Die Masse des Universums zum Zeitpunkt des Urknalls

Zunächst ist es wichtig festzuhalten, dass die alte Urknall-Kosmologie nicht mehr die am weitesten verbreitete Theorie ist. Wir beziehen die Inflation in die Mischung in aktuellen Theorien ein. Allerdings gibt es eine Mehrdeutigkeit in der Definition des Urknalls (Informationen dazu finden Sie in meiner Frage hier ).

Wenn wir die Definition des Urknalls als vor der Inflation kommend nehmen, dann beziehen wir uns wahrscheinlich auf eine Krümmungssingularität. Während dieser Zeit unterscheiden sich unsere besten Theorien sehr stark von dem, was wir zu finden erwarten würden. Viele von ihnen theoretisieren die Existenz eines oder mehrerer massiver Inflationsfelder, die schließlich die Inflation antreiben. Während wir sagen, dass sie Masse haben, ist es nicht dasselbe wie ein Eisenblock Masse hat. Die Inflation hat eine Masse, ähnlich wie Strahlung oder dunkle Energie eine Masse haben; Es gibt eine Gravitations-/Trägheitsmasse, aber nicht unbedingt eine Ruhemasse. Die Massendichte von Inflatons ist normalerweise nicht volumetrisch, was bedeutet, dass sie nicht mit der Größe des Behälters skaliert. Außerdem dient die Masse in diesem Fall eher als Kopplungskonstante für das Feld. Dies ist jedoch alles nebensächlich, bei einer Krümmungssingularität, die Energieskalen würden weit über dem Bereich der meisten unserer Theorien liegen. Von der allgemeinen Relativitätstheorie wird nicht erwartet, dass sie das Universum an einem solchen Punkt genau beschreibt; Wir brauchen eine GUT und Quantengravitation, um die Physik einer anfänglichen Krümmungssingularität genau zu beschreiben. Kurze Antwort: Nein, die Masse ist nicht unendlich hoch. Es ist endlich mit einer Wahrscheinlichkeit ungleich Null, Null zu sein.

Wenn wir die zweite Definition des Urknalls verwenden, wo er nach der Inflation auftritt, dann gibt es keine Krümmungssingularität. Bei dieser Interpretation ist es auch üblich, den Urknall als eine Ära und nicht als einen einzigen Moment zu behandeln, aber wir können den Beginn dieser Ära betrachten, um die Frage zu beantworten. Nach der Inflation tritt das Universum in seine regelmäßigere Routine ein. Es gibt Materie und Strahlung und es ist sehr heiß; alles, was man erwartet, wenn man sich den Anfang des Universums vorstellt (es ist nur$10^{-30}s$immerhin alt). Die vorhandene Materie und Strahlung stammt aus wenigen Quellen, hauptsächlich aus dem Zerfall der Inflation und Quantenfluktuationen während der Inflation. Da das Universum nicht auf eine Krümmungssingularität beschränkt ist und die Menge an Materie und Strahlung endlich ist und hauptsächlich durch zerfallende Inflatons erzeugt wird, ist die Gesamtmasse des Universums sicherlich endlich. Außerdem wären im Anfangsmoment der Ära des Urknalls nicht alle Inflationen zerfallen; die volle Materie im Universum ist noch nicht vorhanden.

Nun bleibt noch eine wichtige Sache zu beachten. Was meine ich, wenn ich "das Universum" sage? Die Möglichkeit, dass das Universum unendlich groß ist, bedeutet, dass die Gesamtmasse des gesamten Universums möglicherweise unendlich ist. Um es klarzustellen, wenn ich mich auf „das Universum“ beziehe, meine ich das beobachtbare Universum. Genauer gesagt, weil ich Kosmologe bin und uns dieser Wert gefällt, beziehe ich mich auf die Region, die zum Zeitpunkt des Interesses innerhalb des mitbewegten Hubble-Radius begrenzt ist. Das bedeutet, dass wir Ihre Frage weiter beantworten können. Obwohl die Masse endlich ist, kann ich nicht leugnen, dass das Universum wesentlich kleiner und dichter war als heute. Allerdings war das Universum nicht nur nicht ausgedehnt (ein kleiner Maßstabsfaktor), der Hubble-Radius war damals auch viel kleiner. Die Energiedichte von Materie ist volumetrisch; es ist umgekehrt proportional zur Größe des Behälters. Das bedeutet, dass, wenn keine Materie erschaffen oder zerstört wird, die Masse des Universums jetzt größer oder gleich der Masse des Universums zu Beginn der Urknall-Ära sein müsste (der mitbewegte Hubble-Radius ist jetzt größer, was bedeutet, dass das gegenwärtige Universum mehr Materie umfassen kann, die in der Vergangenheit nicht darin war).

Damit kommen wir zum Ende, für das ich die einfachste (wenn nicht die genaueste) Antwort auf Ihre Frage aufgehoben habe. Ihre Prämisse, dass die Dichte unendlich hoch ist, basiert auf der folgenden Logik:

1) Das Universum hat eine Masse$M$jetzt und ein großes Volumen, daher eine geringe Dichte

2) Zur Zeit des Urknalls war das Universum eine Singularität ohne Volumen

3) Daher ist die Dichte$\rho=M/V$,$V=0$, so$\rho=M/0\to\infty$

4) Wenn die Dichte unendlich ist, muss dann nicht auch die Masse unendlich sein?

Sehen Sie das Problem bei Punkt (4)? Sie verwendeten$M$und$V$um nach der Dichte aufzulösen, dann verwenden Sie das, um erneut nach zu lösen$M$. Logischerweise können Sie nur den ursprünglich verwendeten Wert abrufen. Mit anderen Worten, es ist jetzt dasselbe wie die Masse des Universums (nach Ihrer Argumentation):$\rho=M/V=M_{now}/0\to\infty$sondern$M=\rho V=(\infty)(0)=M_{now}$