Ablauf der Inflation


Die Relativitätstheorie basiert auf dem Relativitätsprinzip von Galileo. Hier ist Raum, Fragen zur Relativität zur diskutieren.

Myon

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Beitrag Mo 3. Aug 2015, 12:16

Ablauf der Inflation

Wenn ich mich im Internet informiere über die Inflations-Hypothese (von Alan H. Guth) gibt es unterschiedliche Erklärungen über den Zeitpunkt des Phasenübergangs.

Weiß jemand welche Sichtweise heute die eher plausible ist :?:

Zur Vereinfachung der Fragestellung, möchte ich postulieren:
Die Inflation beginnt um 6:oo Uhr Morgens und endet um 12:oo Uhr Mittags.

Erklärung A besagt ungefähr:
Die Inflation beginnt um 6:oo Uhr (wegen negativem Druck…)
Phasenverzug bis 5 vor 12:00 Uhr.
Um 5 vor 12 Uhr findet der Phasenübergang statt und beendet die Inflation um 12:ooUhr.

Erklärung B besagt ungefähr:
Die Inflation beginnt um 6:oo Uhr (wegen negativem Druck…)
Auch um 6:oo Uhr beginnt der Phasenübergang.
Die Energie, die beim Phasenübergang frei wird, treibt die Inflation an.
Um 12:oo Uhr enden Phasenübergang und Inflation.

Ist Erklärung A oder B richtig :?:
Im Grunde ist meine Frage hiermit beendet, man muss sich den folgenden Text nicht mehr durchlesen.

Zur Erläuterung habe ich mal die wesentlichen Punkte von Inflations-Erklärungen abgeschrieben:

Inflations-Hypothese von Alan H. Guth 1981:

(Folgendes entspricht in etwa der Erklärung A):

In einem winzigen Bereich des Quantenschaums (nur einige tausend Plancklängen groß) entsteht zufällig ein hochenergetisches im metastabilen Zustand befindliches Inflationfeld und bildet so die Keimzelle des heute sichtbaren Universums.
Das metastabile Inflationfeld übt sehr starken NEGATIVEN DRUCK aus, was wiederum extreme Auswirkung auf die Gravitationswirkung hat, die vom Feld ausgeht.
Besonders interessant ist hierbei: Auch der Druck übt eine Gravitationswirkung aus, was nicht leicht anschaulich zu verstehen ist. Ein metastabiles Inflationfeld übt also einen sehr starken NEGATIVEN DRUCK aus, d.h. das Feld möchte sich zunächst einmal gerne zusammenziehen.
Der negative Druck ist so stark, das seine abstoßende Gravitationswirkung die anziehende Gravitationswirkung der Feld-Energiedichte überwiegt.
Insgesamt übt das metastabile Inflationfeld also eine negative Gravitationswirkung aus!
Aufgrund seines negativen Drucks kann das metastabile Inflationfeld außerdem die Energie der Gravitation anzapfen, sodass sich bei der Expansion des Raumes genug Inflatonfeld nachbildet, um seine räumliche Energiedichte konstant zu halten. Das Inflatonfeld verhält sich dadurch wie eine kosmologische Konstante.
Die abstoßende Gravitation wächst nun mit wachsendem Raumvolumen immer weiter an, da immer mehr neu entstehendes Inflationfeld mit negativem Druck in diesem Raum Platz hat (Inflationsphase dauerte 10 hoch -33 Sekunden). Solange das metastabile Inflationfeld vorhanden ist, bläht sich das Raumvolumen exponentiell auf.
Nach :idea: 10 hoch -33 Sekunden macht sich bemerkbar, dass der bisherige hochenergetische Zustand des Inflatonfeldes metastabil ist: Das Feld rutscht in einen niederenergetischen stabilen Zustand. Die dabei freiwerdende Energie wandelt sich in Materieformen um. Die Gravitation der Materie wirkte nun anziehend. Nach Ende der Inflation dehnte sich das Universum zwar weiter aus, aber diese Ausdehnung beschleunigte sich nicht mehr.

(Folgendes entspricht in etwa der Erklärung B):

Wenn sich die Energiedichte des Feldes zeitlich genügend langsam verringert, so hat es einen negativen Druck und verhält sich wie eine kosmologische Konstante, führt also zu einer beschleunigten Expansion des Universums.

Vor der Expansionsphase war das Inflationenfeld in einem höheren Energiezustand. Zufällige Quantenfluktuationen lösten einen Phasenübergang aus, wobei das Inflaton seine potentielle Energie in Form von Materie und Strahlung abgab, als es in den niedrigeren Energiezustand wechselte. Dieser Vorgang :idea: erzeugte eine abstoßende Kraft, die die Ausdehnung des Universums beschleunigte.

