urknall theorie

[Agent Scullie]

Naja, aber ein 5D Raum ist etwas anderes als ein 3D oder 4D Raum. Also darf ich da schon aufpassen von welchen Raum ich überhaupt Rede, damit andere sich halbwegs auskennen wo ich rum geistere. Besonders wenn ich es selbst nicht genau weiß

in der Branentheorie spricht man deswegen von einer 3-Brane, wenn man unseren 3-dim. Raum (bzw. die zugehörigen 4-dim. Raumzeit) meint, und vom Bulk, wenn man den einbettenden 4-dim. Raum (5-dim. Raumzeit) meint.

Mit Materie sind jetzt Atomkerne gemeint, oder?

mit Materie sind hier alle Arten von staubartiger Materie gemeint, d.h. Teilchen, die eine Masse ungleich null haben und sich zudem mit Geschwindigkeit viel langsamer als der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Das können Atomkerne sein, freie Protonen und Neutronen, Elektronen, und die hypothetischen Teilchen, aus denen die Dunkle Materie besteht. "Staubartig" ist solche Materie deswegen, weil ihr Druck viel kleiner als die Energiedichte ist, anders als bei Strahlung oder ultrarelativistischer Materie (bei der die Geschwindigkeiten der Teilchen nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegen).

[CPL386]

ich schätze er sprach da von der Branenkosmologie. Das würde dich dann in der Tat von einem Verständnis der Urknalltheorie weglenken: die Urknalltheorie basiert auf der ART, die Branenkosmologie jedoch auf der Branentheorie, die eine Weiterentwicklung der Superstringtheorie, eines Konzepts für eine Theorie der Quantengravitation, ist. In der Branenkosmologie wird zwar gerne der Begriff "Urknall" verwendet, damit ist aber, anders als in der Urknalltheorie, keine Anfangssingularität gemeint. Eine Anfangssingularität gibt es in der Branenkosmologie nicht, und so gesehen auch keinen Urknall. Nach der Branentheorie ist die uns bekannte vierdimensionale Raumzeit eine sog. 3-Brane (3 räumliche Dimensionen, eine zeitliche), die in eine fünfdimensionale Raumzeit (eine 4-Brane) eingebettet ist. In dieser 5D-Raumzeit können mehrere 3-Branen existieren, und eine Variante der Branenkosmologie besagt nun, dass zwei solcher 3-Branen kollidierten, und dadurch dann in einer der beiden Branen eine Expansion ausgelöst wurde. Mit einem Urknall im Sinne der klassischen Urknalltheorie, also einer Anfangssingularität hat das wie gesagt nichts zu tun. In der Branentheorie wäre auch eigentlich weniger das Schicksal einer einzelnen 3-Brane interessant als vielmehr das der gesamten 5D-Raumzeit.

Wenn du also erst einmal die klassische Urknalltheorie verstehen willst, lenkt dich die Branenkosmologie tatsächlich von einem Verständnis weg. Ansonsten gilt aber auch in der Branenkosmologie, dass es innerhalb unserer 3-Brane keinen zentralen Ausgangspunkt der Expansion gibt, und keine Druckwelle.

Das kommt mir jetzt sehr bekannt vor, ich glaube, es war die Branenkosmologie. Danke

der vierdimensionale Raum der 5D-Raumzeit gilt (innerhalb der Branentheorie) selbstverständlich als Raum.

Naja, aber ein 5D Raum ist etwas anderes als ein 3D oder 4D Raum. Also darf ich da schon aufpassen von welchen Raum ich überhaupt Rede, damit andere sich halbwegs auskennen wo ich rum geistere. Besonders wenn ich es selbst nicht genau weiß

ja, da liegst du falsch. Die Wirkung des Drucks auf die Expansion des Universums ist ein reiner ART-Effekt, da hat die Quantentheorie rein gar nichts mit zu tun. Die Quantentheorie spielt nur insofern eine Rolle, als dass man sich in ihr eher ein Medium mit negativem Druck vorstellen kann als in der klassischen Physik. Aber dass dieser negative Druck dann die Expansion beschleunigt, das geht allein auf das Konto der ART.

Wenigsten dabei lag ich richtig.

auch vor der Entkopplung gab es neben Strahlung, also "Licht", bereits Materie. Vielleicht meinte er ja damit, dass nur Licht existierte, dass die Strahlung dominierte, d.h. eine höhere Energiedichte hatte als Materie.

