Wie kam das Universum ins Dasein?

[bozano]

Wenn man akzeptiert, dass das Universum aus dem nichts entsteht, dann darf man nicht fragen, warum das nicht vorher geschehen ist, denn ein Vorher hat es ja nicht gegeben.
Wenn wir annehmen, ein Vorher hätte es zeitlich gegeben, dann müssten wir diese Zeit ja irgendwie ermitteln. Da auch das nicht möglich ist, macht es keinen Sinn nach der Zeit bzw. nach "warum nicht vorher?" zu fragen, denn egal zu welcher Zeit das Universum anfängt, das Resultat der Verlauf des Universums.

[Halman]

@Dannyboy
@Thomas W. Riker
Danke für die informativen Antworten.

@xanrof
Vielen Dank für die Links.

Stellt sich die Frage, ob sich der Quanten-Zeno-Effekt überhaupt auf die Beobachtung von Supernovae übertragen lässt. Soweit ich Wikipedia hier verstanden habe, wurde bei den Experimenten die Isotope durch Lichtimpulse beobachtet, und damit durch den Beobachter aktiv definiert oder gestört. Ich habe meine Zweifel, das sich das mit den rein passiven Beobachten einer entfernten Supernova vergleichen lässt.

Die Zweifel teile ich. Ich hege sogar größte Zweifel.

Der Quantenphysiker Paul Dirac sagte mal: "Die Theoretiker sind eifrig dabei, verschiedene Modelle des Universums zu basteln mit Annahmen, die ihnen gerade passen. Wahrscheinlich sind diese Modelle alle falsch."
Quelle Vom Urknall zum Durchknall
Btw. ist dies eine interessante Seite.

Aber bezüglich der Beobachtung von radioaktiven Isotopen habe ich eine Frage: Geschieht dies mittels sehr kurzwelliger Laser? Dies nehme ich an, weil man doch den Atomkern beobachten muss - oder irre ich mich?

Wenn das "Nichts" zeitlich unendlich ist/war, dann stellt sich die Frage, warum es gerade in diesem bestimmten Moment zum "Urknall" kam. Dazu müsste irgendetwas anders gewesen sein, als die ganze Zeit zuvor, denn ansonsten wäre das schon sehr viel früher passiert. Kraus wird ganz sicher nicht von Unendlichkeiten ausgegangen sein, dazu ist er ein zu guter und zu erfahrender Physiker.

Wenn das "Nichts" einen Anfang hat, müsste er diesen aber erklären. So wie ich seinen Ansatz verstehe, wird das Quantenvakuum als gegeben postuliert. Aus diesem kann dann ein Universum entspringen.
Deine scharfsinnige Logik leuchtet mir natürlich ein und dies ist in der Tat ein Problem. Aushebeln könnte man dies vermutlich damit, indem man einfach postuliert, dass aus dem "Nichts" eine Vielzahl (bis zu unendlich) von Universen entspringen. Unseres wäre dann nur eines von vielen. Allerdings scheint mir so eine Hypothese ALLES erklären zu können und dies erscheint mir dann doch zu beliebig.

Im Freigeisterhaus habe ich im 16. Posting folgende Zusammenfassung gefunden:

Zitat von Pyrion:
Die Gesamtmasse des Universums ist Null. Deshalb kann unser Universum tatsächlich aus einer Quantenfluktuation entstanden sein. Das ist natürlich auch nur eine Hypothese, aber eine gut untermauerte und interessante.

Auf die Frage Warum gibt es etwas und nicht nichts? antwortet Krauss dem Link zufolge sinngemäß:

Die Frage ist falsch gestellt. Denn “Nichts” existiert nicht; zumindest nicht so, wie wir uns das vorstellen. “Nichts” ist hochgradig instabil und wird sofort und spontan zu “etwas”. Das Vakuum wimmelt von virtuellen Teilchen, die ganz von alleine in die Existenz ploppen und wieder verschwinden und die Erkenntnisse der modernen Kosmologie legen nahe, dass dies auch für ganze Universen gilt.

