die Definition von "Ausdehnung" hatte ich nicht bedacht.

"kann" es, nur Sie lassen sich eben nicht Beweisen, und bleiben zumindest mir unbekannt.

Dasselbe in grün. Ein "vor der Raumzeit" kann es nicht geben, weil "vor" ein zeitlicher Begriff ist und außerhalb der Raumzeit keinen Sinn hat. Streng genommen gibt es auch kein "außerhalb der Raumzeit", weil "innerhalb" und "außerhalb" räumliche Begriffe sind, deren Bedeutung auch nur innerhalb der Raumzeit definiert ist.

[Mondkalb]

Andererseits ist eine Singularität ja nicht unbedingt etwas, das so existieren muss, sondern es ist lediglich eine Folgerung aus den Theorien, die eben über den absoluten Anfang bisher keine Aussage treffen können, außer dass eine Singularität (eher mathematischer Natur) auftritt, weil z. B. die Dichte unendlich würde.
Diese Theorien sind möglicherweise oder sogar wahrscheinlich unvollständig und beschreiben diesen Anfang nicht korrekt. Man hat da ja auch das Problem, z. B. die Relativitätstheorie mit der Quantentheorie unter einen Hut zu bringen.

Singularitäten gibt es vielleicht gar nicht wirklich und somit vielleicht auch nicht einen genau definierten Anfangspunkt, in dem alles "Null" bzw. "Unendlich" war.

[Agent Scullie]

"kann" es,

kann es nicht, weil eine Singularität die Raumzeit begrenzt, und es somit keine Fortsetzung der Raumzeit über die Singularität hinaus gibt.

Da diese Dichte auch schon vorhanden sein musste, zu dem Zeitpunkt als die Singularität "erzeugt" wurde aber die Parameter der Umgebung nachwie vor unbekannt sind.

in Modellen mit Anfangssingularitäten bestand diese Dichte noch nicht im Augenblick der Singularität, da in einer Singularität die Dichte unendlich groß ist. Erst einige Sekundenbruchteile nach der Singularität war die Dichte auf den Wert gesunken, der der maximalen Dichte in den singularitätsfreien Szenarien entspricht.

[apthus]

Eine Raumzeitregion "vor" dem Urknall, mit dem Urknall vorangehenden Zuständen, kann es daher nicht geben.

"kann" es, nur Sie lassen sich eben nicht Beweisen, und bleiben zumindest mir unbekannt.

For Cordess' Frage macht das aber keinen nennenswerten Unterschied, da sich diese Modelle erst bei sehr hohen Dichten, wie sie im Urknall-Modell einige Sekundenbruchteile nach dem Urknall herrschen, vom Urknall-Modell unterscheiden.

Da diese Dichte auch schon vorhanden sein musste, zu dem Zeitpunkt als die Singularität "erzeugt" wurde aber die Parameter der Umgebung nachwie vor unbekannt sind.

[Agent Scullie]

Die eigentliche Frage würde sich beantworten lassen wenn man beweisen könnte welche Zustände vor dem Urknall herrschten. Falls dieses als sollches möglch sein sollte...

um Cordess' Frage zu beantworten, ist das nicht notwendig. Die Annahme eines Zustandes vor dem Urknall ist auch insofern problematisch, wenn man mit dem Urknall eine Anfangssingularität, einen Zustand wo der Skalenfaktor null wird, bezeichnet. Eine solche Anfangssingularität stellt nämlich eine Grenze der Raumzeit dar, d.h. die Zeit selbst beginnt erst mit dem Urknall. Eine Raumzeitregion "vor" dem Urknall, mit dem Urknall vorangehenden Zuständen, kann es daher nicht geben.

Allerdings sind kosmologische Modelle mit Anfangssingularität unter Kosmologen zunehmend unbeliebt, heutzutage favorisiert man eher Modelle ohne Singularität, wo lediglich Zustände hoher, aber eben nur endlich hoher Dichte erreicht werden. Zu nennen seien hier diverse Big Bounce-Szenarien (das Universum kollabiert zunächst und schlägt dann in eine Expansion um) oder ein ewig inflationär expandierendes Universum. For Cordess' Frage macht das aber keinen nennenswerten Unterschied, da sich diese Modelle erst bei sehr hohen Dichten, wie sie im Urknall-Modell einige Sekundenbruchteile nach dem Urknall herrschen, vom Urknall-Modell unterscheiden.

[apthus]

Die eigentliche Frage würde sich beantworten lassen wenn man beweisen könnte welche Zustände vor dem Urknall herrschten. Falls dieses als sollches möglch sein sollte...

[Cordess]

Vielen Dank für die vielen Antworten.
Meine Frage wurde ausführlich beantwortet.