Mit Materie sind jetzt Atomkerne gemeint, oder?

falsch du Lesch hier kritisieren willst, will ich dir nicht widersprechen

Kritisieren ist da vielleicht das falsche Wort. Ich finde es eigentlich gut was er da gemacht hat, da es mein Verständnis und Interesse für so manches gesteigert hat.

Aber man darf höllisch aufpassen von was er wann spricht und welches tempo er vorlegt.

Für einen richtigen eindruck muss man sich halt mehr als 15min die Woche damit beschäftigen und darf nicht alles für bare Münze nehmen.

[Agent Scullie]

Was mir dabei etwas unklar wird ist, ist die Dunkle Energie jetzt direkt durch den Urknall entstanden oder ist sie eher später entstanden wie z.b. Sauerstoff (O)?

das ist einer der Aspekte an der Dunklen Energie, die noch ungeklärt sind.

Das nach der ART Raum & Zeit so nicht existiert sondern nur die Raumzeit ist mir noch klar.

das reicht aber noch nicht zum Verständnis der ART, sondern nur für die SRT. In der ART muss man außerdem noch verstehen, dass diese Raumzeit dynamisch ist (in der SRT ist sie das noch nicht).

Ich denke was mich im Verständnis hier noch weglenkt ist eine Folge von Alpha Centauri mit Prof. Lesch. Ich weiß nicht mehr welche Folge es war, aber als Beispiel nahm er sich einen schwamm um etwas als Visualisierung zu haben. Weiß jetzt nicht ob das Stimmt aber ich denke es ging um die theoretische Möglichkeit dass mehrere Urknalle stattgefunden haben könnten jedoch in anderen Dimensionen.

ich schätze er sprach da von der Branenkosmologie. Das würde dich dann in der Tat von einem Verständnis der Urknalltheorie weglenken: die Urknalltheorie basiert auf der ART, die Branenkosmologie jedoch auf der Branentheorie, die eine Weiterentwicklung der Superstringtheorie, eines Konzepts für eine Theorie der Quantengravitation, ist. In der Branenkosmologie wird zwar gerne der Begriff "Urknall" verwendet, damit ist aber, anders als in der Urknalltheorie, keine Anfangssingularität gemeint. Eine Anfangssingularität gibt es in der Branenkosmologie nicht, und so gesehen auch keinen Urknall. Nach der Branentheorie ist die uns bekannte vierdimensionale Raumzeit eine sog. 3-Brane (3 räumliche Dimensionen, eine zeitliche), die in eine fünfdimensionale Raumzeit (eine 4-Brane) eingebettet ist. In dieser 5D-Raumzeit können mehrere 3-Branen existieren, und eine Variante der Branenkosmologie besagt nun, dass zwei solcher 3-Branen kollidierten, und dadurch dann in einer der beiden Branen eine Expansion ausgelöst wurde. Mit einem Urknall im Sinne der klassischen Urknalltheorie, also einer Anfangssingularität hat das wie gesagt nichts zu tun. In der Branentheorie wäre auch eigentlich weniger das Schicksal einer einzelnen 3-Brane interessant als vielmehr das der gesamten 5D-Raumzeit.

Wenn du also erst einmal die klassische Urknalltheorie verstehen willst, lenkt dich die Branenkosmologie tatsächlich von einem Verständnis weg. Ansonsten gilt aber auch in der Branenkosmologie, dass es innerhalb unserer 3-Brane keinen zentralen Ausgangspunkt der Expansion gibt, und keine Druckwelle.

Da bleib ich dann wieder bei einer Art Raum gedanklich hängen, der mit unserem Urknall eigentlich gar nichts zu tun hat.

ja, das wäre die 5D-Raumzeit, in die unsere 3-Brane eingebettet ist.

Wobei Raum jetzt nicht als Raum gilt.

der vierdimensionale Raum der 5D-Raumzeit gilt (innerhalb der Branentheorie) selbstverständlich als Raum.

Der Effekt mit dem Druck geht glaube ich auf die Quantphysik zurück oder bin ich hier jetzt schon wieder falsch?

ja, da liegst du falsch. Die Wirkung des Drucks auf die Expansion des Universums ist ein reiner ART-Effekt, da hat die Quantentheorie rein gar nichts mit zu tun. Die Quantentheorie spielt nur insofern eine Rolle, als dass man sich in ihr eher ein Medium mit negativem Druck vorstellen kann als in der klassischen Physik. Aber dass dieser negative Druck dann die Expansion beschleunigt, das geht allein auf das Konto der ART.

Habe ich das jetzt richtig verstanden, dass die Entkopplung von Materie und Energie 300'000 Jahren nach dem Urknall war?

ja genau.

