Ort des Urknalls

[Halman]

@Thomas W. Riker

Ich bin auch eine Physik-Niete. Aber ich bin sehr sicher, dass die Energie eines Photons allein von seiner Frequenz abhängig ist. So hat ein blaues Lichtquant mehr Energie als ein rotes Lichtquant, weil das blaue Photon eine höhere Frequenz und damit eine kürzere Wellenlänge hat.

[Thomas W. Riker]

Tja Halman, da muß ich passen.
@ Antiker 92 Kurz nach dem Urknall - Wenn Du damit einige 100 Mio Jahre meinst - Gab es kurzlebige Große Sterne, die schnell ihre Masse aus H und He zu schwereren Elementen fusionierten und dann ins Universum verteilten.
Über die ersten Sekunden-Bruchteile, in denen noch die 4 Elementarkräfte vereinigt waren, kann man noch zu wenig sagen, sonst hätte man sich den Neubau vom CERN sparen können. Und Aussagen über die Zeit vor dem Urknall sind Metaphysik, Religion, pure Hypothese, SciFi, oder Unsinn, wenn auch zumindest im SciFi-Bereich faszinierend (zB TNG die Folge mit dem Picard-Doppelgänger).
\\// TWR

[Agent Scullie]

Mhm, bin eigentlich in Physik ne Niete, aber gehört zur Strahlung neben der Frequenz nicht auch die Amplitude und ist das Produkt evtl eine Konstante, womit die Energie doch gleich bleibt.

bei der kosmischen Hintergrundstrahlung werden durch die kosmische Expansion sowohl Frequenz als auch Amplitude vermindert. Die Frequenz durch die Rotverschiebung, die Amplitude dadurch dass die Energiedichte abnimmt: bei EM-Strahlung gilt, dass die Energiedichte proportional zum Quadrat der Amplitude ist, Verminderung der Energiedichte führt damit zu verminderter Amplitude. Das passt auch dazu, dass die Hintergrundstrahlung ein Plancksches Spektrum zeigt, wie es für Temperaturstrahlung typisch ist: je niedriger die Temperatur, desto niedriger die mittlere Frequenz, und desto niedriger auch die Strahlungsintensität (ein Körper wird nicht nur blauer, sondern auch heller, wenn man ihn erhitzt).

@Thomas W. Riker

Ich bin auch eine Physik-Niete. Aber ich bin sehr sicher, dass die Energie eines Photons allein von seiner Frequenz abhängig ist. So hat ein blaues Lichtquant mehr Energie als ein rotes Lichtquant, weil das blaue Photon eine höhere Frequenz und damit eine kürzere Wellenlänge hat.

nunja, sie hängt auch von der Amplitude ab. Nur ist die bei fester Photonenzahl (hier: eins) kein unabhängiger Parameter, sondern durch die Strahlungsintensität festgelegt, und die wiederum durch die Frequenz. Heißt: ein blaues Photon hat nicht nur mehr Energie als ein rotes, bei ihm ist auch die Amplitude höher.

[Dunderdon]

Diese Diskussion verdeutlicht wieder einmal, wie unsinnig die Annahme eines Urknalls tatsächlich ist. Während in der Tat alles darauf hinweist, dass sich vor ca. ein paar Milliarden Jahren eine Explosion ereignet hat, die eine konventionelle Supernova lahm aussehen lässt, deutet rein garnichts darauf hin, dass es zuvor oder an anderen Orten nicht auch Materie und Zeit gegeben hat, die es immer noch gibt.

Wenn wir davon ausgehen können, dass es sowas wie einen Big Bounce gibt, wieso kann es dann nicht auch zwei Big Bounce nebeneinander geben, deren Materie sich ab und an vermischt? oder n deartige Phänomene paralell im Universum?

[Agent Scullie]

Diese Diskussion verdeutlicht wieder einmal, wie unsinnig die Annahme eines Urknalls tatsächlich ist. Während in der Tat alles darauf hinweist, dass sich vor ca. ein paar Milliarden Jahren eine Explosion ereignet hat, die eine konventionelle Supernova lahm aussehen lässt, deutet rein garnichts darauf hin, dass es zuvor oder an anderen Orten nicht auch Materie und Zeit gegeben hat, die es immer noch gibt.

