Wie kam das Universum ins Dasein?

[EREIGNISHORIZONT]

Halman und Thomas W. Riker sprechen an dieser Stelle aber vom Big Bounce-Szenario, nicht vom Urknall-Szenario. Beim Big Bounce gibt es keine Singularität, nur einen Zustand sehr hoher Dichte.

OK, aber das würde ja bedeuten, dass die gesammte Masse auf einen Punkt verdichtet keine Singularität verursacht. So verstehe ich das jedenfalls. Ist das nicht sehr unglaubwürdig, so viel Masse verdichtet auf einen Punkt ohne eine Singularität zu bilden?

[Agent Scullie]

Aber heißt es nicht, dass innerhalb einer Singularität die physikalischen Grundgesetze keine Rolle mehr spielen.

da geht es darum, dass auf einen Zustand unendlich starker Krümmung der Raumzeit die bekannten Gesetze der Physik nicht anwendbar sind. Mit der Vereinigung der Grundkräfte hat das nichts zu tun. Die Gesetze eine vereinheitlichen Theorie der Grundkräfte würden an einer Singularität ebenfalls unbrauchbar werden.

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OK, aber das würde ja bedeuten, dass die gesammte Masse auf einen Punkt verdichtet keine Singularität verursacht.

nein, würde es nicht, weil beim Big Bounce-Szenario eben keine Verdichtung auf einen einzige Punkt vorkommt. Der Radius des Universums bleibt stets größer als null, er wird nur sehr klein.

[Spocky]

Die leicht unterschiedliche Hintergrundstrahlung beweist, dass es 380.000 Jahre nach dem Urknall bereits Dichtezentren gab.
Ich könnte mir vorstellen, dass ein Urprall gar nicht markiert/datiert werden kann und von einem Ende nicht sinnvoll gesprochen werden kann.
Bei vollkommener Homogenität und Isotropie macht es evtl auch keinen Sinn von Zeit als Dimension zu sprechen, da alles ununterscheidbar ist.
Evtl bestand die Instabilität darin, dass es die 4 Kräfte noch nicht gab.

Virtuelles Aspirin bitte!

Du darfst dir die Dichteunterschiede auch nicht als leuchtende Materie vorstellen, die sich damals noch nicht zusammenklumpen konnte sondern eher als DM oder DE, die ja außer über die Gravitation kaum mit dem Rest interagieren. Ohne diese Unterschiede wäre das Universum später schon zu dünn gewesen, um Galaxien hervorzubringen.

[EREIGNISHORIZONT]

nein, würde es nicht, weil beim Big Bounce-Szenario eben keine Verdichtung auf einen einzige Punkt vorkommt. Der Radius des Universums bleibt stets größer als null, er wird nur sehr klein.

Danke für die Erklärung!

Es ist ja schon schwer sich vorzustellen, was nun eigentlich innerhalb einer Singularität so passiert, aber die Vorstellung, dass die gesammte Masse unseres Universum verdichtet ebend keine Singularität ergibt, finde ich noch mehr verrückt. Wenn man bedenkt, dass bereits ein Stern mit 3facher Masse unserer Sonne zu einem schwarzen Loch wird, dass Universum hingegen beim Big Crunch nicht, finde ich das wirklich äußerst merkwürdig.

[Halman]

Es ist ja schon schwer sich vorzustellen, was nun eigentlich innerhalb einer Singularität so passiert, aber die Vorstellung, dass die gesammte Masse unseres Universum verdichtet ebend keine Singularität ergibt, finde ich noch mehr verrückt. Wenn man bedenkt, dass bereits ein Stern mit 3facher Masse unserer Sonne zu einem schwarzen Loch wird, dass Universum hingegen beim Big Crunch nicht, finde ich das wirklich äußerst merkwürdig.

Es wäre auch in der Tat merkwürdig, wenn dem so wäre. Wenn schwarze Löcher Singularitäten sind, dann muss es selbstverständlich auch der Big Crunch sein.
Es kommt darauf an, welche Theorie man für die Kosmologie zugrundelegt. Gemäß der klassischen ART begann das Universum mit einer Anfangssingularität, Schwarze Löcher und der Big Crunch wären dann Endsingularitäten.

Gem der Loop-Quantengravitation kann es aber gar keine Singularitäten geben. Gemäß dieser nichtklassischen Quantengravitation enthalten dann auch Schwarze Löcher keine Singularitäten, sondern auf die Planck-Dichte kompromierte Massen.

