Wie passen allgemeine Relativitätstheorie (ART) und Quantenmechanik (QM) zusammen?

UN73 schrieb:

Die einzige verbleibende evidenzbasierte Möglichkeit, den Ursprung des Universums weiter zu erforschen, sind Gravitationswellen...

Das Problem ist, dass GW vor der Inflation wegen der Dehnung wohl niemals gemessen werden können.
Selbst eine GW der Wellenlänge λ=rP hätte heute die Wellenlänge
λ' = rH/²Ωk > 548,1 Gly

Somit bliebe nur noch die Wellenlänge von GW, die während der Inflation entstanden sind
λ' > rP·T/T° = 0.00054832 m

..was mir nicht klar ist, Gravitationswellen müssen eine Quelle haben z.B. Gravitationswellen, die von zwei einander umkreisenden Neutronensternen ausgesandt werden oder beim Verschmelzen zweier Schwarzer Löcher oder bei Pulsaren, Supernovae.

Was genau wäre die Quelle bei der postulierten Gravitationswellen-Hintergrundstrahlung?
Und wann genau (Zeitpunkt/ Ursache) könnten die ersten Gravitationswellen im frühen Universum entstanden sein?


Man beachte, dass die Entstehung von Gravitationswellen früher zu beobachten sein soll als das Licht vom kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB).

Zur Gravitationswellen-Hintergrundstrahlung ist bei Wikipedia folgendes zu lesen:

Nach dem Ausstieg der NASA war die Zukunft des Projektes [zur Erforschung der Gravitationswellen-Hintergrundstrahlung] jedoch ungewiss. Das Folgeprojekt NGO (New Gravitational Wave Observatory) wurde 2012 von der europäischen Weltraumorganisation ESA zugunsten der Mission JUICE, deren Ziel die Erkundung der Jupitermonde ist, zurückgestellt. 2013 wurde das Projekt von der ESA als L3-Mission unter dem Thema „Das gravitative Universum“ in die weiteren Planungen aufgenommen. Der Start ist für 2037 geplant.

Quelle:  de.wikipedia.org/wiki/Gravitationswelle#...Hintergrundstrahlung

Klingt jetzt nicht gerade nach einem Vorhaben von oberster Priorität...
 

Die Aussichten sind äußerst gering.
Oder sagen wir mal so:
LISA wäre dafür auch hilfreich, aber vermutlich nicht ausreichend.

Nach WMAP sah es so aus, als könnte man aus dem Verlauf links des ersten Peak des Powerspektrum irgend etwas herauslesen, aber PLANCK hat durch exaktere Daten mit höherer Auflösung gezeigt, dass dieser Bereich (abgesehen von der  ohnehin statistischen Irrlevanz) vollkommen nichtssagend (chaotisch) ist.

www.fe-lexikon.info/lexikon/lisa
Es wird gehofft, dass LISA Gravitationswellen von superschweren Schwarzen Löchern in einem großen Teil des beobachtbaren Universums aufspüren können wird und vielleicht sogar diejenigen Wellen, die vom Urknall herstammen, der spektakulärsten Quelle von Gravitationswellen überhaupt. Auch sollen möglicherweise Veränderungen der Raumzeit bei HM Cancri gemessen werden können.




wiki (HM Cancri):
Das System sollte auch die stärkste bekannte Quelle von vermuteten Gravitationswellen sein. Mit dem Projekt eLISA/NGO, einem für 2034 geplanten, aus drei Satelliten bestehenden interferometrischen Gravitationswellendetektor der ESA, sollen deswegen die Gravitationswellen von HM Cancri gemessen werden. Die Abstrahlung von Gravitationswellen würde auch die beobachtete Verringerung der Periode um 1,2 Millisekunden pro Jahr gut erklären. Arne Rau sagte zu den erwarteten durch HM Cancri entstehenden Gravitationswellen: „Es wäre ein Schock, sollte HM Cancri nicht [durch LISA] gesehen werden, zudem würde es eine der Hauptaussagen aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie in Frage stellen.

www.aei.mpg.de/ptas
We are entering the era where detection of nanohertz gravitational waves may be possible with pulsar timing arrays (PTAs). In summer 2023, independent publications by four different Pulsar Timing Array collaborations (CPTA, EPTA, NANOGrav, PPTA) have reported varying levels of evidence, ranging from “weak” to “compelling”, for a stochastic gravitational-wave background in this frequency range.

...im folgenden Interview von der internationalen Gesellschaft für Quantengravitation mit Prof. Erik Verlinde wird basierend auf der von Neumann Verschränkungsentropie (ein Maß für den Grad der Quantenverschränkung) eine neuartige Idee vorgestellt, wie die Quantenphysik (QM) und die allgemeine Relativitätstheorie (ART) zusammenpassen könnten.

