Wie kam das Universum ins Dasein?

[Halman]

Bin echt gespannt hier auf den Thread, kann leider dazu nichts sagen da ich von Astrophysik nicht viel verstehe um hier mit zureden. Aber werde hier sehr gespannt alles mit verfolgen da mich diese selber jede Woche mal beschäftigt und ich es sehr interessant finde alles.

Ja, ich bin auch gespannt auf das Thema und möchte gerne mehr lernen, aber irgendwie scheint hier kaum jemand an einer gottfreien, physikalischen Diskussion über Kosmologie interessiert zu sein. Woran liegt das nur?

[RTW112]

Bin echt gespannt hier auf den Thread, kann leider dazu nichts sagen da ich von Astrophysik nicht viel verstehe um hier mit zureden. Aber werde hier sehr gespannt alles mit verfolgen da mich diese selber jede Woche mal beschäftigt und ich es sehr interessant finde alles.

[Halman]

Angeregt durch verschiedene Diskussionen habe ich mich nun doch dazu durchgerungen, diesen Thread ins Leben zu rufen.
Dieses Thema möchte ich hier anhand verschiedener Kosmologien, auf Basis der Physik, diskutieren und soll daher frei von Metaphysik und somit gottfrei geführt werden.
Eine allgemeinere Begleitdiskussion, unter Einbeziehung der Geisteswissenschaften (Philosophie und Theologie), in der auch die Metaphysik einbezogen werden darf, werde ich im allgemeinen Off-Topic-Unterforum ebenalls eröffnen.

Zunächst möchte ich die mir bekannten, bedeutenen Kosmologien vorstellen und mich dabei im Wesendlichen auf die qualifizierten Postings von Agent Scullie stützen.
Im nächsten Schritt hoffe ich, dass wir die verschiedenen Kosmologien näher beleuchten, um dann Gemeinsamkeiten und Unterschiede herausarbeiten.

Eine abschließende Antwort auf die Frage erhoffe ich mir allerdings nicht (das wäre ja was), aber dafür eine lebendige und aufschlussreiche Diskussion.

Folgendes sei voraus geschickt:

die heute als Konkurrenz zum Urknall antretenden Modelle stimmen ja in den bislang überprüften Vorhersagen völlig mit der Urknalltheorie überein. Die Unterschiede beginnen erst bei Energiedichten, die in der Urknalltheorie nur Sekundenbruchteile nach der Anfangssingularität liegen. Experimentell bestätigt ist die Urknalltheorie dagegen nur bis zu einigen Sekunden nach dem Urknall (durch die Anteile der leichten Elemente an der Gesamtmasse des Universums, die Rückschlüsse über die primordiale Elementsynthese erlauben).

Es geht also insbesondere um den Anfang.
________________________________________________________________

Zunächst zur Urknalltheorie (Big Bang):
Basis der Urknalltheorie ist die allgemeine Relativitätstheorie (ART) und ihre Anwendung auf die Beobachtung der Rotverschiebung ferner Galaxien.
Gemäß dieser "klassischen" Theorie begann AFAIK das Universum vor 13,7 Milliarden in einer Anfangssingularität. Dabei handelt es sich um einen Punkt unendlicher Dichte und Temperatur.
Eine Ursache für die Anfangssingularität selbst gibt es IMHO nicht, diese wird gewissermaßen postuliert.
Die Raumzeit, die als "Seiendes" alle Ereignisse, die waren, sind und sein werden, umfasst, begann mit der Expansion der Anfangssingularität. Aus ihr gehen also alle Weltlinien hervor - ja, sogar die Raumzeit selbst, die auf eine Weise gekrümmt ist, dass der Raum expandiert. Dabei vergrößern sich die Abstände zwischen den Galaxienhaufen. Innerhalb der Haufen hat die Expansion keinen Einfluss, weil dort die Gravitation der räumlichen Expansion überwiegt.

Bezüglich der Expansion schrieb Agent Scullie:

Der Strahlungsdruck wirkt auf die Expansion des Universums nicht auf mechanischem Wege, sondern nur gravitativ, und die gravitative Wirkung von positivem Druck ist anziehend, d.h. es bremst die Expansion. Die zugehörige Formel lautet

S''(t) / S(t) = -4pi/3 G (rho + 3p)

wobei S(t) der Skalenfaktor ist und S''(t) die Beschleunigung der Expansion. Solange rho + 3p > 0 ist (rho ist die Energiedichte), ist stets S''(t) < 0, die Expansion wird gebremst. In der klassischen Urknalltheorie ohne kosmologische Konstante oder Dunkle Energie gibt es nichts, was die Expansion antreiben könnte, es kann folglich keine Ursache dafür geben, dass das Universum überhaupt expandiert. Die Expansion muss daher als Anfangsbedingung gesetzt werden. Das gilt in allen Modellen mit Anfangssingularität, auch in solchen, wo zusätzliche eine kosmologische Konstante, ein Inflatonfeld oder eine Dunkle Energie auftreten: in frühen Zeiten kurz nach der Singularität dominiert stets Materie mit anziehender Gravitation, die die Expansion bremst, Beschleunigungseffekte zeigen sich immer erst in späteren Phasen.

