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Singularität, Urknall, Energieerhaltungssatz

245 Beiträge, Schlüsselwörter: Urknall
hawak
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Singularität, Urknall, Energieerhaltungssatz

10.04.2018 um 18:39
schtabea schrieb:Tatsächlich zurückverfolgen können wir die Ausbreitung des Universums bis zum Zeitpunkt B 10^-43 Sekunden nach dem Urknall. Nun sagen Wissenschaftler, dass wir über Ereignisse oder Zustände vor dem Zeitpunkt B keinerlei Aussagen treffen können. Jede Aussage wäre reinste Spekulation. Ist das soweit richtig ?
Nein, so einfach ist das bedauerlicherweise nicht.

Um über den Urknall und Singularitäten zu diskutieren (den Energieerhaltungssatz klammern wir bitte erstmal aus), muss man die Grundlagen der beiden am Besten bestätigten und ausgearbeiteten Theorien der Physik verstehen.

Erstens die Relativitätstheorie (ART), deren überprüfbare Voraussagen in im gegenwärtigen Zustand des Universums ohne Ausnahme exakt bestätigt werden konnten.

Zweitens die Quantentheorie (QT), deren überprüfbare Voraussagen in im gegenwärtigen Zustand des Universums ebenfalls ohne Ausnahme exakt bestätigt werden konnten.

Aus der ART folgt mathematisch, dass der Urknall ein Punkt in der Raumzeit war, der unendliche Dichte und unendliche Energie aufwies, weil die Einstein-Gleichungen unter dieser Bedingungen unendliche Werte annehmen. Das wird als Singularität bezeichnet - sie ist eine mathematische Konsequenz der Feldgleichungen der ART, wenn bestimmte Parameter Werte unterschreiten, die auf Planck-Größen zurückgehen.

Die QT beschreibt stark vereinfacht die physikalischen Vorgänge auf kleinsten Skalen und hat uns fundamentale Konstanten wie die Planck-Zeit, die Planck-Länge oder die Planck-Masse beschert.

Soweit, so schlecht, denn die ART ist zwar hervorragend belegt, leidet aber darunter, dass sie die Quantenstruktur des Universums nicht berücksichtigt - was in unserer Alltagserfahrung für ihre Bestätigung auch überhaupt nicht erforderlich wäre.

Genauso geht es der QT, die in ihrem 'natürlichen Betätigungsfeld' hervorragend funktioniert, aber die Gesetzmäßigkeiten der Raumzeit und der Gravitation missachtet.

Im Prinzip ignorieren beide Theorien damit die Kernaussagen der jeweils anderen.

Der Witz ist nun, dass die ART eigentlich die Dinge im Großen beschreiben soll, und im Kleinen aufgrund der Ignoranz der QT versagt und die QT versagt, weil sie Dinge im Kleinen ignoriert (Gravitation), die sonst nur auf großen Skalen eine Rolle spielen.

Im Urknall - wie auch immer er tatsächlich ausgesehen hat - haben jedenfalls genau die Verhältnisse geherrscht, die beiden Theorien über ihre Grenzen zwingen: Extreme Masse, extreme Energie, extreme Gravitation (maximale Raumkrümmung) in minimalster Zeit.

Insofern muss man einfach anerkennen, dass uns derzeit eine Theorie fehlt, mit der wir den Urknall (und zwar unabhängig von irgendwelchen planck'schen Beschränkungen) modellieren können. Dazu braucht es eine Quantentheorie der Gravitation, die seit Jahrzehnten auf der Fahndungsliste der Physik ganz oben steht.

Es gibt derzeit keinen Grund anzunehmen, dass diese Theorie niemals entwickelt werden kann, es existieren schließlich einige Kandidaten, die zumindest einige Formalien für diese zukünftige Theorie bereits erfüllen. Allerdings hat es den Anschein, dass auch noch eine ganze Klasse mathematischer Werkzeuge neu entwickelt werden muss, um wirklich Fortschritte zu machen.

