Gedanken über den Ursprung unseres Universums, den Big Bang, Sekunde 0

früher hatte ich schon aus der Wellenlänge der intensivsten Strahlung berechnet
1212 Mrd Jahre

Beides sind natürlich statistische Mittelwerte

Um das Thema nochmal zu befeuern möchte ich folgenden Gedanken in die Welt setzen:

wir nehmen an, dass das Higgsfeld gleich nach dem Beginn den Elementarteilchen ihre Masse verliehen hat.
als da sind die Quarks, die Elektronen und die Neutrinos, zusammen die Fermionen.
Die Wechselwirkungsteilchen, die Gluonen, die W und Z Bosonen und die Photonen sind Energieaustauschteilchen, die am Ende des Universums, also beim Erreichen des absoluten Nullpunkts keine Rolle mehr spielen. Am absoluten Ende und absoluten Temperaturnullpunkt darf es keine Austauschteilchen mehr geben, da sie ja dort noch einen Energieinhalt hätten.
Ja, aber was wird dann aus den verbliebenen Elementarteichen?
Liefert deren Weiterexistenz der expandierenden Raumzeit einen Grund, weiter expandieren zu dürfen?

Wird eine weitere Expansion auch zu einer Vernichtung der Fermionen führen?

was sagt denn die ART zu so einem Szenario?

sie sagt, dass der Raum, die Zeit und der Energieinhalt des Universum miteinander verknüpft sind.

Das bedeutet, dass die Expansion sich selbst vernichtet, wenn sie den Energieinhalt der Raumzeit vernichtet.

viel Spaß beim Nachdenken!

Thomas

 

Ich würde sagen, dass das Universum bei fortschreitender Ausdehnung sich dem absoluten Temperaturnullpunkt zwar beliebig annähern, ihn aber nie erreichen wird.

Somit würden die Wechselwirkungen und ihre Austauschteilchen weiterhin existieren. Ein Elektron oder ein Proton hätten dann beispielsweise weiterhin ihre elektromagnetische Wechselwirkung.

Clauss schrieb:

Somit würden die Wechselwirkungen und ihre Austauschteilchen weiterhin existieren. Ein Elektron oder ein Proton hätten dann beispielsweise weiterhin ihre elektromagnetische Wechselwirkung.

Solange beide in der selben Hubble Sphäre sind, also ein Atom gebildet haben, denn sonst wären sie nicht mehr in der selben HS, sondern unwiderbringlich auseinandergetrieben.

Aber jedes Teilchen verursacht in Folge seiner Ladung zumindest eine Vakuumpolarisation und erzeugt zumindest aus klassischer Sicht Potentialfelder der Ladung und der Masse.

Bei dem Modell der Hawkingstrahlung geht man davon aus, dass (auch) einzelne Teilchen abgestrahlt werden, womöglich paarweise in Gegenrichtung. Diese landen dann unweigerlich in separaten Hubble Sphären, sofern nicht unmittelbar ein passendes Teilchen in gleicher Richtung abgestrahlt wird, das sich mit dem ersten verbinden kann, wie etwa Proton+Elektron. Im Falle eines Neutrons wird dieses zu Proton und Elektron zerfallen, die sich zu Wasserstoff verbinden können, sofern die kinetische Energie nicht zu groß ist, diese für immer zu trennen.

ΔE = c²(mn-mp) = 1293332 eV
γ = ΔE/c²me = 2,53 → β = 0.918637
Diese Fluchtgeschwindigkeit entspricht einem Abstand von
ve = c·β =  ²(2kC·e²/(me·r))
r = 2kC·e²/ve²me = 6.6784e-15 m
bzw natürlich relativistisch
r = kC·e²/c²me(γ-1) = 1.84179e-15 m

Also sollte es wieder eingefangen werden, denn Proton und Neutron sind nur ca 2/5 so groß (8,64e-16 m), und das sollte dann auch der ursprüngliche Abstand sein, wo das Elektron entsteht. Und durch die Impulsverteilung zwischen Proton und Elektron sollte die Relativgeschwindigkeit noch deutlich langsamer sein.

