Gibt es sowas wie eine Ära zwischen vor dem Urknall und während des Urknall?

7 Antworten

Hallo ilovefuture,

überhaupt von "vor dem Urknall" zu sprechen, ist physikalisch nicht wirklich sinnvoll, weil die Zeit erst mit dem Urknall entsteht.

Um sich das vorstellen zu können, muss man sich ein bissi verdeutlichen, was wir unter dem Vergehen von "Zeit" eigentlich verstehen und wie wir überhaupt nachweisen können, DASS Zeit vergeht.

Nehmen wir einmal an, Du hast einen Stapel Fotos von Deinem Opa in der Hand. Ein paar zeigen ihn als Kind, ein paar als jungen Mann, auf ein paar ist er älter... und schließlich uuuuralt. Ok?

Dann fällt Dir dieser Stapel Bilder runter und kommt dabei durcheinander.

Nun wirst Du beim Aufheben in der Lage sein, die Bilder wieder in die richtige __zeitliche__ Reihenfolge zu bringen, weil Dein Opa in dieser Reihenfolge halt auf jedem Bild etwas älter werden muss.

Altern ist ein sogenannter "irreversibler Prozess" - ein Prozess, der in der Natur spontan immer nur in eine Richtung abläuft.

Tatsächlich können wir das Vergehen von Zeit nur nachweisen, wenn wir beobachten, dass irgendwo irreversible Prozesse ablaufen: Nur dann können wir einer Reihe von "Momentaufnahmen" eine eindeutige Reihenfolge zuordnen. Ohne irreversible Prozesse ist das nicht möglich.

Das Problem ist, dass derartige irreversible Prozesse eben erst im Universum mit dem Urknall möglich werden. Erst ab dann haben wir Prozesse, die in eine Vorzugsrichtung ablaufen und können daran eine "Zeit" definieren.

Und deswegen macht die Frage nach "vor dem Urknall" physikalisch wenig Sinn.

wie aus vor dem Urknall (wie Stephen Hawkins Theorie sagt, das "nichts") etwas entstehen kann

Also erst mal hieß der Mann Hawking... und in Bezug auf "das Nichts" oder den Urknall war er hier gänzlich unschuldig. ;-)

Tatsächlich versuchen Physiker aber natürlich, Modelle aufzustellen, die die Frage beantworten, welche Vorgänge denn zu so etwas wie einem Urknall führen würden.

Der Urknall selbst ist aber nun einmal ein Beobachtungshorizont: im Urknall entstehen Raum, Zeit (wie eben erklärt) und unsere Physik. Wir können deshalb nicht über ihn hinaus beobachten und damit auch nicht untersuchen, welche Vorgänge den Beginn der Expansion des heißen Anfangszustandes ausgelöst haben. Es gibt verschiedene physikalische Hypothesen - doch diese sind anders als naturwissenschaftliche Theorien nicht an der Natur testbar und deshalb spekulativ.

Alles, was wir hier machen können, ist eine saubere Extrapolation: Man rechnet die hypothetischen Modelle durch und schaut, ob "unten" ein Universum rauskommt, das so ist, wie unseres. Und ja, derartige Modelle gibt es.

Plausible Ideen über den Urknall gehen beispielsweise von einer Art Quantenschaum aus, in dem es über die Heisenbergsche Unschärferelation zu Phasenübergängen kommen kann. Unser Universum wäre dann die Folge eines solchen Phasenüberganges.

In diesen Modellen kommt es also zum Urknall, weil wegen der Heisenbergschen Unschärferelation die Natur exakte Werte nicht "festzurren" kann. Auch den Wert Null nicht. In dieser Vorstellung kann gar nicht "Nichts" sein, weil "Nichts" auf der Quantenebene, also auf der allerkleinsten Ebene, ein brodelndes "Etwas" ist.

Ein solches Modell ist die sogenannte Inflation: Ein Inflatonfeld, das von einem angeregten Zustand in einen anderen Zustand wechselt, kann für die unglaublich kurze Dauer dieses Phasenüberganges einen negativen - also abstoßenden Druck aufbauen, der zu einer unheimlich schnellen Expansion der Raumzeit für sehr, sehr kurze Zeit sorgt.

Ein möglicher Kandidat für dieses Inflatonfeld wäre das Higgsfeld, von dem wir seit der Entdeckung des Higgsbosons 2012 wissen, dass es existiert. Es ist aber keineswegs gesichert, dass es der richtige Kandidat ist.

Sehr vage beschrieben schaut das Ganze mit dem Higgsfeld als Inflatonfeld so aus:

In der Quantenfeldtheorie sind alle Elementarteilchen Anregungszustände von Feldern. Das gilt auch für Kraftfelder. Das Higgs-Teilchen ist der Anregungszusatnd des Higgsfeldes.

Das Higgsfeld hat aber eine ganz besondere Eigenschaft: Wenn man es anregt - also Energie zuführt - dann nimmt es den Wert Null an; im Grundzustand verschwindet es nicht, hat einen Wert verschieden von Null und wechselwirkt mit den Elementar-Teilchen - was ihnen letztlich die Eigenschaft "Masse" verleiht.

Unmittelbar nach dem Urknall - wir reden wirklcih von den allerersten Sekundenbruchteilen - ist das Universum eben extrem heiß und dicht. Bei dieser extremen Energiedichte schwankt der Wert des Higgsfeldes um den Wert Null und die Elementarteilchen sind masselos. Das gilt auch für die Kopplungsteilchen der Kraftfelder, die dadurch nicht mehr unterschieden werden können.