Allerdings hege ich Zweifel, dass Krauss dies wirklich so gesagt hat. Die Vorstellung, dass virtuelle Teilchen aus dem Vakuum ploppen und wieder verschwinden, hat sich leider in einem Kopf geploppt und nun warte ich darauf, dass sie wieder verschwindet. Den Grund für diese Kritik könnt ihr ab Posting #217 von Agent Scullie im Nachbar-Thread nachlesen.

Offenbar ist Krauss mit seiner Theorie nicht allein. Hawking denkt mehr oder weniger in die gleiche Richtung:

Zitat von Prof. William Stephen Hawking:
"[...] Aber bis vor kurzem hatten wir kaum eine Vorstellung vom Ausgangszustand des Universums. Doch die Einteilung in Gesetze der Evolution und Ausgangszustände ist davon abhängig, dass Zeit und Raum unterschiedlich sind. Unter außergewöhnlichen Bedingungen erlauben es die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantentheorie, dass sich die Zeit wie eine weitere Dimension des Raumes verhält. Dies hebt die Unterscheidung zwischen Zeit und Raum auf und bedeutet, dass die Gesetze der Evolution ebenfalls den Ausgangszustand bestimmen können. Das Universum kann sich plötzlich aus dem Nichts heraus selbst erschaffen. Außerdem können wir die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass das Universum in unterschiedlichen Zuständen erschaffen wurde. Diese Vorhersagen stimmen hervorragend mit den Beobachtungen des WMAP-Satelliten über den kosmischen Mikrowellenhintergrund überein, der ein Abdruck des sehr frühen Universums darstellt. Wir glauben, das Rätsel der Schöpfung gelöst zu haben. Vielleicht sollten wir das Universum patentieren und jedem eine Lizenzgebühr für seine Existenz berechnen."

Stephen Hawking: Wie ist das Universum entstanden? Sind wir allein? - YouTube

Das Vorhandensein von erdähnlichen Planeten sagt aber noch nichts darüber aus, dass es dort auch Leben, geschweige denn eine Kultur gibt. Dass wir noch keine zweite Kultur gefunden haben ist schon durch die Weite des Alls und die langen Zeiträume begründet, so dass die rein statistische Wahrscheinlichkeit, dass sich zwei Kulturen gegenseitig (oder zumindest eine die andere) wahrnehmen sehr unwahrscheinlich wird.

Damit hast Du natürlich recht. Der Grund, warum ich auf die erdähnlichen Planeten verwiesen habe, ist folgender: Wenn wir schon solche Planeten beobachten können, dürfen wir davon ausgehen, dass es sehr viele davon in der Milchstraße gibts. Rechnet man dies auf das Universum hoch, erscheinen bewohnte Welten in fernen Galaxien gar nicht mehr so unwahrscheinlich. Da sollten der Wahrscheinlichkeit zufolge doch Aliens dabei sein, die lange vor uns die SN 1a beobhachtet haben. - Natürlich ist dies nur eine Vermutung, aber Krauss' Theorie erscheint mir noch spekulativer.

Die Frage ist bei quantenmechanischen Prozessen eigentlich obsolet. Es gibt keinen bestimmten Grund, warum ein Atom eines radioaktiven Isotops zu einem bestimmten Zeitpunkt t zerfällt und nicht vorher oder nachher.

Aber wenn ein Isotop seit Ewigkeiten existiert, ist dann die Wahrscheinlichkeit dafür, dass es schon längst zerfallen ist nicht unendlich? Spockys kritische Frage erscheint mir nach wie vor berechtigt. Man könnte sie auch so formulieren: Warum ploppte unser Universum erst vor 13,82 Milliarden Jahren aus dem "Nichts"?

