Wie kam das Universum ins Dasein?

[Halman]

@Halman: Energie und Masse sind ja nunmal das Selbe, wäre es irgendwie möglich, dass Anfangs nur Energie da war und sich diese dann irgendwann in Masse umwandelte? Damit wäre das Schwarze Loch Problem gelöst ...

So leicht geht das nicht. Denn auch eine Energiezusammenballung, welche keinerlei Masse besitzt, würde die Raumzeit krümmen und somit Gravitation erzeugen. Tatsächlich ist die Eigenschaft Masse hierfür unerheblich.
Es mag irritieren, wenn ich hier Masse als eine Eigenschaft bezeichne, aber im Grunde ist es ebenso eine Eigenschaft von Teilchen, wie Ladung.

Allerdings ballen sich nichtmassebehafte Energieformen gewöhnlich nicht stark genug zusammen, um ein spürbares Gravitationsfeld zu erzeugen.

Entscheidend für die Geometrie der Raumzeit (Gravitation ist ja eine Krümmung der Raumzeit) ist der Gehalt an Impuls und Energie in einem raumzeitlichen Gebiet.

Die Erde bspw. stellt physikalisch ein System dar, und zwar ein annähernd kugelsymmetrisches Massezentrum, welche daher ein Gravitationsfeld erzeugt, welches näherungsweise durch die von Karl Schwarzschild berechnete Schwarzschild-Geometrie beschrieben werden kann.
Allerdings gehören zum "System Erde" auch die Strömungen der Magma, die Temperatur, das Magnetfeld und sogar der Druck. All dies ist Energie und trägt mit zum Gravitationsfeld der Erde bei. Allerdings weist die Masse der Erde natürlich den am weiten größten Teil der Energie auf, so dass der Rest imho nur in den Kommastellen von Belang ist.

Allerdings kann ich mir gut vorstellen, das Neutronensterne mit extrem starken Magnetfeldern, die sog. Magnetare, derart starke Magnetfelder haben, dass diese einen beachtlichen Teil zum Gravitationsfeld des Magnetars beitragen (damit meine ich keine evtl. anziehenden magnetischen Kräfte, die noch viel größer sind als die Gravitation und von ihr grundverschieden sind, sondern den Einfluss dieser magnetischen Energie auf die Geometrie der Raumzeit und somit dessen Beitrag zum Gravitationsfeld).

Wenn also eine Singularität aus masseloser Energie gebildet werden würde, würde dies afaik keinen Unterschied machen. Es bestünde eine unendliche Dichte und diese erzeugt eine unendliche raumzeitliche Krümmung und somit ein Schwarzes Loch.

(Wobei ein Schwarzes Loch nicht zwingend eine unendliche Dichte aufweisen muss. Es reicht, wenn die Dichte groß genug ist, um die Energie/Masse auf ein Volumen = oder < Schwarzschildradius zu kompromieren.

Hätte die Erde einen Durchmesser von 8 mm, wäre sie ein Schwarzes Loch. Allerdings könnte imho dann nichts mehr ihren weiteren Kollaps verhindern, da die Gravitation nun dominiert und somit würde die maximale Dichte erreicht werden.
Klassisch betrachtet wäre dies die unendliche Dichte.
Gem. der von Thomas W. Riker angeführten Loop-Quantengravitation läge die max. Dichte bei der Planck-Dichte. In beiden Fällen wäre das Massezentrum kleiner als der Schwarzschildradius und somit hätte man ein Schwarzes Loch.)

Die 10kg Masse beruhen lt dem verlinkten Text auf einer hochspekulativen Theorie.

Ach-so, danke für den Hinweis.

In diesem Thread wurde ja auch schon Lindes ewige, chaotische Inflation diskutiert. Aber Agent Scullie kennt sich viel besser mit Lindes ewiger Inflation aus.

