Was hat den Urknall ausgelöst?
Hey,
wenn die Urknalltheorie stimmt, welche Theorien gibt es was den Urknall ausgelöst haben könnte? Hat es Vielleicht auch was mit dem Higgs-feld zu tun?
danke im voraus
6 Antworten
Hallo Anthraxxx,
unser beobachtbares Unibversum ist sehr sicher aus einem dichten und heißen Anfangszustand entstanden. Daten, die das stützen, reichen mittlerweile zurück ins wenige Sekunden alte Universum.
Und ja, selbstverständlich kann die korrekte Beschreibung des Urknalls nur eine quantisierte Theorie sein, denn bei den Dichten, die im extremst jungen Universum herrschen, werden Quanteneffekte halt einfach dominant.
Der Urknall selbst ist aber nun einmal ein Beobachtungshorizont: im Urknall entstehen Raum, Zeit 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.
Es ist also - um das noch einmal zu betonen - nicht so, dass es nicht plausible Modelle gäbe, die zu Beobachtungen führen, wie wir sie im jungen Universum machen - es ist aber notgedrungen so, dass naturwissenschaftliche Beobachtung nur innerhalb des Universums möglich ist und wir so nicht entscheiden können, ob und wenn ja welches der Modelle tatsächlich zutrifft.
Eines davon 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.
Und ja: 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://youtube.com/watch?v=hrJViSH6Klo
Ein anderes Beispiel ist das "Ekpyrotische Universum" nach dem das Universum infolge des Zusammenstoßes zweier Branen entstanden
ist. Branen, das sind multidimensionale Gebilde aus der Stringtheorie.
Im Rahmen der Stringtheorie ist unser Universum das Ergebnis eines
Zusammenstoßes zweier solcher "Weltenbranen".
Manchmal wird das Ekpyrotische Universum als Alternativmodell zum Urknall bezeichnet. Das ist streng genommen aber nicht richtig: Es ist nur eine alternative Vorstellung zur eben geschilderten Inflation, nicht zum Urknall selbst.
Grüße
Das ist eine sehr interessante Frage, dennoch können wir sie nicht beantworten. :(
Eine Theorie ist, dass sich etwas nach extremer Kompression sehr stark ausgedehnt hat. Belegbar ist dies aber nicht wirklich.
Und selbst wenn- so what?
Wenn wir es wüssten würde uns das auch nicht besonders weiterhelfen... Freut mich, dass du so interessiert bist. :)
Bitteschön.
Das wissen wir leider nicht. Habe nur in einem Roman etwas dazu gelesen (Gottes Nemesis), wenn wir wirklich wüssten warum das Universum entstanden ist würde das die Welt auf den Kopf stellen.
Bitte lies https://www.gutefrage.net/frage/wie-entschtand-der-urknall#answer-196858369 (und folge auch allen Links in den Kommentaren zu jener Antwort).
Lies insbesondere auch https://www.gutefrage.net/frage/aus-was-ist-das-universum-entstanden#answer-233686816 .
Was genau passiert ist, wird wahrscheinlich nie jemand genau wissen (können)!