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THEMA: Nullniveau des Higgs-Potentials

Nullniveau des Higgs-Potentials 11 02. 2020 15:56 #65127

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In Abbildung 11.9 auf der Seite 578 ist das Higgs-Potential in zwei Bildern dargestellt, links 2-dimensional und rechts 3-dimensional als Mexican Hat. Das Nullniveau ist jedoch unterschiedlich eingezeichnet. Im linken Bild liegt es in der Mitte beim ursprünglichen Vakuum zum Zeitpunkt, als der Urknall einsetzte. Das Universum hat dann ein niedrigeres Energieniveau ausserhalb der Mitte gefunden, bei dem es wegen negativer Energie stabil expandierte. Dieser Zustand ist im rechten Bild als Nullniveau dargestellt. Nun kann man das Nullniveau beliebig definieren, es bringt mich aber zu meiner Frage:

Hat das Vakuum ausserhalb des Universums das ursprüngliche Nullniveau des linken Bildes und übt diese Vakuumenergie nicht von aussen energetischen Druck auf das Universum aus ?

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Nullniveau des Higgs-Potentials 13 02. 2020 09:00 #65172

Moinsen

Soweit wie ich es verstanden habe (ohne Gewähr):
Beide Bilder zeigen den Zustand zum Urknall. Innerhalb dessen entstanden erst Raum und Zeit. Ein außerhalb ist unbekannt. Dieses unbekannte außerhalb als Vakuum anzunehmen und mit Vakuumenergie anzureichern, ist eine falsche Ausgangsbasis.

Die Bilder verdeutlichen die Entstehung von allem aus "einem uns unbekannten Zustand", jedoch befand dich dieser "unbekannte Zustand" in einem falschen Zustand und ist durch einen Symetriebruch auf das neue Nullniveau abgefallen. Aus der daraus entstehenden Energie wurde Raum, Zeit und alles was folgt erst geboren.

Eine genau Definition des neuen Nullniveaus im Mexican Hat ist unbekannt (derzeit nicht bestimmbar), braucht es aber auch nicht, da es nur den Phasenübergang (den falschen Zustand) verdeutlicht.

Zur Verdeutlichung:
Du bist ein Wassermolekül in einem Glas Wasser. Der Glasrand ist für dich nicht erkundbar. Das gesamte Wasser ist flüssig, wird nun aber auf etwas unterhalb des Gefrierpunktes abgekühlt. Dabei bleibt es flüssig. Du befindest dich also jetzt in diesem Mexican Hat, oben an der Spitze des ursprünglichen Nullniveaus. Aber der echte Nullpunkt ist tiefer in der Rinne des Mexican Hats. Nun kommt es zu einer Störung und alle Wassermoleküle fallen vom ursprünglichen Nullniveau in die Rinne des Mexican Hat und gefrieren und dehnen sich aus. Bei diesem Kristalisationsprozess entsteht Energie. Diese nutzt du nun einfach um etwas neues zu basteln.

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Nullniveau des Higgs-Potentials 13 02. 2020 13:54 #65182

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Mafiatom schrieb: Nun kommt es zu einer Störung und alle Wassermoleküle fallen vom ursprünglichen Nullniveau in die Rinne des Mexican Hat und gefrieren und dehnen sich aus. Bei diesem Kristalisationsprozess entsteht Energie. Diese nutzt du nun einfach um etwas neues zu basteln.

Schönes Beispiel. Aber galt die Energieerhaltung damals noch nicht ?
Oder meinst du, die Kristallisation (=Gravitation) hat die Expansion des Universums erst verursacht ? Dann würde sich die Energiebilanz ausgleichen können.

Die Kristallisation ist endlich. Egal ob das Nichts darüber hinaus ein Energieniveau hat oder nicht, am Rande des Universums kommt es zu einem Energiesprung. Ist das ohne Bedeutung ?

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Nullniveau des Higgs-Potentials 13 02. 2020 16:05 #65188

Dick schrieb: Aber galt die Energieerhaltung damals noch nicht ?

