Singularität, Urknall, Energieerhaltungssatz

@schtabea

Wikipedia: Urknall#.C3.9Cbersicht

schtabea schrieb:Würde ja bedeuten, daß auch der Urknall selbst eine Hypothese ist.

Es heißt nur, dass wir den Urknall nicht beschreiben können.

Z. schrieb am 01.07.2015:Deine diese Aussage umfasst "ALLE Arten" von Singularitäten und ist somit nicht haltbar.

das find ich süss - ein Streit darum, wem die Singularität nun gehört :D

Wenn die Physik welche abhaben möchte, dann wäre ich schon für eine experimentalphysikalische Herleitung - nicht für eine, mit Methoden der Mathematik. *scnr

Zum Thema: *afaik versuchen Stringtheoretiker Singularitäten in ihren Modellen zu eiiminieren - aber das fällt nicht in meinen math. Kompetenzbereich. Gibt andernorts eine ganz interessante Diskussion:

http://www.quanten.de/forum/showthread.php5?t=2689

@ER_win

ER_win schrieb:das find ich süss - ein Streit darum, wem die Singularität nun gehört

Moin er-win..
Ne darum gings nicht.... Es ging um Zugehörigkeit im wissenschaftlichen Sinn..
Ein angehender Wissenschaftler sollte die Unterschiede drauf haben..!?
Wikipedia: Singularität

Und vor allem nicht im Kontext durcheinander werfen...

mathematiker schrieb am 29.06.2015:Das ist ein Irrtum. Singularitäten sind Objekte der Mathematik und damit nicht an physische Existenz gebunden.

Das war kritisiert worden...
NG

Du kriegst die Energieeinheiten nicht kaputt.

Wenn Licht und Teilchen durch das All reisen, sind diese Geodäten gekrümmt – eine Folge der allgemeinen Relativitätstheorie. Verfolgt man diese Bahnen zurück bis zum Urknall, kommt es zur Singularität. Das folgerten die Physiker Stephen Hawking und Roger Penrose bereits Ende der 1960er Jahre aus Einsteins Gleichungen. Seitdem versuchen Kosmologen, diese Situation mit neuen Theorien und mathematischen Tricks loszuwerden. So unvorstellbar die Lage rund um den Urknall ist, sollten zumindest rechnerisch keine unendlich großen und somit unphysikalischen Werte auftreten. Doch gerade das ist bei einer Singularität der Fall.

http://www.spektrum.de/news/quantentrick-schafft-urknall-singularitaet-ab/1332377

Bei der Fülle an Threads schien mir dieser dann am geeignetsten. Der Artikel befasst sich mit einer anderen Theorie. Auf die will ich gar nicht hinaus, aber im zitierten wird das Problem schön erklärt.

Meine Frage daher: Ist evtl. der Tunneleffekt dafür verantwortlich, dass die Werte "unendlich" sind?

n3ji schrieb:Meine Frage daher: Ist evtl. der Tunneleffekt dafür verantwortlich, dass die Werte "unendlich" sind?

Ich denke mal das du deine Frage, aus SL-Theos mit deren intrinsichen Singularitäten, in Verbindung mit der Hawkingtheo/Hawkingstrahlung, im Bereich direkt um den Ereignishorizont (angeblicher Tunneleffekt), extrahierst...??

Zunächst mal handelt es sich bei H-Strahlung nicht a priori um einen Tunneleffekt, wie man dass selbst bei gestandenen Physikern ab und zu liest.

 In etwa so, dass sich virtuelle Quanten-Paare trennten, eines ins Sl fiele (negative Energie) und das andere als wirkliches Teilchen (positive Energie) in den Raum entkomme." 

Die H-Strahlung basiert prinzipiell auf ein Energiepotential das von Gravitationsenergie bereitgestellt wird, da braucht man keine andere Energie, wie zb. die theoretische von virtuellen Teilchenpaaren, die aus dem Vakuum tunnelten. Später, unabhängig Hawking wurde auch ein Tunneleffekt theoretisiert, der stammt aber nicht von Hawking.

Man könnte eher verkürzend sagen, dass das Gravitatonsfeld in der absoluten Nähe zum EH (ausserhalb SL) ein freies Teilchen generiert*/einfängt, dieses irgendwann beschleunigt und wenn es dadurch dem G-Feld entkommt, dem Sl somit Masse entzieht. 
Das SL verliert also Energie bei dem Prozess. 