Ununterscheidbare Kopplungsteilchen bedeuten Vereinheitlichung der physikalischen Wechselwirkungen - bekannter unter dem Namen "Grand Unified Theories (GUT)"; es gibt nicht die heute 4 bekannten Kräfte (Gravitation, Schwache WW, Elektromagnetische WW, und Starke WW), sondern eine einzige physikalische Kraft.

Erst die Abkühlung des Universums durch minimale Ausdehnung kann dazu führen, dass das Higgsfeld in den Grundzustand wechselt. Dann hat es einen Wert verschieden von Null und verleiht den Teilchen Masse. Die Kraftteilchen werden unterscheidbar und die physikalischen Wechselwirkungsarten frieren aus.

Bei dieser Abkühlung kann das Higgsfeld sehr, sehr kurzzeitig im instabilen Zustand des Wertes Null verharren. Einen ähnlichen Effekt kennt man vom unterkühlten Wasser: Sehr sauberes Wasser bleibt ohne Kristallisationskeime bis unter den Gefrierpunkt flüssig. Eine kleine Erschütterung reicht dann schon, um es schlagartig gefrieren zu lassen, weil sich dabei winzigste Bläschen bilden an denen die Eiskristallbildung einsetzt und sich schlagartig ausbreitet, weil der gefrorene Zustand bei dieser Temperatur eigentlich der günstigere ist.

Genauso verharrt im Modell auch das Higgsfeld in einem falschen Vakuumszustand für die wenigen Sekundenbruchteile, die es dauert, bis sich das Feld umstrukturiert hat und in den neuen Quantenzustand gewechselt ist. In diesem falschen Zustand erzeugt es einen enormen abstoßenden Druck, eine abstoßende Kraft, die den gesamten Raum innerhalb von 10^-35 bis 10^-32 Sekunden nach dem Urknall um das 10^30 bis 10^50 fache aufbläht.

Diese schlagartige Ausdehnung in den ersten Sekundenbruchteilen ist die "Inflation". Selbstverständlich dehnt sich das Universum auch danach weiter aus - aber eben nicht mehr derart schlagartig.

Nachzulesen ist das genauer als von mir hier beschrieben hier

http://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/inflation/197

Oder Du lässt es Dir ausführlich von Josef Gaßner erklären:

https://youtu.be/hrJViSH6Klo

Grüße

Wow danke sehr

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Hallo ilovefuture,

wir können unsre Welt so beschreiben, wie sie ist - ohne dass wir etwas dazu notwendigerweise brauchen.

Wenn wir uns aber fragen, was das Nichts ist - und auch, wer wir selbst sind - kommen wir schnell philosophisch in einen Bereich jenseits unserer Welt.

Ich mag an der Stelle von meiner persönlichen Ansicht sprechen, die mir plausibel erscheint. Es darf etwas geben, in das sich unsere Welt einbettet - egal, in welchem Zustand sie gerade selbst ist (Singularität, ausgedehnte Universen). Dieses Etwas darf sich in einer Erweiterung der Dimensionalität unserer Raumzeit ausdrücken - wie auch immer das sein mag. Über diese Dimensionen hinweg mag es vielleicht beliebig viele Universen geben, die sich alle in irgendeinem Zustand befinden. Sie mögen sich sogar über diese Dimensionen hinweg durchdringen. Ich hatte schon mal gehört, dass so ein Effekt hinter der dunklen Materie oder Energie stecken könnte.

Wir wissen viel - und doch noch nicht genug. Und wieder geht die Philosophie voran - und die Naturwissenschaft folgt ihr auf den Fuß.

Mit vielen lieben Grüßen
EarthCitizen

Ohne Materie keine Zeit, daher gibt es nach unseren Standards gar keine Zeit vor dem Urknall. (Zeit macht ohne Materie keinen Sinn, da man sie nicht messen kann, und umgekehrt macht Materie ohne Zeit auch keinen Sinn, da sie zu keiner Aktion fähig wäre, nichtmal die Elektronen könnten um den Atomkern fliegen). Wie aus dem Nichts etwas entstehen kann, ist eine interessante Frage. Fakt ist zum Beispiel, dass im Vakuum nicht nichts ist, sondern immer wieder hier und da Partikel quasi aus dem Nichts auftauchen und wieder verschwinden (sogenannte Vakuumfluktation). (Dabei handelt es sich immer um ein Teilchen Materie und ein entsprechendes Teilchen Antimaterie, die sich nach ihrem Erscheinen gegenseitig wieder auslöschen). Inwiefern man solche Konzepte auf den Urknall übertragen kann, weiß ich nicht. Ich hoffe, ich hab deine Frage richtig verstanden

Zeit ist nur eine Hilfsgröße, und sie ist ja nicht einmal konstant.

Materie ohne Zeit funktioniert durchaus. Die relevante Größe ist die Masse.

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@MatthiasHerz

Wie kommst du darauf? (Nicht offensive gemeint, ich bin wirklich interessiert :D)

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@MatthiasHerz
Materie ohne Zeit funktioniert durchaus. Die relevante Größe ist die Masse

Hast du dafür ein Beleg? Von wem stammt diese Aussage?

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@MatthiasHerz

Okay, wenn man darüber nachdenkt, kann das nicht sein. Wie kann etwas existieren, wenn es keine Zeit gibt, in der es existieren kann? Natürlich ist Zeit nicht konstant (Raum ist es auch nicht, du hast es mit der Masse selbst angesprochen), aber sie ist auch keine Hilfsgröße, sondern die 4. Dimension. Alles, was existiert, hat Auswirkungen in irgendeiner Form in horizontaler, vertikaler, tiefer, und eben zeitlicher Dimension, andernfalls kann es nicht existieren, zumindest auf Grundlage unseres Verständnisses.

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PS: uteausmünchen auf deine Antwort würd ich mich freuen!

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