[Dannyboy]

Wenn das "Nichts" zeitlich unendlich ist/war, dann stellt sich die Frage, warum es gerade in diesem bestimmten Moment zum "Urknall" kam. Dazu müsste irgendetwas anders gewesen sein, als die ganze Zeit zuvor, denn ansonsten wäre das schon sehr viel früher passiert.

Die Frage ist bei quantenmechanischen Prozessen eigentlich obsolet. Es gibt keinen bestimmten Grund, warum ein Atom eines radioaktiven Isotops zu einem bestimmten Zeitpunkt t zerfällt und nicht vorher oder nachher.

[Spocky]

Als Geologe bist Du aber sicher näher drann als ich.

Wie aus Deiner logischen Überlegung ersichtlich, geht Krauss offenbar nicht von der klassischen Urknalltheorie aus. In dieser beginnen Raum und Zeit ja in der allgemeinen kosmologischen Anfanssingularität (bekannter als Urknall). Diese muss dann einfach als gegeben postuliert werden.
Krauss scheint von einen anderen Ansatz auszugehen. Demnach müsste das "Nichts" (Quantenvakuum) selbst ewig sein (anstelle des Postulats einer Anfanssingularität, vermute ich mal kühn). Aus diesem "Nichts" kann dann Krauss' Kosmologie zufolge ein Universum hervorgehen - vielleicht sogar eine Vielzahl von Universen. Sie wären alle Teil der einen, ewigen Raumzeit, die mit ihren Quantenfeldern, als gegeben angenommen wird. (Da ich das Buch aber ebenfalls nicht gelesen habe, reime ich mir dies allerdings nur so zusammen. )

Wenn das "Nichts" zeitlich unendlich ist/war, dann stellt sich die Frage, warum es gerade in diesem bestimmten Moment zum "Urknall" kam. Dazu müsste irgendetwas anders gewesen sein, als die ganze Zeit zuvor, denn ansonsten wäre das schon sehr viel früher passiert. Kraus wird ganz sicher nicht von Unendlichkeiten ausgegangen sein, dazu ist er ein zu guter und zu erfahrender Physiker.

Dies ist ein guter Einwand. Allerdings scheinen mir angesichts der Größe des Universums durchaus Zweifel daran berechtigt, dass wir die Ersten sind. Wurden nicht kürzlich zwei erdänliche Exoplaneten entdeckt? (Ich erinnere ich, dass wir mal darüber diskutierten, ob wir nicht sogar kosmische Nachzügler sind.)

Das Vorhandensein von erdähnlichen Planeten sagt aber noch nichts darüber aus, dass es dort auch Leben, geschweige denn eine Kultur gibt. Dass wir noch keine zweite Kultur gefunden haben ist schon durch die Weite des Alls und die langen Zeiträume begründet, so dass die rein statistische Wahrscheinlichkeit, dass sich zwei Kulturen gegenseitig (oder zumindest eine die andere) wahrnehmen sehr unwahrscheinlich wird.

[Enas Yorl]

Allerdings denke ich, dass die Beoachtung von radiaktiven Isotopen durch Laser sehr verschieden von der astronomischen Beobachtung ferner Supernovae ist. Diese scheint mir doch eher passiven Charakter aufzuweisen und stellt (dies behaupte ich hier mal kühn) schwerlich eine quantenmechanische Messung der Dunklen Energie dar. Diese wurde noch nie direkt gemessen!
Außerdem ist es ziemlich vermessen, gerade unsere Messungen so wichtig zu nehmen. Gäbe es solche Wechselwirkungen, wäre das Unviversum vermutlich schon längst kollabiert. Dies erinnert mich an Polywasser.

Stellt sich die Frage, ob sich der Quanten-Zeno-Effekt überhaupt auf die Beobachtung von Supernovae übertragen lässt. Soweit ich Wikipedia hier verstanden habe, wurde bei den Experimenten die Isotope durch Lichtimpulse beobachtet, und damit durch den Beobachter aktiv definiert oder gestört. Ich habe meine Zweifel, das sich das mit den rein passiven Beobachten einer entfernten Supernova vergleichen lässt.