Sind Gravitation und Raumzeit fundamental oder aus der Quantenphysik ableitbar (emergent)? | Prof. Erik Verlinde

Moderator:
"Was sind denn nun die Grundbausteine des Universums?"

Prof. Erik Verlinde:   hier anklicken
"Verschränkte Quanteninformation ist sozusagen der Grundbaustein, aus dem Raumzeit entsteht. Raumzeit und Gravitation ergeben sich durch Quantenverschränkung von Informationen auf der einen Seite des Horizonts und der anderen Seite.
Auch wenn man an Objekte wie einen Tisch oder was auch immer denkt, ist es nur deshalb ein Objekt, weil die Moleküle auf irgendeine Weise miteinander verbunden sind. In der Raumzeit müssen wir im Grunde die gleiche Frage stellen. Wenn ich Raumzeit nehme und die Raumzeit in zwei Hälften schneide, woher weiß die rechte Seite des Raums, dass sie mit der linken Seite verbunden ist. Und jetzt haben wir verstanden, dass der Ursprung verschränkte Quanteninformation ist.
Verschränkte Quanteninformation ist die bindende Kraft, die die Raumzeit zusammenhält. Das ist die mikroskopische Sprache, in der wir jetzt anfangen müssen, den Ursprung von Raumzeit und Gravitation zu formulieren."

Josef M. Gaßner sagt in seinem Video zur Entropischen Gravitation:  hier anklicken

"Der US-amerikanische Physiker Ted Jacobson hat 1995 noch mal einen draufgesetzt. Er konnte zeigen, dass durch diese thermodynamischen Betrachtungen (argumentiert dann über die Entropie) sich eine Zustandssumme herleiten lässt (das ist ja dieses typische thermodynamische Vorgehen) und dabei lassen sich die Feldgleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie erzeugen. Das war natürlich ein Kracher."

Entropische Gravitation von Prof. Erik Verlinde & Motivation des holographischen Prinzips | Josef M. Gaßner

 

UN73 schrieb:

Aber wann genau könnten die ersten Gravitationswellen im frühen Universum entstanden sein?

EIGENTLICH müssten Gravitonen genauso wie Photonen und alle anderen Teilchen im thermischen Gleichgewicht entstanden sein, also genausoviele Gravitonen wie Photonen, da beide masselos und Bosonen sind.
Und sie sollten auch nicht ausfrieren bzw dies nichts ändern. Sie frieren wegen der geringen Wechselwirkung natürlich schon aus, nur sieht man es ihnen nicht an.
Also sollte der CGB (cosmic graviton background) genauso sein wie die CMB.
E = c²ρ/n = 1,0165e-22 J = 630 μeV je Photon und je Graviton durchschnittlich

Ah Moment:
Das Graviton soll Spin 2 haben, es hat also 4 Freiheitsgrade gegenüber dem Photon mit Spin 1 also 2 Freiheitsgraden.
Damit muss es doppelt soviele Gravitonen wie Photonen geben.

Ωg ≈ 2Ωγ und zusammen also inkl Photonen und Neutrinos  Ωr → 4Ωγ statt bisher knapp 2Ωγ

Soweit ich es verstehe, muss man das Reheating der Antimaterie Annihilation nicht wie bei den Neutrinos in Abzug bringen, weil ja auch nachher noch Gravitonen aus den Photonen entstehen können.

Kurt schrieb:

Die Zustände der beiden Lagen sind von Anfang an vorhanden.
Wäre eine nachträgliche Änderung oder Festlegung eines Zustandes, und damit auch der andere Zustand, möglich dann könnte man Informationen übertragen.
 

Hallo Kurt

Quantenmechanik ist getrennt von der Raumzeit. Ein Photon besitzt keine Eigenzeit
Es gibt auch keinen Teilchen/Wellen Dualismus sondern eine Quanteneigenschaft die wir in der Raumzeit als Teilchen oder Wellencharakter wahrnehmen.
Es gibt immer nur Verschränkungen von Quanteneigenschaften, es sind nicht die Photonen oder Elektronen verschränkt sondern Eigenschaften wie Polarisation, Spin oder eine zeitliche Verschränkung von 3 Photonen.
Die Verschränkung ist nichtlokal da Quanten keinerlei Raumzeit Eigenschaften haben.
Darum ist es auch keine Fernwirkung da für sie keine räumliche Distanz existiert.

2 Elektronen deren Spin verschränkt ist haben solange bis eines gemessen wird die gemeinsame Spin Up+Down Eigenschaft.
Erst wen bei einem Spin Up gemessen wird hat das andere die Eigenschaft Spin Down.