[Halman]

Gestern fand ich einen aufschlussreichen Artikel zum Big Bounce, den ich euch nicht vorenthalten möchte:

Blick durch den Big Bounce

War der Urknall wirklich der Anfang von allem oder nur eine Art Übergang von einem Universum zum nächsten? Physiker der amerikanischen Penn State University sind schon seit einiger Zeit überzeugt, dass unser Universum einen Vorgänger hatte. Mit Hilfe eines neuen mathematischen Modells wollen sie nun sogar in dieses Vorgänger-Weltall zurückblicken. Erschwert wird dies allerdings durch die sogenannte Quantenunschärfe.

Kosmologie: Blick durch den Big Bounce

[Halman]

War die Anfangssingularität immer Bestandteil der Urknalltheorie?

Diese Frage mag überraschen, haben wir hier doch diskutiert, dass der Urknall (Big Bang) sich insbesondere durch die Anfangssingularität auszeichnet und andere kosmologische Modelle, die keine solche Singularität enthalten, somit nicht als Big Bang bezeichnet werden dürften.

Nun frage ich mich, ob dies wissenschaftshistorisch wirklich haltbar ist. In einem Buch über Stephen Hawking (leider habe ich den Titel vergessen, denn vor einiger Zeit musste ich es wieder in der hiesigen Bücherei zurückgeben), wurde es so dargestellt, als wenn erst Hawking Mitte der 1960er Jahre die Urknalltheorie weiterentwickelte, indem er folgerte, dass an ihrem Anfang eine Singularität bestehen muss.

Hawkings Doktorarbeit basierte auf den Arbeiten des Mathematikers Roger Penrose, dessen Gleichungen dem Artikel zufolge im Zentrum Schwarzer Löcher Singularitäten beschrieb.
Hierzu habe ich mal einen FOCUS Artikel rausgesucht, der darüber berichtet:

Hawking übertrug diesen Vorgang auf die Entstehung des Universums. Er fragte sich, ob nicht auch der Urknall, aus dem das Universum hervorging, eine Singularität gewesen sein müsste.

Wie verhält es sich denn nun wissenschaftshistorisch? War die Singularität bereits bei Friedmann und Lemaître Bestandteil ihrer Theorie?

[Bakkad Baran]

villeicht ist unser universum ja aus einer singularität entstanden. könnte aber doch sein das es unzählige singularitäten gibt welche in unzählige räume ( oder einen raum ) expandieren und irgentwann wieder zusammenstürzen.
so wie es eine kraft gibt die alles auseinanderschiebt, kanns auch eine geben die alles zusammenschiebt.

das schwarze löcher vermutlich keine singularität haben und nicht unendlich klein sind im zentrum ( dann würden sie ja ewig weiter zusammstürzen weils nie aufhören würde ) und eher dunkle schwerkraftzonen bzw. objekte sind die das licht durch ihre gravitation an ort und stelle halten.
das objekt ansich ist hell, nur können wir es nicht sehn weil die photonen unsere augen nicht erreichen.

ein vorgänger universum halte ich ebenso für möglich - eventuell sogar mit anderer physik und natürlichen grundgesetzten. ob wir es je sehen könnten ?

[Spocky]

Und was soll bitte "unendlich klein" sein? -1 ist kleiner als 0 also müsste unendlich klein -unendlich sein.

Eine Singularität kann folglich nicht unendlich klein sein, da sie keine Ausdehnung besitzt und somit keine negative

[Bakkad Baran]

ausserdem muss man sagen: da wo das schwarze loch anfängt wäre im grunde auch das ende der singularität. wäre sie unendlich gäbe es kein anfang ( selbst wenn man nie von beginn des schwarzen loches zum kleinsten endpunkt kommen würde wäre es nicht unendlich - man könnte immernoch zurück zum ausgangspunkt.
alles was ein ausgangspunkt hat ist endlich
vermutlich gibt es die unendlichkeit nicht wirklich und wenn dann können wir uns diese nur schlecht vorstellen.

für den menschen muss der eltraum auch irgendwo drin sein. er kann es zwar ansatzweise so sehen das er in sich selbst expandiert, für viele wird er aber ähnlich wie ein ballon eine aussenseite haben und einen anderer raum inden er hineinexpandiert.
man kann sich anderes auch nur schlecht vorstellen.