[xanrof]

Allerdings scheinen mir angesichts der Größe des Universums durchaus Zweifel daran berechtigt, dass wir die Ersten sind. Wurden nicht kürzlich zwei erdänliche Exoplaneten entdeckt? (Ich erinnere ich, dass wir mal darüber diskutierten, ob wir nicht sogar kosmische Nachzügler sind.)

Ja, zB hier:

http://www.scifi-forum.de/off-topic/off-topic-allgemein/technik-wissenschaft/28966-denkt-wirklich-ganz-alleine-universum.html

http://www.scifi-forum.de/off-topic/off-topic-allgemein/technik-wissenschaft/48088-thema-au-erirdische-besser-keine-au-erirdischen-gibt.html

http://www.scifi-forum.de/off-topic/off-topic-allgemein/technik-wissenschaft/25463-besiedlung-weltraums-bev-lkerungsparadoxon.html

http://www.scifi-forum.de/off-topic/off-topic-allgemein/technik-wissenschaft/29637-logisch-ausserirdische-besuche-vergangenheit.html

und dann gibt's da noch den Exoplaneten-Thread.

[Thomas W. Riker]

Das besondere an diesen neuen Exoplaneten mit ca 1 1/2 fachen Erddurchmesser ist, dass sie in der habitablen Zone liegen, und unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen Wasser in flüssiger Form haben könnten. Der Äußere der beiden Planeten braucht ca 250d für einen Umlauf (fast wie die Venus). MIt zunehmender Beobachtungsdauer wird man nach und nach Planeten mit längerer Umlaufzeit bestätigen können.

[Dannyboy]

Allerdings denke ich, dass die Beoachtung von radiaktiven Isotopen durch Laser sehr verschieden von der astronomischen Beobachtung ferner Supernovae ist. Diese scheint mir doch eher passiven Charakter aufzuweisen und stellt (dies behaupte ich hier mal kühn) schwerlich eine quantenmechanische Messung der Dunklen Energie dar. .

Nein, so verschieden ist das nicht. Allerdings ist im Prinzip jede Art von Wechselwirkung mit der Supernova eine Beobachtung und daher kann bezweifelt wreden, dass unsere Beobachtung irgendwie wichtiger wäre, als jede andere Interaktion zwischen der Strahlung und Materie im Kosmos.

[Halman]

Soweit ich das sehe (ohne das Buch gelesen zu haben) kann ein Vakuum nur existieren, wenn auch ein Raum existiert. Ohne Raum kein leerer Raum, um das mal etwas salopp zu formulieren.

In sofern wäre beim (bei diesem) Urknall nicht der Raum an sich entstanden und wahrscheinlich auch nicht die Zeit entstanden, sondern nur das, was wir heute als unser Universum bezeichnen und wenn sich dieser "Urraum" mit ausgedehnt hat (und nicht das Universum sich in diesem), dann müsste es auch etwas außerhalb des Universums geben, das physikalisch mit diesem gekoppelt ist.

Aber ich bin auch kein Physiker

Als Geologe bist Du aber sicher näher drann als ich.

Wie aus Deiner logischen Überlegung ersichtlich, geht Krauss offenbar nicht von der klassischen Urknalltheorie aus. In dieser beginnen Raum und Zeit ja in der allgemeinen kosmologischen Anfanssingularität (bekannter als Urknall). Diese muss dann einfach als gegeben postuliert werden.
Krauss scheint von einen anderen Ansatz auszugehen. Demnach müsste das "Nichts" (Quantenvakuum) selbst ewig sein (anstelle des Postulats einer Anfanssingularität, vermute ich mal kühn). Aus diesem "Nichts" kann dann Krauss' Kosmologie zufolge ein Universum hervorgehen - vielleicht sogar eine Vielzahl von Universen. Sie wären alle Teil der einen, ewigen Raumzeit, die mit ihren Quantenfeldern, als gegeben angenommen wird. (Da ich das Buch aber ebenfalls nicht gelesen habe, reime ich mir dies allerdings nur so zusammen. )

Nein, denn dann wären wir nicht da, um es zu beobachten. Man kann aus dem Umstand, dass man noch nie einen Autounfall hatte, nicht schliessen, dass Autounfälle ausgeschlossen sind. So lange wir keine Ahnung haben, wie häufig Autounfälle sind, können wir auch nichts darüber sagen, ob sie schon eingetreten sein "sollten".

