Frühere Materiedichte im Universum

[mac]

Hallo Ralf,

ich verstehe wirklich nicht, was Du mir sagen willst und insbesondere wie Du darauf kommst, dass die Gravitation erst später "eingeschaltet" wurde. Diese Gegenkraft ist an sich Thema der GUT-Ära, d.h. noch nicht der Planck-Ära.

Planck Zeit 10E-43 s
GUT, ab Planck Zeit bis 10E-30 s (13 Größenordnungen der Planck Zeit
Nach Acht Größenordnungen der Planck Zeit, Beginn der Inflation
Etwa In dieser Zeit muß das Horizontproblem 'abgearbeitet' sein.

Allerdings haben sich die Quarks erst in der "Quark-Ära" gebildet, d.h. nach der GUT-Ära, d.h. es kann sein, dass es während der GUT-Ära schon Gravitation gab, aber keine Teilchen, die ihr auf relevante Weise unterlegen sind.

Masse und Energie sind für die Krümmung des Raumes durch Gravitation austauschbar.

Das Universum konnte nur ohne Gravitation oder nur mit Gravitation und Gegenkraft expandieren. Und es mußte das Horizontproblem vor der Inflation lösen. Also auch in dieser Zeit, durfte die Gravitation nicht zum Zuge kommen. Egal, ob noch nicht da, oder mit Gegenspieler.

Für die Planck-Ära selber haben wir keine physikalischen Gesetze, d.h. da weiss man nicht wirklich, ob es schon Gravitationseffekte oder Effekte einer anderen Grundkraft gab;

Ja, das sind, wie auch ich ganz oben schon schrieb, derzeit keine falsifizierbaren Theorien.

zudem vermutet man, dass während der Planck-Ära noch alle 4 Grundkräfte vereinheitlicht waren. Während der Planck-Ära und während der GUT-Ära mit ihrer Inflation dürften andere physikalische Grössen weitaus relevanter auf das damalige Geschehen gewesen sein als die Gravitation, sei es noch vereinigt mit den anderen Grundkräften oder bereits abgespalten.

Ja, klar! Sonst gäbe es uns ja nicht.

Wie gesagt: ich verstehe nicht, warum Du in diesen beiden frühen Ären des Universums die Gravitation als irgendwie relevanten "Gamechanger" ansiehst, die insbesondere nicht da sein darf oder von einer geeigneten Gegenkraft übersteuert werden müsste.

Weil sonst das Universum sofort zum schwarzen Loch kollabiert wäre.


Das Problem: Es braucht Zeit, damit sich die Energie im gesamten Raum gleichmäßig verteilen kann (Horizontproblem)

(Zitat Wikipedia dazu): Das heute sichtbare Universum enthält überall im Wesentlichen ähnliche Strukturen. Andererseits besteht es aus Gebieten, die bei einer Standard-Expansion erst sehr spät kausal miteinander in Wechselwirkung treten konnten, da sie sich unmittelbar nach dem Urknall zunächst zu schnell voneinander entfernt haben. Die Tatsache, dass man dennoch eine hochgradige Homogenität des Universums und Isotropie der kosmischen Hintergrundstrahlung beobachtet, wird als Horizontproblem bezeichnet und ist im Rahmen einer Standard-Expansion nicht erklärbar. Bei Existenz einer inflationären Expansion dagegen hätten alle Bereiche des heute sichtbaren Universums vor dieser Inflation bereits vorübergehend in Wechselwirkung gestanden. (Zitat Ende) https://de.wikipedia.org/wiki/Inflation_(Kosmologie)


In dieser Zeit darf es keine Gravitation geben, oder sie muß durch eine Gegenkraft in Waage gehalten werden.

(Zitat Wikipedia dazu): Danach ist die Ursache dieser Expansion die Zustandsänderung eines skalaren Feldes mit einem extrem flachen Potential. Dieses Inflatonfeld genannte skalare Feld hat eine Zustandsgleichung mit negativem Druck. Nach der allgemeinen Relativitätstheorie führt dies zu einer abstoßenden Kraft und damit zu einer Ausdehnung des Universums. Die Zustandsänderung des Feldes während der inflationären Phase ist mit einem Phasenübergang 1. Ordnung vergleichbar. Im Rahmen der großen vereinheitlichten Theorie werden die Bedingungen, unter denen der Phasenübergang auftritt, durch Higgs-Felder bestimmt. (Zitat Ende) https://de.wikipedia.org/wiki/Inflation_(Kosmologie)

Herzlich Grüße

MAC

 

[ralfkannenberg]

Planck Zeit 10E-43 s
GUT, ab Planck Zeit bis 10E-30 s (13 Größenordnungen der Planck Zeit
Nach Acht Größenordnungen der Planck Zeit, Beginn der Inflation
Etwa In dieser Zeit muß das Horizontproblem 'abgearbeitet' sein.

