Universum nicht größer als ein Lichttag?

[Halman]

was nützt die tollste "Gottesteilchen"-Theorie, wenn du sie nicht belegen kannst. Und dafür dann mal so eben eine Milliarde locker zu machen.... nun ja.

Im Buch "Die Entdeckung des Higgs-Teilchens" (Hrsg. Harald Lesch) geht Prof. Lesch in der Einleitung auf den unglücklichen Namen "Gottesteilchen" ein. Dieses Wort ist eine Erfindung von einem Journalisten, welcher aus dem "Das gottverdammte Teilchen" (God-Damn Particle) das Gottesteilchen machte.
Der Auspruch "God-Damn Particle" drückte einfach die Frustation eines Physikers darüber aus, dass sich das Teilchen bis dato nicht nachweisen ließ. Aus meinen hier angeführten Buch geht hervor, dass dies mittlerweile mit höchster Wahrscheinlichkeit gelungen ist.
Das Higgs-Boson ist der Theorie zufolge extrem instabil und zerfällt in massenärmere Teilchen. Diese wurde im LHC gemessen und daher gefolgert, dass tatsächlich ein Higgs-Boson zerfallen war.
Für mich ist die Argumentation überzeugend und ich kann Dir dieses Buch sehr empfehlen.
Allerdings will ich nicht verschweigen, dass es neue Zweifel an der Entdeckung des Higgs-Teilchens gibt.

[Pluto]

Allerdings will ich nicht verschweigen, dass es neue Zweifel an der Entdeckung des Higgs-Teilchens gibt.

Interessanter Artikel und das Video gibt Aufschluss über die Richtung der Zwifel.

Die neuen Untersuchungen bezweifeln nicht die Befunde und Schlussfolgerungen der LHC-Forscher an sich. Sie fragen vielmehr, ob es nicht eine ganze "Familie" von Higgs-Teilchen gibt, von denen man nur das Erste gefunden hat.

[ThomasM]

Allerdings will ich nicht verschweigen, dass es neue Zweifel an der Entdeckung des Higgs-Teilchens gibt.

So ist die Formulierung nicht richtig.

Wenn du das in diesem Artikel eingebettete Video anschaust, dann wird die Formulierung verbessert.
Die traditionelle Theorie, die u.a. Peter Higgs entwickelt hat, um den masselosen Teilchen der elektroschwachen und starken Wechelwirkung Masse zu verleihen, umfasst als einfachste Theorie ein einzelnes skalares Higgs Boson. Aus dieser Theorie ging die Masse nicht hervor.
Die Messung am CERN von 2012 ist nach wie vor kompatibel mit diesem einfachsten Modell. Die Eigenschaften des um die 125 GeV entdeckten Teilchens entsprechen innerhalb der Fehlergrenzen der Messung der klassischen Higgs-Theorie.

Allerdings waren in den letzten Jahrzehnten die theoretischen Physiker nicht untätig. Sie haben aus dem Ansatz der Higgs Theorie Erweiterungen entwickelt, in denen das Higgs Boson kein einzelnes skalares Teilchen ist, sondern etwas Komplizierteres, z.B. zusammengesetzt. Sie haben also kompliziertere Theorien entwickelt, bei einigen dieser komplizierteren Theorien gibt es auch ein Teilchen bei 125 GeV, dieses hat dann aber andere oder zusätzliche Eigenschaften oder weicht leicht von der ursprünglichen Theorie ab.

Damit gibt es kein Zweifel, dass man das oder ein Higgs Teilchen bei 125 GeV gefunden hat.

Nur einige Theoretiker wollen sich nicht auf die einfachste Theorie einlassen, sondern bevorzugen ein komplizierteres Modell (weil es von ihnen entwickelt wurde). Also weisen sie darauf hin, dass ihr Lieblingsmodell noch nicht ausgeschlossen wurde.
Die Physiker, die nicht ihre eigenen Karriere bei dem Thema im Auge haben, bleiben erst einmal so lange bei der einfachsten Theorie, bis es Gründe gibt, diese auszuschließen.

Gruß
Thomas

[Halman]

@Pluto
@ThomasM

Danke für eure hilfreichen Anworten. Nun kann ich dies besser einordnen und werde mich weiterhin guten Gewissens auf das Buch "Die Entdeckung des Higgs-Teilchens" stützen können.