das wissen über das universum stammt von menschen und menschen können nicht alles richtig machen oder 100 prozentig beweisen. auch wenn sich einiges physikalisch oder mathematisch berechnen läst ist es noch längst nicht eine lösung für das endprodukt.

das universum scheint unendlich groß, doch dann müsste es schon immer sterne gegeben haben und die sicht bzw. das licht von denen irgendwann bei uns ankommen ( oder nie ) oder so schwach sein das wir es nicht mehr sehen können. ab dem punkt wäre für uns das universum zuende.
zudem knnte vieles vom licht schon längst an uns vorbeigezogen sein - folglich werden wir dies niemals mehr sehen.

wenn es ein anfang gab muss man nur die expasionsgeschwindigkeit herrausfinden und die lebenszeit des universums, und schon kann man die grenze festlegen ( wenn es eine gibt )
zeitlich gesehen ist es endlich, zumindest rückwärts gesehen gab es einen anfang.

[Spocky]

da wo das schwarze loch anfängt wäre im grunde auch das ende der singularität.

Wenn dem so wäre, dann wäre es auch keine Singularität mehr

[Halman]

villeicht ist unser universum ja aus einer singularität entstanden. könnte aber doch sein das es unzählige singularitäten gibt welche in unzählige räume ( oder einen raum ) expandieren und irgentwann wieder zusammenstürzen.

Dazu müssten - anders als in der ART - das Universum bzw. die Universen in einem höherdimensionalen Raum eingebettet sein. Wenn dem so wäre, könnte man unsere Raumzeit als eine Hyperfläche der 5D-Raumzeit ansehen. Allerdings verlassen wir damit den Geltungsbereich der ART ins Spekulative hinein.

Lisa Randall entwickelte ein 5-dimensionales Modell, welches aber imho grundverschieden von Deinem Modell ist. Dieses erste Randall-Sundrum-Modell (RS-1 Modell) gehört zur Brane-Kosmologie und beschreibt eine unendlich ausgedehnte Extradimension. Unser Universum wäre imho die "Bran 2" in der Grafik und das parallele Univesum die "Bran 1". Die Branen hätte je drei Raumdimensionen und natürlich die Zeitdimension und könnte man als Hyperflächen der 5D-Raumzeit ansehen.



Wie wären in der "Bran 2" gefangen. Von den vier fundamentalen WW'en könnte nur die Gravitation über die "Bran" hinaus in der fünfdimensionalen Raumzeit (dem Bulk) wirken.

An dieser Stelle räume ich gerne ein, dass ich diese quantengravitative Brane-Kosmologie nicht wirklich verstehe. Für weitere Informationen verweise ich daher auf den Wikipedia-Artikel zum Randall-Sundrum-Modell und die obige QUELLE zur Grafik.

so wie es eine kraft gibt die alles auseinanderschiebt, kanns auch eine geben die alles zusammenschiebt.

Bei der Kraft, welche die beschleunigte Expansion bewirkt, handelt es [vermutlich] um die Kosmologische Konstante Lambda, die als Dunkle Energie bekannt ist. Die Kraft, die alles zusammenzieht ist die Gravitation.

das schwarze löcher vermutlich keine singularität haben und nicht unendlich klein sind im zentrum ( dann würden sie ja ewig weiter zusammstürzen weils nie aufhören würde ) und eher dunkle schwerkraftzonen bzw. objekte sind die das licht durch ihre gravitation an ort und stelle halten.
das objekt ansich ist hell, nur können wir es nicht sehn weil die photonen unsere augen nicht erreichen.

Wenn Schwarze Löcher (der schwarze Bereich, aus dem kein Licht entkommt und in dessen Zentrum die Masse liegt) in ihrem Zentrum keine Singularitäten enthalten, sondern Massen mit endlicher Dichte und Größe, dann entfällt afaik auch Deine obige Vermutung, gem. der unser Universum aus einer Singularität hervorkam. Gab es aber eine Anfangssingularität, so kann dies nur sein, wenn Singularitäten physikalisch möglich sind. Sind sie möglich, werden sie bei Schwarzen Löchern realisiert, weil dann nichts dem gravitativen Kollaps widerstehen kann. Um hier eine nulldimensionale Singularität auszuschließen, müsste diese physikalisch fundamentall unmöglich sein. Dann gab es aber auch keine Anfangssingularität.