Wenn wir davon ausgehen können, dass es sowas wie einen Big Bounce gibt, wieso kann es dann nicht auch zwei Big Bounce nebeneinander geben, deren Materie sich ab und an vermischt? oder n deartige Phänomene paralell im Universum?

das hört sich sehr danach an, als ob du der laienhaften Vorstellung anhängst, die Expansion des Universums sei so etwas wie die Expansion einer Materiewolke in einen umgebenden leeren Raum hinein, und der Urknall sei eine Explosion gewesen, die die Materie von einem zentralen Punkt aus in dessen Umgebung hinausschleuderte.

Zwar wurde in diesem Thread schon besprochen, dass sich diese naive Sichtweise nicht mit den Vorstellungen der modernen Kosmologie deckt, ich kann es aber für dich gerne noch einmal wiederholen: die moderne Kosmologie geht davon aus, dass Raum und Zeit selbst nicht einfach nur eine statische Kulisse sind, vor deren Hintergrund sich das kosmische Geschehen abspielt, vielmehr sind sie aktive Teilnehmer an der Entwicklung des Universums. Das bedeutet unter anderem, dass die kosmische Expansion eben kein Auseinanderstreben der Galaxien in einem unveränderlichen Raum ist, sondern eine Expansion des Raumes selbst, der homogen mit Galaxien gefüllt ist (von lokalen Inhomogenitäten wie Galaxienhaufen, Superhaufen oder Voids abgesehen). In der klassischen Theorie vom Urknall sind es dann auch Raum und Zeit selbst, die im Urknall ihren Ursprung hatten. Die Vorstellung mehrerer Big Bangs innerhalb derselben Raumzeit-Mannigfaltigkeit ist daher unsinnig.

Die in der populärwissenschaftlichen Literatur häufig anzutreffende Umschreibung des Urknalls als Explosion, vergleichbar einer Supernova, ist freilich unpräzise und für Laien sehr verwirrend. Die Bezeichnung "Big Bang" wurde übrigens von einem Gegner der Urknall-Theorie, Fred Hoyle, ersonnen, der sie damit verspotten wollte. Unglücklicherweise hat sich die irreführende Bezeichnung dann eingebürgert. Ein passenderer Name wäre "allgemeine kosmologische Anfangssingularität", oder kurz "Anfangssingularität".

Grundlegend für die moderne Kosmologie ist die allgemeine Relativitätstheorie (ART), die das Phänomen der Gravitation als Krümmung der Raumzeit beschreibt. Daraus lassen sich dann auch Modelle über die Globalstruktur der Raumzeit ableiten, welche gerade die Basis für die Kosmologie bilden.

Der von dir genannte Big Bounce ist ein Beispiel für ein kosmologisches Modell ohne Anfangssingularität. Statt dass Raum und Zeit aus einer Singularität hervorgingen, war demnach der Raum - und zwar der gesamte Raum, nicht nur ein begrenzter Ausschnitt - zunächst sei unbestimmter Zeit am kollabieren, bis schließlich im Big Bounce der Kollaps in eine Expansion - ebenfalls des Raumes als Ganzem - umschlug.

Ein anderes Modell ohne Anfangssingularität ist Andrej Lindes und Alexander Vilenkins ewige Inflation. Laut diesem Modell ist die Expansion allerdings nicht überall im ganzen Raum homogen, vielmehr gibt es Regionen mit stark beschleunigter, inflationärer Expansion, sowie Regionen mit verlangsamter Expansion. Wobei Regionen des letzteren Typs aus Regionen des ersteren Typs hervorgehen. Da könnte man dann schon eher davon sprechen, dass es ganz viele räumlich getrennte Big Bangs geben würde, sofern man mit Big Bang keine Anfangssingularität meint, sondern den Übergang von inflationärer Expansion in gewöhnliche verlangsamte Expansion. Zwar beobachten wir im heutigen Universum eine beschleunigte Expansion, diese ist aber weitaus weniger rasant als während der Inflationsphase, daher kann der heute für uns beobachtbare Ausschnitt des Universums in Lindes und Vilenkins Szenario mit einer Region verlangsamter Expansion identifiziert werden.