Hier das regensburger Uniprotokoll, welches ich dank Agent Scullie kenne und auf das ich mich im oben verlinkten Posting #67 bezog:

http://www.physik.uni-regensburg.de/forschung/wegscheider/gebhardt_files/skripten/chaot.infl.pdf

@Halman
Lt Loop-Quantengravitation ist keine stärkere Verdichtung als Planck-Dichte 10^93 g/cm3 möglich. Experimentell zugänglich ist bisher erst das Quark-Gluon-Plasma von 10^15g/cm3.
Die Lücke von 78 Zehnerpotenzen ist mir -intellektuell- zu hoch.

Ja, das ist wirklich nicht mehr "greifbar". Die moderne Physik ist längst in Bereiche vorgedrungen, die für den "normalen Alltagsverstand" schwerlich erschließbar ist.

P.S.
Danke für den Link, das schaue ich später mal rein.

[Thomas W. Riker]

Die 10kg Masse beruhen lt dem verlinkten Text auf einer hochspekulativen Theorie.

@Halman
Lt Loop-Quantengravitation ist keine stärkere Verdichtung als Planck-Dichte 10^93 g/cm3 möglich. Experimentell zugänglich ist bisher erst das Quark-Gluon-Plasma von 10^15g/cm3.
Die Lücke von 78 Zehnerpotenzen ist mir -intellektuell- zu hoch.

http://www.scilogs.de/kosmo/blog/einsteins-kosmos/allgemein/2012-02-07/was-ist-die-dichteste-materieform

[fraken]

@Halman: Energie und Masse sind ja nunmal das Selbe, wäre es irgendwie möglich, dass Anfangs nur Energie da war und sich diese dann irgendwann in Masse umwandelte? Damit wäre das Schwarze Loch Problem gelöst ...

[Halman]

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?

Dies ist eine sehr gute Frage. Sofern man eine Anfangssingularität zugrundelegt, wie es im Urknall der Fall ist, gibt es afaik keine physikalische Ursache für die Expansion: Diese muss man als eine der Anfangsbedingungen postulieren.

Das Big Bounce-Szenario liefert imho hingegen hierfür eine Ursache. Demnach entstand unser Universum aus einem großen Rückprall (Urprall) eines Vorgängeruniversums, welches kollabierte. Allerdings gibt es in dieser Theorie keine Anfangssingularität, d.h. dass Universum war nie unendlich klein (null), sonden hatte immer eine endliche Größe (auch wenn sie noch so winzig war).

Müsste nicht sofort ein schwarzes Loch entstehen? Oder: Wie groß müsste der Durchmesser des Universums mindestens gewesen sein, damit kein Schwarzes Loch entsteht?

Imho gehen alle kosmologischen Theorien davon aus, dass unser Universum in einem Zustand maximaler Dichte begann. Klassisch betrachtet wäre dies unendlich dicht. Allerdings gibt es durchaus Zweifel darüber, ob eine unendliche Dichte, also eine Singulatität, überhaupt möglich ist.
Bei Dichten > Planck-Dichte versagt imho unsere Physik. Falls die Planck-Dichte die maximale Dichte repräsentiert, müsste das Universum zu Anfang mindestens eine Größe von 10^61 Kubik-Plancklängen gehabt haben, da die Gesamtmasse des beobachtbaren Universums bei 10^50 t liegt, also 10^61 Planck-Massen. Das wäre dann das von Thomas W. Riker berechnete Volumen von cm³/10^37.

Wie ich schon mal geschrieben habe: Ein Großteil der Materie ist wahrscheinlich erst in der Inflationsphase entstanden, es ist also nicht unbedingt so, dass alle heute sichtbare oder als Reststrahlung wahrnehmbare Materie sich an einem Punkt befunden hat.

Heißt das, dass im Laufe der Expansion immer mehr Energie/Masse von Inflationsfeld in das Universum einfloss?

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

Ich zweifle.

Leider kann noch niemand sagen, wie das anfängliche Inflatonfeld überhaupt zustande kam. Aber es erklärt z. B. die Gleichförmigkeit der Hintergrundstrahlung und die Flachheit des Raums.

