Wo ist die Antimaterie?

[Atahualpa]

Ich beschäftige mich zurzeit mal ein bissl mit der Entstehung des Universums bzw. lese einiges darüber.
Ein großes Rätsel ist ja wo eigentlich die Antimaterie geblieben ist die ja beim Urknall mit der Materie entstand.
Heut ist ja Materie dominierend.

Könnte es sein das es vielleicht 2 Universen gab die durch den Urknall entstanden also eines mit Materie und eines mit Antimaterie?

[Woodstock]

Könnte es sein das es vielleicht 2 Universen gab die durch den Urknall entstanden also eines mit Materie und eines mit Antimaterie?

Gilt heute als unwahrscheinlich. Also es deutet nichts darauf hin (korrigiert mich, wenn doch), dass es vorhanden ist.

Allerdings was weiß man heute schon so genau über die Gründe für das Ungleichgewicht... vielleicht ist die Antimaterie einem Golfclub beigetreten und sitzt grad außerhalb des sichtbaren Universums in der Lounge mit einem Anti-Cosmopolitan in der Hand.

[irony]

Könnte es sein das es vielleicht 2 Universen gab die durch den Urknall entstanden also eines mit Materie und eines mit Antimaterie?

Ja, warum nicht ? Wobei viele davon ausgehen, dass Materie und Anti-Materie anfangs ungefähr aber nicht ganz 50:50 in unserem Weltall vorlagen und ein kleines Übergewicht dann bei der anschließenden Vernichtungsorgie der Materie das heutige wohl fast exclusive Dasein gab.

In einem anderen (parallelen oder sonstwie gelagerten) Universum könnte Antimaterie vorherrschen, und ganz woanders könnte es auch gemischt sein.

Wenn etwa der Andromeda-Nebel aus Antimaterie wäre, würden wir es auch nicht ganz so schnell merken, denn wir sind ja durch den galaktische Leerraum getrennt, also keine Gefahr.

Materie und Antimaterie sind aber auch nicht völlig gleich, wie Experimente zum Kaonen-Zerfall zeigen, was immer das bedeutet.

[McWire]

Wenn etwa der Andromeda-Nebel aus Antimaterie wäre, würden wir es auch nicht ganz so schnell merken, denn wir sind ja durch den galaktische Leerraum getrennt, also keine Gefahr.

Bei den relativ häufigen Galaxie-Kollisionen im Universum hätten wir schon längst mitbekommen, wenn es Galaxien aus Antimaterie geben würde.

@ Ausgangsfrage

Die Antimaterie aus der Zeit des Urknalls ist noch heute im Universum vorhanden... nämlich in Form der ganzen elektromagnetischen Strahlung.

Ein Großteil der heutigen Hintergrundstrahlung dürfte Annihiliationsstrahlung aus der Anfangszeit des Universums sein.

[Halman]

Die Antimaterie aus der Zeit des Urknalls ist noch heute im Universum vorhanden... nämlich in Form der ganzen elektromagnetischen Strahlung.

Ein Großteil der heutigen Hintergrundstrahlung dürfte Annihiliationsstrahlung aus der Anfangszeit des Universums sein.

Beziehst Du dich hier auf die GUT-Theorie? Müsste demnach nicht die meiste Energie in der kosmischen Hintergrundstrahlung stecken, anstatt in der Materie?

Schau doch mal was Agent Scullie dazu schrieb (#209 und 213)

http://www.scifi-forum.de/off-topic/off-topic-allgemein/technik-wissenschaft/7278-einige-klarstellungen-sachen-physik-diskussion-11.html#post2176838

[McWire]

Beziehst Du dich hier auf die GUT-Theorie? Müsste demnach nicht die meiste Energie in der kosmischen Hintergrundstrahlung stecken, anstatt in der Materie?

Schau doch mal was Agent Scullie dazu schrieb (#209 und 213)
http://www.scifi-forum.de/off-topic/...ml#post2176838

Ich beziehe mich auf die Hypothese, dass es in der Frühzeit des Universum ein leichtes Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie gab.

Demzufolge sollte die gesamte Masse der Antimaterie in der Annihiliation-Strahlung stecken. Geht man davon aus, dass die Masseverteilung 51:49 betragen hätte, würde die heute übriggebliebene Materie nur 2% der Ursprungsmasse ausmachen. Die anderen 98% wurden in Strahlung umgewandelt.

Allerdings sorgt die Rotverschiebung aufgrund der Expansion des Universums dafür, dass diese Energie bis heute abgenommen hat.

[Halman]

Allerdings sorgt die Rotverschiebung aufgrund der Expansion des Universums dafür, dass diese Energie bis heute abgenommen hat.

Verstößt das nicht gegen das Energieerhaltungsgesetz? Stellt das ganze Universum nicht ein geschlossenes System dar, indem Energie weder neue entstehen noch verloren gehen kann?