Es wäre natürlich möglich, dass die Masse in einem Schwarzen Loch erst in unendlich ferner Zukunft zur Singularität kollabiert. Agent Scullie sprach verschiedene Koordinatensysteme an; es hängt vom Koordinatensystem ab, ob bspw. Licht unendlich lange braucht, um vom Ereignishozrizont in die Entsingularität zu stürzen, oder ob dies in endlicher Zeit geschieht.
Aber wirklich verstanden habe ich seine Ausführungen hierzu leider nicht.

ein vorgänger universum halte ich ebenso für möglich - eventuell sogar mit anderer physik und natürlichen grundgesetzten. ob wir es je sehen könnten ?

Du beschreibst hier offenbar ein Big Bounce-Szenarion. Anders als im Big Bang, setzt sich die Raumzeit über den Big Bounce hinaus fort und erstreckt sich ewig in die Vergangenheit; wir sind also Teil der selben Raumzeit, wie vor dem Big Bounce. Es gibt also keinen Anfang, keinen "Rand", der Raumzeit im Sinne des Big Bang.
Beim Big Bounce entstehen keine physikalischen Gesetze, sondern es wäre ein physikalischer Prozess innerhalb der ewigen Raumzeit, dessen Gesetze einfach bestehen und afaik vor dem Big Bounce die selben sind, wie nach dem Big Bounce.

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Und was soll bitte "unendlich klein" sein? -1 ist kleiner als 0 also müsste unendlich klein -unendlich sein.

Eine nulldimensionale Singularität.

Eine Singularität kann folglich nicht unendlich klein sein, da sie keine Ausdehnung besitzt und somit keine negative

Eine unendlich negative Ausdehung wäre ja nicht unendlich klein, sondern unendlich groß, nur eben in negativer Richtung.
Die Null stellt afaik einen unendlich kleinen Wert dar und nicht -∞.

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ausserdem muss man sagen: da wo das schwarze loch anfängt wäre im grunde auch das ende der singularität. wäre sie unendlich gäbe es kein anfang ( selbst wenn man nie von beginn des schwarzen loches zum kleinsten endpunkt kommen würde wäre es nicht unendlich - man könnte immernoch zurück zum ausgangspunkt.
alles was ein ausgangspunkt hat ist endlich
vermutlich gibt es die unendlichkeit nicht wirklich und wenn dann können wir uns diese nur schlecht vorstellen.

Vermutlich liegt es daran, dass ich zu dieser Urzeit nicht mehr so konzentriert bin. Aber auch beim wiederholten Lesen werde ich aus diesem Abschnitt nicht schlau.

für den menschen muss der eltraum auch irgendwo drin sein. er kann es zwar ansatzweise so sehen das er in sich selbst expandiert, für viele wird er aber ähnlich wie ein ballon eine aussenseite haben und einen anderer raum inden er hineinexpandiert.
man kann sich anderes auch nur schlecht vorstellen.

Daher war ich früher davon überzeugt, dass die raumzeitliche Krümmung nur durch eine fünfte Dimension erklärbar ist. Erst viel später lernte ich, dass die ART die Gravitation ohne höhere Dimension, und somit ohne Rückgriff auf einen höherdimensionalen Einbettungsraum, beschreibt.
Unser menschliches Vorstellungsvermögen mag damit Schwierigkeiten haben, aber die Natur des Universums unterliegt wohl kaum den Beschränkungen menschlicher Vorstellungskraft.

Es ist ohne weiteres möglich, eine innere Krümmung durch die relative Krümmung von zwei Weltlinien zu beschreiben, völlig unabhängig von einem Einbettungsraum; dazu braucht man dur die "benachtbarten" Weltlinien von zwei Testmassen zu vergleichen. Sind sie relativ zueinander gekrümmt, ist die Metrik der Raumzeit, durch welche die Weltlinien verlaufen, gekrümmt.

das wissen über das universum stammt von menschen und menschen können nicht alles richtig machen oder 100 prozentig beweisen. auch wenn sich einiges physikalisch oder mathematisch berechnen läst ist es noch längst nicht eine lösung für das endprodukt.