Hallo Mac,

langsam stehe ich komplett auf dem "Schlauch": ich dachte immer, das Horitonzproblem würde durch die Inflation und nicht schon vorher gelöst.


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[ralfkannenberg]

Weil sonst das Universum sofort zum schwarzen Loch kollabiert wäre.

Hallo Mac,

nicht unbedingt, denn die Masse kam erst später ins Spiel. Zu diesem Zeitpunkt gab es vor allem eine riesige Energiedichte, dies in einem Hochenergiephysik-Bereich, der zum heutigen Zeitpunkt noch nicht verstanden ist.


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[ralfkannenberg]

Vielleicht sollte man den Satz nur bis in die Gegenwart verlängern. Mir ist der Gedanke sympathisch, dass Masse/Energie mit der Ausbreitung des Raumes entstehen.

Hallo Jomi,

das ist das Steady State Modell von Fred Hoyle und wurde in den 1950-igern und 1960-igern diskutiert, ehe es dann wohl vor allem wegen der entdeckten 3K-Hintergrundstrahlung von den meisten Autoren verworfen wurde.

Erstaunlicherweise wurde eine der besten Indizien für die Urknall-Theorie, nämlich die primoridale Nukleosynthese ausgerechnet von Fred Hoyle entwickelt (dessen Assistent dafür dann den Nobelpreis bekam, Hoyle wurde er verweigert), auch der Name "Big Bang"-Theorie stammt von Fred Hoyle und sollte eine eigentlich verächtlich-lustige Bezeichnung der Alternative zum Steady State-Modell sein.

Ein bisschen tut mir Fred Hoyle leid, denn aufgrund seiner wissenschaftlichen Arbeiter müsste dieser in der Fachwelt stets sehr geschätzte Wissenschaftler als einer der Gründerväter der Urknall-Theorie bezeichnet werden, obgleich er sie zeit seines Lebens versucht hat, zu widerlegen.


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[mac]

Hallo Ralf,

langsam stehe ich komplett auf dem "Schlauch": ich dachte immer, das Horitonzproblem würde durch die Inflation und nicht schon vorher gelöst.

ich verstehe das, angesichts meines Wikipediazitates als Aussage von Dir und nicht als Frage?

Weil sonst das Universum sofort zum schwarzen Loch kollabiert wäre.

nicht unbedingt, denn die Masse kam erst später ins Spiel. Zu diesem Zeitpunkt gab es vor allem eine riesige Energiedichte, dies in einem Hochenergiephysik-Bereich, der zum heutigen Zeitpunkt noch nicht verstanden ist.

Diese Antwort auf meine Aussage verstehe ich jetzt nicht?

Besonders deshalb, weil Du gestern noch geschrieben hattest

Hallo Klaus,

ich denke, man sollte "mit der Masse" durch "mit der Masse und Energie" ersetzen bzw. die Energie ergänzen. Natürlich meinst Du das Richtige und natürlich gibt es die Masse-/Energieäquivalenz, d.h. Du meinst nicht nur das Richtige, Du schreibst auch das Richtige.

Wir waren uns doch bisher immer einig, daß Masse und Energie selbstvertändlich auch als Gravitationsquelle äquivalent sind? Wenn nicht, dann wäre doch die Beschreibung der Kräfte ("negativer Druck") in der GUT sinnlos?

Herzliche Grüße

MAC

 

[ralfkannenberg]

Hallo Mac,

ich habe diue neuesten theoretischen Erkenntnisse der vergangenen Jahre nicht immer zeitnah mitverfolgt, aber irgendwie habe ich das Ganze völlig anders in Erinnerung und wird auch in der Wikipedia (obgleich das nun nicht unbedingt dioe beste Referenz ist) auch anders beschrieben.

Vor vielleicht 70 Jahren wurden in der Fachwelt als beste kosmologische Ansätze die Steady State Theorie und die Urknall-Theorie diskutiert und mit der Entdeckung der 3K-Hintergrundstrahlung wurde in der Fachwelt dann die Urknalltheorie vorgezogen, zumal Fred Hoyles Herleitung der primordialen Nukleosynthese ausgerechnet seinen "Gegenspieler", also die Urknalltheorie favorisierte.

Aber dann kamen rasch 3 grosse Probleme, welche die Urknall-Theorie nicht lösen konnte:

- das Horizontproblem ("der zu langsame Austausch von Information von einem "Ende" des jungen Universums zum anderen")
- das Flachheitsproblem ("das Finetuning von Masse und "Knallenergie", so dass das Universum nicht kollabiert und nicht diffundiert ist")
- und das aufgrund der Arbeiten an den Grand Unified Theories aufgekommene Problem der fehlenden magnetischen Monopole

Zum ersten zitiere ich nun trotzdem mal aus dem Wikipediaartikel zum Horizontproblem:

Das Ausmaß dieses Problems ist als verhältnismäßig beachtlich anzusehen. Gemäß dem Urknallmodell erreichte das Universum, nachdem sich seine Dichte aufgrund seiner Expansion verringert hatte, irgendwann einen Punkt, an dem die Photonen im ‚Mix‘ von Teilchen nicht mehr unmittelbar zusammengepresst waren und sie sich stattdessen aus dem Plasma ‚entkoppelten‘ und sich in das Universum wie ein ‚Feuerwerk aus Licht‘ verbreiteten. Diese Geburtsstunde der Hintergrundstrahlung hatte sich vermutlich etwa 300.000 Jahre nach dem Urknall ereignet.