(Josef Gassner erklärt es populärwissenschaftlich so:)

Es bildet sich sehr sehr zufällig ein Feld mit tieferen Nullpunkten. Wenn in einem solchen metastabilen Feld Quantenfluktuationen um einen höheren Level stattfinden, dann übt das Vakuum (das Nichts) einen negativen Druck aus. Druck ist Kraft / Fläche. Oder auch Energie/Volumen. Energie entspricht nach E = m c2 einer Masse. Masse wirkt gravitativ. Wir erhalten eine negative Gravitation. Das führt zu einer Expansion, bei der sich die Kraft (bzw. Energiedichte) nicht abschwächt.

wjl

Anti-Myon

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Beitrag Do 6. Aug 2015, 09:35

Re: Ablauf der Inflation

tolle fantasie!
keine eigene?
Sicher das inflation schon beendet, wenn das universum noch expandiert?
positiver und negativerer druck oder allgemein relativer druck- begriffe, die einer ordnung bedürfen - im kopf- um sie auch herüberzubringen
in einem unverschlossenen behälter doll druck hin und her schwingen ohne wände?
darf ich mir herausnehmen von interaktion im universum zu sprechen und von ursachen für druck und unterdruck ohne unsere einflussnahme. an vielen orten im universum.
Druck im offenen behälter universum, wohl kaum , gravitation mit beschleunigung und abbremsen mit druckentstehung örtlich und im gravitationsfeld.
bitte, bitte, bringt ordnung in den eigenen kopf, damit auch ordnung in dem ist, was den kopf verlässt.

Myon

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Beitrag Do 6. Aug 2015, 18:03

Re: Ablauf der Inflation

Es ging mir bei meiner Frage eigentlich NUR um den ZEITPUNKT des Phasenübergangs.

Die Erläuterungen (aus dem Internet), die ich meiner Frage nachgeschoben habe, sollten nur den Kontext aufzeigen und sind für die Beantwortung der Frage nicht wichtig. Ich kann mir schon denken, dass man zum Verständnis des negativen Druckes und der negativen Gravitationswirkung und des Phasenübergangs usw. komplexe mathematische Kenntnisse zur Beschreibung der Higgs-Felddynamik haben müsste. Ich habe diese Kenntnisse nicht.

Aber ich würde gerne die wahrscheinlich anerkannteste Hypothese (bewiesen ist natürlich noch nichts) von Alan H. Guth besser verstehen. Falls meine Frage zum Zeitpunkt des Phasenübergangs überhaupt so sinnvoll gestellt werden darf, dann ist es für mich schon wichtig, ob wegen eines Phasenverzugs der Phasenübergang erst am ENDE der Inflationsphase BEGONNEN hat.

Wenn das so ist, dann kann aber die Aussage, dass der Phasenübergang die Inflation angetrieben hat, nicht stimmen.



PS: An wjl:

Sicher das inflation schon beendet, wenn das universum noch expandiert?

Ich denke, laut Definiton ist die Inflation eine sehr kurze Phase nach dem Urknall. Diese Zeit ist vorbei.

in einem unverschlossenen behälter doll druck hin und her schwingen ohne wände?

Ich denke, dass man für Erklärungen des flachen Universums am Beginn des Universums ein zufällig metastabiles Higgsfeld postuliert hat, aus dem sich Energiedichten ergaben, die zu negativem Druck und somit zur negativen Gravitation führen.

bitte, bitte, bringt ordnung in den eigenen kopf, damit auch ordnung in dem ist, was den kopf verlässt.

Das versuche ich ja ;) aber ich weiss, dass mir das nicht immer gelingt :|

Ich

Anti-Proton

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Beitrag Fr 7. Aug 2015, 09:07

Re: Ablauf der Inflation

Für mich hört sich dir eine Variante an wie der ursprüngliche Vorschlag für die Inflation: Es gibt irgendwo einen Phasenübergang zum echten Vakuum, die entstehende Blase aus solchem breitet sich von selbst aus, stößt mit anderen zusammen, bis sie gemeinsam das Universum füllen. Das wurde schnell [url="https://en.wikipedia.org/wiki/Eternal_inflation#History"]verworfen[/url], war nicht homogen genug. Das jetzige Modell geht von einem Inflatonfeld mit negativem Druck aus, das sich anfangs nur sehr langsam verändert (slow roll) und so zum inflationären Wachstum führt. Erst gegen Ende geschieht der Übergang, in dem die Energie des Inflatonfelds in Materie umgewandelt wird. Ob man das einen Phasenübergang nennen kann, weiß ich nicht.
Überhaupt habe ich mir diese Dinge ohne tieferes Verständnis angelesen, meine Aussagen also bitte mit Vorsicht genießen.