Wenn Zivilisationen den Kollaps des Universums herbeiführen (wie auch immer: ich kann das mit den SN nicht wirklich nachvollziehen), dann könnte das erklären, warum wir so "einsam" sind im All. Nur früheste Zivilisationen haben die Chance, ihre eigene Existenz zu beobachten: irgend eine von ihnen führt schliesslich den Kollaps des Universums herbei, so dass spätere Zivilisationen nie auch nur die Chance haben, zu entstehen.

Dies ist ein guter Einwand. Allerdings scheinen mir angesichts der Größe des Universums durchaus Zweifel daran berechtigt, dass wir die Ersten sind. Wurden nicht kürzlich zwei erdänliche Exoplaneten entdeckt? (Ich erinnere ich, dass wir mal darüber diskutierten, ob wir nicht sogar kosmische Nachzügler sind.)

[Bynaus]

Gäbe es solche Wechselwirkungen, wäre das Unviversum vermutlich schon längst kollabiert.

Nein, denn dann wären wir nicht da, um es zu beobachten. Man kann aus dem Umstand, dass man noch nie einen Autounfall hatte, nicht schliessen, dass Autounfälle ausgeschlossen sind. So lange wir keine Ahnung haben, wie häufig Autounfälle sind, können wir auch nichts darüber sagen, ob sie schon eingetreten sein "sollten".

Wenn Zivilisationen den Kollaps des Universums herbeiführen (wie auch immer: ich kann das mit den SN nicht wirklich nachvollziehen), dann könnte das erklären, warum wir so "einsam" sind im All. Nur früheste Zivilisationen haben die Chance, ihre eigene Existenz zu beobachten: irgend eine von ihnen führt schliesslich den Kollaps des Universums herbei, so dass spätere Zivilisationen nie auch nur die Chance haben, zu entstehen.

[Spocky]

Soweit ich das sehe (ohne das Buch gelesen zu haben) kann ein Vakuum nur existieren, wenn auch ein Raum existiert. Ohne Raum kein leerer Raum, um das mal etwas salopp zu formulieren.

In sofern wäre beim (bei diesem) Urknall nicht der Raum an sich entstanden und wahrscheinlich auch nicht die Zeit entstanden, sondern nur das, was wir heute als unser Universum bezeichnen und wenn sich dieser "Urraum" mit ausgedehnt hat (und nicht das Universum sich in diesem), dann müsste es auch etwas außerhalb des Universums geben, das physikalisch mit diesem gekoppelt ist.

Aber ich bin auch kein Physiker

[Halman]

Das Universum aus dem Nichts?

Der Kosmologe Prof. Lawrence M. Krauss dürfte einige hier als Autor des Bestsellers „The Physics of Star Trek“ bekannt sein. Vor kurzem hat er wieder ein inzwischen - wie bei ihm nicht anders zu erwarten - sehr populäres Buch herausgebracht und zwar:Ein Universum aus Nichts ... und warum da trotzdem etwas ist (der Amazon-Link wurde von mir bewusst gesetzt und dient nur informativen Zwecken. Falls dies als unzulässige Werbung gilt., bitte ich den zuständigen Moderator, den Link zu entfernen).

Mit dem "Nichts" ist in diesem Fall kein absolutes Nichts im abstrakt philosphischem Sinne gemeint, sondern dass Quantenvakuum. Der Raum enthält der Quantenfeldtheorie zufolge mehrere Quantenfelder, unter denen es auch zu Wechselwirkungen kommen kann. Daher ist das Vakuum, also das "Nichts", bei genauerer Betrachtung als komplexes, physikalisches Gebilde anzusehen, welches ich leider bis heute nicht wirkliche verstehe.