[seeadler]

Allerdings will ich nicht verschweigen, dass es neue Zweifel an der Entdeckung des Higgs-Teilchens gibt.

äh, you, man kann mich ebenfalls frustrieren lassen und eventuell mundtot machen, wenn man mir ständig irgend welche englischen Artikel vorsetzt, wo es eigentlich bekannt sein dürfte, dass ich kein englisch kann. Das bisschen englisch meinerseits reicht vielleicht aus, um ein Breakfest zu bekommen

Aber das Problem, welches ich nicht nur beim Higgsteilchen sehe. Natürlich wird man es irgendwann nachweisen können, man arbeitet ja auch hart daran, dies zu können. Die Frage ist eine ganz andere, wie ist die Interpretation, was sagt uns das, wenn wir es bewiesen haben, dass es das gibt? Bestätigt es nicht viel eher eine von vornherein schon seit langem kursierende Theorie, bei der man sicherlich aufgrund des enormen Kostenfaktors am wenigsten Interesse an einer eventuellen Falsifikation hat. Vielleicht wäre dies ja ein Schritt in Richtung: dass die dunkle Materie gar nicht so dunkel ist; es sei denn ich habe kein Interesse daran, das Dunkel zu lichten. Immerhin handelt es sich ja hier um Entstehung neuer Materie, welche ich auf die mir eigene laienhafte Art schon längst vor Jahren "vorausgesagt" habe. Aber noch möchte man neue Materie wenn´s irgendwie möglich ist, ausschließlich in der Sonne entstehen lassen. So etwas in der Erde oder gar einem einfachen anderen Körper zu vermuten : Wie weltfremd ist das denn?.

Doch wenn ich jene Strahlungsleistung c^5/G in der Kosmologie einbauen möchte, dann bleibt mir nichts anderes übrig, als zu schlussfolgern, dass daraus neue Materie entstehen kann, und das nicht nur in der Sonne. Auf diese Weise löst sich das Rätsel um die Herkunft der dunklen Materie wie von selbst, ebenso wie die der dunklen Energie. Denn wie ich schon schrieb, hängt dies paradoxerweise miteinander zusammen.

Jedenfalls, der "Eisberg" lässt grüßen.

Gruß
Seeadler

[Pluto]

äh, you, man kann mich ebenfalls frustrieren lassen und eventuell mundtot machen, wenn man mir ständig irgend welche englischen Artikel vorsetzt, wo es eigentlich bekannt sein dürfte, dass ich kein englisch kann. Das bisschen englisch meinerseits reicht vielleicht aus, um ein Breakfest zu bekommen

Lieber seeadler,
Jemand hat mir mal gesagt, Deutsch sei die Sprache der Dichter und Denker, und Italienisch sei die Sprache der Musik. Ergänzen möchte ich das mit: Englisch ist die Sprache der Naturwissenschaft.

Wer diese Sprache nicht beherrscht, der verpasst unsäglich viel.
Meinst du nicht, dass es allerhöchste Zeit ist wenigstens hier etwas nachzuholen?

Aber das Problem, welches ich nicht nur beim Higgsteilchen sehe. Natürlich wird man es irgendwann nachweisen können, man arbeitet ja auch hart daran, dies zu können. Die Frage ist eine ganz andere, wie ist die Interpretation, was sagt uns das, wenn wir es bewiesen haben, dass es das gibt?

Siehst du: Damit geht es schon los...

Die Kritik richtet sich nicht an die Forscher des LHC, sie hätten das Higgsteilchen nicht gefunden (das bestätigen selbst die Kritiker).
Die Kritik richtet sich vielmehr dahingehend, dass man nicht weiß ob es nicht eine ganze Familie von Higgsteilchen geben könnte, die wir noch nicht kennen. Sie fordern dehalb weitere Forschung.

[Halman]

Allerdings will ich nicht verschweigen, dass es neue Zweifel an der Entdeckung des Higgs-Teilchens gibt.

