Urknall-Singularität, Einsteintheorie

...komplette Frage anzeigen

6 Antworten

Mit dem Begriff Singularität wäre ich vorsichtig. Eine Singularität beschreibt im allgemeinen z.B. einen Punkt (ohne räumliche Ausdehnung) in einem Koordinatensystem, an dem andere Koordinaten/Achsen zusammenlaufen. Bei unsere Erde wäre das z.B. der Nord- und Südpol. Dort ist keine Eindeutige Angabe des Längengrades möglich. Der Nordpol liegt also bei 90° nördlicher Breite und bei JEDER Koordinate östlicher oder westlicher Länge.

Allerdings beschreibt die Anfangssingularität KEINEN Raum oder eine Raumgröße von "Null". Sie beschreibt lediglich die Zeit t=0 und geht dabei von einer Nichtexistenz von Raum und Zeit aus. Nur können wir keine Dinge beschreiben, die exakt beim Urknall oder gar noch davor stattfanden. Wir können die Entwicklung erst NACH dem Urknall, etwa 1x10^-43 Sekunden danach, bzw. nach dem Verstreichen von etwas mehr als der Planckzeit beschreiben. Zu diesem Zeitpunkt gab es aber keine Singularität mehr. Und wir können auch nicht beweisen, dass es einmal eine Singularität gab, da hier keine physikalischen Gesetze oder Formeln greifen. Alle Längen die kürzer sind als die Plancklänge, alle Zeiten die kürzer sind als die Planckzeit, können wir nicht beschreiben, da sich hier die Dinge nicht stetig verhalten, sondern sprunghaft, bzw. diskret. Mit anderen Worten: Befindet sich ein Punkt auf einer Skala von 2 Plancklängen irgendwo zwischen 0 und 2, so kann er sich nur an Position 1 aufhalten, nicht aber z.B. 0,5 oder 1,5. Denn hier verlaufen die Formeln diskret. Als Ergebnis kann nur 0, 1 oder 2 herauskommen. Dinge, die sich dazwischen Abspielen, versucht man salopp mit Quantenschaum zu erklären. In diesem Zusammenhang müsste man dann aber auch noch die Quantenunschärfe ins Spiel bringen.

Wie Du siehst, ist die Anfangssingularität nicht wirklich schön zu erklären. Denn wir haben hier keine wirkliche Erklärung. Und will man sich dieser gedachten Singularität annähern kommt man nicht um Quantenmechanik herum. Also fang lieber ab kurz nach dem Urknall an und sage einfach, dass wir über den Urknall nichts sagen können, da dort unsere physikalischen Gesetze keine Gültigkeit hatten.

Was hat aber nun Einstein mit dem ganzen zu tun? Seine Relativitätstheorie basiert auf großen Objekten, der Raumzeitkrümmung, der Gravitation. Das Problem ist hier, dass der Raum verdammt klein war am Anfang. Sehr kleine Skalen beschreibt man aber am besten mit der Quantenmechanik oder der (Super-)Stringtheorie. Aber die wiederum können keine großen Massen beschreiben. Und das hatten wir ja kurz nach dem Urknall, vorallem in der Zeit vor der inflationären Expansion. Alle Masse auf extrem kleinem Raum. Man muss also die Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik oder Stringtheorie verbinden. Das versucht man im moment über die Schleifenquantengravitation (oder Loop-Quantengravitation), ein sehr experimentelles Gebiet, oder eben mit Hilfe der Superstring- oder M-Theorie.

Wir können auf jeden Fall schon einige Dinge mit relativ hoher Gewissheit über den Urknall sagen, ab ca. 15 Sekunden nach dem Urknall lässt es sich sogar mit Experimenten ziemlich sicher belegen. Allerdings wirft eben die Zeit wirklich ganz kurz nach dem Urknall noch große Fragen auf. Vorallem warum es auf einmal eine inflationäre Expansion gab, wo sich das Universum um einen Faktor von 10 hoch 50 bis 10 hoch 100 ausdehnte. Ein Faktor von 10 hoch 50 bedeutet, dass sich z.B. ein DNS-Strang auf die Größe der Milchstraße ausdehnt. Und das in einer Zeit von ca. 10 hoch -35 Sekunden! In dieser Zeit sollen sich auch die Strukturen abgebildet haben, die das Zusammenklumpen von Materie ermöglichten. Also das Bilden von Gaswolken und fürderhin später Sternen, Galaxien,etc. aus einem zu Beginn komplett homogenen Anfangszustand.