Myon

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Beitrag Fr 7. Aug 2015, 10:51

Re: Ablauf der Inflation

Ich schreibt:
….erst gegen Ende geschieht der Übergang …

Das würde ich so auch eher als plausibel ansehen, weil dies dann dem oft erwähnten Phasenverzug entsprechen würde.

Die Expansion während der Inflation wird ja sehr großzügig angeben mit 10xE50 bis 10xE100-facher Ausdehnung des Raumes. Wenn man nun die maximale Ausdehnung annehmen würde, dann könnte das bedeuten:

Erst als der Raum des Universums vielleicht schon hunderte von Milliarden Lichtjahre groß war (also viel größer als unser heute sichtbares Universum), erst dann ist die Materie (oder die GUT-Zeit) entstanden. Da man meistens die Inflation als den Urknall betrachtet, wäre es so, dass der Urknall aus unserer Sicht überall stattgefunden hätte. Wir wäre praktisch mitten drin. Selbst wenn wir 13 Milliarden Lichtjahre weiter weg von der Erde wären, wären wir immer noch mitten drin.

Oben beschriebene Sichtweise entspräche der "Erklärung A" meiner ursprünglichen Frage.
Bei der "Erklärung B" hätte wir zwar das selbe Endergebnis: wir wären Mittendrin im Urknall (Räumlich ! Nicht zeitlich). Aber der Beginn der Materieentstehung wäre ein winzig kleiner, punktförmiger Bereich gewesen.

Und je nachdem, ob Erklärung A oder B (Zeitpunkt des Phasenübergangs) richtig ist, läuft im Kopf ein ganz anderer Film ab. Und ich möchte, wenn möglich, den richtigen Film „abspeichern“ :idea:

Um wirklich zu wissen, welcher "Film" der richtige ist (also gemäß der noch unbewiesenen Hypothese von Alan Guth) müsste man wohl wissen, ob man aus der mathematischen Funktion, welche das metastabile Higgsfeld beschreibt, den Phasenübergangszeitpunkt ableiten kann.

wjl

Anti-Myon

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Beitrag Fr 7. Aug 2015, 17:05

Re: Ablauf der Inflation

es entscheidet sich noch was wir als richtig uns denken und abspeichern sollen.
Welche theorie soll richtig sein, wenn es sich erst noch herausstellt und das jeweilige eigene weltbild, dem man persönlich den vorrang gibt- ich kann dich nicht zwingen , meiner ansicht zu folgen, denn ich weiche zu sehr ab-
mit meiner theorie vom stufigen zerfall und örtlicher materieentstehung und wieder zerfall.

Anti-Neutron

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Beitrag Fr 7. Aug 2015, 23:09

mahado hat geschrieben:Wenn man nun die maximale Ausdehnung annehmen würde, dann könnte das bedeuten:

Erst als der Raum des Universums vielleicht schon hunderte von Milliarden Lichtjahre groß war (also viel größer als unser heute sichtbares Universum), erst dann ist die Materie (oder die GUT-Zeit) entstanden.

Hallo mahado,

sind das nur "Bauchgefühle" oder mehr?

Deshalb prinzipiell bitte nochmal zum grundlegenden Verständnis:

Für alle Zeitpunkte, die nicht exakt mit dem Urknall bei t=0 zusammenfallen, ist das Universum im Standardmodell als unendlich groß anzunehmen, weil man sonst Wiedersprüche zur globalen Geometrie des Universums bekommt. Diese globale Geometrie ist wegen der speziellen Form des CMB (cosmic microwave background) als euklidisch anzunehmen. Zu endlichen Werten kommt man generell nur deshalb, weil es in Modellen mit Expansion Ereignishorizonte geben kann und im Standardmodell auch gibt. Die Berechnung dieser Horizionte ist nicht trivial, sondern erfordert eine eingehende Beschäftigung mit der Raumzeitgeometrie dieses Modells.

Die "Größe" des Universums ist in diesem Sinne als fest anzusehen (unendlich). Das Einzige was sich ändert sind Horizonte und Abstände.
Freundliche Grüße, B.

kurzlebiges Kaon

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Beitrag Sa 8. Aug 2015, 00:41

Re:

Bernhard hat geschrieben:Die "Größe" des Universums ist in diesem Sinne als fest anzusehen (unendlich). Das Einzige was sich ändert sind Horizonte und Abstände.