Also zu einem Zeitpunkt früher als diese 300000 Jahre (zumindesten wesentlich früher) war das offenbar kein Problem, danach aber schon.

Und die Inflation - sollte es sie gegeben haben - löst dieses Problem elegant.

Wenn nun aber schon wie Du schreibst dieser Informationsabgleich während der Planck-Ära passiert wäre, bräuchte es diese Inflationstheorie (zumindest zur Lösung des Horizontproblems) nicht, denn das würde dann durch die "ausgeschaltete" Gravitation gelöst, von der ich bislang aber noch nie zuvor etwas gelesen habe. Ich mag das übersehen haben, aber zumindest ich habe von dieser Idee noch nie etwas gehört.


Als zweites sprichst Du völlig zurecht das Problem an, dass der Urknall nicht sofort wieder in ein Schwarzes Loch zerfallen ist. Aber dafür gab es die "Knallenergie", die gross genug war, dem entgegenzuwirken, und die gerade ein solches Finetuning zur Masse aufweist, dass das Universum nicht wieder innert weniger Sekundenbruchteile in sich kollabiert ist und sich auf der anderen Seite auch nicht so schnell ausgedehnt hat, dass Strukturen nie die Chance gehabt hätten, sich überhaupt zu bilden. Wenn ich mich recht entsinne musste dieses Finetuning auf 11 Nachkommestellen genau sein, was nicht dafür spricht, dass das zufällig passiert ist. Und was ich hier anspreche ist ja das Flachheitsproblem, welches ebenfalls von der Inflationstheorie elegant gelöst wird. - Wenn die Masse das gerade entstandene Universum in ein Schwarzes Loch verschlungen hätte, so hätten das schon die Gründerväter der Urknalltheorie gewusst und diesen Ansatz umgehend wieder verworfen, dies zu einem Zeitpunkt, zu dem noch niemand an die Inflation gedacht hatte, sondern die mehr oder weniger offenen Fragen diejenigen waren, woher die sich ständig nachbildende Masse im Steady State Modell kommen sollte, bzw. woher die Knallenergie im Urknall-Modell kommen sollte.


Alan Guths Inflationstheorie, die er aus den von den Grand Unified Theories erwarteten aber nicht nachgewiesenen magnetischen Monopolen hergeleitet hat, konnte zwar nicht erklären, was der Urknall selber ist, d.h. auch die Inflationstheorie kann die Urknall-Singularität selber nicht erklären - diesen Anspruch erhebt sie aber auch gar nicht, aber sie konnte zumindest erklären, wie der Urknall "geknallt" hat, dies aber auch erst ab Beginn der GUT-Ära.


Und in diesem Kontext bzw. vor diesem Hintergrund sind meine beiden Fragen zu verstehen.


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[Jomi]

Hallo Ralf,
danke für Deinen Hinweis auf Fred Hoyle! Schade, dass er letztlich mit seiner Suche nach massegenerierenden Prozessen nicht erfolgreich war! Aber vielleicht suchen die Astrophysiker ja weiter und stoßen eines Tages doch noch auf einen solchen Vorgang. Wenn ich richtig orientiert bin, hat Fred Hoyle an ein Universum konstanter Dichte gedacht. Mit dem Blick auf den linearen Zusammenhang zwischen dem Schwarzschildradius und der Masse eines Schwarzen Loches kommt mir ein Kosmos linear zunehmender Masse plausibler vor, was heißt, dass die Dichte immerhin noch mit dem Quadrat der Zeit abnehmen müsste. Das ist ein erheblicher Unterschied zur Annahme einer konstanten Dichte! Annähernd quasistationäre Verhältnisse würden dann nur in quasi-dimensionsreduzierten Bereichen auftreten, d. h. in den Branen und Fasern zwischen den Blasen. Für so einen Blickwinkel braucht es gegenüber der Inflationstheorie - bei all ihrem Erfolg - eine gewisse Skepsis. Da sie nur sehr indirekt empirisch belegt werden kann, ist - und so verstehe ich auch Mac und Dich - immer wieder ein kritischer Blick auf sie gefordert.
Viele Grüße
Jomi

 

[Klaus]

Hallo Ralf, was die Masse / Energie Äquivalenz betrifft, stimme ich natürlich zu.
Was soll eigentlich das mit den 'magnetischen Monopolen'? Magnetfelder resultieren aus dem relativistische Anwachsen elektrischer Feldkräfte. Wie sollen da Monopole entstehen?

