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THEMA: Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung?

Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung? 03 12. 2019 21:52 #61879

Hallo zusammen

Ich bin Neuling hier und bin erst vor kurzem auf das Video "Urknall-Hypothese" gestossen. Physikalische Gesetze als "unbewegter Beweger" am Ursprung unseres Universums. Ein stationäres "Nichts" mit Quantenfluktuationen liefert nach beliebig langem Würfeln einen geeigneten Startpunkt für unser Universum. Für mich eine sehr elegante Hypothese, jedenfalls viel befriedigender als ein Versuch alles aus einem absoluten Nichts heraus erklären zu wollen. Was aus meiner Sicht fehlt, ist eine überzeugende Erklärung für den winzigen Ueberschuss an Materie.

Frage eines Laien: Müsste vor Beginn der Inflationsphase, das "Etwas", das das beginnende Universums ausmacht, aufgrund seiner extremen Kompaktheit nicht einen Ereignishorizont gehabt haben? Analog zur Hawking-Strahlung (zumindest soweit ich das verstanden habe) könnte ein solcher Ereignishorizont den geringen Ueberschuss an Materie erklären. Ein auf dem Horizont entstehendes Materie/Antimaterie-Elementarteilchenpaar wird getrennt. Eines der Teilchen fällt in das beginnende Universium, das andere bleibt im "Nichts" zurück. Auch hier könnte der berühmte Monkey uns helfen, das beobachtete Verhältnis zu finden.

Was meinen die Fachleute dazu?

Mit Dank zum Voraus für eine Antwort!
August Kälin

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Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung? 03 12. 2019 22:18 #61881

ANKaelin schrieb: Was aus meiner Sicht fehlt, ist eine überzeugende Erklärung für den winzigen Ueberschuss an Materie.

Daran wird heiß gearbeitet, Du wirst hier auch mehrere Threads oder Posts dazu finden, ich habe gestern abend erst meine Zusammenfassung dazu gepostet, also die einzige mir logisch erscheinende Erklärung.
www.uwudl.de/forum/aktuell/naturwissensc...erstanden.html#61827

ANKaelin schrieb: Frage eines Laien: Müsste vor Beginn der Inflationsphase, das "Etwas", das das beginnende Universums ausmacht, aufgrund seiner extremen Kompaktheit nicht einen Ereignishorizont gehabt haben?

Es ist so, dass man über die Zeit der Planckära (und davor) eigentlich noch gar nichts sagen kann. Was im Inneren eines SL vorgeht, wissen wir auch nicht wirklich. man extrapoliert eben die im Außenbereich gültigen Formeln, aber man kann es ja nicht prüfen und nachmessen. Was auch immer die Expansion und vor allem die Inflation verursacht hat, weiß man auch nicht so genau. Lediglich die Entwicklung der Expansion kann man glaubwürdig modellieren und eben bis zur CMBR zurückschauen.
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Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung? 04 12. 2019 16:56 #61910

Josef Gaßner hat mir einmal gesagt, dass man bis etwa 1 Sekunde nach dem Urknall unsere bestehenden Physik-Gesetze sicher zurück anwenden können. Alles vorher ist mit Unsicherheiten behaftet, je weiter zurück desto größer.

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Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung? 04 12. 2019 17:16 #61912

das ist in etwa:

erste freie Neutrinos, Ende Protonenzerfall, Ende Elektronenbildung, Materieüberschuss.

Den Protonenzerfall kennt man noch nicht so richtig gut....


EDIT: das ist wohl wieder die alte Zeitdatierung in meinen Notizen

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Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung? 04 12. 2019 23:34 #61937

ra-raisch schrieb: EDIT: das ist wohl wieder die alte Zeitdatierung in meinen Notizen

Meine Konfusion kommt daher, weil ich immer (wie allgemein üblich) von Protonenzerfall spreche. Tatsächlich geht es dabei jedoch immer um den Zerfall der Quarks. Deshalb kann auch die Zerfallstemperatur weit höher sein als die für die Entstehung der Protonen benötigte Temperatur.

Man muss auch bedenken, dass es sich immer um ein Gleichgewicht handelt und die Temperatur immer eine hohe Fluktuaton (Planckkurve) beinhaltet, so dass die nominale Temperatur auch jeweils deutlich niedriger sein darf. Für die Rekombination ist zB maximal 3000 K die Grenze für sicheres Einfangen der Elektronen, obwohl eine Temperatur von 11000 K benötigt wird, um ein Elektron wieder herauszuschlagen.

Bei den folgenden Temperaturwerten bin ich mir auch gar nicht so sicher, ob diese die effektive Temperatur für die einzelne Reaktion sind oder teils die nominale Plancktemperatur.

Die Masse der u und d Quarks ist zwar weit niedriger, aber sie benötigen wohl wegen der ebenfalls benötigten Gluonen deutlich höhere Energien und somit 1e+25 K.
Das X-Boson für den "Protonen"-Zerfall wird bei 1e+19 K erwartet
Tatsächlich entstehen Protonen erst unter 1e+13 K, bei höheren Temperaturen sind die Quarks frei.