Sorry, da kommt das bisschen wieder hoch was ich bei Prof. Lesch mitbekommen habe. Das dürfte dann noch die Zeit sein in der nur "Licht" existierte?

auch vor der Entkopplung gab es neben Strahlung, also "Licht", bereits Materie. Vielleicht meinte er ja damit, dass nur Licht existierte, dass die Strahlung dominierte, d.h. eine höhere Energiedichte hatte als Materie.

Ich darf bei dem guten Mann wirklich aufpassen und sollte mehr über Astro-/ Physik lesen.

falsch du Lesch hier kritisieren willst, will ich dir nicht widersprechen

[CPL386]

es gibt unter Kosmologen Befürworter und Gegner von Big Bounce Szenarien. Eine abschließende Entscheidung, welche Szenario nun richtig ist, ist bislang nicht gefallen.

Vielen Dank, habe es eher so verstanden in so mancher Dokumentation, dass dies schon geklärt wäre.

wie Dannyboy schon sagte, gibt es beim Urknall keine "Druckwelle". Es ist nicht richtig, sich den Urknall so vorzustellen, dass da Materie von einem zentralen Punkt aus in einen umgebenden leeren Raum hinausgeschleudert wurde. Vielmehr ist der Urknall der Anbeginn von Raum und Zeit selbst, und die nachfolgende Expansion ist kein Auseinanderstreben der Materie im Raum, sondern eine Expansion des Raumes selbst.

Was das Erklären der Dunklen Energie angeht: wenn du damit den Mechanismus meinst, wie diese zu einer beschleunigten Expansion führt, so ist diese Erklärung schon vorhanden, und war auch der Grund, warum man die beschleunigte Expansion überhaupt mit einer Dunklen Energie in Verbindung brachte. Aus den Feldgleichungen der ART (Allgemeine Relativitätstheorie) folgt, dass die Dynamik der Expansion von der Zustandsgleichung des kosmischen Mediums bestimmt wird. Sei rho die Energiedichte und p der Druck, so gilt, dass die Beschleunigung/Abbremsung der Expansion proportional zu rho + 3p ist. Wenn rho + 3p > 0 ist, dann wird die Expansion gebremst. Für gewöhnliche Materie z.B. gilt p ~ 0 (der Druck ist vernachlässigbar gering), so dass rho 3p = rho > 0, d.h. die Expansion wird gebremst. Für Strahlung gilt p = rho/3, damit ist rho + 3p = 2rho > 0, die bremsende Wirkung auf die Expansion ist somit bei gleicher Energiedichte rho noch stärker als bei gewöhnlicher Materie. Für ein kosmisches Medium, bei dem p < -rho/3 gilt, was impliziert, dass der Druck negativ sein muss, ist die Expansion hingegen beschleunigt. Bereits 1917 hatte Albert Einstein eine kosmologische Konstante angenommen, die eine beschleunigende Wirkung auf die Expansion haben soll, für diese kosmologische Konstante würde p = -rho gelten, d.h. der Druck ist negativ und betragsmäßig gleich der Energiedichte. Der Begriff der Dunklen Energie ist der Oberbegriff für alle Arten von kosmischen Medien, für die p < -rho/3 erfüllt ist, also z.B. auch für die kosmologische Konstante.

Wenn davon die Rede ist, dass die Dunkle Energie rätselhaft sei, dann bezieht sich das darauf, dass noch unklar ist, wie es dazu gekommen ist, dass im heutigen Universum eine solche Energieform dominant ist. Der Mechanismus der beschleunigten Expansion selbst ist hingegen gut verstanden.

Was mir dabei etwas unklar wird ist, ist die Dunkle Energie jetzt direkt durch den Urknall entstanden oder ist sie eher später entstanden wie z.b. Sauerstoff (O)?

das kann man so auch nicht sagen, denn gerade weil die Zeit ihren Anfang im Urknall hatte, gibt es dein "zuerst", wo wir "nix hatten", nicht. Denn dazu wäre ein Zeitpunkt vor dem Urknall notwendig gewesen. Einen solchen kann es aber nicht geben, da die Zeit ihren Anfang im Urknall hatte. Um die ART, auf die sich die Urknalltheorie gründet, zu verstehen, es ist wichtig, sich das Konzept der Raumzeit klarzumachen. Raum und Zeit bilden eine Einheit, und diese Einheit ist in der ART - anders als in der SRT (Spezielle Relativitätstheorie) - dynamisch, vor allem aber kann sie Ränder besitzen. Genau so einen Rand bildet (in der Urknalltheorie) der Urknall, die Anfangssingularität. Die Raumzeit endet an diesem Rand, es gibt keine Fortsetzung von ihr über den Rand hinaus.