Hallo Mac, wo soll aber denn das Inflatonfeld herkommen? Und woran machst Du denn Raum als solchen fest, abgesehen von Materie, damit er sich von dieser unabhängig aufblasen läßt?

 

[ralfkannenberg]

Wenn ich richtig orientiert bin, hat Fred Hoyle an ein Universum konstanter Dichte gedacht.

Hallo Jomi,

ja natürlich, das habe ich übersehen.

Mit dem Blick auf den linearen Zusammenhang zwischen dem Schwarzschildradius und der Masse eines Schwarzen Loches kommt mir ein Kosmos linear zunehmender Masse plausibler vor, was heißt, dass die Dichte immerhin noch mit dem Quadrat der Zeit abnehmen müsste. Das ist ein erheblicher Unterschied zur Annahme einer konstanten Dichte! Annähernd quasistationäre Verhältnisse würden dann nur in quasi-dimensionsreduzierten Bereichen auftreten, d. h. in den Branen und Fasern zwischen den Blasen.

Ich bin mit Deinem Modell nicht unbedingt einverstanden, aber ja - Dein Argument ist natürlich zutreffend. Du überlegst Dir also eine Art "MOST" - modified steady state Modell


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[ralfkannenberg]

Was soll eigentlich das mit den 'magnetischen Monopolen'? Magnetfelder resultieren aus dem relativistische Anwachsen elektrischer Feldkräfte. Wie sollen da Monopole entstehen?

Hallo Klaus,

der Name dieser von den Grand Unified Theories vorhergesagten magnetischen Monopole mag irreführend sein. Vielleicht wäre der Name "GUT-Monopole" weniger irreführend.

Nicht nur im Buch von Alan Guth, auch in der Wikipedia im Abschnitt "Magnetische Monopole als Elementarteilchen" werden diese Elementarteilchen näher beschrieben: https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetischer_Monopol


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[Jomi]

Hallo Jomi,

ja natürlich, das habe ich übersehen.


Ich bin mit Deinem Modell nicht unbedingt einverstanden, aber ja - Dein Argument ist natürlich zutreffend. Du überlegst Dir also eine Art "MOST" - modified steady state Modell


Freundliche Grüsse, Ralf

Hallo Ralf,
danke für Deine Antwort! Dein Augenzwinkern scheint zu sagen, dass Du so eine Vorstellung für zu naiv hälst. Die Annahme einer ungefähr linearen Zunahme der Masse bedeutet natürlich für das ganze Universum keine Stationarität: die Temperatur sinkt, die Dichte nimmt stark ab, Photonen werden energieärmer usw. Lokal, d.h. in den "quasi-dimensionsreduzierten" Strukturen könnte aber eine annährend konstante Dichte über längere Phasen existieren. Vielleicht lohnt es sich ja doch, über so eine Vorstellung etwas nachzudenken?
Viele Grüße
Jomi

 

[mac]

Hallo Ralf,

ich habe diue neuesten theoretischen Erkenntnisse der vergangenen Jahre nicht immer zeitnah mitverfolgt, aber irgendwie habe ich das Ganze völlig anders in Erinnerung und wird auch in der Wikipedia (obgleich das nun nicht unbedingt dioe beste Referenz ist) auch anders beschrieben.

Auf dem neuesten Stand bin ich sicher auch nicht. Das was ich dazu beschrieben habe ist wohl überwiegend 20 bis 40 Jahre alt. Allerdings habe ich außer einigen alternativen Ansätzen von Minderheiten, nichts fundamental Neues Wahrgenommen.

Zum ersten zitiere ich nun trotzdem mal aus dem Wikipediaartikel zum Horizontproblem:

In dem Zitat war zu diesem Zeitpunkt schon alles gelaufen. Ich wiederhole Dein Zitat hier nicht, es war aber im Sinne unserer Diskussion nicht die Beschreibung der Ursache, die kam im Wiki Text etwas weiter unten. Und damit man sich da nicht nur auf die deutsche Wikipedia verlassen muß noch ein paar andere Quellen dazu.


Zitat Wikipedia:
Wenn diese Theorie richtig ist, löst die Inflation das Horizontproblem dadurch, dass das gesamte Universum vor dieser inflationären Periode kausal verbunden war und die physikalischen Eigenschaften somit während dieser Phase in Wechselwirkung treten und sich angleichen konnten. Durch die Inflation erweiterte es sich so rasch, dass diese Eigenschaften über den ganzen Weltraum hinweg eingefroren blieben; ab diesem Zeitpunkt war das Universum zu einer fast vollkommenen Homogenität gezwungen gewesen, da die Informationen keine kausale Verbindung mehr vorgefunden hätten, um ihre Eigenschaften zu verändern.[5]

Horizontproblem – Wikipedia

de.wikipedia.org

Zitat Andreas Müller
Die Verteilung der kosmischen Hintergrundstrahlung am Himmel ist extrem gleichförmig und isotrop. Die Uniformität wurde bereits auf der mikroskopischen Skala durch einfache, thermische Gleichgewichtsprozesse erzeugt. Die Inflation blähte diese Uniformität auf makroskopische Skalen auf, wie wir es heute astronomisch beobachten. Inflation löst das Homogenitätsproblem und das Horizontproblem.