Am Ende kann natürlich auch dabei herauskommen, dass sowohl die ART als auch die QT lediglich für den Grenzfall eines Zustandes des Universums funktionieren, in dem wir zufällig gerade leben und daher ihre maximal möglichen Aussagen über den Urknall völliger Unfug sind.

Deshalb fährt man am Besten, wenn man die gegenwärtigen Urknall-Theorien als Möglichkeit und nicht als Tatsache betrachtet.


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10.04.2018 um 19:09
@hawak
hawak schrieb:Am Ende kann natürlich auch dabei herauskommen, dass sowohl die ART als auch die QT lediglich für den Grenzfall eines Zustandes des Universums funktionieren,
Nicht nur kann, das ist so.

@MaPi

Auch die komplette Beschreibung schwarzer Löcher funktioniert bisher nicht. Nur die Theorie oder besser das Postulat der Hawking-Strahlung basiert auf Konzepten der ART und auch der Quantenfeldtheorie. Diese sollte sich aus einer vereinheitlichten Theorie ableiten lassen sollte das Postulat stimmen.

Ich würde aber nicht darauf wetten, das die Chance das sich die Hawking-Strahlung als wahr herausstellt, gleich 0% hat.

In der Bibel wirst du dazu jedenfalls nichts finden.


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10.04.2018 um 20:05
hawak schrieb:dass der Urknall ein Punkt in der Raumzeit war, der unendliche Dichte und unendliche Energie aufwies
Unendliche Dichte - ok.

Aber warum unendliche Energie?
Diese würde sich ja nach dem Urknall nicht "verdünnen" - sprich - es wäre immer noch unendlich viel davon vorhanden. Das wäre aber doch sehr unangenehm für uns :)

Oder unterliege ich da einem Denkfehler(?)


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10.04.2018 um 20:19
delta.m schrieb:Aber warum unendliche Energie?
Ich glaube, das hat er im Grunde schon erklärt, es ist einfach eine mathemathische Folgerung, die sich zwangsläufig ergibt, wenn man physikalische Gleichungen auf Phänomene wie "Singularitäten" bezieht, man hat es dann unweigerlich mit Unendlichkeiten zu tun.

Die eigentliche Frage sollte daher lauten: Ist der Urknall, also der sogenannte "formale Punkt", tatsächlich schon in der Raumzeit angesiedelt, oder ging das mit Raum und Zeit erst danach los?


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10.04.2018 um 20:41
Peter0167 schrieb:Ich glaube, das hat er im Grunde schon erklärt, es ist einfach eine mathemathische Folgerung, die sich zwangsläufig ergibt, wenn man physikalische Gleichungen auf Phänomene wie "Singularitäten" bezieht, man hat es dann unweigerlich mit Unendlichkeiten zu tun.
Ist zwar jetzt nicht weltbewegend, aber irgendwie bin ich da noch nicht so überzeugt:

Dichte ist Masse/Rauminhalt.
Wenn Rauminhalt = 0 dann ist Dichte = unendlich

Aber bei Energie(menge) ist nichts im Nenner; wie entsteht da unendlich?

Mal schaun, vielleicht sagt @hawak noch was dazu.
Peter0167 schrieb:Die eigentliche Frage sollte daher lauten: Ist der Urknall, also der sogenannte "formale Punkt", tatsächlich schon in der Raumzeit angesiedelt, oder ging das mit Raum und Zeit erst danach los?
Oder, waren die Naturgesetze schon vor dem Urknall "vorhanden"?


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10.04.2018 um 20:49
@delta.m

Es wäre vielleicht noch wichtig zu beachten, dass zwischen Masse und Energie eine gewisse Äquivalenz besteht. So dicht am Urknall existierte quasi noch gar keine Ruhemasse, da die Teilchen als Träger noch gar nicht existierten. Man könnte also auch argumentieren, die Massendichte war bei Null, und die Energiedichte bei unendlich :D


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hawak
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10.04.2018 um 20:52
delta.m schrieb:Dichte ist Masse/Rauminhalt.
Wenn Rauminhalt = 0 dann ist Dichte = unendlich

Aber bei Energie(menge) ist nichts im Nenner; wie entsteht da unendlich?