Dadurch kann keinerlei Informationen übertragen werden.

schrieb:

Soweit ich es verstehe, muss man das Reheating der Antimaterie Annihilation nicht wie bei den Neutrinos in Abzug bringen, weil ja auch nachher noch Gravitonen aus den Photonen entstehen können.

 

Ja nee, ist klar. Ist wohl ein Zitat aus einer SciFi-Serie. Wer hat das gesagt?
Ich tippe auf Scotty im Maschinenraum beim Umbau des Warp-Kerns.
SCNR

UN73 schrieb:

Was genau wäre die Quelle bei der postulierten Gravitationswellen-Hintergrundstrahlung?
Und wann genau (Zeitpunkt/ Ursache) könnten die ersten Gravitationswellen im frühen Universum entstanden sein?
 

Gute Frage, den nur bewegte Materie erzeugt Gravitationswellen.
Bei der Inflation hatte Materie nicht viel Möglichkeiten sich zu bewegen den der Raum und nicht die Materie hat sich bewegt.

Rainer Raisch schrieb:

EIGENTLICH müssten Gravitonen genauso wie Photonen und alle anderen Teilchen im thermischen Gleichgewicht entstanden sein, also genausoviele Gravitonen wie Photonen, da beide masselos und Bosonen sind.

weil ja auch nachher noch Gravitonen aus den Photonen entstehen können.
 

Aha

heinzendres schrieb:

Darum ist es auch keine Fernwirkung da für sie keine räumliche Distanz existiert.

Das ist leider Unsinn.
Nach dieser Logik könnten Photonen gleichzeitig entstehen und in großer Entfernung gemessen werden, "da für sie keine räumliche Distanz existiert".

In der fiktiven Eigenzeit der Photonen könnten sie dies tatsächlich nicht unterscheiden, aber WIR können dies sehr wohl.

heinzendres schrieb:

Aha

Das Problem ist die geringe Wechselwirkung der Gravitonen. Gravitation ist die schwächste aller Kräfte, und schon Neutrinos können wegen der Schwachen Wechselwirkung kaum gemessen werden. An die Messung der CNB (cosmic neutrino background radiation) kann man gar nicht denken, dies gilt noch viel extremer für die GW.

UN73 schrieb in Kommentar #439

"Was genau wäre die Quelle bei der postulierten Gravitationswellen-Hintergrundstrahlung?
Und wann genau (Zeitpunkt/ Ursache) könnten die ersten Gravitationswellen im frühen Universum entstanden sein?"

heinzendres schrieb in Kommentar #451

"Gute Frage, denn nur bewegte Materie erzeugt Gravitationswellen.
Bei der Inflation hatte Materie nicht viel Möglichkeiten sich zu bewegen denn der Raum expandierte und die Materie hat sich nicht bewegt."

Bitte auch beachten...

Die postulierte kosmologische Inflation (Energie=10^14 GeV; Temperatur des Universums=10^27 K) begann etwa bei 10 hoch −35 Sekunden und dauerte bis zu einem Zeitpunkt zwischen 10 hoch −33 Sekunden und 10 hoch −30 Sekunden nach dem Urknall.

Erst nach der Inflation erhielten die Elementarteilchen ihre Ruhemasse, bei etwa 10 hoch −10 Sekunden:
Symmetriebruch des Higgs-Feldes (Energie=125 GeV; Temperatur des Universums=10^15 K)
Higgs-Feld tritt seinen Dienst an und verleiht den Elementarteilchen ihre Ruhemasse.

Für mehr Details zur Chronologie der Energie- und Temperaturentwicklung im frühen Universum bitte  hier anklicken
de.wikipedia.org/wiki/Inflation_(Kosmologie)

Anbei auch ein aktueller Vortrag von Prof. Gerd Ganteför (veröffentlicht vor 4 Tagen am 16.04.2024), in welchem die frühesten Entwicklungsstadien des Universums bis heute und die neuesten Daten vom James-Webb-Weltraumteleskop diskutiert werden.
Das Video wirft folgende provokante und kontroverse Fragestellung auf:

Gab es doch KEINEN URKNALL? ( J. WEBB) - Astrophysik & Kosmologie | Prof. Gerd Ganteför

Fazit von Prof. Gerd Ganteför:
Bisher kein eindeutiger Beweis, dass es den Urknall nicht gegeben hat und bisher kein eindeutiger Bruch mit dem Standardmodell, aber die neuesten Daten vom James-Webb-Weltraumteleskop werfen viele offene Fragen auf, die eine Korrektur und Anpassung des Standardmodells zur Entstehung des Universums (insbesondere bezüglich der Dynamik des Wachstums der frühesten Galaxien) notwendig machen könnten.

heinzendres schrieb:

den nur bewegte Materie erzeugt Gravitationswellen.