Andreas Müller - Lexikon der Astrophysik I 1

www.spektrum.de

Zitat engl. Wikipedia
Essentially, the inflationary model suggests that the universe was entirely in causal contact in the very early universe. Inflation then expands this universe by approximately 60 e-foldings (the scale factor a increases by factor ). We observe the CMB after inflation has occurred at a very large scale. It maintained thermal equilibrium to this large size because of the rapid expansion from inflation.

Horizon problem - Wikipedia

en.wikipedia.org

Zitat Ned Wright
• Inflation begins. In Linde's chaotic inflation model inflation starts at the Planck time, although it could start when the temperature falls to point at which the symmetry of Grand Unified Theory (GUT) is spontaneously broken. This occurs when the temperature is around 1027 to 1028K at 10-35 seconds after the Big Bang.
• Inflation ends. The time is 10-33 seconds, the temperature is again 1027 to 1028K as the vacuum energy density that drove inflation is converted into heat. At the end of inflation the expansion rate is so fast that the apparent age of the Universe [1/H] is only 10-35 seconds. Because of inflation, the homogeneous regions from the Planck time are at least 100 cm across, a growth by a factor greater than 1035 since the Planck time. However, quantum fluctuations during inflation also create a pattern of low amplitude inhomogeneities with a random pattern having equal power on all scales.

Brief History of the Universe

How old is the Universe and how do we know its age?

www.astro.ucla.edu

Hervorhebungen zum Thema Energieausgleich vor der Inflation durch mich

Herzliche Grüße

MAC

 

[ralfkannenberg]

Zitat Ned Wright
• Inflation begins. In Linde's chaotic inflation model inflation starts at the Planck time, although it could start when the temperature falls to point at which the symmetry of Grand Unified Theory (GUT) is spontaneously broken. This occurs when the temperature is around 1027 to 1028K at 10-35 seconds after the Big Bang.

Hallo Mac,

statt einer Antwort erst einmal die Korrektur der Autoformattierung, die mir beim kopieren auch immer wieder passiert.

Diese "10mn"-Zahlen haben beim Kopieren ihren Exponenten verloren, d.h. sie haben den Wert 10^(10*m + n), im obigen Zitat also Temperaturen von 10^27 bis 10^28 K zum Zeitpunkt 10^(-35) Sekunden nach dem Urknall vorherrschten.

• Inflation ends. The time is 10-33 seconds, the temperature is again 1027 to 1028K as the vacuum energy density that drove inflation is converted into heat. At the end of inflation the expansion rate is so fast that the apparent age of the Universe [1/H] is only 10-35 seconds. Because of inflation, the homogeneous regions from the Planck time are at least 100 cm across, a growth by a factor greater than 1035 since the Planck time. However, quantum fluctuations during inflation also create a pattern of low amplitude inhomogeneities with a random pattern having equal power on all scales.

Brief History of the Universe

How old is the Universe and how do we know its age?

www.astro.ucla.edu

Dasselbe hier, also 10^(-33) Sekunden, 10^27 bis 10^28 K sowie 10^(-35) Sekunden, und der Wachstumsfaktor beträgt 10^35.


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[ralfkannenberg]

Und es mußte das Horizontproblem vor der Inflation lösen. Also auch in dieser Zeit, durfte die Gravitation nicht zum Zuge kommen. Egal, ob noch nicht da, oder mit Gegenspieler.

Hallo Mac,

ich stimme Deinem letzten Beitrag (#32) im vollen Umfang zu, d.h. das ist auch mein Verständnis. Und dem zweiten Satz der von Andreas Müller zitierten Aussage stimme ich auch zu:

Die Uniformität wurde bereits auf der mikroskopischen Skala durch einfache, thermische Gleichgewichtsprozesse erzeugt. Die Inflation blähte diese Uniformität auf makroskopische Skalen auf

Allerdings ist mir völlig unklar, wie während der Planck-Ära, in der physikalische Gesetze aufgrund der Heisenbergschen Unschärfe-Relation nicht sinnvoll angewendet werden können, einfache thermische Prozesse wirken können. Mich erinnert das Argument eher an die Herleitung Steven Weinbergs in den "Ersten 3 Minuten nach dem Urknall" (wenn ich mich recht entsinne waren es 3:42 Minuten, aber Weinberg hielt die genaue Sekundenangabe für unpassend): da hat er weitgehend alles mit einfachen thermodynamischen Prozessen begründet, was dieses Buch sehr elegant und überzeugend macht. Wobei Steven Weinberg bei einer 1/100 Sekunde nach dem Urknall anfängt, also bei Weitem nicht in der Nähe der Planck-Zeit, sondern nach der Planck-Ära, nach der GUT-Ära und auch nach der Quark-Ära, ja auch noch nach der Hadronen-Ära, d.h. inmitten der Leptonen-Ära.

