Thema: Das erste Teilchen im Universum?

Vor wenigen Minuten wurde dieser Thread hier eröffnet: Urknall
Und da hab ich mir Gedanken um eine andere Frage gemacht:
"Der Urknall ist ja entstanden, weil mehrer Stoffe zusammengeprallt sind. Aber wo kamen die her? Angeblich aus explodierenden Sternen oder ähnlichem. Aber wie ist das überhaupt entstanden? Wo und wann war der Anfang?"

Ich bin mir sicher, dass darauf niemand eine Antwort weiß, aber man kann doch mal raten.

Es gab sicher mal ein "Nichts"...wo NICHTS war. Aber irgendwie muss ja mal irgendein Teilchen entstanden sein, aus dem sich die anderen weiterentwickelt und vermehrt haben.

Nur wann?
Wo?
Und wie??? >_>




PS: Suchfunktion benutzt, nichts gefunden.

Es gibt die Theorie eines Paralleluniversums. Was man davon hält ist eine andere Sache.
Ich denke das einfach das Wasserstoff Teilchen aus dem nichts entstanden ist. Zufall. kA. Man kann nicht genau sagen wieso aber man kann nachweisen, dass es das älteste Teilchen von allen ist. Also muss es das erste in diesem Universum gewesen sein.

Wenn die Stoffe, die aus explodierten Sternen, den Urknall ausgelöst haben, woher kamen dann wiederum die Sterne? Irgendwo muss schließlich alles einen Anfang gehabt haben. Sich darüber Gedanken zu machen ist nicht leicht. Wenn es absolut nichts gab, wie ist dann etwas entstanden? Und wenn schon was da war, woher kam das wiederum?
Wann? Ohje, das müsste schon ewig her sein.
Wo? Hmm.. Das Universum ist unendlich.

Ansonsten nimmt man die Religion zuhilfe und glaubt an die Schöpfung, das nimmt einem das Überlegen ab und macht es leichter.

Sie entstehen nicht aus Sternen. Sondern es ist das gleiche Prinzip. Die Sterne entstanden erst durch die exotherme Reaktion der Stoffe H und O

H= Luft
O= Wasser

Ist das falsch, oder nicht?

Nein stimmt schon.
Durch die Reaktion von 2H und O entsteht Wasser. Bei dieser Reaktion werden glaube ich 416 kJ frei. Also Energie. Durch diese Energie könnte die Erde entstanden sein.

H ist doch nicht Luft und O nicht Wasser.


Man kann noch ein wenig weiter zurückgehen als die Entstehung von Teilchen. Teilchen und die Materie, welche sich aus ihnen bildet, ist ganz grob gesprochen sowas wie geronnene Energie. Energie kann in Materie verwandelt werden und umgekehrt.
Wie z.B. ein Positron-Elektron-Paar aus einem hochenergetischen Photon im Feld eines schweren Atoms entsteht, hat man bereits mithilfe der Quantenelektrodynamik verstanden.