Hier ähnlich in Spektrum
www.spektrum.de/lexikon/astronomie/baryogenese/30
www.spektrum.de/lexikon/astronomie/quark-aera/378
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Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung? 07 12. 2019 12:36 #61996

Danke für Erklärungen und Links! Ich habe mir mal den Zerfallsprozess eines durch Paarbildung erzeugten X-Bosons und dem entsprechenden Antiteilchen angesehen. Offensichtlich gibt es zwei Arten: Die eine Art erzeugt in der Summe Quarks die ein Proton + Elektron bilden können, die andere Art Quarks die ein Anti-Proton + Position bilden können. Ein X-Boson zusammen mit einem Anti-X-Boson liefert also nach dem Zerfallsprozess ein Quark-"Aequivalent" für ein Materieteilchen oder einem Antimaterieteilchen. Ohne die Zerfallwahrscheinlichkeiten der beiden Arten zu berücksichtigen, kann also kurzzeitig eine "beliebiges" Ungleichgewicht an Materie- und Antimaterieteilchen entstehen. Nach Abkühlung unter eine kritische Temperatur werden die entsprechenden Protonen und Anti-Protonen realisiert und das Ungleichgewicht "eingefroren".

Ein Ungleichgewicht an Materie und Anti-Materie kann also hypothetisch auch im Innern des Ur-Universums erzeugt worden sein, ein Ereignishorizont scheint dazu nicht nötig zu sein.

Eine für mich als Laie neue Einsicht - Herzlichen Dank!

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Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung? 07 12. 2019 12:41 #61997

Danke für die Antwort! Frage: Wenn man die Ausdehnung nach dem Urknall anschaut und den Bereich in dem man die Gültigkeit der ART als gegeben annehmen kann, gibt es einen Zeitbereich, in dem ein Ereignishorizont vorhanden war?

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Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung? 08 12. 2019 02:18 #62023

ANKaelin schrieb: Danke für die Antwort! Frage: Wenn man die Ausdehnung

nach dem Urknall anschaut und den Bereich in dem man die Gültigkeit der ART als

gegeben annehmen kann, gibt es einen Zeitbereich, in dem ein Ereignishorizont

vorhanden war?

Du meinst sicherlich, ob einmal so etwas wie ein SL bestanden hat.

Wir hatten eine ähnliche Diskussion vor kurzem.
urknall-weltall-leben.de/forum/aktuell/t...lack-hole.html#50466

Aus der Friedmanngleichung kann man entnehmen, dass am Rand gelten müßte
\( \frac{1}{g_{\rm rr }} = 1-\frac{\Lambda \rm r^2}{3}-\frac{2 \rm G M}{\rm c^2 r}=0 \)

Wenn man dies umformt, ergibt sich
r²Λ/3 = 1 -rs/r
bzw mit rs/r=β²
r = ²(3(1-β²)/Λ) = σ·c/H° = σ·rH

Solange β²<1 kann man r berechnen, mit β²>1 entsteht das von Dir angesprochene Problem. Allerdings ist auch σ<1 und somit r<rH, was ein Widerspruch in sich wäre.

Yukterez ist leider nicht mehr im Forum, um die Frage zu beantworten. Die übliche Antwort lautet, dass die Schwarzschildmetrik nicht auf das gesamte Universum anwendbar ist.

Allerdings gibt es auch andere Gesichtspunkte, so mag die Krümmung kurz nach dem Urknall eine Rolle gespielt haben. Zwar wird davon ausgegangen, dass das Universum auch zum Zeitpunkt des Urknalls unendlich groß war, ich meine aber, dass das eine Krümmung nicht unbedingt ausschließen muss.

Im Falle eines endlichen gekrümmten Universums käme auch in Betracht, dass der lokale Raum des sichtbaren Universums deutlich kleiner als bei einer Kugel ist, es wäre ja dann ein Hüllvolumen einer 4D-Kugel, also eine 3D-Sphäre.

Auch Yukterez' anderer Ansatz, dass ein SL, das bis zum Hubbleradius reichen würde, dann vom Hubbleflow auseinandergerissen würde, kann ich nicht folgen. Denn ein SL ist ein gebundenes Objekt bzw ein geometrischer Körper und wäre daher nicht dem Hubbleflow unterworfen. Bei alledem taucht auch die Frage auf, ob sich denn im Inneren eines SL überhaupt Vakuum befindet, das ja für die Expansion des Univrsums verantwortlich gemacht wird. Und wenn, dann wieviel, der Radius eines SL ist nämlich nicht so einheitlich für alle Beobachter definert.

Es kommt hinzu, dass ein Blick in die Ferne ein Blick in die Vergangenheit ist. Auch ein SL kann die Gravitation nur mit Lichtgeschwindigkeit vermitteln. Da fällt es mir schon schwer, die Weltlinie des Randes rs eines so großen SL zu modellieren....

Und ..... wenn man ein SL annimmt, sollte dieses ja auch im restlichen Universum entstanden sein, jenseites des Hubbleradius rH. Wenn es nun endlich und gekrümmt ist, hätte es gar kein Zentrum, wie es auf der Erdoberfläche keine Mitte gibt ..... und es hätte auch keinen rs, da das Universum ja dann zumindest randlos ist.