Den ersten Satz von Andreas Müller verstehe ich also nicht.


Ebensowenig wie Deine Feststellung im Beitrag #21, die ich zu Beginn dieses Beitrages zitiert habe, dass das Horizontproblem bereits vor der Inflation gelöst werden musste. Mein Verständnis ist, dass es während der Inflation gelöst wurde und am Ende der Inflation dann eben gelöst war. Denn wäre das Horizontproblem bereits vor der Inflation gelöst worden, wäre es nicht eines der 3 (oder auch mehr) Hauptprobleme der Urknall-Theorie und schon gar nicht das an erster Stelle - meist zusammen mit dem Flachheitsproblem - genannte Problem der Urknall-Theorie

Und betreffend der Gravitation: die wird es vor der Abspaltung tatsächlich kaum gegeben haben, da es zu diesem Zeitpunkt noch kaum Teilchen gab, die der Gravitation unterworfen waren, sondern die gesamte Masse/Energie des jungen Universums sich in Form von Energie manifestiert hat.

In diesem Kontext habe ich in Deinem Link zu Andreas Müller noch einen weiteren interessanten Satz gefunden:

Doch 10^-36 Sekunden nach dem Urknall war das Universum auf 10^27 K soweit abgekühlt, dass es zur Symmetriebrechung kam und die X-Kraft in die elektromagnetische, schwache und starke Kraft aufbrach. Das Higgs-Feld war für diese Symmetriebrechung verantwortlich, weil plötzlich sein Erwartungswert von null auf einen endlichen Wert anwuchs.

Bemerkung: fett-kursiv hervorgehoben von mir

Ist das die Lösung für mein bzw. unser Missverständnis über das Wirken bzw. Nicht-Wirken der Gravitation vor der Inflations-Phase ?


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[ralfkannenberg]

Dein Augenzwinkern scheint zu sagen, dass Du so eine Vorstellung für zu naiv hälst.

Hallo Jomi,

Entschuldigung - wenn ich geahnt hätte, dass Du das so missverstehst, hätte ich darauf verzichtet. Ich habe nur spasseshalber eine analoge Abkürzung wie bei MOND für die Effekte der Dunklen Materie gemacht, zumal MOST ja auch ein deutsches Wort ist und beide mit MO anfangen. Natürlich, es steht ja beide Male auch für "modified".

Gedanken über eine wie auch immer geartete Massen- und Energiezunahme habe ich mir bislang noch keine gemacht, wobei man neben dem rein mathematischen Aspekt ja auch noch überlegen sollte, wie man eine solche Idee physikalisch begründet. Da möchte ich erst einmal schauen, was die anderen dazu sagen.


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[Jomi]

Hallo Ralf,
danke! Ich habe mich sehr über Deine nette Antwort gefreut. Ich bin gespannt auf eine eventuelle weitere Diskussion zu dem Thema.
Viele Grüße
Jomi

 

[Klaus]

Leider ist gerade die Sache mit der 'Expansion des Raumes' so ein Problem, für das man sich zuerst klar machen sollte, was Raum physikalisch ist und zusätzlicher Raum bedeutet. Immerhin bedeutet zusätzlicher Raum (bzw. Raumzeit) im Gravitationsfeld ja proportional vergrößerte Atome mit verringerter Energie bzw. Masse die einem langsameren Zeitverlauf unterliegen. Wenn man eine Distanz dicht an einer Masse vorbei mit einem Laserentfernungsmesser bestimmt, ist die Entfernung größer, als ohne eine Masse, welche die Raumzeit dehnt.

Wenn man jetzt bewegte Bezugssysteme gemäß der speziellen Relativitätstheorie betrachtet, stehen die Achsen eines kartesischen Koordinatensystems im dem bewegten Bezugssystem, für einen unbewegten äußeren Beobachter nicht einmal senkrecht aufeinander.
Darum sollte man erst einmal die Frage beantworten, was Raum physikalisch ist, bevor man damit anfängt, daß zusätzliche Raum rein magisch dazu kommt. In welchem Bezugssystem sollte das denn genau wie passieren?

Aber die Frage ist natürlich berechtigt, was passiert, wenn Masse bzw. Energie völlig neu dazu kommen, auch wenn dieses derzeit noch jenseits der belegten Physik ist. Bekannt ist ja nur, daß der zusätzliche Raum im Gravitationsfeld proportional zur Gravitation bzw. der ursächlichen Masse ist. Sollte Masse dazu kommen, kommt auch Raum dazu, d.h. alle Atome sollten im selben Maß größer werden, wie die Abstände wachsen und die Zeit würde entsprechend langsamer vergehen. Dem entsprechend würde sich lediglich die kosmologische Rotverschiebung verringern.