Aber um das mit dem Urknall ein bisschen besser zu verstehen, muss man ein wenig weiter ausholen. Der Urknall unterteilt sich in mehreren Ären. Ein sehr wichtiges Charakteristkum dieser Ären hat mit den vier fundamentalen Wechselwirkungen zu tun.
Die beiden bekanntesten Wechselwirkungen sind die gravitative (massen ziehen sich an usw.) und die elektromagnetische Wechselwirkung (ladungen ziehen sich an usw.). Die elektromagnetische Wechselwirkung ist auch diejenige, welche man am besten verstanden hat.
Die anderen beiden Wechselwirkungen sind die starke Wechselwirkung (auch: Kernkraft, hält den Atomkern zusammen und ist der abstoßenden wechselwirkung der protonen entgegen gerichtet) und die schwache Wechselwirkung (treibende kraft des beta-zerfall). Mehr Wechselwirkungen braucht man nicht, um die Natur zu beschreiben.
Nun hat man zu jeder Wechselwirkung eine Theorie erstellt, welche die Wechselwirkung beschreibt. Die Gravitation nimmt hierbei eine sonderrolle ein. Mit ihr ist man noch nicht glücklich. Die beste Theorie für die Gravitation, die bereits vorhanden ist, ist die allgemeine Relativitätstheorie (ART). Es handelt sich dabei um eine makroskopische Theorie, die vom Raum-Zeit-Kontinuum handelt. Die anderen drei Wechselwirkungen werden von Quantenfeldtheorien beschrieben. Quantenelektrodynamik (QED) für die elektromagnetische Wechselwirkung, Quantenchromodynamik (QCD) für die starke Wechselwirkung und (ein wenig unkreativ) "Theorie der schwachen Wechselwirkung" für die schwache Wechselwirkung. Es handelt sich hierbei anders als bei der Gravitation um mikroskopische Theorien. In allen Quantenfeldtheorien gibt es Vermittlungsteilchen (Bosonen), welche zwischen den wechselwirkenden Teilchen ausgetauscht werden und somit die Wechselwirkung erfolgt. Mit der Gravitation gelang dies noch nicht. Auch wenn die Gravitation im Alltag eine sehr vertraute Wechselwirkung ist, ist sie diejenige, welche in der Physik die größten Probleme bereitet.
Gelegentlich hat man vielleicht schonmal von der sogenannten Weltformel gehört. Treffender ist der englische Ausdruck dafür, nämlich die "theory of everything". Darunter versteht man eine vereinheitlichte Theorie, welche alle Wechselwirkungen einheitlich mit einer sogenannten Urkraft beschreibt und sowas wie die elektromagnetische Wechselwirkung eine spezielle Erscheinungsform dieser Urkraft ist.
Dies ist der theoretischen Physik bereits teilweise gelungen. So hat man eine Theorie entwickelt, welche die elektromagnetische Wechselwirkung mit der schwachen Wechselwirkung zur elektroschwachen Wechselwirkung zusammenfasst. In Teilchenbeschleunigern konnte man die Vorhersagen dieser "Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung" bereits bestätigen. Tiefergehende theoretische Überlegungen führten bereits dazu die elektroschwache Wechselwirkung mit der starken Wechselwirkung zur großen vereinheitlichten Wechselwirkung mit der großen vereinheitlichten Theorie (GUT) zu vereinigen. Hier stößt man aber immer noch auf ein paar theoretische Probleme und es ist experimentell noch nicht abgesichert. Man macht aber durchaus Fortschritte. Man möchte aber irgendwann die GUT mit der ART zu einer Quantengravitation vereinigen, welche die quantengravitative Wechselwirkung als vereinigung aller vier wechselwirkungen beschreibt. Dies ist noch nicht gelungen.
Jetzt komm ich zurück zum Urknall.

Der Urknall hat wie bereits gesagt verschiedene Ären. Die erste Ära ist die Planck-Ära. HIer gabe es die vier Wechselwirkungen gar nicht, sondern sie waren in einer einzigen Urkraft, der Quantengravitation vereinigt. Nun sollte offensichtlich sein, wieso man diese Ära so gut wie gar nicht mit den heutigen Theorien beschreiben kann. Man benötigt nämlich um den Urknall zu beschreiben eine Theorie, welche die Quantengravitation beschreibt und diese Theorie existiert noch nicht.

Als nächstes kam die GUT-Ära
Hier entkoppelte sich die Gravitation von den anderen Wechselwirkungen. Aus Quantengravitation wurde also Gravitation und die große vereinheitlichte Wechselwirkung
Vieles aus der GUT-Ära ist unbekannt, weil die GUT noch relativ unterentwickelt ist. Es gab zu dieser Zeit bereits Teilchen, wobei das Wesen vieler der Teilchen der GUT-Ära unbekannt ist

Bei einem Alter von irgendwas zwischen 10^(-40) bis 10^(-30) Sekunden (ich habe die genauen zahlenwerte nicht im kopf) spaltete sich die starke Wechselwirkung von der GUT ab und damit endete die GUT-Ära.
Ab dort hat man das schon recht gut verstanden

Will man über die Ursache des Urknalls diskutieren, wird der erste notwendige Schritt die Entwicklung einer Quantengravitationstheorie sein. Denn wie will man einen Zustand, in dem die Quantengravitation domininiert, beschreiben, wenn man die Quantengravitation nicht beschreiben kann?