Bis jetzt sehe ich noch keine realen Hinweise darauf, dass die Expansion einmal so stark wird, dass sie Atome oder Moleküle aufsplittet oder gar chemische Elemente trennt.

Das Big-Rip Szenario ist meines Wissens erstmal nur in der Vorstellung mancher Theoretiker - aber noch ohne tatsächliche experimentelle Befunde.

Clauss schrieb:

Bis jetzt sehe ich noch keine realen Hinweise darauf, dass die Expansion einmal so stark wird, dass sie Atome oder Moleküle aufsplittet oder gar chemische Elemente trennt.

Nein, dafür gibt es keine Hinweise. Dafür müsste sich der Wert von Λ wieder dramatisch vergrößern, was so wäre, wie wenn gefrorenes Wasser plötzlich grundlos zu kochen anfangen würde.

Clauss,

Ich weiß nicht, ob du das richtig siehst.  Da rast ein Zug mit zunehmender Geschwindigkeit auf eine unendlich dicke Mauer zu.
Der absolute Nullpunkt ist die Mauer und der beschleunigende Zug ist das exponentielle Wachstum der Expansion der Raumzeit, auch Big Rip genannt.
Die Materiedichte nimmt ab und auch die Dichte der DM. Dagegen steht die Zunahme der Expansionsenergie.
Dagegen steht jetzt die Frage, ob die Gesamtenergie = 0 ist.
wäre sie das, dann hätte man doch längst einen bremsenden Effekt der M und der DM feststelle müssen.
Dass es den gibt, sei unbestritten. Aber er scheint nicht auszureichen, um die Raumzeit an einer beschleunigten Expansion zu hindern.

wenn diese Hypothese stimmen sollte, dann rast der Zug mit zunehmender Geschwindigkeit gegen die Mauer des absoluten Nullpunkts.

Eine asymptotische Annäherung würde in die Unendlichkeit führen und das ist physikalisch nicht möglich.

Thomas

Thomas schrieb:

ist das exponentielle Wachstum der Expansion der Raumzeit, auch Big Rip genannt.

Nein, dies wird Big Freeze genannt.

Der Big Rip bedeutet, dass die Vakuumenergie wieder so zunehmen würde, wie zur Zeit der Inflation, so dass sogar bisher gebundene Systeme bis hinunter zu Nukleonen zerrissen werden.

Die exponentielle Expansion ȧ = H·a = H·exp(H·t) betrifft Distanzen zu Teile, die mit dem Hubble Flow mitgerissen werden und nicht gebundene Systeme.
Für gebundene Systeme gilt die absolute Expansionsrate H, eben weil sich hier die inneren Entfernungen nicht mit dem Hubble Flow vergrößern. Da sie gebunden sind, bleiben sie auch gebunden, ihnen kann die Expansion nichts anhaben.
Während a und ȧ → ∞ strebt H = ȧ/a→ ²(Λ/3)c, weil die Expansion immer noch gebremst wird, solange es reelle Energie (Materie/Strahlung) gibt, und/wenn die Vakuumdichte sich nicht verändert.

Das Ergebnis ist eben der Big Freeze, also exponentiell weit getrennte stabile Inseln im erkaltenden Universum.

Rainer,
Der Big Rip entspricht der Vorstellung, dass das Universum weiter exponentiell an Raumzeit zugewinnt.
Der Big Freeze bedeutet, dass das Universum dabei den Kältetod erleidet.

und die Frage war eigentlich, wie geht das zusammen, wenn es einen absoluten Nullpunkt gibt, der nicht unterschritten werden kann.

Thomas schrieb:

Rainer,
Der Big Rip entspricht der Vorstellung, dass das Universum weiter exponentiell an Raumzeit zugewinnt.
Der Big Freeze bedeutet, dass das Universum dabei den Kältetod erleidet.