äh, you, man kann mich ebenfalls frustrieren lassen und eventuell mundtot machen, wenn man mir ständig irgend welche englischen Artikel vorsetzt, wo es eigentlich bekannt sein dürfte, dass ich kein englisch kann. Das bisschen englisch meinerseits reicht vielleicht aus, um ein Breakfest zu bekommen

Mein Fehler, bitte entschuldige, lieber Seeadler. Mein Kommentar dazu war ich falsch, wie ThomasM und Pluto erklärten. Dass ich Higgs-Teilchen wurde entdeckt. Diese Festellung im Buch "Die Entdeckung des Higgsteilchens" ist auch laut den Kritikern zutreffend.
Hier geht es um die Konkurrenz der verschiedenen Theorien. Die Zerfallsprodukte lassen auf ein Teilchen von 125 GeV schließen, dem Higgs-Boson. Jedes Modell, welches so ein Higgs-Boson postuliert, passt zu diesem Messergebnis. Nach Ockhams Skalpell erscheint es wahrscheinlich, dass das einfachste Modell zutreffend ist - es sei denn, die persönliche Forscherkarriere inkl. Forschergelder sind davon betroffen.
Aber ich begrüße die Kontroverse, sorgt sie doch dafür, dass die Theorien geprüft werden. Dies ist doch viel besser, als sie einfach abzunicken.
Dass ein instabiles Higgs-Boson von 125 GeV im LHC zerfallen ist, gilt als sicher.

[seeadler]

eine Grundsatzfrage:

Was genau ist das Vakuum? Warum frage ich? : Wenn ein Raum absolut leer sein soll, dann kann auch in diesem Raum keine Kraft wirken. Denn jegliche Kraft wirkt über ein entsprechend definierbares Feld mit einer entsprechend berechenbaren Energiedichte. Wenn es nun eine Energiedichte gibt, im Gegensatz zur Materiedichte, dann kann man doch nicht von einem leeren Raum sprechen, bzw einem Vakuum.

anhängende Frage : In der Regel kann ich nur etwas verformen, wenn es eine entsprechende Konsistenz hat, was es erlaubt, irgend etwas zu verformen. Es muss also eine bestimmbare Grunddichte aufweisen die im materiellen Bereich über den flüssigen Zustand hinaus geht; abgesehen davon, dass sich selbst der flüssige Zustand komprimieren lässt bis zu einem gewissen Grad.
Wieso kann ein Raum verformt werden durch Materie? Denn wenn dem so ist, so muss der Raum eine Dichte besitzen, vergleichbar mit der Materiedichte. Und darüber hinaus heißt verformen im Prinzip nichts anderes, als dass sich jene verformte Masse an anderer Stelle entsprechend ausdehnt, wenn sie auf einer Stelle gestaucht wird, denn das Volumen des Raumes an sich kann sich dabei nicht verändern, es wird lediglich "verdrängt", verformt. Wenn also eine schwere Masse eine Delle in der Raumzeit verursacht, dann muss nach meinen Verständnis dies an einer anderen Stelle wieder ausgeglichen werden. Erst wnen ich ein Loch an der Stelle schneide, wo eine Vertiefung entsteht, dann hört die Spannung auf. Dann ist aber die Masse nicht mehr mit dem verbunden, welches es zuvor verformt hat, mag es ein Tuch sein oder irgend ein raumartiges Gebilde.

Darum ist so meine Idee, dass ein Schwarzes Loch ein solches Loch ist, wo die zuvor befindliche Masse dann überhaupt nicht mehr existiert. Es ist einfach nur ein Loch.

Wenn denn die Verformung der Raumzeit trotzdem noch besteht, dann ist für mich die Raumzeit ein ähnlich festes Gebilde wie irgend eine Materie, die ich durch eine wesentlich schwerere Materie derart verforme, dass sich auch darin eine Delle abzeichnet, die nicht mehr rückgängig zu machen ist, auch wenn ich die verformende Masse wieder entferne = die Delle bleibt bestehen.

????????

da keiner bisher darauf reagiert hat, ich diese Frage aber für wichtig halte, hole ich sie noch einmal hoch. Zumal es ja um die Vorstellung geht, dass man einen raum derart komprimieren kann, durch Verformung, dass aus 13 Milliarden Lichtjahren ein Lichttag wird. Wie gesagt, vom Tellerrand zum gegenüber liegenden Tellerrand sind es ein Lichttag. Dazwischen befindet sich eine Senke mit 13 Milliarden Lichtjahre Tiefe, in dem sich alles befindet was wir sehen..... Wenn wir zum Tellerrand blicken wollen, so geht dies nur über den Umweg jener Deformierung.. Genau genommen können wir deshalb nur die tiefste Stelle wahrnehmen, nicht aber den anderen Tellerrand!