Achja, natürlich ist H nicht Luft. Ich hatte gar nicht drüber nachgedacht, einfach nur auf die Worte Luft und Wasser geschaut -.-. Shame on me.

OmegaPirat

[...]Bei einem Alter von irgendwas zwischen 10^(-40) bis 10^(-30) Sekunden (ich habe die genauen zahlenwerte nicht im kopf)[...]

schande über dich!

also dieser text, oben von dir, post nr. 7, ist ja einer deiner, denen ich schon eher folgen kann, da gab es schon „schlimmere“ wobei schlimmer hier als kompliment anzusehen ist, da ich immer wieder über dein wissen begeistert bin, aber das dargestellte nicht immer verstehe und oft nicht nachvollziehen kann. aber hier ging es. nur, eins erscheint mir gar nicht logisch:

OmegaPirat

[...]Der Urknall hat wie bereits gesagt verschiedene Ären. Die erste Ära ist die Planck-Ära. HIer gabe es die vier Wechselwirkungen gar nicht, sondern sie waren in einer einzigen Urkraft, der Quantengravitation vereinigt. Nun sollte offensichtlich sein, wieso man diese Ära so gut wie gar nicht mit den heutigen Theorien beschreiben kann. Man benötigt nämlich um den Urknall zu beschreiben eine Theorie, welche die Quantengravitation beschreibt und diese Theorie existiert noch nicht.

wenn etwas nicht existiert, oder etwas nicht beschrieben werden kann, so wie es hier ja der fall ist, die quantengravitation, ohne das ich eine richtige vorstellung davon habe, was das überhaupt ist, gibt es ja nicht, denn sie gab es ja, also im präteritum, wie kann ich dann wissen, dass es sie wirklich gab? ich finde ja nichts von einer kraft, wie es zum beispiel mit knochen der dinos ist, da weiß ich das es was gab. hier aber doch nicht, da es sich um eine kraft handelt. also wie kann man davon ausgehen, dass es die quantengravitation gab und wie will man dazu eine theorie entwickeln? dazu dann auch noch behaupten, dass diese theorie unabdingbar für die erklärung des urknalls ist, obwohl die sache, die durch diese theorie beschrieben wird, nicht besteht und dessen ehemalige existenz auch nicht greifbar bewiesen werden kann. wie geht so was? ich kann doch nicht etwas unbewiesenes und nicht existierende in eine theorie packen und behaupten, dass diese theorie absolut notwendig für eine erklärung sei.

zudem muss ich sagen, dass es sowieso nicht zu einer lösung kommen kann. denn, das kommt nun ein wenig anderen usern nahe, wie will man sicher sein, dass man wirklich das erklärte richtig dargestellt hat. gerade in diesem thema? ich will jetzt nicht auf eine art schöpfung hinaus, aber wieso kann es z.b. nicht sein, oder wie wäre die idee, dass unser universum, unsere komplette umgebung so winzig ist, kleiner als die kleinste uns bekannte einheit, dass wir der quadrillionstel teil von etwas sind? zum beispiel könnten wir ein bestandteil einer art zelle sein. das der kosmos selber ein teilchen eines etwas ist, was vielleicht selber in etwas sehr sehr kleinem ist.

die vorstellung von einem „nichts“ funktioniert bei vielen nicht, bei mir auch nicht richtig. ich merke wirklich im kopf, wie sich da was zusammen zieht, wenn ich mir gedanken über ein „nichts“ mache. denn die fantasie verlangt doch irgendwie immer einen raum, ein „nichts“ ist einfach nicht vorstellbar, da es „nichts“ nicht gibt.