Da irrst Du Dich:

wiki:
Der Big Rip (englisch etwa für „das große Zerreißen“, vereinzelt auch „Endknall“ genannt) ist in der Kosmologie neben dem Big Crunch („der große Zusammenbruch“, Kollaps) und dem Big Freeze („das große Einfrieren“, ewige Expansion) eine der drei meistdiskutierten Hypothesen von einem Ende des Universums. Dabei nimmt die Expansionsrate immer schneller zu und divergiert schließlich in einem Big Rip genannten singulären Ereignis. Das Universum zerrisse von den größten zu den kleinsten Strukturen:

Die exponentielle Expansion bedeutet dabei sowieso, dass das Universum den Kältetod erleidet. Das wird deshalb der Big Freeze genannt.

Thomas schrieb:

Eine asymptotische Annäherung würde in die Unendlichkeit führen und das ist physikalisch nicht möglich.

Darin unterscheidet sich eine asymptotische Annäherung gerade von der Unendlichkeit. Im Unendlichen würde der Punkt erreicht, bei der asymptotischen Annäherung jedoch niemals.

Thomas schrieb:

und die Frage war eigentlich, wie geht das zusammen, wenn es einen absoluten Nullpunkt gibt, der nicht unterschritten werden kann.

Der wird auch nicht unterschritten, sondern lediglich knapp erreicht, das hatten wir doch schon.

Rainer Raisch schrieb:

Jedes Teilchen besitzt auf Grund der UR eine Zitterbewegung und somit Temperatur. Nur das Vakuum ohne Teilchen hat keine Temperatur, das könnte man mit 0 bezeichnen, auch wenn es wie gesagt eigentlich gar nicht als Temperatur zu bezeichnen wäre.
Es gäbe also vermutlich solche und solche Regionen, in voneinander getrennten Hubble Sphären.
 

Es ist allerdings fraglich, ob man die Temperatur eines einzigen oder weniger Teilchen in der Hubble Sphäre als Temperatur der Hubble Sphäre bezeichnen dürfte.
Die Hintergrundstrahlug verschwindet jedenfalls, sobald deren Wellenlänge größer als der Hubble Radius wird, dann sinkt auch die Dichte dieser Strahlung auf 1 pro Hubble Sphäre.
Alle andere Strahlung ist dann nur noch vom Zentrum nach außen gerichtet, entspricht also nicht der heutigen Definiton der Temperatur des Universums als Schwarzkörperstrahlung aus allen Richtungen.

Rainer Raisch schrieb:

Da irrst Du Dich:

wiki:
Der Big Rip :  Das Universum zerrisse von den größten zu den kleinsten Strukturen:



 

Was für verrückte Gedanken man sich machen muß, wenn man ewig an der Dopplereffekt-Interpretation der Rotverschiebung = Fluchtgeschwindigkeit festhält.
Man konstruiert eine Dunkle Energie ,weiß nicht wo sie herkommt, benötigt dunkle Materie weiss nicht was es ist, zur lokalen kompensation dessen was man nicht weiß.
Und extrapoliert die Unwissenheit ins Unendliche!
Einstein hätte die Zentrifugalkraft zur Stabilisierung seines Modells ( wie MW von Gödel vorgeschlagen ) anstelle der Eselei ( Lambda ) einsetzen sollen.
Schließlich ist das Mehrkörperproblem komplexer Art, und benötigt also die Transversalgeschwindigkeit, um nicht der Gravitation zum Opfer zu fallen.
ME entsteht die Masse nicht aus der Temperatur sondern aus lokaler Gleich-Geschwindigkeit der Strahlung. So hat die entstandene Masse auch schon eine Geschwindigkeit.
Und erklärt so die hohe Galaxien-rand-geschwindigkeit. ( Anstelle dunkler Materie)

Könnte man nicht in einer Computersimulation jedem Stern eine Anfangsgeschwindigkeit zuweisen, die etwa 1/1000 der Lichtgeschwindigkeit entspricht, und schaugn was passiert?

Ich weiß nicht, ob ich das hier schreiben durfte, aber das Thema heißt ja  "Gedanken" über den Big Bang, und denken darf man ja was man will.