Krauss zufolge könnte unser Universum aus dem [physikalischen] Nichts kommen. In Wikipedia steht hierzu:

Die Theorie des inflationären Universums ist eine Theorie, die auch Ereignisse vor dem Urknall berücksichtigt. Durch die gigantische Ausdehnung könnte das gesamte Universum theoretisch aus einer verschwindend geringen Masse (< 10 kg) mit sehr geringer Ausdehnung entstanden sein; allerdings bedarf es aufgrund des falschen Vakuumzustands einer extrem hohen Dichte. Diese These ist allerdings hochspekulativ, gibt aber eine mögliche Erklärung unter Berücksichtigung heutiger physikalischer Gesetzmäßigkeiten, auch wenn die Theorie des falschen Vakuumzustands bis heute nicht verstanden ist.
Weiterführende Theorien, die sich mit der Entstehung aus dem Nichts beschäftigen, sind unter den Begriffen der Vakuumfluktuationen (Tryon) oder des quantenmechanischen Tunnelprozesses (Vilenkin) bekannt geworden.

Was haltet ihr dieser Theorie?

Wo wir gerade bei Nichts sind. Laut Kraus handelt es sich beim Vakuum des Alls bis auf den heutigen Tag um ein "falsches Vakuum". Sofern ich den Gedanken richtig verstanden habe, geht es hierbei um die Existens der Dunklen Energie, die darauf schließen lässt, dass der leere Raum ein falsches Vakuum repäsentiert.
Dies könnte eine fatale Folge nach sich ziehen. Hierzu verweise ich auf den folgenden (relativ leicht verständlichen) Artikel:
wissenschaft.de - Nach dem Urknall ist vor dem Urknall

In der Quantenmechanik ist es so, dass Messungen, wie sie bei Experimenten durchgeführt werden, auf das beoachtete System Einfluss nehmen. Es ist keine passive Beobachtung möglich, sondern der Beobachter ist immer Teil des physkalischen Systems.
Beobachtet man z.B. radioaktive Isotope, so kann man ihren Zerfall hinauszögern. Diesen Quanten-Zeno-Effekt verstehe ich leider selbst nicht, aber es funktioniert stark vereinfach wohl so:
Ein radioaktives Atom zerfällt innerhalb einer Zeit mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit. Miss man so ein Atom nach sehr kurzer Zeit, ist die Zerfallswahrscheinlichkeit sehr klein und tendiert im Idealfall gegen Null.
Vor der Beobachtung befand sich das Atom in einem Mischzustand aus a|unzerfallen> und b|zerfallen>. Da im Falle einer frühen Beobachtung a|unzerfallen> sehr wahrschienlich ist, kollabiert der Mischzustand höchstwahrscheinlich zu a|unzerfallen> und geht es von vorne los mit der Zerfallswahrscheinlichkeit - die "Uhr" ist auf Null gestellt.

Dies könnte man mit einem Pfeil vergleichen, den man in die Höhe schießt und der dann am höchsten Punkt umkehrt und wieder zu Boden fällt. Am höchsten Punkt "schwebt" er sozusagen "bewegungsfrei". Der Quanten-Zeno-Effekt versetzt den "Pfeil" immer wieder in diese Position (benannt nach den alten griechischen Philosophen Zenon von Elea).

Allerdings bin ich mit dieser Erklärung selbst sehr unzufrieden, aber leider bekomme ich es zurzeit nicht besser hin.

Krauss glaubt nun (sofern ich es richtig verstanden habe), dass unsere Beobachtung ferner Supernovae (genauer des Typs SN1a) den Quanten-Zeno-Effekt auf globaler Ebene für das "falsche Vakuum" des Universums bewirkt. Denn durch diese Beobachtung haben wir - wenn auch indirekt - die "Dunkle Energie" gemessen und damit die "Uhr" auf Null gestellt.