[Thomas W. Riker]

Etwas, was für viele verwirrend ist, ist der Punkt, daß Raum weder Energie noch Materie (beides ist ja miteinander verrechenbar) ist und daher für die Ausdehnung des Raumes nicht die Beschränkung durch die Lichtgeschwindigkeit gilt, denn der Raum selber enthält keine Information.
Das andere ist der Begriff Singularität, der im Thema schwarzes Loch ein anderer ist, als im Thema der allgemeinen kosmologischen Anfangssingularität.
\\// TWR

[prince]

Vor dem Urknall war nichts also auch kein leerer Raum (weil auch leerer Raum ist schon etwas) und wo nichts ist kann es auch keinen Punkt gegeben haben an dem der Urknall stattgefunden hat.

Das stimmt nicht, die Wissenschaft kann einfach keine Aussagen darüber treffen was vorher war und wo es war.
Ich habe da meine eigene Theorie, aber naja.

Was den "Ort" angeht, das wurde ja schon gesagt, laut der aktuellen Therorie gibt es den Ort des Urknalls nicht, weil der Raum sich aus sich selbst herraus ausdehnte und es noch heute tut.
Verstehen kann ich das auch nicht, ist aber der aktuelle Stand.

[Halman]

nunja, sie hängt auch von der Amplitude ab. Nur ist die bei fester Photonenzahl (hier: eins) kein unabhängiger Parameter, sondern durch die Strahlungsintensität festgelegt, und die wiederum durch die Frequenz. Heißt: ein blaues Photon hat nicht nur mehr Energie als ein rotes, bei ihm ist auch die Amplitude höher.

Danke für die gute Erklärung, Agent Scullie.
Wenn mein Gedächnis mich nicht trügt, so kam der Begriff Amplitude in meinen Physik-Unterricht nie vor.
In Verbindung mit EM-Wellen sind mir nur die Begriffe Frequenz und Wellenlänge bekannt.

Etwas, was für viele verwirrend ist, ist der Punkt, daß Raum weder Energie noch Materie (beides ist ja miteinander verrechenbar) ist und daher für die Ausdehnung des Raumes nicht die Beschränkung durch die Lichtgeschwindigkeit gilt, denn der Raum selber enthält keine Information.

Hm, interessante Erklärung. Was hälst Du von dieser: Bewegungen sind dadurch definiert, dass sich etwas im Raum bewegt, z.B. von Koordinate A zu Koordinate B.
Wenn hingegen der Raum selbst expandiert, stellt dies keine Bewegung in dem Sinne dar, dass sich etwas innerhalb des Raumes bewegt. Daher unterliegt die Expansion auch keiner Lichtgeschwindigkeitsgrenze.

Das andere ist der Begriff Singularität, der im Thema schwarzes Loch ein anderer ist, als im Thema der allgemeinen kosmologischen Anfangssingularität.
\\// TWR

Inwiefern unterscheidet sich die allgemeine kosmologische Anfangssingularität von der Singulartät eines Schwarzen Loches?

[Agent Scullie]

Etwas, was für viele verwirrend ist, ist der Punkt, daß Raum weder Energie noch Materie (beides ist ja miteinander verrechenbar) ist und daher für die Ausdehnung des Raumes nicht die Beschränkung durch die Lichtgeschwindigkeit gilt, denn der Raum selber enthält keine Information.

das kann man so eigentlich nicht sagen. In einem expandierenden Raum kann der Abstand zwischen zwei Testteilchen schneller wachsen als mit Lichtgeschwindigkeit. Das hat aber nichts damit zu tun, dass der Raum weder Energie noch Materie ist oder keine Information enthält. Eher damit, dass dabei keine Überlichtgeschwindigkeit bezogen auf lokale Distanzmarkierungen (so drückte es Lawrence M. Krauss aus) auftritt. Jedes der beiden Testteilchen hat bezogen auf andere Teilchen in seiner lokalen Umgebung immer nur eine Geschwindigkeit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit. "Lokal" bedeutet hierbei auf Skalen die klein sind gegen die Krümmung der Raumzeit. Das andere Testteilchen, das sich überlichtschnell entfernt, gehört daher nicht mehr zur lokalen Umgebung.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 6 Minuten und 14 Sekunden:

Inwiefern unterscheidet sich die allgemeine kosmologische Anfangssingularität von der Singulartät eines Schwarzen Loches?

eine allgemeine kosmologische Anfangs- oder Endsingularität zeichnet sich dadurch aus, dass alles Weltlinien in der Raumzeit entweder aus ihr hervorgehen (Anfangssingularität) oder in ihr enden (Endsingularität, "Big Crunch"). Auf eine Singularität im Zentrum eines schwarzen Loches trifft das nicht zu, an der enden nur diejenigen Weltlinien, die in das schwarze Loch hineinführen.

Anschaulich kann man sich das am besten über das Kruskal-Diagramm eines schwarzen Loches klarmachen:

Kruskal-Szekeres-Koordinaten ? Wikipedia

Demgegenüber wäre eine allgemeine kosmologische Anfangssingularität eine waagerechte Gerade unten bzw. eine Endsingularität eine waagerechte Gerade oben.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 1 Minute und 25 Sekunden:

Das stimmt nicht, die Wissenschaft kann einfach keine Aussagen darüber treffen was vorher war und wo es war.
Ich habe da meine eigene Theorie, aber naja.

Was den "Ort" angeht, das wurde ja schon gesagt, laut der aktuellen Therorie gibt es den Ort des Urknalls nicht, weil der Raum sich aus sich selbst herraus ausdehnte und es noch heute tut.
Verstehen kann ich das auch nicht, ist aber der aktuelle Stand.

vor 40 Jahren war das der aktuelle Stand. Mittlerweile geht der Trend in Richtung Modelle ohne Anfangssingularität. Beispiele sind der Big Bounce oder die ewige Inflation.

[Thomas W. Riker]

Wow, so 'einfach' ist das ?
Mit Kruskal-Szekeres-Koordinaten kann ich dann wieder mit Halb-Wissen bluffen. Sieht mathematisch-aesthetisch, weil Ockham-Razor-mäßig aus.

Die kleinen Raum-Zeit-Skalen bedeuten ja indirekt, daß es zwischen diesen >c-Teilchen keinen Informations-Austausch gibt. Naja, riecht nach zirkulärer Argumentation meinerseits.

[Dunderdon]

Kosmologie geht davon aus, dass Raum und Zeit selbst nicht einfach nur eine statische Kulisse sind, vor deren Hintergrund sich das kosmische Geschehen abspielt, vielmehr sind sie aktive Teilnehmer an der Entwicklung des Universums. Das bedeutet unter anderem, dass die kosmische Expansion eben kein Auseinanderstreben der Galaxien in einem unveränderlichen Raum ist, sondern eine Expansion des Raumes selbst, der homogen mit Galaxien gefüllt ist (von lokalen Inhomogenitäten wie Galaxienhaufen, Superhaufen oder Voids abgesehen). In der klassischen Theorie vom Urknall sind es dann auch Raum und Zeit selbst, die im Urknall ihren Ursprung hatten. Die Vorstellung mehrerer Big Bangs innerhalb derselben Raumzeit-Mannigfaltigkeit ist daher unsinnig.

Das stimmt nur, wenn wir davon ausgehen, dass der Urknall die Raumzeit geschaffen hat. Die Vorstellung mehrerer "Bangs", die keine Urknälle sonder eben Supernovae größerer Ordnung sind, ist aber nicht unsinnig und erklärt die beobachteten Phänomene genauso.

Unsinnig finde ich Theorien über die Zeit vor der Zeit, den Ort des Nicht-Raumes (weil Singularität), die Entstehung von Materie aus dem Nichts (Gottes Willen löst den Urknall aus, oder was?), die ersten fünf Sekunden des Universums oder ähnliches.

[Agent Scullie]

Das stimmt nur, wenn wir davon ausgehen, dass der Urknall die Raumzeit geschaffen hat.

eher von der Gültigkeit der ART. Kosmologische Modelle mit Anfangssingularität leiten sich aus dieser ab, nicht umgekehrt.