Seeadler

[Halman]

lieber seeadler, danke dass Du noch mal auf Deine interessanten Fragen und Gedanken hinweis. Wäre schade, wenn dies in der Dynamik der Diskussion untergehen würde.

eine Grundsatzfrage:

Was genau ist das Vakuum?

Ein vollständiges echtes Vakuum (also absolut leer) ist ein Raum, der völlig von Teilchen entleert ist. Die Anzahl der Teilchen beträgt also null.

Warum frage ich? : Wenn ein Raum absolut leer sein soll, dann kann auch in diesem Raum keine Kraft wirken. Denn jegliche Kraft wirkt über ein entsprechend definierbares Feld mit einer entsprechend berechenbaren Energiedichte. Wenn es nun eine Energiedichte gibt, im Gegensatz zur Materiedichte, dann kann man doch nicht von einem leeren Raum sprechen, bzw einem Vakuum.

Auch der vollkommen von Teilchen entleerte Raum (echtes Vakuum) ist von [Quanten]Feldern erfüllt, die immateriell sind, z.B. dem EM-Feld. Die Energiedichte ist in so einem Raum exakt null. Unscharf null sind die Feldstärken der Quantenfelder (Vakuumfluktuationen). Wechselwirkungen zwischen Quantenfeldern treten in den Gleichungen als virtuelle Teilchen auf (Eich-Bosonen).
Um den Raum zu füllen, damit per Definition kein echtes Vakuum mehr vorliegt, wäre es notwendig, Quantenfelder anzuregen, denn Teilchen sind gem. der QFT lokale Anregungen von Feldern.

anhängende Frage : In der Regel kann ich nur etwas verformen, wenn es eine entsprechende Konsistenz hat, was es erlaubt, irgend etwas zu verformen. Es muss also eine bestimmbare Grunddichte aufweisen die im materiellen Bereich über den flüssigen Zustand hinaus geht; abgesehen davon, dass sich selbst der flüssige Zustand komprimieren lässt bis zu einem gewissen Grad.

Dies gilt für materielle Dinge. Im 19. Jhd. dachte man sich den Äther als substanzielles Medium für die EM-Wellen. Diese Vorstellung wurde von der Feldtheorie eines immateriellen EM-Feldes abgelöst.*
Auch der Raum ist immateriell. Materiell (im weitesten Sinne auch Licht) sind ja all die Dinge, welche sich im Raum befinden.
Die Dichte ρ bezieht sich begrifflich auf die Dichte von Teilchen im Raum. Diese Begrifflichkeit auf den Raum selbst zu übertragen halte ich für heikel, denn Dichte meint ja, wie dicht etwas im Raum gepackt ist.

Wieso kann ein Raum verformt werden durch Materie? Denn wenn dem so ist, so muss der Raum eine Dichte besitzen, vergleichbar mit der Materiedichte. Und darüber hinaus heißt verformen im Prinzip nichts anderes, als dass sich jene verformte Masse an anderer Stelle entsprechend ausdehnt, wenn sie auf einer Stelle gestaucht wird, denn das Volumen des Raumes an sich kann sich dabei nicht verändern, es wird lediglich "verdrängt", verformt. Wenn also eine schwere Masse eine Delle in der Raumzeit verursacht, dann muss nach meinen Verständnis dies an einer anderen Stelle wieder ausgeglichen werden. Erst wnen ich ein Loch an der Stelle schneide, wo eine Vertiefung entsteht, dann hört die Spannung auf. Dann ist aber die Masse nicht mehr mit dem verbunden, welches es zuvor verformt hat, mag es ein Tuch sein oder irgend ein raumartiges Gebilde.

Dies würde gelten, wenn der Raum materieller Natur wäre. Mir scheint es sinnvoller zu sein, sich den Raum als etwas Immaterielles vorzustellen, dessen drei Raumdimensionen mit der Zeit eine Einheit bilden, eine Art "Geflecht" oder "Medium". Aber worum genau es sich dabei handelt, kann ich Dir nicht sagen. Selbst der Physiker Don Page von der University of Alberta in Edmonton (Kanada) räumt ein:

... man weiß noch nicht einmal genau, was Raumzeit überhaupt ist, ...