Zwar sollte die Wahrscheinlichkeit für einen Zerfall inzwischen minimal sein, aber durch unsere Beobachtung soll die Uhr gewissermaßen auf Null zurückgestellt worden sein (Zenos Pfeil ist wieder am höchsten Punkt) und dadurch wäre die Wahrscheinlichkeit für einen Kollaps des falschen Vakuums erheblich gestiegen. Kollabiert es, hört unser Universum, so wie wir es kennen, auf zu existieren.

Allerdings denke ich, dass die Beoachtung von radiaktiven Isotopen durch Laser sehr verschieden von der astronomischen Beobachtung ferner Supernovae ist. Diese scheint mir doch eher passiven Charakter aufzuweisen und stellt (dies behaupte ich hier mal kühn) schwerlich eine quantenmechanische Messung der Dunklen Energie dar. Diese wurde noch nie direkt gemessen!
Außerdem ist es ziemlich vermessen, gerade unsere Messungen so wichtig zu nehmen. Gäbe es solche Wechselwirkungen, wäre das Unviversum vermutlich schon längst kollabiert. Dies erinnert mich an Polywasser.

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Zenon von Elea war ein früher griechischer Philosph und gehört zu den Eleaten. Noch vor Aristoteles war er der "Vater der Dialektik".
Die Pythagoreer postulierten die unendliche Teilparkeit des Raumes (demnach ließe sich eine Länge in unendlich kleine Abschnitte unterteilen). Daraus leitete Zenon scharfsinnig ab, dass das Konzept der Bewegung nicht im augenscheinlichem Sinne zutreffen könne (Zenos Pfeil "ruht" sozuagen) und folgerte, dass vielmehr das "unveränderliche und ewige Sein" der Wahrheit entsprechen muss.
Diese Argumentation hatte später großen Einfluss auf die Wissenschaftsgeschichte, bezüglich der Entwicklung des Kontinuums (die Raumzeit ist etwas "Seiendes"), und floss sogar in der Quantenmechanik ein, indem der Quanten-Zeno-Effekt (s.o.) nach ihm benannt wurde.

[Agent Scullie]

Die Energie, die die Materie und Reststrahlung repräsentieren, wird annährend aufgehoben durch die negative Energie, die im Gravitationsfeld des gesamten Universums steckt.

um eine solche Aussage machen zu können, müsste man die im Gravitationsfeld steckende Energie erst einmal berechnen können. Genau das ist aber in der ART nicht in eindeutiger Weise möglich. Man kann einmal für die RW-Metrik eine Gleichung herleiten, die ihrem Aussehen nach eine Energiebilanzgleichung ist: es taucht ein Term auf, der das Quadrat der Zeitableitung des Skalenfaktors enthält, und der folglich wie eine kinetische Energie aussieht, und ein zweiter Term, der vom Skalenfaktor selbst abhängt, wie man es für eine potentielle Energie erwarten würde. Wenn es sich bei diesen beidem Termen aber tatsächlich um Energien handeln sollte, müsste man sie in geeigneter Weise mit dem Energie-Impuls-Tensor der Materie (einschließlich Strahlung und Dunkler Energie) und des Gravitationsfeldes in Verbindung bringen können. Das aber kann man nicht. Mehr noch: der Energie-Impuls-Tensor des Gravitationsfeldes ist gar nicht in eindeutiger Weise konstruierbar.

