Was passiert bei dem Big Rip genau?

Ich habe gerade gelesen, dass der Raum bei einem Big Rip immer weiter expandiert und es irgendwann zu einem Punkt kommt wo selbst die Atome auseinander gerissen werden. Müsste dann nicht eine unfassbar hohe Energie enstehen wenn alle existierenden Atome zerstört werden? Und selbst wenn alles bis zum kleinstmöglichen zerissen wird, wo ist dann die Energie hin die ja immer gleich bleiben müsste?

Achja bei einem Big Freeze müssten ja die Atome aufgrund der niedrigen Temperatur quasi still stehen. Diesen Zustand könnte man ja eigentlich nicht mehr umkehren, wo ist dann die Energie hin?

Nach den Einstein-Hilbert Gleichungen der ART

R_µv - 1/2 g_µv R + g_µv Λ = 8πG/c^4 T_µv

g_µv ist der metrische Tensor
T_µv ist der Energie Impuls Tensor
Λ ist die kosmologische Konstante
8πG/c^4 eine Konstante
R_µv ist der Ricci Tensor

Die linke Seite der Gleichung spiegelt die Geometrie der Raumzeit wieder, die rechte Seite die Quelle der Krümmung, den Energie Impuls Tensor.

ist die kosmologische Konstante Λ keine tatsächliche Konstante, sondern eine zeitabhängige Funktion Λ(t), also ein Wert, der sich mit der Zeit ändert.

Angenommen das Universum hätte keine Materie und keine Strahlung.

Dann verschwinden der Ricci und der Ricci Skalar ist 0, also

R_µv = 0
1/2 g_µv R = 0

darauf folgt

g_µv Λ = 8πG/c^4 T_µv

Da g_µv Λ ungleich 0 ist, würde man selbst in einem Materie-freien Universum eine Grundenergie feststellen, alleine basierende auf der Geometrie der Raumzeit.

Man kann auch, wenn man die Quantenmechanik involviert umgekehrt argumentieren:
Einige Experten vermuten die Vakuumenergie (die ein Kandidat für die "Dunkle Energie" darstellt) als Quelle des Lambda Terms g_µv Λ, denn jede Form von Energie Krümmt die Raumzeit, also geht also in den Energie Impuls Tensor T_µv ein.
Dem folgend ist dann g_µv Λ - die Krümmung der Raumzeit ungleich 0, schlichtweg da eine Grundenergie vorhanden ist (während bei der vorherigen Interpretation eine Grundenergie vorhanden ist, genau weil die Raumzeit gekrümmt ist.)

ist g_µv Λ allerdings zeitabhängig, also:

g_µv Λ(t)

und wächst Λ(t) mit der Zeit, wird die Energiedichte mit der Zeit immer größer und überschreitet irgendwann einen Punkt, an dem sie z.B. stärker ist als die Van der Waals Bindung zwischen Atomen oder Molekülen was die Bindung zwischen eben diesen verhindern würde. Je stärker Λ(t) desto tiefere Strukturen der Materie würden auseinander gerissen, irgendwann auch Partikel wie Protonen oder Neutronen.

Allerdings gibt es keinen Grund anzunehmen, wieso Λ zeitabhängig sein sollte, dieser Standpunkt lässt sich empirisch nicht untermauern und wird nur von einer Minderheit der Kosmologen vertreten.

@ArchLinux
Beitrag von ArchLinux (Seite 1)

Einen der besten Beiträge (wenn nicht der sinnvollste) die letzten Wochen hier im Forum, darf man nicht so einfach untergehen lassen. Vielen Dank dafür!
Ich dachte schon das es ohne "sowas" kaum noch Sinn macht für mich... im Moment.
Sehr anregend, aus meiner Sicht zumindest.

Und schon fallen mir schon wieder mannigfaltig Fragen und Zeugs dazu ein.

Vor allem dazu:

ArchLinux schrieb:Allerdings gibt es keinen Grund anzunehmen, wieso Λ zeitabhängig sein sollte, dieser Standpunkt lässt sich empirisch nicht untermauern und wird nur von einer Minderheit der Kosmologen vertreten.

Gehörten Einsteins "Trial and Error" Gedanken und Versuche (wie du anderswo sagtest) etwa zur Mehrheitsmeinung der damaligen Physiker (1905-1915) !? Ich denke nicht. Und dennoch behielt er "Recht". In so fern sagt der oben zitierte Satz von Dir nur wenig aus (zumindest eine gewisse Wahrscheinlichkeit betreff), was ich nochmal kritiklos für den Leser herausheben wollte.