[Enas Yorl]

Verstößt das nicht gegen das Energieerhaltungsgesetz? Stellt das ganze Universum nicht ein geschlossenes System dar, indem Energie weder neue entstehen noch verloren gehen kann?

Ich denke das McWire meinte, das aufgrund der Expansion des Universums, die Konzentration der Hintergrundstrahlung abgenommen hat.

[Halman]

Ich denke das McWire meinte, das aufgrund des Expansion des Universums, die Konzentration der Hintergrundstrahlung abgenommen hat.

Das ist natürlich logisch, dennoch denke ich nicht, dass der überwiegende Teil der Energie des Universums in dieser Strahlung steckt. Es gibt zwar sehr viel mehr Photonen als andere Teilchen, dafür sind diese sehr viel energiereicher als die Photonen.

@McWire
@Enas Yorl
Was haltet ihr von den Ausführungen von Agent Scullie, die ich verlinkt habe?
(Vielleicht habe ich seine fachkundigen Beiträge auch falsch verstanden.)

[Enas Yorl]

Was haltet ihr von den Ausführungen von Agent Scullie, die ich verlinkt habe?
(Vielleicht habe ich seine fachkundigen Beiträge auch falsch verstanden.)

Möglicherweise hast du da auch nur etwas missverstanden.

ja, von der Teilchenzahl her, aber nicht von der Energie her. Es gibt eine Milliarde mal mehr Photonen der Hintergrundstrahlung als es Materieteilchen gibt, das heißt aber nicht, dass die Hintergrundstrahlung auch eine Milliarde mal mehr Energie hätte. Bei der Expansion nimmt die Energiedichte der Strahlung schneller aber als die der Materie, mit r^-4 statt nur r^-3, wobei r der Skalenfaktor ist, deswegen ging die anfängliche energetische Dominanz der Strahlung in eine Dominanz der Materie über, so dass die Hintergrundstrahlung heute viel weniger Energie hat als zu der Zeit, als sich das Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie einstellte.

Agent Scullie hat hier keine Aussage zur Gesamtenergie der Hintergrungstrahlung versus Materie getroffen. Sondern das Universum als materiedominiert bezeichnet, weil diese heute einen stärkeren Einfluss auf das Universum ausübt (wegen ihrer lokalen Konzentration) als die Hintergrundstrahlung.

[Halman]

Agent Scullie hat hier keine Aussage zur Gesamtenergie der Hintergrungstrahlung versus Materie getroffen. Sondern das Universum als materiedominiert bezeichnet, weil diese heute einen stärkeren Einfluss auf das Universum ausübt (wegen ihrer lokalen Konzentration) als die Hintergrundstrahlung.

Danke für die Klarstellung, Enas Yorl. Also kann ich davon ausgehen, dass die kosmische Hintergrundstrahlung des gesamten Universums tatsächlich insgesamt mehr Energie enthält, als die Materie (einschließlich der Dunklen Materie).
Dann hat McWire natürlich recht: Materie und Antimaterie vernichteten sich gegenseitig und wurden zur Gamma-Strahlung - mit einem geringen Überschuss an Materie, aus denen sich die Galaxienhaufen bildeten. Aus der hochfrequenten Gamma-Strahlung wurde über die Zeit die langwellige Mikrowellen-Hintergundstrahlung. Habe ich dass jetzt richtig verstanden?

[Enas Yorl]

@Halman



Richtig, zumindest soweit mein Amateur-Wissen das zulässt. Aber vielleicht findet Scullie ja noch irgendwo ein Haar in der Suppe, und belehrt uns.

[McWire]

Das Grundprinzip ist ja, dass sich die Materie durch ihre Gravitation zusammen geklumpt hat, während die Strahlung sich gleichmäßig verteilt hat.

Selbst wenn es eine Millionen mal mehr Strahlung im Universum als das Energieäquivalent der Materie geben sollte, so ist diese Strahlung so stark verdünnt, dass sie kaum noch einen Einfluss hat.

Außerdem ist Strahlung ja um den Faktor c² dünner als die Materie, was ihren Beitrag zum Energie-Impuls-Tensor angeht.

[Agent Scullie]

Verstößt das nicht gegen das Energieerhaltungsgesetz? Stellt das ganze Universum nicht ein geschlossenes System dar, indem Energie weder neue entstehen noch verloren gehen kann?

in der ART gilt die Energieerhaltung global nur bei zeitunabhängiger Raumzeit-Metrik. Ein expandierendes (auch auch ein kontrahierendes) Universum stellt aber eine zeitabhängige Metrik dar, deswegen gilt die Energieerhaltung nicht mehr unumschränkt.

Wesentlich ist dabei die Zustandsgleichung, die Beziehung zwischen Energiedichte und Druck. Bei Strahlung sind beide positiv, deswegen nimmt die Energiedichte stärker als als umgekehrt proportional zum Anwachsen des Volumens, d.h. es wird Energie vernichtet. Das ist auch unmittelbar einsichtig: durch die Rotverschiebung verliert jedes Photon Energie, die Zahl der Photonen bleibt aber gleich. Bei staubartiger Materie ist der Druck nahezu null, da gilt dann tatsächlich Energieerhaltung: das Produkt aus Energiedichte und Volumen bleibt konstant.