Das sind aber alles nur private Überlegungen zum Thema.... veröffentlichte Gedanken hierzu kenne ich nicht.

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Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung? 08 12. 2019 11:52 #62027

Was auch noch eine Rolle gespielt haben könnte, wäre die Ausbreitungsgeschwindigkeit. Gravitationswirkung dehnt sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, daher wechselwirkt die Gravitation zu jeder Zeit nur innerhalb einer bestimmten Zone.

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Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung? 08 12. 2019 13:33 #62030

ra-raisch schrieb: Und ..... wenn man ein SL annimmt, sollte dieses ja auch im restlichen Universum entstanden sein, jenseites des Hubbleradius rH. Wenn es nun endlich und gekrümmt ist, hätte es gar kein Zentrum, wie es auf der Erdoberfläche keine Mitte gibt ..... und es hätte auch keinen rs, da das Universum ja dann zumindest randlos ist.

Ergänzung:

Man muss die Wirkungen des Gravitationsfeldes oder besser gesagt des Potentials unterscheiden:

Für die Zeitdilatation (Krümmung der Zeit) ist allein der skalare Wert des Potentials ausschlaggebend.
Für die Längenkontraktion bzw Raumdehnung (Krümmung des Raumes) kommt es aber auf den Gradienten ∇Φ = g¹ also das Beschleunigungsfeld an.

Es ist offensichtlich, dass eine Beschleunigung nur von Gravitationszentren ausgehen kann, während das Potential und somit die Zeitdilatation auch durch eine homogene Wolke bzw in einer Hohlkugel zustande kommt. Selbst wenn also eine Dichte Ts=c²/2G wie innerhalb von rs herrschen würde, ergibt sich mangels Zentrum weder eine Zentralsingularität noch ein nach "innen" gerichteter Raumfluss wie zB im Rivermodell.

Allenfalls könnte jeder Beobachter subjektiv sich selbst als Zentrum eines SL betrachten, das durch die Materie um ihn herum gebildet wird. Dies wäre aber eine belanglose Aussage, weil sie für jeden Punkt zutrifft und keine subjektiven Folgen hätte.

Lediglich die Zeitdilatation mit Auswirkung auf c verbleibt, spielt aber ebenfalls keine Rolle, da überall gleich. Der von uns lokal gemessene Wert ist in jedem Fall die absolute Geschwindigkeit, weil wir die lokale Lichtgeschwindikgeit c mit lokalen Maßstäben also adäquat messen.
Durch die Expansion kann sich allerdings der Wert verändern.
co = ²(1+2Φo/c²)c/²(1+2Φ/c²)
Der Index o bezeichnet dabei die beobachteten Originalzustände.
ra-raisch schrieb: Allerdings gibt es auch andere Gesichtspunkte, so mag die Krümmung kurz nach dem Urknall eine Rolle gespielt haben. Zwar wird davon ausgegangen, dass das Universum auch zum Zeitpunkt des Urknalls unendlich groß war, ich meine aber, dass das eine Krümmung nicht unbedingt ausschließen muss.

Hinsichtlich der Krümmung eines unendlichen Universums möchte ich auf die Krümmung durch Bewegung (SRT) sowie die Krümmung im Potentialfeld (ART) verweisen. In beiden Fällen gibt es zwar einen Maximalwert, so dass es eben zu keiner geschlossenen Kurve kommen kann, aber das Maximum kann endlos angenähert werden und ist in endlicher Zeit unerreichbar. Ob die Betrachtung der ART in Eigenzeit realistisch ist, ist unklar, denn es steht gar nicht fest, dass diese Eigenzeit bei rs nicht doch stehenbleibt. Die Berechnungen basieren lakonisch auf dem Fall, dass die Eigenzeit irgendwie weiterläuft.

Bei SRT und ART gilt die Krümmung des Raumes zwar immer nur in einer Richtung, das kann man sich verallgemeinert aber auch wie bei einem Fischauge vorstellen, das den Raum eben je nach Blickrichtung krümmt.

Das sind aber alles nur private Überlegungen zum Thema.... veröffentlichte Gedanken hierzu kenne ich nicht.
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Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung? 24 12. 2019 14:26 #62676

Hm .. Die Ausdehnung des Universums mit Ueberlichtgeschwindigkeit könnte also Teilchen die durch Paarbildung entstanden sind, auseinanderreisen, bevor sie sich wieder auslöschen können. Eine spätere Annhilation könnte also nur mit anderen Teilchen geschehen - Basis für Asymmetrie?

Für den Moment - Herzlichen Dank!

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Urknall-Hypothese Quantenfluktuationen - Materie/Antimaterie-Verteilung? 24 12. 2019 15:15 #62678

ANKaelin schrieb: Hm .. Die Ausdehnung des Universums mit Ueberlichtgeschwindigkeit könnte also Teilchen die durch Paarbildung entstanden sind, auseinanderreisen, bevor sie sich wieder auslöschen können.

Interessanter Gedanke, aber in Masse wird sich das weitestgehend ausgleichen.
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