Die Vorstellung mehrerer "Bangs", die keine Urknälle sonder eben Supernovae größerer Ordnung sind, ist aber nicht unsinnig und erklärt die beobachteten Phänomene genauso.

auf jeden Fall entspräche eine solche Vorstellung nicht den gängigen Vorstellungen der heutigen Kosmologie und sollte daher ausdrücklich als Außenseitertheorie - oder genauer: als Laientheorie, da kein Kosmologie so eine Theorie vertritt - ausgewiesen werden.

Dass sie die beobachteten Phänomene erklären könnte, wage ich auch zu bezweifeln. Z.B. wäre ja die Lichtausbreitung ganz anders als im Modell des expandierenden Raumes. So müsste eine Galaxie, deren Licht x Mrd. Jahre zu uns unterwegs war, zum Zeitpunkt der Lichtemission auch x Mrd. Lichtjahre von uns entfernt gewesen sein, da es kein Anlaufen des Lichts gegegen die Expansion des Raumes gäbe. Die kosmische Hintergrundstrahlung dürfte auch nicht beobachtbar sein, da sie sich vom Ort der Explosion ausgehend scheller als die Galaxien ausgebreitet haben müsste und deshalb heute nur in einer dünnen Kugelschale außerhalb des mit Galaxien gefüllten Raumbereichs befinden müsste. Kurzum: eine auf Eigenbewegungen der Galaxien beruhende kosmische Expansion hätte ein ganz anderes Aussehen des Universums zur Folge als eine auf einer Expansion des Raumes respektive Krümmung der Raumzeit beruhende.

Ob ein Modell wie deines überhaupt mit der ART verträglich wäre, ist noch eine andere Frage. Da Materie die Raumzeit beeinflusst, sollte sie auch Auswirkungen auf deren Globalstruktur haben. Eine auf ewige unveränderliche Raumzeit mit darin ablaufenden Explosionen dürfte damit nicht unbedingt zusammenpassen.

Unsinnig finde ich Theorien über die Zeit vor der Zeit,

in Modellen ohne Anfangssingularität gibt es ja auch keine Zeit vor der Zeit. Im Big Bounce Szenario z.B. gibt es eine Zeit vor dem Big Bounce, dabei handelt es sich aber nicht um eine Zeit vor der Zeit, da die Zeit nicht mit dem Bog Bounce beginnt, schließlich ist der keine Anfangssingularität.

den Ort des Nicht-Raumes (weil Singularität),

Theorien über einen Ort des Nicht-Raumes gibt es nicht.

die Entstehung von Materie aus dem Nichts

in Modellen mit Anfangssingularität entsteht die Materie nicht aus dem Nichts. Dazu hätte ja vor der Materie bereits die Zeit existieren müssen, damit es einen Zeitraum hätte geben können, in dem nichts vorhanden war. Die Zeit nimmt aber selbst erst an der Anfangssingularität ihren Anfang, deswegen liegt da auch keine Entstehung von Materie aus dem Nichts vor.

Zweifellos gelten Modelle mit Anfangssingularität auch unter Kosmologen als unbefriedigend oder unelegant. Zu deiner Strategie, zur vorrelativistischen Physik zurückzukehren und Raum und Zeit wieder als statischen Hintergrund zu deuten, entschließt sich trotzdem niemand. Eher favorisiert man Modelle wie den Big Bounce oder die ewige Inflation, die am ART-Bild festhalten, aber ohne Anfangssingularität auskommen.

die ersten fünf Sekunden des Universums oder ähnliches.

was passt dir an den ersten fünf Sekunden nicht?


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 9 Minuten und 45 Sekunden:

Wow, so 'einfach' ist das ?
Mit Kruskal-Szekeres-Koordinaten kann ich dann wieder mit Halb-Wissen bluffen.

schande über dich, dass du bluffen willst. Wir sind hier nicht beim Pokerspielen.

Sieht mathematisch-aesthetisch, weil Ockham-Razor-mäßig aus.

du solltest es eher unter topologischen Gesichtspunkten betrachten.