Wissenschaft ist ein fortschreitender Prozess, der vermutlich nie abgeschlossen sein wird. Auch werden wir wohl nie imstande sein, wissenschaftliche Theorien im strengen Sinne zu beweisen, aber sie lassen sich durchaus falsifizieren (dann sind sie vom Tisch), oder "belegen" und damit qualitativ und quantitativ bewerten. Die Funktion unserer Computer "belegt" imho die Quantenmechanik, kann sie aber nicht beweisen.

das universum scheint unendlich groß, doch dann müsste es schon immer sterne gegeben haben und die sicht bzw. das licht von denen irgendwann bei uns ankommen ( oder nie ) oder so schwach sein das wir es nicht mehr sehen können. ab dem punkt wäre für uns das universum zuende.
zudem knnte vieles vom licht schon längst an uns vorbeigezogen sein - folglich werden wir dies niemals mehr sehen.

Du sprichst hier das Olbers-Paradoxon an. Aufgrund des endlichen Alters des Universums, begrenzt der Beobachtungshorizont den Teil des Universums, aus denen uns Informationen in Form von EM-Strahlung erreicht haben kann. Innerhalb des beobachtbaren Universums gibt es nur eine endliche Anzahl von Lichtquellen, die seit endlicher Zeit strahlen. Grundsätzlich könnte dies Teil eines unendlichen Universums sein, welches sich größtenteils unserer Beobachtung entzieht.

Wer abends vor der Haustüre feststellt, dass der Nachhimmel dunkel ist, darf also messerscharf kombinieren: Aha, das Universum expandiert!

Zitat-QUELLE

wenn es ein anfang gab muss man nur die expasionsgeschwindigkeit herrausfinden und die lebenszeit des universums, und schon kann man die grenze festlegen ( wenn es eine gibt )
zeitlich gesehen ist es endlich, zumindest rückwärts gesehen gab es einen anfang.

Laut den neuesten Messdaten von PLANCK exisitiert unser Universum seit 13,82 Milliarden Jahren.

[pollux83]

Du sprichst hier das Olbers-Paradoxon an. Aufgrund des endlichen Alters des Universums, begrenzt der Beobachtungshorizont den Teil des Universums, aus denen uns Informationen in Form von EM-Strahlung erreicht haben kann. Innerhalb des beobachtbaren Universums gibt es nur eine endliche Anzahl von Lichtquellen, die seit endlicher Zeit strahlen. Grundsätzlich könnte dies Teil eines unendlichen Universums sein, welches sich größtenteils unserer Beobachtung entzieht.

Wenn ich das richtig verstehe, dann können wir ein unendliches Universum nicht von einem verdammt großen Universum unterscheiden.

[Halman]

Wenn ich das richtig verstehe, dann können wir ein unendliches Universum nicht von einem verdammt großen Universum unterscheiden.

Ja, so verstehe ich das auch.

[Agent Scullie]

Nun frage ich mich, ob dies wissenschaftshistorisch wirklich haltbar ist. In einem Buch über Stephen Hawking (leider habe ich den Titel vergessen, denn vor einiger Zeit musste ich es wieder in der hiesigen Bücherei zurückgeben), wurde es so dargestellt, als wenn erst Hawking Mitte der 1960er Jahre die Urknalltheorie weiterentwickelte, indem er folgerte, dass an ihrem Anfang eine Singularität bestehen muss.
[...]
Wie verhält es sich denn nun wissenschaftshistorisch? War die Singularität bereits bei Friedmann und Lemaître Bestandteil ihrer Theorie?

schon bei Friedmann und Lemaitre fand sich, dass der Skalenfaktor zu einem Zeitpunkt in der endlichen Vergangenheit null gewesen ist. Allerdings haben sich da beide nicht allzu viele Gedanken drum gemacht. Von Lemaitre heißt es, dass er davon ausging, dass der Skalenfaktor einfach nur sehr klein war, aber nicht genau null, und dass das Nullwerden des Skalenfaktors im Modell nur als Idealisierung zu verstehen sei.

Hawkings Leistung bestand nun darin, den Beweis zu erbringen, dass der ART zufolge tatsächlich eine Singularität am Anfang der Expansion gestanden haben müsse (vorausgesetzt, zu einem hinreichend frühen Zeitpunkt war keine kosmologische Konstante dominant). Spekulationen, die Friedmann-Modelle würden eventuell doch ohne Singularität auskommen, wurde damit der Riegel vorgeschoben.