Das nach der ART Raum & Zeit so nicht existiert sondern nur die Raumzeit ist mir noch klar. Ich denke was mich im Verständnis hier noch weglenkt ist eine Folge von Alpha Centauri mit Prof. Lesch. Ich weiß nicht mehr welche Folge es war, aber als Beispiel nahm er sich einen schwamm um etwas als Visualisierung zu haben. Weiß jetzt nicht ob das Stimmt aber ich denke es ging um die theoretische Möglichkeit dass mehrere Urknalle stattgefunden haben könnten jedoch in anderen Dimensionen.

Da bleib ich dann wieder bei einer Art Raum gedanklich hängen, der mit unserem Urknall eigentlich gar nichts zu tun hat. Wobei Raum jetzt nicht als Raum gilt. --> Weiß jetzt nur kein besseres Wort dafür.

warum sollten wir das nicht wissen?

Spätestens da habe ich mich äußerst undeutlich, verallgemeinernd und "drastisch" ausgedrückt.
Bezüglich der Dunklen Materie und Dunklen Energie, die ja für mehrere Effekte zuständig sind, ging ich davon aus, dass dies noch nicht als Bewiesen gilt, sondern als, naja, eher Mathematische Erklärung die nach unseren Gesetzen funktioniert. Soweit ich weiß haben wir noch keinen direkten Beweis ob es Dunkle Materie überhaupt gibt. Aber diese Theorie als Anerkannt gilt.
Genau so wie davon ausgehe, dass wir noch nicht wissen was Gravitation eigentlich ist, wie es aufgebaut ist. Seine Effekte sind ja gut erforscht.

was Dunkle Energie ist, ist eigentlich insofern klar, als dass es sich um ein Medium handelt, bei dem p < -rho/3, und somit rho + 3p < 0 gilt, und das somit beschleunigend auf die Expansion wirkt.

Noch etwas zur Rolle des Drucks p: man könnte erwarten, dass ein hoher positiver Druck die Expansion eher beschleunigen als verlangsamen sollte. Das ist aber nicht der Fall, da die Wirkung auf die Expansion nicht mechanisch ist, sondern gravitativ. Und gravitativ hat laut den ART-Feldgleichungen der Druck eben genau den gegenteiligen Effekt wie mechanisch. Wenn man ein Gas in eine Flasche einsperrt, so ist der (positive) Gasdruck bestrebt, das Gas zur Expansionzu bringen. Diese Wirkung ist mechanisch. Die Expansion des Raumes aber kann nicht mechanisch beeinflusst werden, sondern nur gravitativ. Deswegen wirkt ein positiver Druck bremsend, ein negativer Druck beschleunigend.

Der Effekt mit dem Druck geht glaube ich auf die Quantphysik zurück oder bin ich hier jetzt schon wieder falsch?

man muss hier unterscheiden zwischen der Entstehung von Atomkernen schwerer als Wasserstoff, also z.B. Helium-Kernen, und der Entstehung von vollständigen Atomen (Kerne + Elektronenhülle). Wasserstoff in Atomkernform, d.h. als einzelnes Proton, existierte von Anfang an, oder zumindest ab dem Zeitpunkt, zu dem die Dichte unter die eines Quark-Gluon-Plasmas gefallen war. Die Bildung von Wasserstoff-Atomen (Proton + Elektron) fand hingegen erst nach 300000 Jahren statt, als Materie und Strahlung entkoppelten. Die Bildung von Atomkernen schwerer als Wasserstoff, insbesondere von Helium-Kernen, war zeitlich dazwischen (zwischen der Bildung von Protonen und der von Atomen), innerhalb der ersten drei Minuten.

Habe ich das jetzt richtig verstanden, dass die Entkopplung von Materie und Energie 300'000 Jahren nach dem Urknall war?

Sorry, da kommt das bisschen wieder hoch was ich bei Prof. Lesch mitbekommen habe. Das dürfte dann noch die Zeit sein in der nur "Licht" existierte?

Ich darf bei dem guten Mann wirklich aufpassen und sollte mehr über Astro-/ Physik lesen.

Danke Dir, Agent Scullie.