Die Energieerhaltung gilt für das Universum als Ganzes nach dem Noether Theorem nicht.

urknall-weltall-leben.de/forum/aktuell/n...noether-theorem.html

Man kann natürlich definieren, dass das gedehnte Universum das Licht zwar ins Rote verschiebt, dafür aber ein entsprechend höheres Energiepotential darstellt. Sollte das Universum wieder zusammenschrumpfen, würde die Energie wieder in der anderen Richtung verschoben.

Allerdings würde die entsprechende Rechnung für Materie wieder ganz anders aussehen. Rechnet man der Expansionsbewegung eine kin.Energie zu, dann müßte das Potential zum Ausgleich sinken, ähnlich wie beim Fall im Gravitationsfeld. Tatsächlich ist aber beides nicht adäquat, allein schon weil die Expansionsgeschwindigkeit entfernungsabhängig ist. Rechnet man hingegen wie beim Licht mit einer Potentialerhöhung, dann ergäbe sich zum Ausgleich quasi eine negative kinetische Energie....die Energie, die nötig wäre, um der Expansion zu widerstehen. Auch dies ist schon deshalb nicht adäquat, da Expansion und Ausdehnung des Universums nicht unmittelbar voneinander abhängen und eine Pekuliargeschwindigkeit gerichtet und somit immer relativ ist. Es gibt kein Zentrum der Expansion, das mit einem Gravitationszentrum vergleichbar wäre.

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Nullniveau des Higgs-Potentials 13 02. 2020 16:28 #65191

Hmmm, du denkst zu sehr an einen Urknall in Raum und Zeit - richtig ist, der Urknall von Raum und Zeit.

Achtung Mutmassung:
Das Higgsfeld kommt ja erst dann zum tragen, wenn schwere Teilchen entstanden sind, die mit dem Higgsfeld interagieren.
Soweit sind wir zu diesem Zeitpunkt noch nicht. Wir haben eine Kugel (oder gar eine Singularität) mit gigantischer Energie-> diese Energie (die Differenz vom ursprünglichen Nullpunkt zum neuen Nullpunkt) ist entstanden aus dem Fall des "was wir noch nicht wissen, welches Raumlos und Zeitlos ist" vom Nullpunkt in die Rinne des Mexican Hats (Phasensprung) . Mit dieser Energie (E=mc^2) entstanden die ersten paare von Sub-Sub-Teilchen, die sich selbst wieder vernichtet haben. Wir haben also hier eine Quantenfluktuation, jedoch zu diesem Zeitpunkt noch kein aktives Higgsfeld. Diese Flukuationen wirken Antigravitativ und lösen die Inflation der Kugel aus. (Erst jetzt entsteht Raum und Zeit). Eine Ausdehnung zieht eine Abkühlung mit sich. An an einem gewissen Punkt der Abkühlung entstehen dann erste schwerere Sub-Teilchen und das Higgsfeld wird aktiv. Das Universum kühlte weiter ab und diese Ursuppe aus Strahlungen, werden und vergehen wurde langsam durchsichtig. (Das ist der Bereich, den WMAP zeigt).
Es entstehen massenweise Teilchen und Antiteilchen, die Anhilieren. Jedoch gibt es anscheinend einen Überschuss an normalen Teilchen. Auf etwa 1 Mrd Teilchen, findet eines keinen Partner zum Anhilieren. Dieser Rest, ist das was wir als Materie verstehen. Die Strahlung wurde schwächer, das Universum kühlte weiter ab, die Pre Nukleosnthese setzt ein und Sub-Teilchen bildeten sich zu ersten Atomen bis zur Berylliumgrenze. Den Rest kennst du: Entstehen von Sonnen, Galaxien... Bis du irgendwann auch die Bühne betrittst.

Deine Einleitungsfrage bezog sich jedoch nur auf den Part, der hier fett ist.

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Nullniveau des Higgs-Potentials 13 02. 2020 19:55 #65203

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ra-raisch schrieb: Die Energieerhaltung gilt für das Universum als Ganzes nach dem Noether Theorem nicht..