Ich hätte erstmal noch 3 weitere Fragen: (Hoffe du beantwortest sie alle)
1. Ist ein zeitloses Quantenvakuum* unendlicher "Energie"? (*UK Verursacher)
2. Hat sich das Universum evtl. nur aus einem Teil eines vermeintlich unendlichen QV-Potentials entwickelt?
3. Steigt, falls das Universum wie vorhergesagt expandiert, mit Expansion der Raumzeit nicht auch die Wahrscheinlichkeit für die darin möglichen Vakuumfluktuationen.. sprich einhergehend mit der Expansion das QV-Potential in Relation zur expandierenden RZ?

LG Z.

Z. schrieb:3. Steigt, falls das Universum wie vorhergesagt expandiert, mit Expansion der Raumzeit nicht auch die Wahrscheinlichkeit für die darin möglichen Vakuumfluktuationen.. sprich einhergehend mit der Expansion das QV-Potential in Relation zur expandierenden RZ?

mehr Raum= mehr Vakuumfluktation. Würde ich mal vermuten.

@fritzchen1
Jo so siehts aus.
Mal sehen was der Fachman sagt.

Hoffe alles klar bei Dir.
Gruß Z. ;)

(Ps: Nu bin ich doch noch wach..)

@all

Ich verstehe die Antwort nicht wirklich :D Könnte das einer nochmal vereinfacht beschreiben

@ArchLinux

Also meinst du damit, dass die dunkle Energie praktisch mit der Zeit immer stärker wird und nicht immer gleich bleibt? Und die Energie die in Materie/Masse in Form von Atomen usw.gespeichert ist eben dann zur dunklen Energie wird durch das Erhaltungsgesetz?

Aber wenn dies so wäre, müsste es irgendwann doch eine Grenze der dunklen Energie geben und das Universum sich nur noch mit einer für immer gleichbleibenden Geschwindigkeit ausdehnen?

@Skymera

Es gibt verschiedenste Formen der Energie.
Die bekannten, messbaren, gehen mit Gravitation einher, Materie oder Strahlung erzeugt Krümmungen der Raumzeit = G-Felder.
Materie oder Strahlung zwingt die Raumzeit sich ...lokal... zu krümmen.

Dann gibt es noch das oben erwähnte Potential, sprich die Energie die in der RZ selbst steckt.
Sie ist nicht wie Materie oder Strahlung direkt beobachtbar. Der Wahrscheinlichkeit gemäss tritt sie als Vakuumfluktuation auf.
Diese Vakuumfluktuationen, kann man aber nicht direkt messen/Beobachten, da sie reiner Wahrscheinlichkeitsrechnung/Unschärfe entspringen. (muss man nachlesen)

Wiki:

Vakuumfluktuationen (auch Quanten- oder Nullpunktsfluktuation) sind Feldschwankungen in der Quantenfeldtheorie, die im Vakuum (dem Zustand niedrigster Energie) entstehen aufgrund der quantenmechanischen Energie-Zeit-Unschärferelation.

Bringen wir nun Einsteins Λ in Verbindung zur diesem Energieäquivalent sprich Vakkumenergie, stellen wir fest das diese theoretisch die Expansion des Universums verursachen könnte. Sie wirkt dem gemäss der Gravitation entgegen.
Dh. im Grunde treibt sie die Materie auseinander und bewirkt das Strahlung ins Rote verschoben wird.
(s. Kosmologische Rotverschiebung)

Wichtig zu verstehen ist das es eine Form der Energie gibt die sich mit unseren üblichen Teilchenvorstellungen Materie/Photon etc. nicht deckt. Dh. der Raum, selbst wenn er leer gerade genannter Teilchen ist, hat ein Energieäquivalent.

Und wenn dieses Energieäquivalent immer stärker wird, kann es die erwähnten Teilchenkonglomerate (Protonen etc.) auseinander reißen.
Bisher wirkt sich die Raum-Expansion, da relativ schwach, nur ausserhalb der Materie und Strahlungsdominierten Zonen aus.
Sprich der Raum scheint nur ....zwischen den Galaxien zu expandieren, aber nicht innerhalbdieser. Das treibt die Galaxien auseinander.

Wird nun aber die "Kraft" immer stärker die zur Expansion führt, wird sie eines Tages die von den Galaxien erzeugten Gravitationspotentiale (die die Galaxien zusammenhalten) zur Expansion zwingen (Verdünnung des G-Pots).
Dann werden auch die einzelnen Galaxienkonglomerate auseinander driften.