[Agent Scullie]

Haarspalterei. Raum ist Teil der Raumzeit. Wenn sich der Raum ausdehnt, dehnt sich selbstverständlich auch die Raumzeit aus.

eine Ausdehnung der Raumzeit gibt es nicht. Ausdehnung bedeutet Anwachsen mit voranschreitender Zeit. Demnach kann nur etwas anwachsen, das zu einzelnen Zeitpunkten existiert. Die Raumzeit aber ist die Gesamtheit aller Zeitpunkte, deswegen ist eine Ausdehnung der Raumzeit nicht definiert. Nimm als Analogie die Erdoberfläche: wenn du vom Nordpol ausgehend Richtung Äquator wanderst, nimmt der Umfang des Breitenkreises (~ der Raum) zu, an dem du dich gerade befindest, die Erdoberfläche (~ Raumzeit) bleibt aber gleich groß.

"Raum" ist in diesem Zusammenhang zwar präziser, "Raumzeit" aber nicht falsch.

doch. So wie die Erdoberfläche nicht an einem einzelnen Breitengrad existiert und daher nicht von Breitengrad zu Breitengrad größer werden kann, kann auch die Raumzeit nicht von Zeitpunkt zu Zeitpunkt größer werden.

[Stormking]

eine Ausbreitung der Raumzeit gibt es nicht, nur eine des Raumes.

Haarspalterei. Raum ist Teil der Raumzeit. Wenn sich der Raum ausdehnt, dehnt sich selbstverständlich auch die Raumzeit aus. "Raum" ist in diesem Zusammenhang zwar präziser, "Raumzeit" aber nicht falsch.

[Agent Scullie]

Das ist falsch, lediglich "Information" kann sich nicht schneller als das Licht ausbreiten Schon alleine beim Tunneleffekt (Lichttunnel) sind einzelne Photonen schneller als das Licht.

wenn da einzelne Photonen schneller als Licht wären (eigentlich schon ein Widersinn: Lichtteilchen schneller als Licht ), könnte man diese auch benutzen, Information schneller als Licht zu transportieren. Wie Halman richtig bemerkte, wird beim Tunneleffekt ein Wellenpaket getunnelt, das dabei kürzer wird, so dass der Schwerpunkt näher an die Frontwelle rückt. Zuweilen wird das Argument vorgebracht, dies könne bei einzelnen Photonen nicht zutreffen, dieses Argument ist aber falsch: Photonen sind keine klassischen Teilchen, sondern Quantenobjekte, daher besitzt auch das einzelne Photon Welleneigenschaften und kann als Wellenpaket betrachtet werden.

[Halman]

Das ist falsch, lediglich "Information" kann sich nicht schneller als das Licht ausbreiten Schon alleine beim Tunneleffekt (Lichttunnel) sind einzelne Photonen schneller als das Licht.

Du meinst sicher den Tunneleffekt von Professor Günter Nimtz.
Ja, das ging mit viel Schaumschlägerei durch die Medien, aber echte Überlichtgeschwindigkeit wurde so nie erreicht.

Durch den Tunneleffekt werden die Wellen verkürzt, dadurch rückt der Schwerpunkt des Wellenpakets näher an die Frontwelle. Wenn man diesen Umstand bei der Messung unberücksichtigt lässt, erhält man eine scheinbare Überlichtgeschwindigkeit.


Jahrelang habe ich auch daran geglaubt, dass so die Lichtgeschwindigkeit überschritten wird und das hat mir ehrlich Kopfzerbrechen bereitet.
Aber dank Agent Scullie weiß ich das nun besser #6

http://www.scifi-forum.de/off-topic/off-topic-allgemein/technik-wissenschaft/59973-lichtgeschwindigkeit-relativit-tstheorie-auswirken-w-rde.html#post2235483

Ehrlich gesagt ärgert es mich sehr, wenn Medien so etwas verbreiten und ahnungslose Laien (wie mich z.B.) so mit Unsinn vollstopfen, auf dem man dann vielleicht sogar noch ein Weltbild aufbaut.

[Spocky]

Nun wissen wir aber aus der RT, daß sich nichts schneller als c ausbreiten kann. Auch wissen wir, daß selbst Licht, daß sich mit c ausbreitet, einem schwarzen Loch nicht entkommen kann.

Das ist falsch, lediglich "Information" kann sich nicht schneller als das Licht ausbreiten Schon alleine beim Tunneleffekt (Lichttunnel) sind einzelne Photonen schneller als das Licht.

[Agent Scullie]

Die Urknalltheorie besagt ja, daß Energie und alles nachfolgende, wie z.B. Materie zu Beginn aus einem einzigen punktförmigen Nichts entstanden sind und all das am Anfang super heiß war und sich wegen des Expansionsdruck und der Hitze schlagartig ausbreitete.

Nun wissen wir aber aus der RT, daß sich nichts schneller als c ausbreiten kann. Auch wissen wir, daß selbst Licht, daß sich mit c ausbreitet, einem schwarzen Loch nicht entkommen kann.

Daher kommt die Frage auf, warum nicht alles, was zum Urknall gehört nicht schlagartig zu einem schwarzen Loch wurde, denn die Energie und Masse für ein schwarzes Loch wäre ja vorhanden und da sich nichts schneller ausbreiten kann als c, hätte auch nichts dem Schwarzen Loch entkommen dürfen.

ein schwarzes Loch basiert auf der Schwarzschildmetrik: man setzt voraus, dass es einen zentralen Punkt gibt, mit einer entweder auf diesen konzentrierten oder in einer Kugel um diesen herum befindlichen Massenverteilung, und leerem Raum um diese Massenverteilung herum.