Mal schaun, vielleicht sagt @hawak noch was dazu.
Tut er :D

Der Begriff ‘Energie’ war von mir nicht präzise genug gewählt, weil es anschaulich bleiben sollte.

Tatsächlich handelt es sich um eine unendliche Energiedichte.

Das Problem ist immer, die nicht ganz trivialen mathematischen Konstrukte der ART in allgemein verständliche Form zu bringen.


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11.04.2018 um 03:11
hawak schrieb:Am Ende kann natürlich auch dabei herauskommen, dass sowohl die ART als auch die QT lediglich für den Grenzfall eines Zustandes des Universums funktionieren, in dem wir zufällig gerade leben und daher ihre maximal möglichen Aussagen über den Urknall völliger Unfug sind.
Zufällig in irgendeiner Art von Quantenschaum geboren. Das dürfte wohl auf den meisten widerstand treffen.
Die Zeit nach der Inflation und der spekulativen Brechung einer möglichen GUT-Symmetrie, sowie der elektroschwachen Symmetrie kann heute schon mit den bekannten physikalischen Theorien beschrieben werden. Ab da decken sich die Theorien auch mit den beobachtungen.


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Philipp
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11.04.2018 um 06:16
Peter0167 schrieb:Was wäre eigentlich, wenn die ollen Römer Jesus nicht gekreuzigt, sondern aufgehangen hätten, wäre dann der Galgen das Symbol des Christentums? Würden dann an den Hälsen der Gläubigen kleine Galgen am Kettchen hängen, anstelle der Kreuze?
Denke nicht. War ja alles vorbestimmt. Muss so sein, sagt der Meister ja, von daher.. Kreuz ist eine Determinante, wie alles andere wohl auch. ^^


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Philipp
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11.04.2018 um 06:23
Peter0167 schrieb am 26.06.2015:Laut E = m * c^2 ist Energie und MASSE äquivalent. Masse ist aber nicht gleichbedeutend mit Materie!
Wie definierst du die beiden Begriffe Masse und Materie? Also in diesem physikalischen Kontext. Ich meine, wo genau ist denn da der Unterschied? Ich hab das tatsächlich auch immer gleich gesetzt.


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11.04.2018 um 07:17
Philipp schrieb:Wie definierst du die beiden Begriffe Masse und Materie?
Moin Philipp, ist ne super Frage, und leider nicht in 2 Minuten zu beantworten. Bin grad auf dem Sprung zur Orbeid, aber sobald Zeit ist, schreib ich mehr dazu. Bis dahin nur soviel, früher war alles einfacher, also auch die klassische Sicht, bei der zur Materie alles zählte, was eine Masse hat, und einen Raum einnahm. Aber selbst da wurde schon unterschieden (Materie = Masse + Raum), das lässt zumindest vermuten, dass es da Unterschiede gibt.

Heute wird es ein wenig komplizierter, insbesondere wenn wir durch die quantenmechanische Brille schauen, denn dann fangen die klaren Linien an zu verschwimmen. Das fängt bereits damit an, dass kaum noch klar ist, was Masse eigentlich wirklich bedeutet. Im ersten Moment denkt man da vielleicht an Ruhemasse, ... aber halt, wo kommt die her? Schaut man tiefer in den Aufbau der Materie bleibt da plötzlich nichts mehr von übrig.