Erklärend:  In der besagten Umgebung eines Sl, ist die Raumzeit stark gekrümmt und genau dies lässt auf eine gewisse Summe von dortig positionierten freien Teilchen schliessen. Aber eben freie reale Teilchen, die sich ausserhalb starker G-Felder im Vakuum, nicht so einfach postulieren lassen. Daher die freien Teilchen in dessen Umgebung, die man auch als vom Gravitationsfeld generiert/erzeugt umschreiben kann, da sich die Teilchen mit der Zeit am EH sammeln (G-Feld bedingt). Sie kommen sozusagen aus der "lichtartigen Vergangenheit" des Vakuums und propagieren nach Gravitionsbeschleunigung durch das G-Feld des Sl, in die "lichtartige Zukunft" des Vakuums. Das SL verliert somit Gravitationsenergie die nun in der kinetischen Energie des Teilchens steckt.

Bzw. du hast eine andere Grundlage für deine Frage?
NG

@Z.

Z. schrieb:Ich denke mal das du deine Frage, aus SL-Theos mit deren intrinsichen Singularitäten, in Verbindung mit der Hawkingtheo/Hawkingstrahlung, im Bereich direkt um den Ereignishorizont (angeblicher Tunneleffekt), extrahierst...??

Oh nein. Hm... Viel. habe ich mich da falsch ausgedrückt. Also gem.:

n3ji schrieb:Verfolgt man diese Bahnen zurück bis zum Urknall, kommt es zur Singularität. Das folgerten die Physiker Stephen Hawking und Roger Penrose bereits Ende der 1960er Jahre aus Einsteins Gleichungen.

Eigentlich wollte ich nur wissen ob der Tunneleffekt eine mathematische Rückrechnung bis zum Urknall verhindert.

n3ji schrieb:Eigentlich wollte ich nur wissen ob der Tunneleffekt eine mathematische Rückrechnung bis zum Urknall verhindert.

Warum sollte er? Mathematiker haben übrigens kaum Probleme beim rechnen mit Unendlichkeiten. Physiker dagegen schon, denn deren Arbeitsgebiet kennt keine Unendlichkeiten. Es gibt weder unendlich viel Energie, noch unendlich hohe Geschwindigkeiten, und auch keine unendlich kleinen Räume oder Zeiten. Physiker beginnen dort, wo für sie etwas definierbar wird, dafür haben sie sich eine eigene kleinst mögliche (sinnvolle) Welt geschaffen, die sogenannte Planck-Welt. Alles was kleiner ist als diese Welt, kann physikalisch nicht mehr beschrieben werden, und darum kommen Physiker derzeit auch nicht bis an den Urknall heran, sondern eben nur bis kurz davor. Und das "kurz" ist hier wörtlich zu nehmen, denn eine Planck-Zeit ist wirklich verdammt kurz, und dennoch bereitet sie so vielen Leuten echt heftige Kopfschmerzen :D

Wenn es uns gelänge, die Quantentheorie mit der Gravitation in einer gemeinsamen Theorie zu vereinen, dann könnte vielleicht auch diese letzte Hürde genommen werden, zumindest ist das die derzeit vorherrschende Meinung. Dem Tunneleffekt verdanken wir zwar unsere Existenz, aber für den Schleier vorm Urknall würde ich ihn nicht verantwortlich machen :D

@n3ji

Verfolgt man diese Bahnen zurück bis zum Urknall, kommt es zur Singularität.

Ja aber einer zeitlichen welchen.....

Und..
Bedenke, dass sich das Universum prinzipiell kontinuierlich entwickelt haben soll......

@Z.

Z. schrieb:Ja aber einer zeitlichen welchen.....

Wie meinst du das?

@Peter0167

Peter0167 schrieb:Warum sollte er? Mathematiker haben übrigens kaum Probleme beim rechnen mit Unendlichkeiten.

Aber das ist doch genau das, was der Artikel suggeriert oder?

n3ji schrieb:So unvorstellbar die Lage rund um den Urknall ist, sollten zumindest rechnerisch keine unendlich großen und somit unphysikalischen Werte auftreten.

Also wenn ich das richtig verstanden habe, dann wird versucht einen Zufall retrograd zu ermitteln und der ist irgendwo im Bereich 0 einer Wahrscheinlichkeit oder?

@n3ji

n3ji schrieb:Wie meinst du das?

Leider ist das im thread noch nicht richtig rüber gekommen.
Oben habe ich ja bereits darauf hingewiesen, dass sich die Singularitätstheoreme unterscheiden.
Mathematiker sprach zB. von Koordinatensingularitäten (Mathe)

Bzgl. Sl sprechen wir von intrinsischen Singularitäten.
Sprich realen Singus, in 3+1 dimensionaler Raumzeit eingebettet.
Intrinsische Singularität, wie Kerr´s 1 dimensionale Ringsingularität, zB.