Die kleinen Raum-Zeit-Skalen bedeuten ja indirekt, daß es zwischen diesen >c-Teilchen keinen Informations-Austausch gibt.

kann man so eigentlich nicht sagen. Zwischen zwei Testteilchen, die sich durch die Expansion des Raumes überlichtschnell voneinander entfernen, ist durchaus ein Informationsaustausch möglich. Stell dir ein Lichtsignal vor, das von einem der beiden Teilchen ausgesandt wird. Je weiter es sich von dem Teilchen entfernt, desto stärker wird es von der Expansion des Raumes "mitgezogen". Aus Sicht des emittierenden Teilchens wächst die Geschwindigkeit des Lichtsignals dadurch auch über die Lichtgeschwindigkeit hinaus. Dadurch kann es dann prinzipiell das andere Teilchen erreichen.

Z.B. können wir im expandierenden Universum durchaus Galaxien sehen, die sich mit Überlichtgeschwindigkeit von uns entfernen. Es gibt zwar den Teilchen- und Ereignishorizont, jenseits derer wir keine Galaxien mehr sehen können, die sind aber beide nicht dadurch gegeben, dass an ihnen die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit erreicht. Eine sehr gutes Buch zu dem Thema ist der 8. Band der Bergmann/Schäfer-Reihe, der setzt allerdings Kenntnisse der Differential- und Integralrechnung voraus.

Naja, riecht nach zirkulärer Argumentation meinerseits.

na wenn du meinst.

[Stormking]

Das stimmt nur, wenn wir davon ausgehen, dass der Urknall die Raumzeit geschaffen hat. Die Vorstellung mehrerer "Bangs", die keine Urknälle sonder eben Supernovae größerer Ordnung sind, ist aber nicht unsinnig und erklärt die beobachteten Phänomene genauso.

Eben nicht. Die Vorstellungen vom Urknall, die von einer Explosion von Materie in einen bereits vorhanden Raum hinein handeln, zeugen lediglich von Halbwissen und sind mit den Beobachtungen keineswegs vereinbar. Wer auf dieser Basis gegen die tatsächliche Urknalltheorie argumentieren will, macht sicht bestenfalls lächerlich.

[prince]

Tja, genau genommen sind das zwar alles wunderschöne Ideen und Erklärungen, aber wenn man ehrlich ist weiß keiner was damals WIRKLICH geschah und es kann es kann auch keiner wissen.
das sind alles nur Modell, die mit den beobachtbaren Fakten grade am Besten übereinstimmen.
Aber das taten die newtonschen Gesetzte ja auch.
Das sind Dinge die jenseits der menschlichen Vorstellungswelt liegen..so wie allein schon die schiere Größe des Weltalls...mit Milliarden von Sternen ind Milliarden Galaxien in Millionen von Galaxienhaufen in vermutlich Hundertausenden von Superhaufen...da fühlt man sich irgendwie ganz unbedeutend..

Aber auch die schönste Urknalltheorie klärt die wichtigsten Fragen nicht..die nach dem WARUM.

[Stormking]

Tja, genau genommen sind das zwar alles wunderschöne Ideen und Erklärungen, aber wenn man ehrlich ist weiß keiner was damals WIRKLICH geschah

Das ist auch überhaupt nicht die Aufgabe der Wissenschaft. Diese soll lediglich Modelle liefern, die möglichst einfach sind, mit allen Bobachtungsdaten übereinstimmen und zuverlässige Vorhersagen für die Zukunft liefern.

Aber auch die schönste Urknalltheorie klärt die wichtigsten Fragen nicht..die nach dem WARUM.

Die Frage nach dem "warum" zielt nunmal nicht auf physikalische Kausalitäten, sondern nach dem SINN. Und "Sinn" ist eine Kategorie menschlich-emotionalen Denkens, keine physikalische Größe. Es spricht quasi alles dafür, daß in der Natur kein objektiver Sinn enthalten ist. Die passenste Antwort nach dem Warum ist daher das Anthropisches Prinzip: Es gibt keinen Grund. Es könnte genausogut auch anders sein. Nur dann gäbe es uns nicht, um diese Frage zu stellen.