Als ich vor 50 jahren technische Physik studierte, verwechselte der Mathematikprofessor gedanklich den Hacken mit dem Seil welches über eine am Hacken hängende Rolle lief, und bestand nach meiner Intervention immernoch darauf Recht zu haben. Das kommt ja schon mal vor !. Aber intressant war, daß alle Kommilitonen dem Professor Recht gaben, und mich aufforderten seine Autorität anzuerkennen. Am nächsten Tag hat er sich für den Schmarrn den er gesagt hat entschuldigt.

gwandt schrieb:

Und extrapoliert die Unwissenheit ins Unendliche!

Das ist falsch.
Man zieht lediglich Schlussfolgerungen aus den Beobachtungen. Dabei ist es grundsätzlich egal, wie exakt die Beobachtungen sind, solange es dabei nicht um einen Kipppunkt geht, wie zB bei der Flachheit.

Thomas schrieb:

Clauss,

Ich weiß nicht, ob du das richtig siehst.  Da rast ein Zug mit zunehmender Geschwindigkeit auf eine unendlich dicke Mauer zu.
Der absolute Nullpunkt ist die Mauer und der beschleunigende Zug ist das exponentielle Wachstum der Expansion der Raumzeit, auch Big Rip genannt.
Die Materiedichte nimmt ab und auch die Dichte der DM. Dagegen steht die Zunahme der Expansionsenergie.
Dagegen steht jetzt die Frage, ob die Gesamtenergie = 0 ist.
wäre sie das, dann hätte man doch längst einen bremsenden Effekt der M und der DM feststelle müssen.
Dass es den gibt, sei unbestritten. Aber er scheint nicht auszureichen, um die Raumzeit an einer beschleunigten Expansion zu hindern.

wenn diese Hypothese stimmen sollte, dann rast der Zug mit zunehmender Geschwindigkeit gegen die Mauer des absoluten Nullpunkts.

Eine asymptotische Annäherung würde in die Unendlichkeit führen und das ist physikalisch nicht möglich.

Thomas

Hallo Thomas,

ob ich das wirklich richtig sehe, weiß ich auch nicht. Nach meinem Verständnis (und auch von  Absoluter Nullpunkt – Wikipedia ) ist:
"Nach dem  Nernst-Theorem  oder äquivalent dazu dem  dritten Hauptsatz der Thermodynamik  ist der absolute Nullpunkt nicht erreichbar; jedoch können reale Temperaturen unbegrenzt nahe dem absoluten Nullpunkt realisiert werden. Mit  Laserkühlung  konnten Proben schon bis auf wenige Milliardstel Kelvin abgekühlt werden."

Für mich gibt es im Moment drei Punkte, die mir im Kopf rumgehen:

• Was ist genau die Zukunft des Universums, wenn die Hypothese mit der kosmologischen Konstanten stimmen sollte? Nach meinem Verständnis nimmt dann die Entweichgeschwindigkeit zwischen uns und einer heute viele Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie exponentiell zu. Da aber auch der Raum dazwischen exponentiell zunimmt, würde ich davon ausgehen, dass sich lokal in meiner unmittelbaren Umgebung die Verhältnisse nicht groß ändern werden. Somit müssten nach meinem Verständnis die lokalen Strukturen erhalten bleiben (d.h. kein Big Rip).
• Wenn obiger Punkt stimmt, müssten dann doch die Atome und Moleküle stabil sein. Es sei denn, in sehr sehr langer Zeit fällt "alles" irgendwann in ein Schwarzes Loch. Dies könnte dann ganz ganz langsam in Strahlung zerfallen (falls die Hypothese Hawking Strahlung tatsächlich stimmt). Dann gäbe es nur noch Strahlung und quantenmechanische Nullpunktsenergie.
• Hat das Universum an sich wirklich eine Temperatur? Ist die Hintergrundstrahlung wirklich die Temperatur des Universums? Mit zunehmender Ausdehnung müsste die Hintergrundstrahlung ja immer langwelliger werden und sich immer mehr ausdünnen - bis sie irgendwann an Bedeutung verlieren müsste. Bedeutet eine sinnvolle Temperatur nicht auch ein thermisches Gleichgewicht? Gibt es das überhaupt noch in einem sehr ausgedehnten ultrakalten Universum?