Damit begibst du dich auf ganz dünnes Eis. So weit würde ich nicht gehen.
Ich habe mir die Diskussion um das Noether-Theorem angesehen. Bei der Energie eines rotverschobenen Photons handelt es sich m.E. nicht um die Frequenz eines Photons, sondern um die Frequenz eines Systems aus expandierendem Raum und einem Photon. Die Systembetrachtung ist entscheidend. Es geht also keine Energie verloren.

Mafiatom schrieb: du denkst zu sehr an einen Urknall in Raum und Zeit - richtig ist, der Urknall von Raum und Zeit.

Nach Gassner ist der Urknall eine Quantenfluktuation = Energie x Zeit. Demnach gab es Zeit und Raum von Anfang an.
Folgende Benutzer bedankten sich: UN

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Nullniveau des Higgs-Potentials 13 02. 2020 20:08 #65204

Dick schrieb: Nach Gassner ist der Urknall eine Quantenfluktuation = Energie x Zeit. Demnach gab es Zeit und Raum von Anfang an.


Genau dazu sagt er im Epilog bei 53:35: Das genau das der Punkt ist, der Ihm selbst auch nicht gefällt und das Unschöne an dieser These ist.

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Nullniveau des Higgs-Potentials 13 02. 2020 20:59 #65209

Wir sind nun zwar vom Threadthema weit weg....

Die Zeit spielt in der Quantenfluktuation keine Rolle, man kann sie nur von außen messen tP=5,391247e-44 s. Innerhalb der Fluktuation gibt es nur Wahrscheinlichkeiten.

Das Modell soll aber nicht funktionieren:
www.mpg.de/11537079/W002_Physik_Astronomie_046_053.pdf
„Man kann eigentlich gar nicht mehr von Raum und Zeit reden. Vielmehr ist das Universum jetzt ein Quantenzu-stand oder eine Quantenfluktuation“, sagt Jean-Luc Lehners. In dieser Be-schreibung kann das All in sich selbst geschlossen gewesen sein, ähnlich wie eine Kugel. Es besaß damit keinen Rand, war aber unbegrenzt, so wie man prinzipiell die Erde umrunden könnte, ohne auf einen Rand oder eine Grenze zu stoßen. Auf ihr gibt es auch keine Singularität, also keinen Ort mit physi-kalisch sinnlosen Größen.Im Urknall expandierte dieser rand-lose Quantenzustand, und Raum und Zeit entstanden in der heutigen Form. Interessanterweise benötigt dieses Sze-nario für den anfänglichen Keine-Gren-ze-Zustand ein Energiefeld – genauso wie die Theorie der inflationären Expan-sion. „Aus dem Anfangszustand würde sich also automatisch ein inflationäres Universum entwickeln“, sagt Lehners. Eine elegante Hypothese also, mit der man gleich zwei Probleme gelöst hätte: Die Anfangssingularität des Urknalls wäre vermieden und die Ursache der Inflation geklärt.
...
Jean-Luc Lehners hat kürzlich zu-sammen mit seinen Kollegen Job Feld-brugge und Neil Turok vom Perimeter Institute in Kanada Hawkings Modell mit verbesserten mathematischen Methoden einem Stresstest unterzogen – mit einem interessanten Ergebnis: Es funktioniert nicht! Die Theoretiker un-tersuchten hierfür die Stabilität der an-fänglichen Quantenfluktuationen und fanden heraus: Je größer eine Fluktua-tion ist, desto chaotischer ist sie. Wenn man sie als Schwingung der Raumzeit ansieht, bedeutet dies, dass diese Schwingungen immer heftiger werden und verhindern, dass sich ein stabiles Universum entwickeln kann wie das unsere. Und: Je größer eine Fluktuation ist, desto größer ist die Wahrscheinlich-keit für ihr Auftreten.„Nach oben gibt es keine Grenze“, sagt Lehners. Das heißt, die Wahrschein-lichkeit dafür, dass eine genügend klei-ne Quantenfluktuation entstanden ist, aus der sich unser Universum ent-wickeln konnte, ist gleich null. „Wir waren selbst erstaunt, dass die von uns gefundenen Effekte das Modell von Hawking und Hartle praktisch auf den Kopf stellen“, so Lehners: „Es liefert kei-ne sinnvollen Lösungen.“

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