Bei Urknall von einer zeitlichen Singularität. T=0
schau mal hier...

Anfangssingularität
Die Urknalltheorien werden nicht in einem Punkt im Raum, sondern in einem Punkt der Zeit 
(„t = 0“) singulär. Sie beschreiben also nicht den Urknall selbst, sondern nur die Entwicklung des Universums danach (ab einem Alter von ca. 10−43 Sekunden). In der Anfangssingularität sind Raum und Zeit nicht vorhanden. Angaben darüber, wie groß sie war oder wie lange sie bestand, sind somit sinnfrei.

NG

@Z.
Danke :)

Aber Raum und Zeit sind doch ineinder verwebt. Zwickt sich das dann nicht mit der Relativitätstheorie? Irgendwie erinnert mich das an die Frage, ob ein Baum(Zeit), der im Wald umfällt, auch dann ein Geräusch (Raum) macht, wenn ihn niemand hört.

@n3ji

Nun ist schon ein bisschen so, wenn man wie Du gerade, einen Beobachter einführt. ;)
NG

@n3ji
Vlt. erklärt dir das nochmal besser worum es bei Urknallsingu geht?
Hier eine Grafik, aus:

http://www.einstein-bern.ch/index.php?lang=de&show=laudatio&subs=nicolai

Die Erklärung dazu, aus:

In der Nähe der Urknallsingularität zur Zeit T = 0 findet eine kausale Entkopplung der Punkte des Raums statt (BKLLimes). Dies ist hier durch die Rückwärtslichtkegel verschiedener, beispielhaft herausgegriffener Punkte dargestellt (rote durchgezogene oder gestrichelte Linien). Ein solcher Lichtkegel enthält sämtliche Punkte, die einen gegebenen Raumzeitpunkt innerhalb des Kegels kausal beeinflusst haben können. Je näher man sich an der Singularität befindet, desto kleiner werden die kausalen Überlappungsbereiche (Übergang zu den „kleinen“ Kegeln mit durchgezogenen Linien). Dabei entkoppeln also sämtliche Raumpunkte asymptotisch. Für Zeiten unterhalb der Planck-Zeit (5 · 10–44 s) bricht die klassische Raumzeitbeschreibung zusammen (Grafikvorlage: H. Nicolai).

http://pubman.mpdl.mpg.de/pubman/item/escidoc:395912/component/escidoc:1033601/134_ftp.pdf
Viele Raumpunkte entkoppeln alle grösser Planckregime.
NG

@Z.
Treffend formuliert mit dem Beobachter.

Das ist intressant mit der Grafik. Das muss ich jetzt erstmal wirken lassen. Danke schön :)

@n3ji
Hi...

Im Grunde ziemlich einfach...
A. "Vor" dem Anfang, nach Standard These = nix ;) Kein Raum, keine Zeit, also auch keine intrinsische Singularität, die in eine Raumzeit eingebettet sein muss. (Möglich, ein Zeit und dimensionsloses Quantenvakuum)
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Theos zu einem möglichen "davor".
Nach Penrose CCC Modell, ein vergehendes Universum davor. Dort kollabiert die Raumzeit, letzte Protonen zerfallen, es bleiben nur noch Photonen und Sl übrig. Somit steht Uhr aller Uhren im vorhergehenden Universum für "einen unendlichen Moment" still.  ;) 
Dieser Zustand ist sozusagen ein "Takt-Signal" für alle Sl die sich in dieser zeitlosen Ära befinden. Da deren Uhren hinter dem EH, vom einstigen Vakuum abgetrennt, T≈0 anzeigen, ticken sie in Relation "schneller" als das umgebende Vakuum, dessen Uhr auf T=0 abhängt. Die Sl Uhren sind nun die einzigen, deren relativer Takt somit der schnellst mögliche. Dies bewirkt dass die Sl schlagartig ins zeitlose Vakuum zerstrahlen, dabei produzieren sie richtig fette G-Wellen und Teilchen Strahlung. Eine neue Uhr läuft an, ein neues Universum bildet sich auf Basis der zerstrahlenden hypermassiven Sl Energien. Ist ein wenig wie riesige Weise Löcher, die plötzlich erscheinen und vorhergehend aufgesammelte Energie (Sl), in ein neues Universum entlassen.

