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THEMA: Inflation oder zyklisches Universum?

Inflation oder zyklisches Universum? 18 Mär 2017 13:07 #12845

Ich mache mal ein dickes Fass auf und hoffe, dass mir einige Fachleute folgen können und mir helfen zu verstehen:

Ich finde die kosmologische Erkenntnisse der letzten 30 Jahre faszinierend, insbesondere die Hypothese vom Urknall und die Deutung der Temperaturverteilung der kosmischen Hintergrundstrahlung als Hinweis auf eine Inflationsphase, bei der sich das Universum in kürzester Zeit um den Faktor 10 hoch 26 ausgedehnt hat. Dabei wurden die chaotischen Quantenfluktuationen und Raumkrümmungen des Embryo-Universums geglättet, weshalb es so gleichförmig und isotrop ist.
Die Erklärung für diese Inflation fand ich jedoch schon immer sehr schwierig zu verstehen, auch wenn Herr Lesch und Herr Gassner es in ihrem hervorragenden Buch versuchen. Ich verstehe es so:
Man braucht dafür ein spezielles Feld, das sich langsam abkühlt und dabei ein neues Energieminimum bildet mit sehr vielen Zuständen, in die das Baby-Universum hineinfallen kann. Das ursprüngliche Minimum, in dem sich das Universum befand, entspricht plötzlich dem Zustand einer potentiellen Energie (falsches Vakuum). Das Universum braucht nun eine kurze Zeit, bis es sich entscheidet, in welchen Zustand es fällt. In dieser Zeit entsteht ein negativer Druck, der es auseinandertreibt. Sobald es in den Zustand niedriger Energie erreicht, wird die Energiedifferenz als Strahlung und Materie frei. Die Inflation hört auf.
Viele Dinge hieran begreife ich nicht:
Was ist das für ein Feld (Inflaton-Feld)?
Wieso ist es temperaturabhängig? Was bedeutet Temperatur in diesem Zusammenhang überhaupt? Setzt das nicht das Vorhandensein von Energie oder Materie voraus, oder hat das Vakuum mit seinen Quantenfluktuationen schon eine Temperatur?
Wieso ist die Temperaturabhängigkeit gerade so, dass ein falsches Vakuum entsteht und es zu einem Phasenübergang kommen kann?
Wieso entsteht ein negativer Druck? Das bedeutet doch auch eine negativ Energiedichte? Nur, weil eine potentielle Energie vorhanden ist? Hat dann ein Apfel an einem Baum auch eine negative Energiedichte, bevor er herunterfällt?
Ich weiß, dass mir diese Fragen wahrscheinlich nicht mal Herr Gassner beantworten kann. Ich finde das alles sehr spekulativ. Trotzdem geht heute die Mehrzahl aller theoretischen Physiker von einer Inflationsphase aus.

Aber es gibt auch solche, die die Inflationstheorie ablehnen, zum Beispiel Neil Turok und Paul Steinhardt. Sie sagen, die Wahrscheinlichkeit für das oben genannte Szenario lässt sich quantenmechanisch berechnen. Sie ist unvorstellbar gering, etwa 1 zu 10 hoch 100 („One to a googleplex“).
Schlimmer noch: Wenn ein solches Ereignis tatsächlich passieren würde, ließe es sich nicht mehr stoppen (nur lokal) und würde zu einer unendlichen Anzahl von Universen mit unendlich verschiedenen Eigenschaften führen, einem absolut zufälligen Multiversum, über das man gar nichts und alles aussagen kann. Insofern kann man an den extrem vielen Parametern der Inflationstheorie immer so schrauben, dass genau unser Universum herauskommt. Die Wahrscheinlichkeit für unser Universum sei dann 1 zu 10 hoch 100 hoch 100 („One to a googleplex to a googleplex“).
Eine der Voraussagen der Inflationstheorie ist, dass der Urknall Gravitationswellen erzeugt habe. Und tatsächlich gab es ein Experiment am Südpol, bei dem man Polaraisationsunterschiede der Hintergrundstrahlung maß, die auf Gravitationswellen zurückzuführen seien. Der Hype war unvorstellbar: In der Presse war vom Beweis der Urknall-Theorie die Rede und vom Nobel-Preis für deren Erfinder. Kurz darauf wurden die Messergebnisse widerlegt: Sie sind aller Wahrscheinlichkeit auf Staub in unserer Galaxis zurückzuführen.

Turok und Steinhardt haben eine Alternative zum Big Bang kreiert und eine alte Idee aufgegriffen: den Big Bounce. Unser Universum sei aus dem Zusamensturz eines früheren Universums entstanden. Dieser Vorgang wiederhole sich zyklisch, möglicherweise für alle Ewigkeit.
Leider finde ich über dieses Modell sehr wenig und wenn, dann Widersprüchliches: Hat jemand von Ihnen/Euch mehr darüber gelesen? Ich würde diese Alternative hier gerne diskutieren. Welche Schwächen hat sie, welche Stärken?