Gilligan

wenn etwas nicht existiert, oder etwas nicht beschrieben werden kann, so wie es hier ja der fall ist, die quantengravitation, ohne das ich eine richtige vorstellung davon habe, was das überhaupt ist, gibt es ja nicht, denn sie gab es ja, also im präteritum, wie kann ich dann wissen, dass es sie wirklich gab? ich finde ja nichts von einer kraft, wie es zum beispiel mit knochen der dinos ist, da weiß ich das es was gab. hier aber doch nicht, da es sich um eine kraft handelt. also wie kann man davon ausgehen, dass es die quantengravitation gab und wie will man dazu eine theorie entwickeln? dazu dann auch noch behaupten, dass diese theorie unabdingbar für die erklärung des urknalls ist, obwohl die sache, die durch diese theorie beschrieben wird, nicht besteht und dessen ehemalige existenz auch nicht greifbar bewiesen werden kann. wie geht so was? ich kann doch nicht etwas unbewiesenes und nicht existierende in eine theorie packen und behaupten, dass diese theorie absolut notwendig für eine erklärung sei.

Die derzeit gängige Theorie zur Beschreibung der Raum-Zeit ist ja die ART. Der Urknall ist eine spezielle Lösung der ART. Es tritt aber eine Singularität beim Anfangszeitpunkt auf (d.h. die Raumkrümmung wird unendlich). Bei solchen Extremzuständen (was bei schwarzen Löchern ebenfalls der Fall ist) wird die ART ungültig. Schwarze Löcher kann man auch nicht wirklich beschreiben. Würde man die Erde auf eine Kugel mit dem Durchmesser von 9mm zusammenpressen, würde sie zum schwarzen Loch werden. Die Bausteine befinden sich damit auf engstem Raum. Es sollte klar sein, dass man hier mit einer makroskopischen Theorie wie der ART nicht weit kommt. Da man hier sehr kleine Skalen betrachten muss, muss eine mikroskopische Theorie her. Die Gravitation darf hier aber aufgrund der enorm hohen Massendichte nicht vernachlässigt werden. Eine abgesicherte mikroskopische Theorie der Gravitation existiert aber noch nicht. So eine mikroskopische Theorie führt zwangsläufig zu einer Vereinigung der GUT mit der ART, womit man hinterher nur noch eine einzige Wechselwirkung haben sollte. Die allseits bekannte Stringtheorie ist übrigens eine mögliche Theorie der Quantengravitation. Die Schleifenquantengravitationstheorie ist eine andere Möglichkeit. Also die theoretischen Überlegungen sind bereits vorhanden. Man erhofft sich von diesen Theorien die Singularitäten aus der ART zu umgehen.

Man kann übrigens von einer Wechselwirkung reden, ohne dass man sie beschreiben kann. Die beschreibenden Gleichungen der elektromagnetischen Wechselwirkung sind die Mawell-Gleichungen (wenn man die licht-materie-wechselwirkung weglässt). Man redet aber trotzdem diverse Schuljahre über die elektromagnetische Wechselwirkung, ohne die Maxwell-Gleichungen einzuführen. Aus historischer Sicht war die elektromagnetische Wechselwirkung schon lange vor der vollständigen theoretischen Beschreibung durch die Quantenelektrodynamik bekannt.
Die starke Wechselwirkung kann man bis heute noch nicht vollständig beschreiben.
Im Falle der Quantengravitation ist es eher so, dass die Theorien darauf hindeuten. Man hat auch schon Erfahrungen mit der Vereinigung von Wechselwirkungen gemacht. Anfang des 20. Jahrhunderts hat man die Vereinigung der elektrischen mit der magnetischen Wechselwirkung zur elektromagnetischen Wechselwirkung durch die Relativitätstheorie vollendet. Magnetische Felder sind demnach eine relativistischer Erscheinung elektrischer Felder.
In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts konnte man die elektromagnetische Wechselwirkung mit der schwachen Wechselwirkung vereinigen.
Also man hat schon gewisse Vorstellungen wie sowas aussehen muss und es deutet halt alles darauf hin, dass alle vier Wechselwirkung ursprünglich eine einzige Wechselwirkung waren. Man stellt sich das wie einen Phasenübergang vor. Aus der Theorie und aus Teilchenbeschleunigerexperimenten weiß man, dass ab einer bestimmten Energie die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechelwirkung ununterscheidbar sind. Die Analogie zu Phasenübergängen ist verdammt gut. In Phasendiagrammen gibt es einen kritischen Punkt an dem die Dampfdruckkurve endet. Geht man darüber hinaus, so sind die flüssige und die gasförmige Phase ununterscheidbar. Sie bilden also eine einzige Phase. Wenn du in deinem Studium eine Thermodynamikvorlesung hattest, hast du das Experiment dazu vielleicht schonmal gesehen. Ich fand das sehr eindrucksvoll.
Die Analogie geht sogar noch weiter. Genauso wie es unterkühlte Flüssigkeiten gibt, wird in der Theorie heute eine "unterkühlte entkopplung" während der GUT-Ära angenommen.
Diese Überlegungen wurden in der Tat den Theorien der Phasenübergänge entnommen.