Das geht dann soweit das die Expansionrate so hoch wird das am Ende auch Protonen auseinander gerissen werden, dann würde alles sozusagen erstmal in "Elementarteilchen" zerfallen.
Wikipedia: Elementarteilchen

Und so weiter und sofort. Man könnte sich vorstellen dass ab einem gewissen Zeitpunkt alles Zb. in Photonen zerfällt.
Dh. das alle dann noch beobachtbare Energie (s. oben) nur noch als Strahlung Photon/EM etc anliegt.
Dann gäbe es schon mal keine Materie mehr.

Die beobachtbare Energie wie du fragtest, verschwindet dann auch nicht sondern sie würde sich nur optimaler im immer größer werdender RaumZeit verteilen. (s. Entropie)

NG

Ps: Die theoretische Dunkle Energie gehört zur Materie, auch diese würde verschwinden.
DM hat nichts mit der --> Expansion zu tun... sie wirkt wie andre Materie lokal gravitativ... also der Expansion entgegen.
NG

@Z.

Danke für deine ausführliche Antwort. Jetz habe ich den Sachverhalt schon einmal besser Verstanden. Aber müssten die Gravitationskräfte in der ersten Sekunde nach dem Urknall nicht so stark gewesen sein, dass sie eigentlich die überhand gegenüber der Expansion gehabt haben müssten?

Also gäbe es praktisch dann keine Möglichkeit mehr, dass das Universum jemals wieder in sich zusammenfällt und neu entstehen könnte?

Und wenn wir gerade beim zusammenfallen des Universums sind, ich wollte schon immer einmal wissen ob es überhaupt eine Maßeinheit oder eine Massengrenze gibt ab welchem Punkt eine Singularität vorliegt?

@Skymera

nein...die auseinandertreibende Energie des Urknalls war in dem Moment viel viel größer, denn sonst wäre es ja instant wieder in sich zusammengefallen.
Von den anderen Grundkräften trennen tat sich die Gravitation schon sehr früh (noch vor der GUT-Ära), von daher war sie eigentlich schon immer da.

Aber die auseinandertreibende (dunkle Energie?...wir wissen es nicht) war halt stärker. Ich persönlich denke das sie von Anfang an da gewesen sein muss und nicht erst seit 6 Mrd. Jahren....

knopper schrieb: Ich persönlich denke das sie von Anfang an da gewesen sein muss und nicht erst seit 6 Mrd. Jahren....

Die eine führte vermutlich dazu, das sich das Universum in einem bruchteil von einer Sekunde auf fast der Grösse des heutigen Universums ausdehnte und die andere führt zu einer beschleunigten Expansion.

@Skymera

Ich sags mal so, die Primäre Energie ist die, die die RZ geschaffen hat (Initiierend UK).
Aus dieser RZ "kristalisierte" zum kleineren Anteil Materie und Strahlung (unseren Falles temporär nicht linearer Expansion).

Umgangsprachlich komprimiert, Materie und Strahlung sind diesen Falles, kleineren Anteils der Gesamtenergie.
Auf Grund diverser Mechanismen kommt es zu "nicht linearer" Expansionsdynamik, wie wir hier an der Grafik sehen:


Anfänglich extrem, dann zu mehr oder minder linearem Anstieg der Dynamik, welche in letzter Phase wieder beschleunigt.

Skymera schrieb:Also gäbe es praktisch dann keine Möglichkeit mehr, dass das Universum jemals wieder in sich zusammenfällt und neu entstehen könnte?

Tja, das wissen wir eben nicht. Da das ganze aus unserer Sicht in vers. Phasen abzulaufen scheint (siehe drüber), könnte sich die Expansionsdynamik auch wieder ändern. Das Problem einerseits, einfach gesagt, ist das wir nicht wirklich wissen ob das System offen oder geschlossen ist. Sprich:

ArchLinux schrieb am 19.08.2016:ist die kosmologische Konstante Λ keine tatsächliche Konstante, sondern eine zeitabhängige Funktion Λ(t), also ein Wert, der sich mit der Zeit ändert.

???
(Bold und ? von mir)

Skymera schrieb:Und wenn wir gerade beim zusammenfallen des Universums sind, ich wollte schon immer einmal wissen ob es überhaupt eine Maßeinheit oder eine Massengrenze gibt ab welchem Punkt eine Singularität vorliegt?

Versteh ich leider nicht. Bitte erläutere nochmal.
NG

@Skymera
Vorsorglich zu meiner Frage:

http://www.spektrum.de/lexikon/physik/schwarzschild-radius/12986