Ja, die Beobachtungen passen sehr gut zur Inflationstheorie. Die chaotische Inflation führt allerdings zur ewigen Inflation, d.h. dass Inflationsfeld musste gar nicht zustande kommen, da es ewig ist.

Interessant dabei ist, dass man nicht mal das Äquivalent von 10 kg Masse (wenn auch extrem dicht) für das ganze Universum braucht.

ehrlich, das verstehe ich nicht. Da kann ich mir nur vorstellen, dass es mit 10 kg Masse begann und im Laufe der Inflationsphase immer mehr Masse aus dem Inflationsfeld hinzukam.

[Mondkalb]

Wie ich schon mal geschrieben habe: Ein Großteil der Materie ist wahrscheinlich erst in der Inflationsphase entstanden, es ist also nicht unbedingt so, dass alle heute sichtbare oder als Reststrahlung wahrnehmbare Materie sich an einem Punkt befunden hat.
Die Energie, die die Materie und Reststrahlung repräsentieren, wird annährend aufgehoben durch die negative Energie, die im Gravitationsfeld des gesamten Universums steckt.
Leider kann noch niemand sagen, wie das anfängliche Inflatonfeld überhaupt zustande kam. Aber es erklärt z. B. die Gleichförmigkeit der Hintergrundstrahlung und die Flachheit des Raums.

Da wird das ganz verständlich zusammen gefasst:
http://de.wikipedia.org/wiki/Inflation_%28Kosmologie%29

Interessant dabei ist, dass man nicht mal das Äquivalent von 10 kg Masse (wenn auch extrem dicht) für das ganze Universum braucht.

[fraken]

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

[Halman]

Am Anfang des Threads gab es mal die Angabe, dass das Universum beim Urknall die Planck-Dichte von 10^93g/cm3 hatte.
Laut wiki wird für das Universum eine beobachtbare Masse von 10^53kg =10^56g angenommen

Damit hätte das Universum ein Volumen von cm³/10^37 beim Urknall gehabt.

Ist das korrekt oder eine "Milchmädchenrechnung"

Gemäß der Urknalltheorie hatte das Universum eine unendliche Dichte und eine Größe von Null. Allerdings könnte es durchaus sein, dass Singularitäten gar nicht möglich sind.
Sofern die maximal erreibare Dichte bei der Planck-Dichte liegt, gäbe es tatsächlich eine minimale Größe für das Universum, welche nicht unterschritten werden könnte. AFAIK beschreibt die Urpralltheorie (Big Bounce) ein solches Szenario.

[Mondkalb]

Das ist eine Milchmädchenrechnung.
Beim Urknall lag das Volumen wohl sehr nahe bei Null (ob es wirklich eine unendlich kleine Singularität war oder das Universum tatsächlich aus dem absoluten Nichts entstand, ist noch nicht geklärt).
Die heute beobachtbare Masse ist nur ein Bruchteil der Masse, die nach dem Urknall entstand und sich anschließend größtenteils wieder zerstrahlte.
Diese Masse war aber nicht direkt zum Zeitpunkt des Urknalls schon vorhanden sondern entstand erst später quasi als Kondensat aus dem sich ausdehnenden Universum in den ersten Momenten der (Hyper-)Inflation.

[Thomas W. Riker]

Am Anfang des Threads gab es mal die Angabe, dass das Universum beim Urknall die Planck-Dichte von 10^93g/cm3 hatte.
Laut wiki wird für das Universum eine beobachtbare Masse von 10^53kg =10^56g angenommen

Damit hätte das Universum ein Volumen von cm³/10^37 beim Urknall gehabt.

Ist das korrekt oder eine "Milchmädchenrechnung"

[Agent Scullie]

@ Halman: Danke für den link!
Bei den ältesten Galaxien, die 480 Millionen nach dem Urknall entstanden ist z = 10,3, bei den davor ältesten Galaxien, die 600 Millionen nach dem Urknall entstanden ist z= 8,6.
Steigt z logarhytmisch oder exponentiell an, je weiter man in die Vergangenheit kommt? Wie wäre der Wert bei Objekten, die das Alter des Urknalls (~13,75 Mia Jahre) hätten?