(s. 4. Abs. unter dem Abschnitt "Jenseits des Horizonts")

Darum ist so meine Idee, dass ein Schwarzes Loch ein solches Loch ist, wo die zuvor befindliche Masse dann überhaupt nicht mehr existiert. Es ist einfach nur ein Loch.

Dies wäre dann das absolute Nichts. Ist das wirklich eine gute Lösung?

Wenn denn die Verformung der Raumzeit trotzdem noch besteht, dann ist für mich die Raumzeit ein ähnlich festes Gebilde wie irgend eine Materie, die ich durch eine wesentlich schwerere Materie derart verforme, dass sich auch darin eine Delle abzeichnet, die nicht mehr rückgängig zu machen ist, auch wenn ich die verformende Masse wieder entferne = die Delle bleibt bestehen.

Die Geometrie der Raumzeit ist nach meinem äußerst bescheidenen Verständnis der ART an ρc² (Energiedichte) und 3p (Druck) gekoppelt. Sind ρc² und 3p = 0, dann ist die raumzeitliche Krümmung ebenfalls = 0 (verschwindene Raumkrümmung).
Würden die Masse plötzlich entfernt werden (die Energiedichte also 0 werden), so sollte sich die Gravitations-Delle als Gravitationswelle ausbreiten. Allerdings räume ich ein, dass ich die Dynamik der Gravitationswellen nie richtig verstanden habe. Sollte ich mich in diesem Punkt° irren, so bitte ich @ThomasM oder @Janina um ihre Expertise.

da keiner bisher darauf reagiert hat, ich diese Frage aber für wichtig halte, hole ich sie noch einmal hoch. Zumal es ja um die Vorstellung geht, dass man einen raum derart komprimieren kann, durch Verformung, dass aus 13 Milliarden Lichtjahren ein Lichttag wird. Wie gesagt, vom Tellerrand zum gegenüber liegenden Tellerrand sind es ein Lichttag. Dazwischen befindet sich eine Senke mit 13 Milliarden Lichtjahre Tiefe, in dem sich alles befindet was wir sehen..... Wenn wir zum Tellerrand blicken wollen, so geht dies nur über den Umweg jener Deformierung.. Genau genommen können wir deshalb nur die tiefste Stelle wahrnehmen, nicht aber den anderen Tellerrand!

Seeadler

Gem. den ART-Feldgleichungen kann Raum expandieren oder kontrahieren. Die kosmologisch-globale Robertson-Walker-Metrik für das gesamte Universum beschreibt eine Raumzeit, die so gekrümmt ist, dass der Raum³ expandiert, indem durch die Gravitation (infolge negativen Drucks, d.h. der sog. Dunklen Energie) jede Sekunde Abermilliarden von Kubiklichtjahren Raum geschaffen werden.

*Zugebendermaßen stark verkürzt und daher wissenschaftshistorisch sehr unpräzise.
°Aufgrund des hohen Anspruchs der von @seealder aufgeworfenen Thematik bitte ich darum, die Expertise nicht nur auf dem Punkt Gravitatinswellen zu beschränken. Auch @Pluto und @Zeus dürfen sich angesprochen fühlen.
³Die Raumzeit ist in allen kosmologischen Modellen mit einem expandierenen Raum gekrümmt. Der Raumteil des Kontiuums kann dabei, je nach Metrik der Theorie, (a) euklidisch, (b) sphärisch oder (c) hyperbolisch gekrümmt sein.

Grafikquelle

[Pluto]

Fall (b)
Ein sphärisch gekrümmter Raum bedeutet, dass das Universum eine positive Krümmung hat. Das ist das Bild eines in sich geschlossenen geschlossen Raumes welcher sich seit dem Urknall ausdehnt, aber irgendwann auf Grund des "Zugs" seiner Schwerkraft (Gravitation) wieder in sich zusammen fallen muss. Bekannt wurde dieses Modell als "Big-Crunch-Universum". Es geht von einer Schwerkraft aus, die langsam die Galaxien in ihrer Bewegung abbremst und sie zur Umkehr zwingt.