Leider kann noch niemand sagen, wie das anfängliche Inflatonfeld überhaupt zustande kam.

wie kommst du denn darauf? Die ersten inflationären Szenarien (die alte Inflation von Guth und die neue Inflation von Linde) beruhten auf der GUT. Demnach befand sich das Universum in seiner Frühphase in einem Zustand ungebrochener SU(5)-Symmetrie, der dann unter dem Einfluss eines Higgs-Feldes in einen Zustand gebrochener Symmetrie überging. Dieser Übergang wurde dadurch ausgelöst, dass die Energie des Higgs-Feldes bei hohen Temperaturen (> 10^27 K) ihr Minimum im Zustand ungebrochener Symmetrie hat, bei niedrigeren Temperaturen dagegen im Zustand gebrochener Symmetrie. Für den Übergang musste das Higgs-Feld jedoch vom einen Minimum ins andere wechseln, was nicht sofort passierte. Dadurch hatte das Higgs-Feld eine gewisse Zeit lang eine zu hohe Energie, und diese wirkte antigravitativ: sie löste die beschleunigte inflationäre Expansion aus. Das Higgs-Feld war es also, das die Rolle des Inflatonfeldes übernahm.

In Lindes chaotischer Inflation sah das etwas anders aus: statt davon auszugehen, dass das Feld von Anfang an im Zustand minimaler Energie war, nahm Linde an, dass es einen völlig zufälligen Wert hatte, lediglich begrenzt dadurch, dass seine Energiedichte die Planck-Dichte nicht überschreiten sollte.

[fraken]

Hmm. Ich sehe schon, dass astrophysikalisches Wissen, dass man von Herrn Lesch mitnimmt, nur an der Oberfläche krazt ...

[Agent Scullie]

Ich habe keine Ahnung von Astrophysik im mathematischen Sinne. Was ich nie begriffen habe: Wenn alle Masse des Universums in einem winzig kleinen Punkt verdichtet war, wie kann es dann expandieren? Müsste nicht sofort ein schwarzes Loch entstehen?

ein schwarzes Loch beruht auf der Schwarzschildmetrik (oder Kerr-Metrik, wenn es rotiert), das Universum als Ganzes dagegen auf der Robertson-Walker-Metrik. Etwas ausführlicher: man kann die Feldgleichungen der ART auf einen Himmelskörper anwenden, der in einem vorgegebenen Hintergrund-Universum existiert. Man nimmt dazu an, dass die Materie dieses Himmelskörpers in eine endliche, kugelförmige Raumregion konzentriert ist, um die herum sich leerer Raum befindet, der sich ins Unendlich erstreckt. Das ergibt dann die Schwarzschildmetrik. Der Extremfall ist dann ein schwarzes Loch, wo die Materie auf einen einzigen Punkt, die Singularität im Zentrum des schwarzen Loches, komprimiert ist.

Ebenso aber kann man die Feldgleichungen auf das Universum als Ganzes anwenden. Dort hat man keine begrenzte Region mit Materie darin und leeerem Raum drum herum, sondern einen mehr oder weniger homogen mit Materie ausgefüllten Raum. Das führt zur Robertson-Walker-Metrik. Nimmt man nun zunächst an, dass dieser Raum statisch ist, so zeigen die Gleichungen der ART, dass er alsbald in sich zusammenzufallen beginnt, aufgrund der Gravitation der ihnen ausfüllenden Materie. Um das zu vermeiden, muss man annehmen, dass er expandiert. Geht man davon aus, dass die Expansion durch die Gravitation der Materie verlangsamt ist, führt das dazu, dass in endlicher Vergangenheit ein Zustand unendlicher Dichte vorlag, der Urknall. Dass dieser der Ausgangspunkt einer Expansion sein konnte, statt ein schwarzes Loch zu bilden, liegt in den Unterschieden zwischen Robertson-Walker- und Schwarzschild-Metrik begründet: die Expansion ist keine Expansion einer räumlich begrenzten Materiewolke in einen umgebenden Raum hinein (das entspräche ja der Schwarzschildmetrik), sondern eine Expansion des - homogen mit Materie gefüllten - Raumes selbst.

Oder: Wie groß müsste der Durchmesser des Universums mindestens gewesen sein, damit kein Schwarzes Loch entsteht?

da gibt es keine Grenze, im Urknall-Szenario ist der Durchmesser des Universums im Augenblick des Urknalls unendlich klein.