Das Verhalten von z hängt vom Verlauf der Expansion ab. Sei z(t) der Rotverschiebungsfaktor einer Galaxie, deren Licht zur Zeit t ausgesandt wurde, so gilt

z(t) = S(t0) / S(t)

wobei S(t0) der Skalenfaktor (gewissermaßen der Radius des Universums) in der heutigen Zeit ist und S(t) der Skalenfaktor zur Zeit t. In einem von staubartiger Materie dominierten Universum, in dem die Dichte gleich der kritischen Dichte ist, wäre z.B.

S(t) ~ t^(2/3)

so dass

z(t) ~ 1/t^(2/3) = t^(-2/3)

herauskäme. In einem solchen Universum wäre die Expansion aber fortwährend verlangsamt (die Geschwindigkeit, mit der S(t) zunimmt, würde immer kleiner werden), im realen Universum ist sie aber seit etwa 5 Mrd. Jahren beschleunigt, so dass die zeitliche Entwicklung von S(t) komplizierter ist.

Für t = 0, den Zeitpunkt des Urknalls, gilt aber in jedem Fall S(t) = 0, und damit wird z unendlich groß.

[Halman]

@ Halman: Danke für den link!
Bei den ältesten Galaxien, die 480 Millionen nach dem Urknall entstanden ist z = 10,3, bei den davor ältesten Galaxien, die 600 Millionen nach dem Urknall entstanden ist z= 8,6.
Steigt z logarhytmisch oder exponentiell an, je weiter man in die Vergangenheit kommt? Wie wäre der Wert bei Objekten, die das Alter des Urknalls (~13,75 Mia Jahre) hätten?

Für ein Alter von 13,8 Milliarden Jahre gab Agent Scullie eine Entfernung von 41,4 Mrd. Lj. an. Dies bestätigt den von Mondkalb angebenden Wert von ungefähr 92 Milliarden Lichtjahre Durchmesser mit uns im "Zentrum" (jeder Ort im Universum erscheint gleichermaßen als "Zentrum")

[Thomas W. Riker]

@ Halman: Danke für den link!
Bei den ältesten Galaxien, die 480 Millionen nach dem Urknall entstanden ist z = 10,3, bei den davor ältesten Galaxien, die 600 Millionen nach dem Urknall entstanden ist z= 8,6.
Steigt z logarhytmisch oder exponentiell an, je weiter man in die Vergangenheit kommt? Wie wäre der Wert bei Objekten, die das Alter des Urknalls (~13,75 Mia Jahre) hätten?

[Halman]

Ähm, neu? Die Theorie des ekpyrotischen Universums wurde vor 10 Jahren veröffentlicht.

Nun, relativ neu. Lindes ewige Inflation bspw. stammt aus dem Jahre 1983.

@Thomas W. Riker
@Mondkalb
Im verlinkten Beitrag erklärt Agent Scullie, wie sich das mit der Expansion des Universums verhält.
http://www.scifi-forum.de/off-topic/...ml#post2306987

[Mondkalb]

Ein wenig verwundert bin ich, dass der zweite link so im Spektrum war.
Wie soll man 42 Mia Lj weit sehen können, wenn das Universum erst 13,75 Mia jahre alt ist?

Durch die Expansion hat sich der Raum "dazwischen" inzwischen soweit ausgedehnt. Das bedeutet, die tatsächliche Entfernung ist inzwischen größer als die vom Licht zurück gelegte Strecke.
Der aktuelle Durchmesser des beobachtbaren Universums beträgt derzeit ungefähr 92 Milliarden Lichtjahre.

[Thomas W. Riker]

Der Telepolis link ist immerhin schon 10 Jahre alt und diese Hypothesen sind wohl noch immer nur sophistische Spekulation.
Ein wenig verwundert bin ich, dass der zweite link so im Spektrum war.
Wie soll man 42 Mia Lj weit sehen können, wenn das Universum erst 13,75 Mia jahre alt ist?