zudem muss ich sagen, dass es sowieso nicht zu einer lösung kommen kann. denn, das kommt nun ein wenig anderen usern nahe, wie will man sicher sein, dass man wirklich das erklärte richtig dargestellt hat. gerade in diesem thema? ich will jetzt nicht auf eine art schöpfung hinaus, aber wieso kann es z.b. nicht sein, oder wie wäre die idee, dass unser universum, unsere komplette umgebung so winzig ist, kleiner als die kleinste uns bekannte einheit, dass wir der quadrillionstel teil von etwas sind? zum beispiel könnten wir ein bestandteil einer art zelle sein. das der kosmos selber ein teilchen eines etwas ist, was vielleicht selber in etwas sehr sehr kleinem ist.

Da kann man sich nie sicher sein. Diese Überlegungen haben aber nichts mit der Urknalltheorie zu tun. Die Urknalltheorie handelt nicht von der Ursache des Urknalls. Es geht nämlich erstmal darum den Ausgangszustand korrekt zu beschreiben und dazu muss man unser Universum nicht verlassen. Möglicherweise wird man das müssen, wenn man die wirkliche Ursache des Urknalls ergründen will. Hier habe ich aber große Zweifel, ob dies jemals experimentell zugänglich sein wird. Ich vermute, dass man es noch schaffen wird den Ausgangszustand zu beschreiben und diverse Vorhersagen, der sich ergebenden Theorie in Teilchenbeschleunigerexperimenten wie im LHC oder noch größeren Beschleunigern, die irgendwann mal gebaut werden, überprüft werden können. Die Ursache des Urknalls wird man meiner Einschätzung nach nicht mehr ergründen können. Man wird mathematische Modelle aufstellen können, aber ohne Experiment ist das ganze witzlos.

die vorstellung von einem „nichts“ funktioniert bei vielen nicht, bei mir auch nicht richtig. ich merke wirklich im kopf, wie sich da was zusammen zieht, wenn ich mir gedanken über ein „nichts“ mache. denn die fantasie verlangt doch irgendwie immer einen raum, ein „nichts“ ist einfach nicht vorstellbar, da es „nichts“ nicht gibt.

Ich kann es mir auch nicht vorstellen. Wenn ich mir nichts vorstelle, stelle ich mir immer weiß vor.

OmegaPirat

[...] Wenn du in deinem Studium eine Thermodynamikvorlesung hattest, hast du das Experiment dazu vielleicht schonmal gesehen. Ich fand das sehr eindrucksvoll.[...]

soviel ich weiß, gehört das nicht in das themengebiet der wirtschaftswissenschaften

OmegaPirat

[...]Ich kann es mir auch nicht vorstellen. Wenn ich mir nichts vorstelle, stelle ich mir immer weiß vor.

ich mir schwarz, aber ob weiß oder schwarz, das ist dann ja nicht "nichts", sondern etwas.

es ist sehr schade, dass es wohl zu vielen fragen nie eine antwort geben wird, gerade was dieses thema angeht. erst recht nicht für uns.

so bleibt uns jedoch die gewissheit, dass es keine gewissheit geben kann, auch wenn wir modelle erfinden und damit, aus der dann herrschenden sicht heraus, korrekt beschreiben. beim urknall wird das vielleicht möglich sein, aber dann kommt die nächste frage, um die es hier ja eigentlich geht. was war davor? oder wo drin fand der urkanll statt?