Rainer Raisch schrieb:

gwandt schrieb:

Und extrapoliert die Unwissenheit ins Unendliche!

Das ist falsch.
Man zieht lediglich Schlussfolgerungen aus den Beobachtungen. Dabei ist es grundsätzlich egal, wie exakt die Beobachtungen sind, solange es dabei nicht um einen Kipppunkt geht, wie zB bei der Flachheit.
 

Meines Wissens beobachtet man aber keine Fluchtgeschwindigkeit, sondern Rotverschiebungen, welche sowohl aus Radialen-, wie Transversalen-, geschwindigkeitskomponenten, wie aber auch aus örtlichen-, und oder zeitlichen- Energie- Dichteunterschieden, und (hoffentlich nicht) aus inkonstanten Naturkonstanten herrühren können.
Die beobachtete Rotverschiebung nur auf eine radiale Fluchtgeschwindigkeit zurückzuführen, ist mE eine unzulässige Vereinfachung eines komplexen Mehrkörperproblems.
Welche Vereinfachung ( mysteriös angepasst an die Wirklichkeit )  natürlich zu extrem falschen Aussagen bei extrapolation führen muß.
Wie genial einfach stellt sich da Prof. Wetterichs ewiges Universum dar, das er zugegeben, möglicherweise ohne das Urknallmodell nicht gefunden hätte.

gwandt schrieb:

sondern Rotverschiebungen, welche sowohl aus Radialen-, wie Transversalen-, geschwindigkeitskomponenten.

Das ist falsch, eine Tangentialkomponente ergibt keine Rotverschiebung. Schaut man auf die Kante einer Galaxie, dann ergibt es auf der einen Seite eine Blauverschiebung, auf der anderen Seite eine Rotverschiebung und im Zentrum davon nur die Fliehgeschwindigkeit der gesamten Galaxie.

gwandt schrieb:

Die beobachtete Rotverschiebung nur auf eine radiale Fluchtgeschwindigkeit zurückzuführen, ist mE eine unzulässige Vereinfachung eines komplexen Mehrkörperproblems.

 

Das ist natürlich richtig.
Doch sobald die Rotverschiebung ansteigt, bleibt für eine andere Interpretation als Bewegung/Expansion kein Raum mehr.
Selbst an der Oberfläche eines WD beträgt die garv.Rotverschiebung lediglich
σ = 0,99985 → z = 1/σ-1 = 0,00015
und an der Oberfläche eines NS
σ = 0,75465 → z = 1/σ-1 = 0,325

Die Unterscheidung von Bewegung und Expansion ist natürlich das große Problem. Allerdings genügt es, wenn alle Galaxien sich von uns entfernen, dies der Expansion zuzuschreiben. Nur Fluktuationen der Rotverschiebung zwischen Galaxien in gleicher Entfernung entsprechen den individuellen Pekuliargeschwindigkeiten. Dies kann man gegenüber der kosmischen Rotverschjiebung allerdings bei größeren Entfernungen vernachlässigen, sie fallen kaum noch ins Gewicht.

gwandt schrieb:

Wie genial einfach stellt sich da Prof. Wetterichs ewiges Universum dar
 

Wetterich verlängert einfach die erste Sekunde in die Ewigkeit. Das kann man machen, um etwas zu demonstrieren, wie etwa eine logarithmische Skala, ist aber physikalisch Unsinn. Die erste Sekunde vergeht deshalb keinesfalls anders als jede andere Sekunde, man schaut nur mit dem Mikroskop(Zeitlupe) darauf.