Ja genau. Dummerweise wird das in der populärwissenschaftlichen Literatur immer wieder falsch dargestellt.

Der Leser erhält dann leider den Eindruck, als wenn da eine Art Luftballon aufgeblasen wird, was natürlich völliger Käse ist.

Myon

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Beitrag Sa 8. Aug 2015, 12:00

Re: Ablauf der Inflation

Zunächst möchte ich mich bedanken bei - wjl, Ich, Bernhard und Dagobert - für Eure Geduld und Eure Antworten.

Wenn irgendwelche meiner Fragen zu sehr nerven sollten, dann lasst sie einfach unbeantwortet stehen. Das ist dann schon OK.

Da ich jetzt grade keinen Boden mehr unter den Füßen fühle, muss ich doch nochmal bei "Adam + Eva" anfangen und ein paar grundzätzliche Fragen stellen. Wenn keine oder nur eine Frage beantwortet wird, bin ich auch zufrieden.

Bernhard schreibt:
Für alle Zeitpunkte, die nicht exakt mit dem Urknall bei t=0 zusammenfallen, ist das Universum im Standardmodell als unendlich groß anzunehmen

Bedeutet unendlich großes Universum NUR unendlich großer leerer Raum oder unendlich großer Raum MIT schon Materie darin, mehr oder weniger gleichmäßig verteilt?

Ist die Energiemenge oder Materiemenge im unendlich großen Universum auch unendlich?

Gab es diese kurze kosmologische Inflationsphase nach dem Urknall überhaupt?

Gab es die GUT-Ära (als alle Kräfte vereinheitlicht waren)?

Alan H. Guth hat doch ca. 1981 seine Hypothese aufgestellt. Da war wohl ein Rechenfehler drin. Deshalb wurde sie später etwas korrigiert. Ist diese Hypothese grundsätzlich sinnvoll oder kann man sagen, dass seine Hypothese sich nie bestätigen lassen wird, weil sie schlichtweg falsch ist.

Ich hatte mal gelesen, dass beim Nachweis des flachen Universums ein Messfehler von 2% da sein kann. Kann es sein, dass theoretisch im ganz ganz großen Maßstab letztlich doch ein gekrümmter Raum vorhanden sein könnte, oder ist das ausgeschlossen?

Anti-Neutron

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Beitrag Sa 8. Aug 2015, 16:19

mahado hat geschrieben:Wenn irgendwelche meiner Fragen zu sehr nerven sollten, dann lasst sie einfach unbeantwortet stehen. Das ist dann schon OK.

Hallo mahado,

das geht auch gar nicht anders. Vermutlich hat niemand so viel Zeit, um hier kostenlos jeden Gedanken zu analysieren und zu beantworten.

Da ich jetzt grade keinen Boden mehr unter den Füßen fühle, muss ich doch nochmal bei "Adam + Eva" anfangen und ein paar grundzätzliche Fragen stellen.

Vielen Dank für dieses sehr mutige und ehrliche Feedback, das sehr schön einen faszinierenden Zusammenhang zwischen aktueller Forschung und weltanschaulichen Fragestellungen aufzeigt.

Bedeutet unendlich großes Universum NUR unendlich großer leerer Raum oder unendlich großer Raum MIT schon Materie darin, mehr oder weniger gleichmäßig verteilt?

Letzteres. Man kann sich das Standardmodell tatsächlich wie einen unendlich ausgedehnten Rosinenkuchen vorstellen, der seit dem Urknall permanent, mal mehr, mal weniger schnell "wächst". Im mathematischen Modell ist die Materie- und auch die Energiedichte nur von der Zeit abhängig, also für jeden Punkt des Universums gleich groß. Natürlich ist das nur eine Näherung, weil es in diesem Modell keine konkreten Galaxien mehr gibt, allerdings funktioniert diese Näherung eben sehr gut. D.h. so gut, dass man aktuell kein besseres Modell hat. Die Galaxien werden bei diesem Modell also so stark vergrößert gedacht, dass sich die Ränder der Galaxien gegenseitig berühren und sozusagen einen durchgehenden Materiebrei mit konstanter Dichte bilden.

Ist die Energiemenge oder Materiemenge im unendlich großen Universum auch unendlich?

Die Materiemenge ist logischerweise unendlich groß. Bei der Energie ist das schwieriger, weil es nicht klar ist, wie die Gesamtenergie sinnvoll zu definieren ist.