Vielleicht gibt es irgendwann mal eine Antwort, wenn die Wissenschaft weiter ist. Dann lachen sie über unsere Erklärungsversuche.

Aber es ist schon ein komisches Gefühl so vieles nicht zu wissen. Man fühlt sich klein und machtlos.

Gilligan

soviel ich weiß, gehört das nicht in das themengebiet der wirtschaftswissenschaften

Ach Entschuldigung. Ich glaube ich habe dich mit Don Promillo verwechselt. Thermodynamik ist nämlich so eine Universaltheorie. Egal ob Physik, Chemie oder Biologie. Irgendwie steckt überall ein bisschen Thermodynamik drin.
Bei den Wirtschaftswissenschaften muss ich leider passen. Mir fällt spontan kein Modell ein, welches Ähnlichkeiten aufweist. Interessant finde ich nämlich, dass einige Wirtschaftsmodelle Ähnlichkeiten mit physikalischen Modellen haben. Betrachte zum Beispiel das Black-Scholes-Modell zur Bewertung von Finanzoptionen, welches auf der brownschen Molekularbewegung basiert, worüber 1905 Einstein seine Arbeit geschrieben hat.

ich mir schwarz, aber ob weiß oder schwarz, das ist dann ja nicht "nichts", sondern etwas.

Ja

es ist sehr schade, dass es wohl zu vielen fragen nie eine antwort geben wird, gerade was dieses thema angeht. erst recht nicht für uns.

Selbst wenn die Antworten bereits frei verfügbar sind, heißt dies nicht, dass man sie auch versteht bzw. nachvollziehen kann.

so bleibt uns jedoch die gewissheit, dass es keine gewissheit geben kann, auch wenn wir modelle erfinden und damit, aus der dann herrschenden sicht heraus, korrekt beschreiben. beim urknall wird das vielleicht möglich sein, aber dann kommt die nächste frage, um die es hier ja eigentlich geht. was war davor? oder wo drin fand der urkanll statt?

Das tolle ist doch, dass neue Antworten neue Fragen aufwerfen. Wenn plötzlich alles beantwortet ist, werde ich ganz plötzlich arbeitslos.

Ach ja, der gute alte Urknall - die Singularität des Universums . Mann, was waren das noch für Zeiten..... Vor allem die davor

Die Suche nach dem ersten entstandem Teilchen war nicht sehr schwer. Wenn wir uns nur einigen könnten, WAS ein Teilchen ist!

Das erste Atom? Atome bestehen im Kern aus Protonen und Neutronen. Diese "Teilchen" setzen sich aus Quarks und Gluonen zusammen. Unter der Annahme, dass es direkt nach dem Urknall scheiße heiß war und ein höherer Druck herrschte als der in meiner Blase beim letzten vierstündigen Autobahnstau, ist höchstwahrscheinlich, dass Gluonen und Quarks sich in der als "Ursuppe" bezeichneten Masse ungebunden, also frei voneinander, bewegen konnten. Demnach wären Quarks UND Gluonen die ersten Teilchen.

Diese "Ursuppe", oder das Gluonen-Quark-Plasma kühlte recht schnell ab und es bildete sich das, was wir heute im allgemeineren Sinne als "Teilchen" bezeichnen - Atome! Die ersten Atome, soweit ich mir erinnere, die entstanden waren Wasserstoffatome. Schöne kleine Dinger mit nur einem Atomkern und nur einem Proton. Alles was danach an Atomen entstand, entstand im eigentlichen Sinne durch Wassertoffteilchen die zu immer größeren Atomen fusionierten.