Dann haben wir noch Ashketar Big Bounce.
Die Theo verbietet jedoch Singularitäten, im Vorgänger und im kommenden Universum. Maximal sind "fast Singularitäten" möglich.
Will sich etwas zu einer Singularität verdichten, wie ein Universum am Ende einer Ära, wenn es zum einem angehenden Hyper-Sl zu schrumpfen versucht, kommt es vorher zu einem Bounce (Abprall). Dh. da die dortige Raumzeit selbst gequantelt ist, (QM) lässt sie eine extreme Verdichtung von Energie, in Form einer intrinsischen Singularität, nicht zu. Die auf einen Raumpunkt zusammenfallende Energie prallt zurück und ein neues Universum entsteht.
Nur falls es dich interessiert. 
Es gibt noch weitere Varianten... Aber wir haben ja Zeit ;)
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B. "Auf dem Anfang", exakt T = 0, folgend ab etwa 10^−43 Sekunden, das plötzliche erscheinen einer Uhr, die zu Ticken beginnt. Während deren Verlauf eine bestimmte Menge an Energie, mit der anlaufenden Uhr "im" Nichts erscheint. Die Planckära. 
Zu dieser Zeit entsteht Raum und somit könnten ab da, die ersten primordialen Micro SL (PBH) ins Leben gekommen sein, die jedoch sozusagen sofort zerstrahlen. 

((Hinweis: Da erstens nicht ist klar ob es sich "auf UK" um ein unendlich dichtes Energie-Paket (Ursuppe) handelte und zudem relativ klar ist, dass die Energie nicht von einem kleinen Punkt ausging, sondern eher von diversen, von einander unabhängigen RZ-Blasen, kann man hier nicht von einer verdichteten intrinsischen Singularität sprechen. Davor siehe A.))

Schon im Zeitraum von 10^−43 bis 10^−35 Sekunden, beginnt die Uhr die Planckära hinter sich zu lassen und mit v >> c zu expandieren. Auf Anfang lebt somit nur der Singulär erscheinende Zeittakt der anlaufenden Uhr.
NG

@Z.
Welche Thesen gibt es denn noch? :)

@n3ji
Moin Moin...

Bin gerade etwas eingespannt... aberrrr... wie du oben siehst, setzen viele UK-Modele je auf Vorgänger Universen.
Penrose versucht es sozusagen rein relativistisch zu lösen, was dann in Weissen Löchern endet. Da wenn hypermassive SL schlagartig zerstrahlen sollten wie im CCC Model, der Vorgang sehr gut zur Weisses Loch Dynamik (ART) passt, um eine erneute Expansion und E-Teilchen Fluktuation zu bewerkstelligen.

Bei Bouncemodel, das die finale Wirkung der erneuten Expansion (UK) auf Grundlage der Quantenmechanik, besser Ideen zur Schleifenquantengravitation/gequantelte Raumzeit, postuliert, ist es am Ende sogar sehr ähnlich.
Der Bounce (Rückprall) den die zusammenstürzende Energie erfährt, bevor sie sich zu einer i-Singularität zu verdichten kann, hat auch grosse Ähnlichkeit mit der Weiss Loch Dynamik....

Zur Frage.
Die Modele ähneln sich also oft. Dennoch gibt´s einige Variationen.... zunächst mal, bevor wir zu den anderen kommen:
Ein Model was nicht unbedingt auf ein Vorgänger Universum baut, wie ich oben schon andeutete ("zeitlos, dimensionslos, Q-Vakuum), das jedoch in Relation eine zu Beginn, sehr sehr langsam getaktete Uhr und ein sehr "kleines" Energiefeld vor einem "UK" postuliert, ist zB. E. Rebhan´s Urschwungmodel.. (leider wenig in Deutsch im Netz). Es vermeidet Singus, und ist ab einer bestimmten Phase kaum noch vom Bouncemodel unterscheidbar. Jedoch entstammt der Urgrund eben nicht einem Vorgänger Universum, wie wir es kennen, sondern er kristallisiert sich langsam aus einem ewig erscheinenden Quantenvakuum heraus. 

Infos dazu:
https://books.google.pt/books?id=oiopBAAAQBAJ&pg=PA568&lpg=PA568&dq=Urschwung+rebhan&source=bl&ots=WDHIqzCbKY&sig=LeKZXE38CWSOXrNJ2sSpHr0w35Q&hl=de&sa=X&ved=0ahUKEwiy2rS_3p7SAhULWRQKHYJADEMQ6AEIIDAA#v=onepage&q=Urschwung%20rebhan&f=false

und 

Soft bang" instead of "big bang": model of an inflationary universe without singularities and with eternal physical past time

https://pdfs.semanticscholar.org/ca52/be23d747e38f36d4292f3da1edda64381aff.pdf
https://arxiv.org/abs/astro-ph/0602515

Muss enden... Fragen sind immer willkommen.
NG

@Z.
Vielen herzlichen Dank :) Jetzt weiß ich wo ich weiter suchen kann. Ist das Buch zu empfehlen?