Es gibt auch den Fall, dass Energie erzeugt wird. Das trifft auf die kosmologische Konstante zu, die mit einem negativen Druck verknüpft ist. Die Energiedichte ist dann konstant, d.h. die Energie wächst proportional zum Volumen.

Möglicherweise hast du da auch nur etwas missverstanden.



Agent Scullie hat hier keine Aussage zur Gesamtenergie der Hintergrungstrahlung versus Materie getroffen.

davon kannst du aber ausgehen, dass ich das getan habe. Die Energiedichte gewöhnlicher (staubartiger) Materie nimmt mit r^-3 ab, dadurch bleibt die Gesamtenergie konstant, da das Volumen mit r^3 anwächst, die Energiedichte der Strahlung nimmt dagegen mit r^-4 ab, dadurch wird ihre Gesamtenergie immer kleiner und unterschreitet schließlich die der gewöhnlichen Materie.

Sondern das Universum als materiedominiert bezeichnet, weil diese heute einen stärkeren Einfluss auf das Universum ausübt (wegen ihrer lokalen Konzentration) als die Hintergrundstrahlung.

und wie sollte das deiner Ansicht nach funktionieren, wenn nicht dadurch, dass die Gesamtenergie der Materie im heute beobachtbaren Universum größer ist als die der Hintergrundstrahlung?

Danke für die Klarstellung, Enas Yorl. Also kann ich davon ausgehen, dass die kosmische Hintergrundstrahlung des gesamten Universums tatsächlich insgesamt mehr Energie enthält, als die Materie (einschließlich der Dunklen Materie).

wie kommst du denn auf die Idee?

Dann hat McWire natürlich recht: Materie und Antimaterie vernichteten sich gegenseitig und wurden zur Gamma-Strahlung - mit einem geringen Überschuss an Materie, aus denen sich die Galaxienhaufen bildeten. Aus der hochfrequenten Gamma-Strahlung wurde über die Zeit die langwellige Mikrowellen-Hintergundstrahlung. Habe ich dass jetzt richtig verstanden?

ganz recht. Und weil bei der Entwicklung der Gammastrahlung zur Mikrowellenstrahlung jedes Photon Energie verlor, ist die Gesamtenenergie der Hintergrundstrahlung heute viel kleiner als früher.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 6 Minuten und 25 Sekunden:

Das Grundprinzip ist ja, dass sich die Materie durch ihre Gravitation zusammen geklumpt hat, während die Strahlung sich gleichmäßig verteilt hat.

Selbst wenn es eine Millionen mal mehr Strahlung im Universum als das Energieäquivalent der Materie geben sollte, so ist diese Strahlung so stark verdünnt, dass sie kaum noch einen Einfluss hat.

das ist ein Widerspruch. Wenn die Gesamtenergie der Strahlung im beobachtbaren Universum 1 Mio. mal größer wäre als die der Materie, dann wäre die Strahlung auch nicht stark verdünnt. Da das beobachtbare Universum ein bestimmtes Volumen hat (~ 10^30 Lj^3), bedeutet eine 1 Mio. mal größere Energie auch eine 1 Mio. mal größere Energiedichte (Energie/Volumen).

Außerdem ist Strahlung ja um den Faktor c² dünner als die Materie, was ihren Beitrag zum Energie-Impuls-Tensor angeht.

wie kommst du denn auf die Idee? Eine Energiedichte von x Joule/m^3 liefert immer den gleichen Beitrag zur Komponente T^00 des Energie-Impuls-Tensors, ganz egal ob es sich um Materie oder Strahlung handelt.

[McWire]

das ist ein Widerspruch. Wenn die Gesamtenergie der Strahlung im beobachtbaren Universum 1 Mio. mal größer wäre als die der Materie, dann wäre die Strahlung auch nicht stark verdünnt. Da das beobachtbare Universum ein bestimmtes Volumen hat (~ 10^30 Lj^3), bedeutet eine 1 Mio. mal größere Energie auch eine 1 Mio. mal größere Energiedichte (Energie/Volumen).

Strahlung ist aber "flüchtiger" als Materie und kann sich schneller verteilen, da sie sich mit c bewegt, was Materie nicht tut.

Daher dürfte sich der größte Teil der Strahlung am kausalen Rand unserer Welthorizont befinden, während sich die Materie innerhalb aufgrund der Gravitation zusammengeballt und verteilt hat.

wie kommst du denn auf die Idee? Eine Energiedichte von x Joule/m^3 liefert immer den gleichen Beitrag zur Komponente T^00 des Energie-Impuls-Tensors, ganz egal ob es sich um Materie oder Strahlung handelt.

Ich meine das auf ein einzelnes Partikel bezogen.