@ seeadler
In den 70er und 80er Jahren glaubten Kosmologen dass dies das ultimative Schicksal des Kosmos sei. Das war auch die Grundlage für Carl Sagans damalige Aussage, würde man weit genug blicken, müsste man (bedingt durch die sphärische Krümmung des Raums) in weiter Ferne seinen eigenen Hinterkopf sehen können.

Fall (c)
Ein hyperbolisch gekrümmter Raum ist das genaue Gegenteil des sphärischen Raums. Es ist ein Raum mit negativer Krümmung: Ein vollkommen offener Raum der von Beginn an ewig expandiert.

Fall (a)
Ein euklidischer Raum liegt genau zwischen den beiden Extremen (b) und (c) und eine Krümmung von Null. Dieser extrem flache Raum entspricht dem Beobachtungen und den heutigen kosmischen Modellen an die praktisch alle Astrophysiker glauben. Eine Erkenntis aus den Beobachtungen der kosmischen Hintergrundstrahlung, ist dass sich (in einem euklidischen Raum) das Licht gradlinig ausbreitet. Einstein sagte in der ART voruas, das das Licht durch vorhandene schwere Objekte gekrümmt wird, ebenfalls eine Tatsache die durch die Beobachtungen, insbesondere des gravitativen Linseneffekts bestätigt wird.
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Man hat Anfang der 90er Jahre damit begonnen das sphärische Modell, (das bis anhin weitgehend akzeptierte Modell des "Big Crunch"), anhand von weit auseinanderliegenden Quasaren (aktive Schwarze Löcher in der Mitte von entfernten Galaxien), zu bestätigen. Die Astronomen stellten aber fest, dass das Universum zwar (euklidisch) flach zu sein scheint, aber das Universum sich auf große Entfernungen dennoch weiter ausdehnt, und das sogar beschleunigt. Die Überraschung in der Kosmologie war groß.
Es wurden Mess- oder Rechenfehler oder gar falsche Beobachtungen als Ursache genannt. Einige Forscher haben danach die Ergebnisse des beschleunigt expandierenden Universums bestätigt, sodass man heute davon ausgeht, dass dieses Modell richtig ist. Da der intergalaktische Raum ein (fast) perfektes Vakuum darstellt, geht man davon aus, dass der Raum selbst sich ausdehnt und die Galaxienhaufen dabei mit sich trägt.

Die Frage die noch offen bleibt ist: Was ist diese geheimisvolle Kraft, die den Raum immer schneller ausdehnen lässt (die Einstein bereits mit seiner kosmologischen Konstanten in seinen Formeln vorhersagte)? Woher kommt die Energie, die den Raum zwingt, sich auszudehnen?
Weil bis heute Niemand eine Erklärung dafür hat, nennt man sie ominös und bescheiden "Dunkle Energie".

Das Modell wird noch seltsamer:
Es scheint nicht immer so gewesen zu sein. Am Anfang, etwa in den ersten 8 Milliarden Jahren nach dem Urknall, überwog der Effekt der Gravitation, und die Expansion des Universums verlangsamte sich zusehends, ganz so als wäre es in einem sphärischer Raum gefangen. Es sieht ganz danach aus, dass erst in den letzten 5-6 Milliarden Jahren die "dunkle Energie" Übernand nahm und die Galaxienhaufen sich voneinander wieder zu entfernen begannen.

Warum das so ist, weiß zur Zeit noch Niemand. Sind die Beobachtungen falsch? Oder muss die gegenwärtige Theorie angepasst werden, die die Existenz von dunkler Energie vorsieht?
Das Problem ist, dass die beobachtete Kraft, welche den Raum auseinader "drückt" in der Theorie um etwa 120 Größenordnungen (10er Potenzen) größer!! ist als das was die Astronomen im Universum beobachten. Wäre die aktuelle Urknall-Theorie richtig, so wäre das Universum in den ersten nanosekunden auseinander geflogen, und es gäbe weder Galaxien noch Sterne, noch Leben, geschweige denn intelligentes Leben, welches sich mit dieser Frage beschäftigen könnte.

Mir scheint, in den gängigen kosmologischen Modellen etwas faul zu sein. — Aber was???

Das herauszufinden sollten wir in aller Demut, denjenigen überlassen die die notwendige Expertise haben.