[Agent Scullie]

Mal eine dümmliche frage meiner Seits.
Ich lese das alles hier immer wie "Vor dem Urknall" & "Nach dem Urknall", bleibe aber eher IM Urknall hängen. Sprich: Der Urknall ist eigentlich noch nicht abgeschlossen und expandiert deswegen immer noch, was er soweit ich mitbekommen habe wohl ewig tun wird.

der Urknall, also die Anfangssingularität, währte nur einen einzigen, unendlich kurzen Augenblick lang. Danach war er "abgeschlossen". Die nachfolgende Expansion des Universums ist nicht Bestandteil des Urknalls.

Es soll ja keinen "Big Bounce" geben soweit mir mal erzählt worden ist.

es gibt unter Kosmologen Befürworter und Gegner von Big Bounce Szenarien. Eine abschließende Entscheidung, welche Szenario nun richtig ist, ist bislang nicht gefallen.

Da krieg ich später das Problem mit der "Dunklen Energie" die ich mit aber ggf. noch durch die Druckwelle die der Explosion vorgeht halbwegs erklären könnte.

wie Dannyboy schon sagte, gibt es beim Urknall keine "Druckwelle". Es ist nicht richtig, sich den Urknall so vorzustellen, dass da Materie von einem zentralen Punkt aus in einen umgebenden leeren Raum hinausgeschleudert wurde. Vielmehr ist der Urknall der Anbeginn von Raum und Zeit selbst, und die nachfolgende Expansion ist kein Auseinanderstreben der Materie im Raum, sondern eine Expansion des Raumes selbst.

Was das Erklären der Dunklen Energie angeht: wenn du damit den Mechanismus meinst, wie diese zu einer beschleunigten Expansion führt, so ist diese Erklärung schon vorhanden, und war auch der Grund, warum man die beschleunigte Expansion überhaupt mit einer Dunklen Energie in Verbindung brachte. Aus den Feldgleichungen der ART (Allgemeine Relativitätstheorie) folgt, dass die Dynamik der Expansion von der Zustandsgleichung des kosmischen Mediums bestimmt wird. Sei rho die Energiedichte und p der Druck, so gilt, dass die Beschleunigung/Abbremsung der Expansion proportional zu rho + 3p ist. Wenn rho + 3p > 0 ist, dann wird die Expansion gebremst. Für gewöhnliche Materie z.B. gilt p ~ 0 (der Druck ist vernachlässigbar gering), so dass rho 3p = rho > 0, d.h. die Expansion wird gebremst. Für Strahlung gilt p = rho/3, damit ist rho + 3p = 2rho > 0, die bremsende Wirkung auf die Expansion ist somit bei gleicher Energiedichte rho noch stärker als bei gewöhnlicher Materie. Für ein kosmisches Medium, bei dem p < -rho/3 gilt, was impliziert, dass der Druck negativ sein muss, ist die Expansion hingegen beschleunigt. Bereits 1917 hatte Albert Einstein eine kosmologische Konstante angenommen, die eine beschleunigende Wirkung auf die Expansion haben soll, für diese kosmologische Konstante würde p = -rho gelten, d.h. der Druck ist negativ und betragsmäßig gleich der Energiedichte. Der Begriff der Dunklen Energie ist der Oberbegriff für alle Arten von kosmischen Medien, für die p < -rho/3 erfüllt ist, also z.B. auch für die kosmologische Konstante.

Wenn davon die Rede ist, dass die Dunkle Energie rätselhaft sei, dann bezieht sich das darauf, dass noch unklar ist, wie es dazu gekommen ist, dass im heutigen Universum eine solche Energieform dominant ist. Der Mechanismus der beschleunigten Expansion selbst ist hingegen gut verstanden.

Und da bleib ich dann erst recht hängen. Diese Druckwelle müsste eigentlich der Materie vorausgehen. Gut, dadurch wäre für mich zwar die Sache mit Energieerhaltung erklärt, jedoch nicht wie diese Druckwelle auf einmal hinter der Materie auftaucht.

die ganzen "vor" und "hinter" in deiner Überlegung rühren nur daher, dass du von der Expansion einer Materiewolke in einen umgebenden leeren Raum hinein ausgehst. Die aber gibt es nicht. Der Urknall fand nicht an einem bestimmten Punkt im Raum statt, sondern gewissermaßen im gesamten Raum gleichzeitig. Bei der nachfolgende Expansion gibt es auch keinen Mittelpunkt des Universums, vielmehr kann jeder Punkt gleichermaßen als Mittelpunkt angesehen werden.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 14 Minuten und 44 Sekunden:

Hmmm, mit anderen Worten zuerst haben wir nix, dann passiert etwas, Raum gefüllt mit Materie (Wasserstoff und Antimaterie) und Zeit entstehen.

das kann man so auch nicht sagen, denn gerade weil die Zeit ihren Anfang im Urknall hatte, gibt es dein "zuerst", wo wir "nix hatten", nicht. Denn dazu wäre ein Zeitpunkt vor dem Urknall notwendig gewesen. Einen solchen kann es aber nicht geben, da die Zeit ihren Anfang im Urknall hatte. Um die ART, auf die sich die Urknalltheorie gründet, zu verstehen, es ist wichtig, sich das Konzept der Raumzeit klarzumachen. Raum und Zeit bilden eine Einheit, und diese Einheit ist in der ART - anders als in der SRT (Spezielle Relativitätstheorie) - dynamisch, vor allem aber kann sie Ränder besitzen. Genau so einen Rand bildet (in der Urknalltheorie) der Urknall, die Anfangssingularität. Die Raumzeit endet an diesem Rand, es gibt keine Fortsetzung von ihr über den Rand hinaus.

wissen aber auch nicht gerade was momentan abgeht? .

warum sollten wir das nicht wissen?

Dann wird die erste verwendbare Erklärung was Dunkle Materie und Dunkle Energie eigentlich sein soll (sofern Sie eigentlich wirklich existiert) wirklich sehr interessant werden.

was Dunkle Energie ist, ist eigentlich insofern klar, als dass es sich um ein Medium handelt, bei dem p < -rho/3, und somit rho + 3p < 0 gilt, und das somit beschleunigend auf die Expansion wirkt.

Noch etwas zur Rolle des Drucks p: man könnte erwarten, dass ein hoher positiver Druck die Expansion eher beschleunigen als verlangsamen sollte. Das ist aber nicht der Fall, da die Wirkung auf die Expansion nicht mechanisch ist, sondern gravitativ. Und gravitativ hat laut den ART-Feldgleichungen der Druck eben genau den gegenteiligen Effekt wie mechanisch. Wenn man ein Gas in eine Flasche einsperrt, so ist der (positive) Gasdruck bestrebt, das Gas zur Expansionzu bringen. Diese Wirkung ist mechanisch. Die Expansion des Raumes aber kann nicht mechanisch beeinflusst werden, sondern nur gravitativ. Deswegen wirkt ein positiver Druck bremsend, ein negativer Druck beschleunigend.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 6 Minuten und 17 Sekunden:

Wasserstoff entsteht erst über 300.000 Jahre später.

Wasserstoff und Helium sind aber noch die ersten "Metalle" die entstanden sind oder? Davor war ja noch die Entstehung von Quarks usw. unsere Naturgesetze usw. lasse ich mal außen vor...

man muss hier unterscheiden zwischen der Entstehung von Atomkernen schwerer als Wasserstoff, also z.B. Helium-Kernen, und der Entstehung von vollständigen Atomen (Kerne + Elektronenhülle). Wasserstoff in Atomkernform, d.h. als einzelnes Proton, existierte von Anfang an, oder zumindest ab dem Zeitpunkt, zu dem die Dichte unter die eines Quark-Gluon-Plasmas gefallen war. Die Bildung von Wasserstoff-Atomen (Proton + Elektron) fand hingegen erst nach 300000 Jahren statt, als Materie und Strahlung entkoppelten. Die Bildung von Atomkernen schwerer als Wasserstoff, insbesondere von Helium-Kernen, war zeitlich dazwischen (zwischen der Bildung von Protonen und der von Atomen), innerhalb der ersten drei Minuten.

[Dannyboy]

Wasserstoff und Helium sind aber noch die ersten "Metalle" die entstanden sind oder? Davor war ja noch die Entstehung von Quarks usw. unsere Naturgesetze usw. lasse ich mal außen vor...

Metalle werden in der Astrophysik alle Elemente außer H und He bezeichnet

[CPL386]

Wasserstoff entsteht erst über 300.000 Jahre später.

Wasserstoff und Helium sind aber noch die ersten "Metalle" die entstanden sind oder? Davor war ja noch die Entstehung von Quarks usw. unsere Naturgesetze usw. lasse ich mal außen vor...

[Mondkalb]

Für das initiale Ereignis ist gar nicht mal so viel Masse bzw. Energie vonnöten. Verschiedentlich habe ich gelesen, dass für den eigentlichen Anfang eine Masse von weniger als 10 kg ausreicht (allerdings extrem dicht gepackt).
Die gesamte restliche Materie und Energie ist nach der Inflationstheorie erst anschließend als Nebenergebnis aus dem Inflaton-Feld gewissermaßen kondensiert.