Nehmen wir einfach mal ein Proton. Klar gehört das zur Materie wird jetzt jeder denken, aber wo kommt die Ruhemasse denn her? Das Proton besteht aus 2 up- und einem down-Quark. Und zwischen denen werden virtuelle Teilchen ausgetauscht, die sog. Gluonen. Und nun stellt sich heraus, die eigentliche Ruhemasse ist zu 99% nur Bewegungsenergie dieser Gluonen, die noch nicht einmal wirklich existieren. Und das Schärfste ist, diesen hibbeligen Quarks kann man noch nicht einmal einen Raum zuordnen, den sie aber brauchen, um die klassischen Kriterien für Materie zu erfüllen... :D

Du siehst schon, nichts ist in der Quantenwelt so wie es scheint. Ich würde jetzt gern noch weiter schreiben, muss aber leider los.

Bis sPeter....


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Philipp
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11.04.2018 um 07:21
@Peter0167
Ok, danke für die Antwort. Ahne schon, worauf du hinaus willst. Viel Spaß bei der Arbeit.^^


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11.04.2018 um 11:25
@Peter0167


Siehst Du in diesen Zitaten von Dir einen Verstoß gegen die Userregeln ?


Peter0167 schrieb
Was für ein Bullshit
Peter0167 schrieb:
  Du hast echt von nix ne Ahnung, aber davon jede Menge.
Peter0167 schrieb:
  schalte zur Abwechslung einfach mal dein Gehirn ein (falls vorhanden)! @MaPi
Peter0167 schrieb:
, dein Geblubber war ja schon immer nervend, aber heute hast du echt den Vogel abgeschossen



https://www.allmystery.de/static/regeln/


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11.04.2018 um 11:27
Auszug aus den Userregeln :


Auch in der hitzigsten Diskussion: Bitte erst überlegen und dann eintragen! Niemand findet es besonders toll, wenn er von anderen in arrogantem oder beleidigendem Tonfall runtergemacht wird. Nutzer, die sich im Ton vergreifen, werden vom zuständigen Moderator verwarnt, der sich auch vorbehält, diesen Nutzer zu sperren.


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11.04.2018 um 11:38
@schtabea

Und Du meinst ernsthaft, das müsse nun hier geklärt werden? Was steht zu OffTopic in den Regeln?


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11.04.2018 um 11:41
@schtabea

Es steht dir frei, meinen Beitrag zu melden. Ich werde meine eh schon knappe Zeit sicher nicht damit verschwenden, mit dir solche Diskussionen zu führen. Ansonsten stehe ich zu jedem Wort was ich geschrieben habe, auch wenn ich das eine oder andere im Nachhinein anders formulieren würde (z.B. "falls vorhanden"). Ich sagte ja bereits, dass ich wie jeder andere auch gewissen Stimmungsschwankungen unterliege, dennoch halten sich die Formulierungen aus meiner Sicht noch in erträglichen Grenzen, die auch hier üblicherweise toleriert werden.

Wie gesagt, ich stehe dazu und bin auch bereit die Konsequenzen dafür zu tragen.


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11.04.2018 um 11:41
@CptTrips

Da hast Du Recht, sorry.


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11.04.2018 um 12:11
hawak schrieb:Ich weiß ebenfalls, dass es zwecklos ist, mit sachlichen Argumenten auf Basis wissenschaftlicher Theorien gegen diese Predigten vorzugehen, deshalb eine Bitte: Nimm' doch einfach Dich, den heiligen Geist und IHN und macht einen schicken Thread unter "Spiritualität" auf. Da gibt es dann auch Aussicht auf Rettung. Danke!
Jep, best formulierter Beitrag ever 👍


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11.04.2018 um 12:32
Eine Frage : beinhaltet die Urknalltheorie auch den Urknall selbst (und die Anfangssingularitat) oder beginnt sie erst nach der Planckzeit ?

Ähm, noch eine : als was bezeichnet die Wissenschaft den Urknall selbst und die Anfangssingularität : Theorie, Hypothese, Modell, Spekulation, Glaube ?


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11.04.2018 um 12:44
@hawak

Danke für den ausführlichen Beitrag. Verstehe als Laie nicht alles wirklich aber ich erahne die Problematik und Fragestellung.


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