Die über die ART wissen wir, warum sich große Objekte, Planeten, Sterne und Galaxien so verhalten, wie sie sich verhalten - aber, wie gesagt, große Objekte. Und nach der Inflation war das Universum immernoch nur ca. 1 Meter groß. Es gibt viele Ansätze. Aber wir haben im Endeffekt zwei Fraktionen: Einmal die Welt des kleinen mit den Grundkräften Elektromagnetismus, schwache und Starke Kraft (Quantenmechanik und Stringtheorien) - und auf der anderen Seite die Gravitation und Einstein. Wir müssen diese beiden Fraktionen verbinden können um die ersten Sekundenbruchteile des Universums zu verstehen. Bevor uns das nicht gelingt, sind alle Dinge, die wir ab kurz über den Urknall wissen, nur reine Spekulation. Die ersten Sekundenbruchteile bleiben weiterhin im Dunkeln und lassen nur Vermutungen zu, die sich fast jedes Jahr verändern.

Hi!

Da sind ja schon ein paar sehr gute Antworten dabei. Ich wollte nur allgemein noch sagen: wenn Du Dir mit dem Thema "Urknall" schwer tust

  • dann ist das erstens nicht schlimm, die besten Kosmologen unserer Zeit tüfteln auch noch ;-)

  • dann schau Dir zweitens doch ergänzend ein paar Videos zu dem Thema von Harald Lesch an; er erklärt das sehr unterhaltsam, korrekt und Du kannst vielleicht Einiges davon verwenden

Hier ein Link zu einer ganzen Reihe Videos von ihm. Am besten Du schaust Dir mal an "Was.ist.der:Urknall?", "Wo.war.der.Big:Bang?" und "Was.war.vor.dem.Big.Bang?"

http://www.youtube.com/playlist?list=PL325476A6D0F386C4&feature=plcp

hy,

Also dass kann man ganz einfach erklären. Die Singularität beschreibt das was davor war. Es wird davon ausgegangen, dass vor dem Urknall alles Dunkel war,(vereinfacht ausgedrückt) und das universum nicht größer als ein Atom war. Und das ist die Singularität. Der Zustand des Universums vor dem Urknall.

Ich fange diese Antwort am besten mal mit einem Zitat aus dem Buch "Sternstunden des Universums" von Harald Lesch und Jörn Müller:

Zum Zeitpunkt Null, also am Urknall, soll entsprechend den Gleichungen die Gesamte Materie des Universums in einem unendlich kleinem Punkt unendlich dicht und bei unendlich hoher Temperatur vereinigt gewesen sein. Für die Kosmologen ist diese Anfangssingularität ein bohrender Stachel im Fleisch ihrer kosmologischen Modelle. Denn Unendlichkeiten kommen in der Natur nicht vor. Liefert eine gleichung als Ergebnis einen Wert unendlicher Größe, so kann man darauf wetten, dass das Gleichungssystem nicht vollständig ist, sondern einer Ergänzung bedarf.

Kurz darauf im Buch:

Rechnet man in der Zeit immer weiter zurück bis kurz vor den Anfang des Kosmos, so schrumpft auch bei der Schleifen-Quantengravitation der Raum auf einen unendlich kleinen Punkt zusammen. Eine Singularität wie in der Allgemeinen Relativitätstheorie wird vermieden. Vielmehr beginnt sich der Raum wieder auszudehnen, wenn man noch weiter in die Zeit zurückrechnet. Denn wenn der Raum eine Größe erreicht hat, bei der die Quanteneffekte zu dominieren beginnen, ändert, so die Theorie, die Gravitation plötzlich ihren Charakter.

Die Einsteintheorie wirft bei dem Ursprünglichen Modell ein Problem auf. Denn unter der Planck-Größe passiert es, dass sich Relativitätstheorie und Quantentheorie in die Quere kommen.

Ausserdem hat auch E=MC² auch etwas damit zu tuen. Denn das ursprüngliche Universum war wahrscheinlich nicht schwerer als 30kg, denn die Energie wurde nach E=MC² zu Masse.

Hoffe ich habe geholfen, LLG MImosa1

Wenn du etwas einfaches haben willst kannst du den Begriff Singularität vielleicht ganz weglassen. Dann kannst du die Urknalltheorie etwa so zusammenfassen:

In der Vergangenheit war die Energie unseres Universums nur auf sehr kleinem Raum (kleiner, als ein Atom) verteilt und breitete sich mit der Zeit immer weiter aus. Dadurch kühlte das Universum ab und die Energie strukturierte sich zu Elementarteilchen und komplexen Systemen.

Was oft falsch verstanden wird:

  • Die Urknallsingularität war nicht nichts.
  • Die Urknalltheorie beschreibt nicht den Beginn unseres Universums. Auch mit Urknall ist ein anfangsloses Universum, wie in der Hartle-Hawking Theorie denkbar.
  • Das Universum muss nicht die gesamte physikalische Welt sein. Zum Beispiel kann es noch andere Universen geben.

Beschreibe den Begriff doch als einen Zustand, in dem die physikalischen Gesetze (noch) nicht definiert sind. Als etwas "Sonderbares" oder als "Einzigartigkeit" - das heißt es nämlich übersetzt, von lateinisch singulus, ein einziger - welche sich jeder Erforschung widersetzt, weil uns keine Informationen darüber vorliegen und wir uns auch keine Informationen darüber beschaffen können.

Was möchtest Du wissen?