Bewegung ist relativ und erzeugt natürlich keine GW.
Nur Beschleunigung erzeugt GW, und das auch nur bei einer Asymmetrie.
Ein absolut symmetrisch implodierender (oder explodierender) Stern erzeugt zB keine GW. Genausowenig ein rotierender symmetrischer Körper.

Rainer Raisch schrieb:

heinzendres schrieb:

Darum ist es auch keine Fernwirkung da für sie keine räumliche Distanz existiert.

Das ist leider Unsinn.
Nach dieser Logik könnten Photonen gleichzeitig entstehen und in großer Entfernung gemessen werden, "da für sie keine räumliche Distanz existiert".

In der fiktiven Eigenzeit der Photonen könnten sie dies tatsächlich nicht unterscheiden, aber WIR können dies sehr wohl.

heinzendres schrieb:

Aha

Das Problem ist die geringe Wechselwirkung der Gravitonen. Gravitation ist die schwächste aller Kräfte, und schon Neutrinos können wegen der Schwachen Wechselwirkung kaum gemessen werden. An die Messung der CNB (cosmic neutrino background radiation) kann man gar nicht denken, dies gilt noch viel extremer für die GW.
 

Die Wechselwirkungen der Quantenmechanik existieren in der Raumzeit nicht aber die Quanten, dafür haben wir das Hilfskonstrukt der Wellenfunktion.
Und Gravitation ist keine Kraft
Kein wunder das du Prof. Christof Wetterich nicht bzw. falsch verstehst.

Nach dieser Logik könnten Photonen gleichzeitig entstehen und in großer Entfernung gemessen werden, "da für sie keine räumliche Distanz existiert".

Fast.
Keine Raumzeitliche Distanz, Raum und Zeit kann nicht getrennt betrachtet werden. Für uns als teil der Raumzeit existiert zwischen beiden Punkten die Wellenfunktion.
 

In der fiktiven Eigenzeit der Photonen könnten sie dies tatsächlich nicht unterscheiden, aber WIR können dies sehr wohl.

Das einzig richtige an dem Satz ist das du nicht Inertialsystem des Photon geschrieben hast den es hat keines, und die Wellenfunktion die den weg des Photon beschreibt ist nicht das Photon. Wir sind keine Quantenobjekte sondern teil der Raumzeit.  

UN73 schrieb:

Dynamik des Wachstums der frühesten Galaxien

In die Modellierung wurde und wird viel Arbeit gesteckt, und das ist noch lange nicht annähernd perfekt.

heinzendres schrieb:

nicht Inertialsystem des Photon geschrieben hast den es hat keines
 

Damit dürfte Dir klar sein, dass das Unsinn war:

heinzendres schrieb:

Darum ist es auch keine Fernwirkung da für sie keine räumliche Distanz existiert.  
 

heinzendres schrieb:

Und Gravitation ist keine Kraft

Keine Wechselwirkung ist eine "Kraft" im Sinne von Energieaufwand pro Entfernung, sondern eine konservative Kraft, das weiß doch jeder, das muss man doch nicht dazusagen. Dennoch ist Kraft das Produkt aus Beschleunigung und Masse, zB die Gravitationskraft
F = m·g Gewichtskraft

Jede Wechselwirkung wird durch Potentialunterschiede in der Raumzeit verursacht. Da ist die Gravitation gar nichts Besonderes. Jede Wechselwirkung stellt eine Krümmung der Raumzeit für die Teilchen dar, die mit ihr koppeln.

Das oben verlinkte Video von Josef Gaßner zum Holografischen Prinzip ist sehr informativ und aufschlussreich, wie ich finde. Natürlich verstehe ich die Zusammenhänge nicht wirklich, aber man bekommt eine gute Ahnung davon, wie es in etwa funktionieren soll. Als eine Art Fazit ist mir hängen geblieben, dass noch nach einer Art Algorithmus gesucht wird, der die Zuordnung der Informationseinheiten auf die 2-dimensionale Fläche bewerkstelligt.

Insgesamt kommt mir das aber vor wie die Stringtheorien, nach einigem Finetuning irgendwie mathematisch stimmig, aber nicht falsifizierbar^^.
 

Steinzeit-Astronom schrieb:

aber nicht falsifizierbar^

Zunächst ist es ja nur eine andere Darstellung. Man kann allerdings vermuten, dass sich Abweichungen ergeben könnten, weil das holografische Prinzip nicht so perfekt sein kann, alles exakt abzubilden. Das ist ähnlich wie bei einer Quantisierung des Raumes. Nach derartigen Artefakten wird gesucht. Und ich würde sagen: The pictures are too clear.
www.wissenschaft.de/technik-digitales/sc...g-von-raum-und-zeit/
arxiv.org/pdf/astro-ph/0303043