Hier ein Video mit einem Gespräch mit Turok:

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Inflation oder zyklisches Universum? 19 Mär 2017 01:04 #12888

Folgende Benutzer bedankten sich: Rolander

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Inflation oder zyklisches Universum? 19 Mär 2017 02:52 #12889

  • Chris
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Rolander da ist einiges durcheinander, schon selbst das verstehen des Erforschens, aber das ist etwas was nicht schlimm ist.
Das Feld Welches wehrend der Inflation Phase sein Dienst begonnen hat ist das Higgs-Feld. Und was das Potentialtopf verhalten anbeträft sind damit die Elementarteilchen gemeint nicht das Protouniversum. Bei den beiden Herrn handelt es sich um ausarbeiten einiger Alternativen zur Inflation, mit der Inflation hat man eine recht gute Stabilisierung rein bekommen, sonst gebe es Symmetriebrüche bei jedem Materie auftauchen, die sind ja nicht da also scheint Inflation zu stimmen, jetzt sucht man weiter nach Möglichkeit das zu widerlegen, oder noch genauer bestätigen durch das widerlegen von Alternativen die von den Herrn entwickelt werden. Je nachdem es wird halt geforscht :D bis auf weiteres Inflation ftw.

Ja ich kann alles, sogar definieren was ich nicht kann.

Man muss noch Chaos in sich haben, um einen tanzenden Stern gebären zu können.
**Der Friedrich**

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Inflation oder zyklisches Universum? 19 Mär 2017 21:40 #12924

  • Ralf
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Für mich stellen sich auch die Fragen, wie man in dieser ersten Phase von Temperatur, Dichte Zeit, Raum usw sprechen kann. Ich denke, man kann nicht einfach bis in diesen Bereich zurückrechnen.
Das alles liegt doch weit außerhalb unserer Vorstellungskraft.

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Letzte Änderung: von Ralf. (Notfallmeldung) an den Administrator

Inflation oder zyklisches Universum? 21 Mär 2017 15:19 #12970

Chris schrieb: Rolander da ist einiges durcheinander, schon selbst das verstehen des Erforschens, aber das ist etwas was nicht schlimm ist.
Das Feld Welches wehrend der Inflation Phase sein Dienst begonnen hat ist das Higgs-Feld. Und was das Potentialtopf verhalten anbeträft sind damit die Elementarteilchen gemeint nicht das Protouniversum. Bei den beiden Herrn handelt es sich um ausarbeiten einiger Alternativen zur Inflation, mit der Inflation hat man eine recht gute Stabilisierung rein bekommen, sonst gebe es Symmetriebrüche bei jedem Materie auftauchen, die sind ja nicht da also scheint Inflation zu stimmen, jetzt sucht man weiter nach Möglichkeit das zu widerlegen, oder noch genauer bestätigen durch das widerlegen von Alternativen die von den Herrn entwickelt werden. Je nachdem es wird halt geforscht :D bis auf weiteres Inflation ftw.


Nun, da ich sebst Physik studiert habe, auch wenn es schon eine Weile her ist, sind mir die Grundlagen des Forschens durchaus vertraut. Und in Deiner Antwort scheint entweder auch einiges durcheinander geraten zu sein, oder mir fehlt die Lesekompetenz, sie zu verstehen.

1. Das Higgs-Feld ist nicht die Ursache der Inflation wie du meinst, sondern ein spekulatives "inflation-Feld". Das Higgs-Feld spielt aber eine Rolle im Urknall: www.scinexx.de/dossier-detail-723-11.html
2. Materie und Strahlungsenergie sind - so wie ich es verstehe - erst durch den Phasenübergang vom "falschen Vakuum" mit hoher potentieller Energie zu einem neuen Minimum entstanden. Elementarteilchen können also nicht für das Inflation-Feld verantwortlich sein: de.wikipedia.org/wiki/Inflation_(Kosmologie) (siehe Abschnitt Felddynamik).
3. Du schreibst sinngemäß, die Inflation sei notwendig, um Symmetriebrüche zu vermeiden. Symmetriebrüche hat es ja gegeben: In der GUT-Phase waren starke und schwache Wechselwirkung und Elekromagnetismus in einer Kraft vereinigt und haben sich dann in zwei Symmetriebrüchen augespalten.

Die Inflation ist natürlich die am weitesten verbreitete kosmologiesche Hypothese, aber sie bleibt solange eine, bis sie falzifizierbare Aussagen macht. Eine davon ist, dass in der Hintergrundstrahlung Gravitationswellen vom Urknall zu finden sein müssen. Das BICEP2-Experiment am Südpol hatte diese vorgeblich gefunden, doch die Auswertung der Daten des Planck-Teleskops haben dies widerlegt: Bisher gibt es keine Anzeichen für diese Gravitationswellen, auf die die Inflations-Hypothese dringend angewiesen ist.

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