[Dannyboy]

Hmmm, mit anderen Worten zuerst haben wir nix, dann passiert etwas, Raum gefüllt mit Materie (Wasserstoff und Antimaterie) und Zeit entstehen.

Wasserstoff entsteht erst über 300.000 Jahre später.


Die ersten 10^-44 Sekunden sind völlig unklar. Dann trat vermutlich eine winzig kurze Phase massiver Expansion ein, die kosmische Expansion.
Die soll dafür gesorgt haben, dass das Universum im großen und ganzen gleicvh aussieht.

[CPL386]

Hmmm, mit anderen Worten zuerst haben wir nix, dann passiert etwas, Raum gefüllt mit Materie (Wasserstoff und Antimaterie) und Zeit entstehen. Fast die hälfte löscht sich durch Kollision usw. aus (Materie Antimaterie Reaktion) raum erweitert sich, kühlt ab, es bilden sich Klumpen und ca. da sind wir jetzt. wissen aber auch nicht gerade was momentan abgeht? .

Dann wird die erste verwendbare Erklärung was Dunkle Materie und Dunkle Energie eigentlich sein soll (sofern Sie eigentlich wirklich existiert) wirklich sehr interessant werden.


Danke Dannyboy, hat mein Verständnis etwas weiter gebracht.
Ich weiß dass ich nix weiß

[Dannyboy]

Gescheite Metapher? Nicht wirklich, denn es ist nunmal ein ganz und gar singuläres Ereignis.Es ist ein Ereignis, bei dem Raum, Zeit und Materie selbst entstand und kein Ereignis, bei dem Materie in der Raumzeit etwas wiederfährt (wie bei einer Explosion).

[CPL386]

Danke Dannyboy,
das der Name eigentlich eine Abwertung war/ist wusste ich bereits.

Aber wie habe ich mir das dann eigentlich vor zu stellen?
Es wird ja immer als Explosion dargestellt, gibt es da ne halbwegs gescheite / verständliche Metapher oder etwas in der Art?

[Dannyboy]

Der Name "Big Bang" wurde eigentlich als Abwertung von Fred Hoyle erfunden und man darf sich das ganz und gar nicht als Explosion vorstellen. Es gibt keine Druckwelle und die Dunkle Energie kann damit auch überhaupt nicht erklärt werden.

Die Phase der Inflation zu Beginn war der große Gleichmacher.

[CPL386]

Mal eine dümmliche frage meiner Seits.
Ich lese das alles hier immer wie "Vor dem Urknall" & "Nach dem Urknall", bleibe aber eher IM Urknall hängen. Sprich: Der Urknall ist eigentlich noch nicht abgeschlossen und expandiert deswegen immer noch, was er soweit ich mitbekommen habe wohl ewig tun wird. Es soll ja keinen "Big Bounce" geben soweit mir mal erzählt worden ist.

Da krieg ich später das Problem mit der "Dunklen Energie" die ich mit aber ggf. noch durch die Druckwelle die der Explosion vorgeht halbwegs erklären könnte.

Und da bleib ich dann erst recht hängen. Diese Druckwelle müsste eigentlich der Materie vorausgehen. Gut, dadurch wäre für mich zwar die Sache mit Energieerhaltung erklärt, jedoch nicht wie diese Druckwelle auf einmal hinter der Materie auftaucht. Vielleicht eine Art Reflektionseffekt?


Bitte mich nicht gleich zerreißen, aber wo hab ich da überall Fehler?

[Agent Scullie]

Die anscheinend fehlende Energie steckt im Gravitationsfeld, da man Energie aufwenden muss, um zwei Materiebrocken oder Planeten oder Teilchen voneinander zu entfernen.
Laut Hawking ist die Gesamtenergie des Universums deswegen Null.