Also muss auch die Expansion postuliert werden. Daraus ergeben sich mMn drei Fragen:

• Warum existierte überhaupt die Anfangssingularität?
• Warum expandierte sie?
• Wie kam dabei ausgerechnet unser Universum mit den fein abgestimmten Naturkonstanten heraus?

_________________________________________________________________

Die Urprall-Theorie (Big Bounce)
Basis der Urpralltheorie ist die Loop-Quantengravitation (LQG), gemäß der die Raumzeit quantisiert ist.
Infolgedessen ist die Raumzeit in der Urpralltheorie, im Gegensatz zur Urknalltheorie, nicht durch eine Anfangssingularität "berandet".
Zwar beginnt unser Universum auch dort vor rund 13,7 Milliaden Jahren, doch ging es aus dem Kollaps eines Vorgängeruniversums hervor.
Soweit ich es verstanden habe, wird hier die Expansion des Raumes hinreichend aus dem Kollaps des vorherigen Universums hergeleitet. Dieses Vorgängeruniversum stellt man sich IMHO als masseloses, unendliches Universum vor. In dieser Raumzeit kam es aus irgend einem Grund zu einem Symetriebruch, der zu Kollaps führte. Daraus ging dann unser Universum hervor.
Da jedoch die Kubik-Planck-Länge (die Planck-Länge ergibt sich laut meinem Buch aus:
IntregalPlack = sqrt {γ * hquer/c^3} = 1,616 * 10^-35 m) gemäß der LQG die kleinste Größeneinheit darstellt, der physikalische Relevanz zugesprochen werden kann und nicht mehr als eine Planck-Masse enthalten kann (vermag ich aber leider nicht zu begründen), und unser Universum mindestens 10^61 Planck-Massen umfasst, kann der Raum niemals die Größe von 10^61 Kubik-Planck-Länge unterschritten haben. Folglich gehört das Vorgängeruniversum zur selben Raumzeit wie unser Universum.
________________________________________________________________

Aber es gibt noch andere kosmologische Modelle, die im Folgenden kurz vorgestellt werden:

Lindes ewige Inflation:

bei der ewigen Inflation befindet sich der größte Teil des Universums seit ewigen Zeiten in einem Zustand beschleunigter Expansion, mit einer Energiedichte nahe der Planck-Dichte. Ab und zu scheidet aber mal eine Region aus dieser inflationären Expansion aus, weil die Energiedichte des Inflatonfeldes unter einen kritischen Wert fällt, und expandiert dann verlangsamt weiter, mit abnehmender Energiedichte. Nach der Theorie leben wir heute in einer solchen Region.

________________________________________________________________

Das Hawking-Turok-Instanton:

demnach ging unserer heutigen Raumzeitregion mit Minkowski-artiger Metrik (reelle Zeit) eine Region mit Euklid-artiger Metrik (imaginäre Zeit) voran, die sich dadurch auszeichnete, dass Raum und Zeit in der Metrik das gleiche Vorzeichen hatten. Eine solche euklidische Raumzeit zeichnet sich dadurch aus, dass ein Zustand konstanter Energiedichte zu einer beschleunigten Expansion führt, sondern zu einer verlangsamten. Diese euklidische Region begann daher ähnlich wie die gewöhnliche Raumzeit der Urknall-Theorie mit der Größe null, jedoch ohne dass eine Singularität vorlag. Die Energiedichte war ja konstant auf einem endlichen Wert. Das Universum hatte also einen Anfang, aber nicht in einer Singularität. Die euklidische Region bezeichnet man als Instanton.

________________________________________________________________

J. Richard Gotts Konzept geschlossene zeitartigen Kurven:

das weiß ich allerdings auch nicht sehr viel drüber. Gott hat dazu mal eine Skulptur angefertigt, die wie ein Posthorn aussah, allerdings ohne Mundstück zum Reinblasen. Quasi ein Ring (die geschlossenen zeitartigen Kurven), aus dem sich eine trompetenförmige Öffnung (unser Universum) abzweigt.

Hab dazu leider nur dieses Bild gefunden:

http://vinkovic.org/Projects/PopularScience/Gott_interview/universe_tree.jpg

das offenbar ein abgewandeltes Modell zeigt, wo aus den zeitartigen Kurven nicht nur ein einziges Universum hervorgeht, sondern mehrere.

Der Vollständigkeit halbe möchte ich noch die Steady-State-Theorie verlinken.

Die Steady-State-Theorie (Gleichgewichtstheorie) wurde Ende der 1940er von den Astronomen Fred Hoyle, Hermann Bondi und Thomas Gold als Alternative zur Urknall-Theorie entwickelt und 1948 in den Monthly Notices der Royal Astronomical Society der wissenschaftlichen Gemeinschaft vorgestellt.[1] In dieser Theorie expandiert das Universum zwar, die Dichte der Materie ändert sich allerdings nicht, weil homogen durch den gesamten Raum immer neue Materie entsteht.

Für alle User, die eine eher allgemeine Diskussion vorziehen, verweise ich auf den Thread http://www.scifi-forum.de/off-topic/...ml#post2589597