Theoretisch sollte sich das durch eine Masse gravitativ verursachte zusätzliche Volumen berechnen lassen wobei natürlich die Frage ist, wie man das richtig anfängt, da die Masse der Elementarteilchen ja in deren Feldern steckt, über welche da der zugehörige Raum zu integrieren ist.
Da Masse aber mit einem an sie gebundenem Raumvolumen einhergeht, dürfte es generell unmöglich sein, Materie auf ein kleineres Volumen als eben dieses zu komprimieren. Singularitäten sind jedoch nicht nur deshalb unrealistisch. Wenn man den Energieinhalt und die Masse des elektrischen Feldes eines Elektrons berechnet, so sieht man, daß diese mit der vierten Potenz des Reziprokwert des Elektronenradius wachsen.
Eine Punktladung hätte somit eine unendliche Masse und eine Singularität daher ebenso.

Was nun die Kosmologie betrifft, so wird beobachtet, daß Licht mit zunehmende Entfernung der Quelle als zunehmend rotverschoben registriert wird. Es wird davon ausgegangen, daß sich die Quellen sich mit zunehmender Entfernung zunehmend schneller von uns entfernen und ein Teil der Rotverschiebung auf die mit dieser Bewegung verbundene Dopplerverschiebung zurück geht. Natürlich verlassen wir zugleich das Gravitationsfeld von allem was sich von uns mit zunehmender Entfernung zunehmend schneller von uns entfernt und wie wir wissen, wird alles Licht, das von einer Masse im Gravitationsfeld ausgesandt wird, im weniger gedehnten Raum weiter außerhalb eines Gravitationsfeldes rot verschoben registriert, weil die Atome dort energiereicher und somit kleiner sind und die Zeit dort schneller vergeht. Innerhalb der empirisch belegten Physik gibt es keine andere mögliche Ursache für die kosmologische Rotverschiebung. Und wenn das jetzt die einzige Möglichkeit ist, sollte man das wohl auch zu Grunde legen, oder?

Das größte Problem ist wohl die Schwarzschildlösung der ART, die ich für fehlerhaft halte. Die Fluchtgeschwindigkeit kann nur bei einem Radius von 0 c erreichen und es gibt ja auch keine Punktmassen. Ich habe nur wenig Lust hier im "Gegen den Mainstream" Forum die eigenen, nur halb durchdachten Überlegungen dazu zu diskutieren. Nur ehe man zu Rettung der Schwarzschildlösung freie Parameter wie einen 'Krümmungsfaktor' oder das 'Inflatonfeld' oder ein Aussetzen der Gravitation ins Spiel bringt, sollte man die Fehler innerhalb der ART suchen.

 

[mac]

Hallo Ralf,

Allerdings ist mir völlig unklar, wie während der Planck-Ära, in der physikalische Gesetze aufgrund der Heisenbergschen Unschärfe-Relation nicht sinnvoll angewendet werden können, einfache thermische Prozesse wirken können.

Ich Zitiere mich nochmal von weiter oben im Thread mit einer deutlicheren Formulierung und einer Ergänzung:
Planck Zeit 10E-43 s
GUT, ab Planck Zeit bis 10E-30 s (13 Größenordnungen der Planck Zeit
Nach Acht Größenordnungen der Planck Zeit, Beginn der Inflation
Etwa innerhalb dieser acht Größenordnungen, dieser Zeit, muß das Horizontproblem 'abgearbeitet' sein.
Und ergänze: Sonst würde die Ungleichverteilung der Energie sowohl mit der ursprünglich von Anfang an gedachten Expansion, aber genauso auch mit der Inflation mitgenommen werden.

Das war ja genau das Dilemma, in der die Urknalltheorie an diesem Punkte zunächst mal steckte: Wie ist es möglich, daß trotz der (ursprünglichen Theorie), ohne eine kausale Möglichkeit zum Energieausgleich (=Horizontproblem) die beobachtbare Hintergrundstrahlung überall so gleichförmig ist, wie man sie eben beobachten kann.

Die später immer wieder überarbeitete theoretische Lösung war eben: Der Ausgleich fand statt, bevor ein sich bildender Horizont durch Expansion, die kausale Trennung der einzelnen Bereiche endgültig machte und damit dann kein Ausgleich mehr stattfinden konnte.

Unser heute überschaubares Universum war vor der Inflation wesentlich kleiner, als ein Atomkern. War nach der Inflation ca. 10 cm groß (ich meine, Radius? Steht irgendwo so explizit in einer der von mir zitierten Quellen)

Und damit war seine, zum Start der Inflation übernommene Energieverteilung, und der danach immer noch sehr hohen Expansionsrate von jeder 'großräumigen' kausalen Verbindung abgeschnitten, so daß ein Ausgleich nun nicht mehr über ein größeres Volumen möglich war.