Ist diese Hypothese grundsätzlich sinnvoll oder kann man sagen, dass seine Hypothese sich nie bestätigen lassen wird, weil sie schlichtweg falsch ist.

Die Inflationsära entspricht wohl weitgehend der aktuellen Lehrmeinung. Sie löst einige fundamentale Probleme der Kosmologie auf eine sehr direkte und interessante Weise. Siehe z.B. Flachheitsproblem der Kosmologie

Ich hatte mal gelesen, dass beim Nachweis des flachen Universums ein Messfehler von 2% da sein kann. Kann es sein, dass theoretisch im ganz ganz großen Maßstab letztlich doch ein gekrümmter Raum vorhanden sein könnte, oder ist das ausgeschlossen?

Man kann das nicht ganz ausschließen, aber der Unterschied in der Interpretation ist eigentlich minimal und eher unwesentlich. Die Empfehlung geht hier ganz klar in die Richtung die Messdaten von den Sonden WMAP und Planck ernst zu nehmen.
Freundliche Grüße, B.

Proton

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Beitrag So 9. Aug 2015, 18:54

Re:

Bernhard hat geschrieben:
Ich hatte mal gelesen, dass beim Nachweis des flachen Universums ein Messfehler von 2% da sein kann. Kann es sein, dass theoretisch im ganz ganz großen Maßstab letztlich doch ein gekrümmter Raum vorhanden sein könnte, oder ist das ausgeschlossen?

Man kann das nicht ganz ausschließen, aber der Unterschied in der Interpretation ist eigentlich minimal und eher unwesentlich. Die Empfehlung geht hier ganz klar in die Richtung die Messdaten von den Sonden WMAP und Planck ernst zu nehmen.

Man käme aber selbst bei minimalen Abweichungen schon in Erklärungsnot. Wenn mit den Inflationsszenarien das Universum um den Faktor 10^30 expandiert, werden irgendwelche anfängliche Raumkrümmungen um eben diesen Faktor geglättet.

wjl

Anti-Myon

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Beitrag So 9. Aug 2015, 20:59

Re: Ablauf der Inflation

mit der zeit, ist mehr zeit zur ablenkung und aus linearbewegung kann wegen ablenkung eine krümmung werden, was den verlust von licht oder energie beendet zu einem geschlossenen energiekreislauf des universums.
Sollte es mehr energie sein, die aufgenommen oder abgegeben wird vom universum , muss man wohl von interaktion im multiversum reden.

Anti-Neutron

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Beitrag So 9. Aug 2015, 22:48

Timm hat geschrieben:Man käme aber selbst bei minimalen Abweichungen schon in Erklärungsnot.

OK. Das mag sein. Die Daten von WMAP und Planck zeigen da scheinbar wirklich nur noch sehr wenig Spielraum für den Krümmungsparameter. Ich habe mich da eventuell also von der kritischen Dichte zu falschen Annahmen verführen lassen. Wirklich sattelfest bin ich bei diesen Fragen leider nicht.

Danke für die Korrektur.
Freundliche Grüße, B.

Myon

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Beitrag Mo 10. Aug 2015, 09:12

Re: Ablauf der Inflation

Dagobert hat geschrieben:
Bernhard hat geschrieben:Die "Größe" des Universums ist in diesem Sinne als fest anzusehen (unendlich). Das Einzige was sich ändert sind Horizonte und Abstände.

Ja genau. Dummerweise wird das in der populärwissenschaftlichen Literatur immer wieder falsch dargestellt.

Der Leser erhält dann leider den Eindruck, als wenn da eine Art Luftballon aufgeblasen wird, was natürlich völliger Käse ist.


Bis zu welchem Zeitpunkt erlaubt das Standardmodel……
…ein zurückgehen in der Zeit
…und somit eine Reduzierung der Abstände?
Weil irgendwann muss doch das Helium fusioniert worden sein, mit dem "H + He + Li Verhältnis", das wir im All vorfinden.


Ich habe den Eindruck, dass ihr keine großen Fans der Inflationstheorie seid.
Verfolgt ihr eine andere Theorie, falls ja: Hat die einen Namen (etwa Rotationstheorie oder Steady state) oder kann man wo was dazu nachlesen?

wjl

Anti-Myon

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Beitrag Mo 10. Aug 2015, 10:20

Re: Ablauf der Inflation

+es geht nicht ohne inflationstheorie, weil jedes raumsegment im prinzip zur gleichen zeit begann sich weiter zu entwickeln. siehe überall gleiche hubblekonstante.
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