Die Dichteänderung des Universums hat hingegen keine Auswirkung auf die Rotverschiebung, da diese exakt durch die Größe der Hubble Sphäre ausgeglichen wird. Das Potential ändert sich daher mit der Expansion nicht. Das habe ich hier schon mehrfach vorgerechnet. Das Potential Φ = -M·G/r hängt bekanntlich vom Radius ab, mithin von der radialen Dichte M/r. Diese beträgt im flachen Universum immer unveränderlich dasselbe wie beim SL an dessen Oberfläche (rs)
Ts = M/rs = M/rH = c²/2G
M ~ rH³ρ ~ ρ/H³
H²/ρ  = 8π·G/3 = 5,591448e-10  m³/s²kg

Clauss,
du hast natürlich recht mit der Vermutung, dass in kosmologisch naher Zukunft die uns bekannten gravitativen und elektromagnetischen und die Eigenschaften der Kernkräfte stabil bleiben. Da sind wir uns einig.!
Auch die Teilchen der DM sind sicher noch sehr lange aktiv und gravitativ wirksam.
was mich umtreibt ist der Gedanke, dass der Energieinhalt der Expansion der Raumzeit in ferner Zukunft zu einer reinen Raumexpansion werden könnte, da alle positive Energie beim erreichen des absoluten Temperaturnullpunktts aufgebraucht ist und dann die Expansion trotzdem weiter geht.
oder anders formuliert : hat die Raumexpansiin die Eigenschaft, den gravitativ positiv wirkenden Energieinhalt des Universums gegen null zu führen und darüber hinaus, also ins Negative?

Thomas schrieb:

und darüber hinaus, also ins Negative

Nein.
Die reelle Energie (Strahlung und andere Teilchen) wird verdünnt, mehr verdünnt also weniger als Null geht nicht.
Die DE hat ebenfalls positive Energie, ihr negativer Druck übt lediglich gravitative Abstoßung aus, bewirkt aber keine negative Energiedichte.

Rainer,
woher weißt du das?
Ich muss dich darauf hinweisen, dass das Unsinn ist, was du da behauptest.
ich will das auch begründen:
Niemand weiß, welcher Natur die DE tatsächlich ist.
wir übertragen nur den Energieerhaltungssatz aus der uns bekannten Materie auf das Verhalten des Universums.
keiner kann schlüssig nachweisen, ob wir das dürfen.
Die Expansionseigenschaft unseres Universums scheint eine eigene Entität zu sein, die sich zwar von M und DM beeinflussen lässt, aber nicht wesentlich.
 

Thomas schrieb:

Rainer,
woher weißt du das?
 

Rainer hat dir nach 3 Minuten bereits deine Frage beantwortet. Das sollte man ihm schon zugute halten. Eine Frage, auf die tausende Wissenschaftler nach Jahrzehnten noch immer keine Antwort wissen. Rainer wäre ein guter Versandleiter bei Amazon. Da hätte man die Ware schon, bevor man sie bestellt hat. Denn was in der Bestellung drinsteht, ist eh nicht so wichtig  

Thomas schrieb:

Niemand weiß, welcher Natur die DE tatsächlich ist.

 

Ich kann Dir nur das Standardmodell ΛCDM erklären, Aber wir können ja jetzt alle anfangen stattdessen zu phantasieren.

Mit diesem Vorsatz wird es so sein, dass rosa Feen kommen und Dich bei der Hand nehmen, wenn es so weit ist.

Besser?

Es gibt jedenfalls jede beliebige exotische Theorie wie zB Penroses zyklisches Universum oder ein erneutes zwar unbegründetes Ansteigen der Dichte von Λ mit einem Big Rip.Aber bevor man solchen Ideen nachhängt, sollte man erst einmal das Standardmodell verstehen. Meinst Du nicht?

badhofer schrieb:

Eine Frage, auf die tausende Wissenschaftler nach Jahrzehnten noch immer keine Antwort wissen

 

Da irrst Du Dich. Ich habe lediglich die Antwort gegeben, die die Wissenscahaft nach derzeitgem Wissensstand gibt.

Hast Du denn noch nie von dem Big Freeze gehört? Die Alternativen sind der Big Crunch und der Big Rip, die nach derzeitigem Wissensstand (aber natürlich nur nach diesem) ausgeschlossen werden können, was natürlich manche Wissenschaftler nicht aufhält, darüber zu philosophieren.

Alles klar?