Das Horizontproblem war also die zunächst fehlende Begründung in der ursprünglichen Urknalltheorie, wieso die Hintergrundstrahlung so gleichförmig verteilt ist, obwohl dieses inzwischen riesige Volumen, bei sofort einsetzender Expansion, zu keinem Zeitpunkt die Möglichkeit gehabt hätte, einen kausalen Energieausgleich herzustellen. Auch mit der Inflation als alleinigem Grund, geht das nicht. Es mußte also eine Begründung her, daß die ‚Musik‘ nicht auf 1, sondern auf 1 und, anfängt und die Expansion trotzdem am Ende im ‚richtigen‘ (beobachtbarem) Tempo und Volumen auskommt.

Und betreffend der Gravitation: die wird es vor der Abspaltung tatsächlich kaum gegeben haben, da es zu diesem Zeitpunkt noch kaum Teilchen gab, die der Gravitation unterworfen waren, sondern die gesamte Masse/Energie des jungen Universums sich in Form von Energie manifestiert hat.

Das hatten wir doch schon? Quelle der Gravitation ist die Energie! Egal ob kondensiert oder frei. Also muß es noch eine weitere Kraft geben (damals, bei der ursprünglichen Energiedichte, viel größer als heute), die der Wirkung der Gravitation auf den Raum, Paroli bieten konnte. Wird aber auch in den Zitaten so beschrieben.

In diesem Kontext habe ich in Deinem Link zu Andreas Müller noch einen weiteren interessanten Satz gefunden:
…
Ist das die Lösung für mein bzw. unser Missverständnis über das Wirken bzw. Nicht-Wirken der Gravitation vor der Inflations-Phase ?

Also im Einzelnen hab‘ ich das jetzt nicht bei den verschiedenen Quellen verglichen, weil die das auch schon mal mit unterschiedlichen Schwerpunkten und damit Weglassungen beschreiben. Aber die Beschreibungen die ich dazu gelesen habe, beschreiben sowohl den ‚negativen Druck‘ als auch, durch den Abbau des Inflaton-Feldes die Ursache für Temperaturen, die vor der Inflation wie nach der Inflation mit gleicher Größenordnung da stehen, was ja ohne ‚Anzapfen‘ einer Energiequelle unmöglich wäre.


Klar, ist das alles Theorie, aber sie muß ja wenigstens in sich selbst schlüssig sein und wird wohl in dieser (natürlich wesentlich feiner ausformulierten und begründeten) Form derzeit von den meisten Wissenschaftlern als Arbeitshypothese? akzeptiert?

Herzliche Grüße

MAC

 

[ralfkannenberg]

Ich Zitiere mich nochmal von weiter oben im Thread mit einer deutlicheren Formulierung und einer Ergänzung:
Planck Zeit 10E-43 s
GUT, ab Planck Zeit bis 10E-30 s (13 Größenordnungen der Planck Zeit
Nach Acht Größenordnungen der Planck Zeit, Beginn der Inflation
Etwa innerhalb dieser acht Größenordnungen, dieser Zeit, muß das Horizontproblem 'abgearbeitet' sein.
Und ergänze: Sonst würde die Ungleichverteilung der Energie sowohl mit der ursprünglich von Anfang an gedachten Expansion, aber genauso auch mit der Inflation mitgenommen werden.

Hallo Mac,

vermutlich nur ein Missverständnis meinerseits, weil beides ungefähr 8 Grössenordnungen sind.

Dass das Horizontproblem während der Inflation abgearbeitet wird entspricht auch meinem Kenntnisstand und Verständnis, ich hatte Dich irrtümlich nur so verstanden, dass die Abarbeitung des Horizontproblems bereits vor der Inflation stattfindet, deshalb hatte ich nachgefragt.

Das mit der Gravitation und Energie muss ich mir nochmal näher anschauen, ich vermute aber, dass dem dasselbe Missverständnis von mir zugrundeliegt. Während der Inflation kann man die "anziehende" Gravitation aufgrund der vorhandenen Massen ohnehin vernachlässigen.


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[ralfkannenberg]

Leider ist gerade die Sache mit der 'Expansion des Raumes' so ein Problem, für das man sich zuerst klar machen sollte, was Raum physikalisch ist und zusätzlicher Raum bedeutet. Immerhin bedeutet zusätzlicher Raum (bzw. Raumzeit) im Gravitationsfeld ja proportional vergrößerte Atome mit verringerter Energie bzw. Masse die einem langsameren Zeitverlauf unterliegen.

Hallo Klaus,

bist Du Dir sicher ? Meines Wissens macht die Expansion ein "festes Teilchen" nicht grösser, da es nicht Teil des Raumes ist, sondern sich lediglich im Raum befindet. Das behält also seine Grösse bei. Und komplexere Strukturen (Sterne, Galaxien) gab es während der Inflation noch nicht, da gab es ja noch nicht einmal Atome, ja nicht einmal gebundene Zustände der Quarks, also Hadronen, die entstanden erst viel später. - Und die Quarks waren noch frei und nicht dem Confinement unterworfen.


Freundliche Grüsse, Ralf