Das Universum als Ganzes jedoch wird ganz anders beschrieben, durch die Robertson-Walker-Metrik: einen zentralen Punkt gibt es nicht, die Materie ist homogen über den gesamten Raum verteilt, jeder Punkt kann gleichermaßen als Mittelpunkt betrachtet werden (kosmologisches Prinzip). Desweiteren ist die Expansion des Universums kein Auseinanderstreben der Galaxien von einem solchen zentralen Punkt aus, sondern eine Expansion des Raumes selbst, mit darin ruhenden Galaxien.

Betrachtet man eine einzelne Galaxie, wird diese somit weder zu einem Mittelpunkt hin gezogen (wie ein Objekt im Gravitationsfeld eines schwarzen Loches), noch versucht sie, sich von einem Mittelpunkt fortzubewegen (wie ein Objekt, das dem Gravitationsfeld eines schwarzen Loches zu entkommen versucht).

Dabei muss man wissen, dass es drei Varianten des expandierenden Universums gibt:

• den geschlossenen Fall: die Geschwindigkeit der Expansion liegt unter einer kritischen Marke, der Raum ist sphärisch gekrümmt und daher der 3D-Oberfläche einer 4D-Kugel vergleichbar. Nur in diesem Fall ist das Gesamtvolumen des Universums (=des Raumes) endlich.
• den flachen Fall: die Expansionsgeschwindigkeit hat genau den kritischen Wert, der Raum ist großräumig ungekrümmt (von lokalen Gravitationsfeldern abgesehen), das Gesamtvolumen ist stets unendlich.
• den offenen Fall; die Expansionsgeschwindigkeit liegt über dem kritischen Wert, der Raum ist sattelförmig gekrümmt, das Gesamtvolumen ist ebenfalls unendlich

Nur im geschlossenen Fall ist das Gesamtvolumen des Universums endlich, und nur in diesem Fall lässt sich die Expansion des Universums als Anwachsen des Gesamtvolumens definieren. In den anderen beiden Fällen ist die Expansion nur lokal definiert: der Abstand zwischen im Raum ruhenden Galaxien nimmt mit der Zeit zu. Für den Ausgangspunkt der Expansion, den Urknall bedeutet das, dass man sich diesen im geschlossenen Fall einfach als verschwindendes Gesamtvolumen vorstellen kann, während die Sache im flachen und offenen Fall komplizierter ist: über das Gesamtvolumen ist keine Aussage möglich (ob immer noch unendlich oder null), man kann nur feststellen, dass alle Galaxien (oder alle Materieteilchen, da es im frühen Universum noch keine Galaxien gibt) unendlich dicht beisammen sind.

Oder könnte dies etwa bedeuten, daß schwarze Löcher nicht stabil sind?
D.h., daß sie eine bestimmte Masse und Temperatur benötigen um dann, beim Erreichen dieser Bedingungen wieder schlagartig in einer großen Expansion zu zerfallen?

es bedeutet, dass für schwarze Löcher die Prämissen der Schwarzschild-Metrik erfüllt sein müssen. Das ist beim Universum als ganzem nicht der Fall.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 11 Minuten und 1 Sekunde:

Dies gilt nur für Ausbreitung innerhalb der Raumzeit, nicht für die Ausbreitung der Raumzeit selbst.

eine Ausbreitung der Raumzeit gibt es nicht, nur eine des Raumes.

Bei der geht man derzeit davon aus, daß sie zumindest zeitweise auch mit Überlichtgeschwindigkeit geschah.

da ist das Problem, dass man - außer im geschlossenen Fall, wo der Gesamtradius endlich ist - die Expansionsgeschwindigkeit des Raumes nicht eindeutig definieren kann. Üblicherweise definiert man hierzu den Skalenfaktor, indem man sich zwei Testteilchen vorstellt, die im Raum ruhen, und deren Abstand als besagten Skalenfaktor festlegt. Wenn das Universum expandiert, nimmt dieser Abstand zu, und damit der Skalenfaktor. Die Expansionsgeschwindigkeit, d.h. das Anwachsen des Skalenfaktors pro Zeiteinheit, hängt damit aber von der willkürlichen Wahl der Testteilchen ab: wählt man zwei weit voneinander entfernte Teilchen, erhält man eine höhere Expansionsgeschwindigkeit als bei der Wahl zweier näher beieinander liegender Teilchen, obwohl die Expansion unabhängig von der Wahl der Testteilchen gleich schnell ist. Deswegen kann man nicht eindeutig sagen, die Expansion sei schneller oder langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit.

Man kann natürlich als testteilchenunabhängige Größe die Hubble-Konstante definieren:

(Hubble-Konstante) = (Änderung des Skalenfaktors pro Zeiteinheit) / (Skalenfaktor)

diese hat aber nicht die Einheit einer Geschwindigkeit, so dass man sie nicht mit der Lichtgeschwindigkeit vergleichen kann.