man kann für das expandierende Universum zwei unterschiedliche Energiebegriffe definieren. Zum einen kann man aus der Friedmann-Gleichung eine Gleichung ableiten, in der zwei Terme auftreten, einer, in den das Quadrat der Zeitableitung des Skalenfaktors (der Expansionsgeschwindigkeit, wenn man so will) eingeht, und einer, der eine Funktion des Skalenfaktors ist, wobei die Summe beider Terme konstant ist. Wenn man jetzt den ersten Term als "kinetische Energie" deutet und den zweiten als "potentielle Energie", dann erhält man in der Tat, dass die Gesamtenergie des Universums konstant ist. Bei einem verlangsamt expandierenden Universum nimmt der zweite Term (nennen wir ihn fortan potentielle Energie (I)) mit steigendem Skalenfaktor zu, entsprechend muss der erste Terme (nennen wir ihn kinetische Energie (I)) abnehmen -> die Expansion wird verlangsamt. Bei beschleunigter Expansion nimmt der zweite Term mit wachsendem Skalenfaktor ab, daher muss der erste Terme größer werden -> die Expansion wird schneller. Ein Universum wie unseres, wo die Expansion erst verlangsamt ist und dann später beschleunigt, kann durch eine potentielle Energie (I) beschrieben werden, die erst zunimmt, bei einem bestimmten Skalenfaktor ein Maximum hat, und dann wieder abnimmt. Soweit so gut.

Alternativ kann man aber auch die Energiedichte des kosmischen Mediums (staubartige Materie, Strahlung, Dunkle Energie), die durch die 00-Komponente des Energie-Impuls-Tensors ausgedrückt wird, über den gesamten Raum integrieren und erhält dadurch ebenfalls eine Energie, nennen wir sie Energie (II). Es zeigt sich jedoch, dass diese Energie (II) in keinerlei Zusammenhang zu den beiden Termen in der oben genannten Gleichung, kinetische Energie (I) und potentielle Energie (I), steht. Nehmen wir ein von staubartiger Materie dominiertes Universum. Da in einem solchen die Expansion verlangsamt ist, nimmt die kinetische Energie (I) ab und die potentielle Energie (I) zu, wenn der Skalenfaktor größer wird. Die aus der Energiedichte berechnete Energie (I) hingegen bleibt konstant: die Energiedichte nimmt in genau dem Maße ab, in dem sich das Volumen des Universums vergrößert. Man kann Energie (II) also weder mit der kinetischen Energie (I) noch mit der potentiellen Energie (I) identifizieren. Aber vielleicht ja mit der Summe beider Energien, die ist ja auch konstant. Besonders plausibel mutet das aber nicht an: die Energie (II) ist ja die Energie der Materie, nicht des Gravitationsfeldes, die potentielle Energie (I) sollte jedoch zum Gravitationsfeld gehören.

Aber betrachten wir noch andere kosmische Medien. Nehmen wir ein von Strahlung dominiertes Universum. Da auch hier die Expansion verlangsamt ist, nimmt die potentielle Energie (I) zu und die kinetische Energie (I) ab. Was passiert mit der Energie (II) der Strahlung? Die nimmt ebenfalls ab. Rein qualitativ stimmt das mit dem Verhalten der kinetischen Energie (I) überein, aber quantitativ passt es nicht. Die Energiedichte der Strahlung fällt mit der 4. Potenz des Skalenfaktors, und das Volumen mit der 3. Potenz des Skalenfaktors zunimmt, nimmt die Energie (II) umgekehrt proportional zum Skalenfaktor ab. Nicht so die kinetische Energie (I). Für ein strahlungsdominiertes Universum nimmt Skalenfaktor mit t^(1/2) zu, seine Zeitableitung geht entsprechend mit t^(-1/2), und ist folglich umgekehrt proportional zum Skalenfaktor. Die kinetische Energie (I) ist damit aber umgekehrt proportional zum Quadrat des Skalenfaktors, statt zum Skalenfaktor selbst. Folglich kann die Energie (II) nicht mit der kinetischen Energie (I) identifiziert werden.

Betrachten wir noch die Dunkle Energie. Wenn diese das Universum dominiert, ist die Expansion exponentiell. Da die Energiedichte konstant ist, nimmt die Energie (II) mit der dritten Potenz des Skalenfaktors zu. Und die kinetische Energie (I)? Bei exponentieller Expansion ist die Zeitableitung des Skalenfaktors stets proportional zum Skalenfaktor, die kinetische Energie (I) entsprechend proportional zur zweite Potenz. Auch hier passen die Energie (II) und die kinetische Energie (I) nicht zusammen.

Man sieht also, es lassen sich hier zwei unterschiedliche Energiebegriffe definieren, zwischen denen sich kein so rechter Zusammenhang herstellen lässt. Beim einen Energiebegriff bleibt die Energie global erhalten, beim anderen nicht. Daran zeigt sich, dass das Konzept der Energie in der ART eine gewisse Beliebigkeit erhält. So ist z.B. auch die Energie eines Gravitationsfeldes oder die Energie eines Teilchens im Gravitationsfeld nicht eindeutig definierbar.