Größe des Universums nach der Inflation?

Wikipedia gibt die Zeit der Inflation an 10 − 36 Sek. bis ca 10 − 33 Sek. bzw 10 − 32 Sekunden nach dem Urknall, aber es sagt nicht aus, wie groß das Universum war, als die Inflation endete. Ich habe gerade eine Show von Brian Greene im Multiversum gesehen und ich dachte, ich hätte gehört, wie er sagte, Größe sei galaktische Maßstäbe, als die Inflation endete. Allerdings habe ich auch gelesen, dass es bei der Größe um einen Basketball ging.

Gibt es mehrere Theorien mit unterschiedlichen resultierenden Größen? Bedeutet „Größe“ in diesem Zusammenhang überhaupt etwas?

Wenn ich nichts übersehe, scheint es keinen Konsens zu geben. Die Frage scheint mir aber dennoch vernünftig – zur Zeit des Urknalls war alles wirklich winzig und es begann sich auszudehnen. Warum können Sie das Volumen vor und nach der Inflation nicht kennen?

Antworten (5)

Mit der richtigen Definition der "Größe" des Universums macht diese Frage Sinn. Das Standardmodell der Kosmologie würde sagen, dass das Universum unendlich ist und daher keine "Größe" hat. Wenn wir jedoch berücksichtigen, dass der Urknall stattgefunden hat 13.7 ± 0,17 Milliarden Jahren können wir eine sinnvolle Größe für das beobachtbare Universum definieren. Sie könnten beispielsweise die Größe des beobachtbaren Universums als die Entfernung definieren, die ein Photon seit dem Urknall zurückgelegt haben könnte.

Betrachten Sie zum Beispiel ein kosmisches Mikrowellen-Hintergrundphoton (CMB), das etwa 379.000 Jahre nach dem Urknall als sichtbares Licht emittiert wurde und gerade jetzt auf unsere Mikrowellendetektoren trifft (die Rotverschiebung beträgt z = 1089): Dieses Photon ist seit 13,7 unterwegs Milliarden Jahren, hat also eine Strecke von 13,7 Milliarden Lichtjahren zurückgelegt. Sie können sich also vorstellen, dass der aktuelle Radius des beobachtbaren Universums 13,7 Milliarden Lichtjahre beträgt. Während dieser Zeit hat sich das Universum jedoch ausgedehnt, sodass die aktuelle Position der Materie, die dieses Photon emittiert hat, nun 46,5 Milliarden Lichtjahre entfernt sein wird. (Mittlerweile die Kleine 10 − 5 Unebenheiten auf dem CMB werden sich in dieser Entfernung zu Galaxien und Sternen verdichtet haben.) Dies ergibt einen Durchmesser des derzeit beobachtbaren Universums von 93 Milliarden Lichtjahren . Beachten Sie, dass die Größe des beobachtbaren Universums mit der Zeit zunehmen wird. Tatsächlich wird sie aufgrund der fortgesetzten (beschleunigten) Expansion des Universums um deutlich mehr als zwei (um den Radius in den Durchmesser umzuwandeln) Lichtjahre pro Jahr zunehmen. Beachten Sie auch, dass wir Photonen (Licht) nicht früher als 379.000 Jahre nach dem Urknall zur Erforschung des Universums verwenden können, da das Universum zu dieser Zeit für Photonen undurchsichtig war. In Zukunft könnten wir jedoch mit Neutrinos oder Gravitationswellenteleskopen das frühere Universum erforschen.

Angesichts der Größe des derzeit beobachtbaren Universums können wir also fragen, wie groß dieses Volumen zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Vergangenheit war. Laut diesem Papier war am Ende der Inflation der Skalierungsfaktor des Universums ungefähr 10 − 30 kleiner als heute, so dass sich für das derzeit beobachtbare Universum am Ende der Inflation ein Durchmesser von 0,88 Millimeter ergäbe, was etwa der Größe eines Sandkorns entspräche (siehe Berechnung bei WolframAlpha ).

Es wird angenommen, dass die Inflation erforderlich ist, um das Universum um mindestens einen Faktor von 60 E-Falten zu erweitern (was ein Faktor von e 60 ). Wenn wir WolframAlpha erneut verwenden, stellen wir fest, dass der Durchmesser des Universums vor der Inflation gewesen wäre 7.7 × 10 − 30 Meter , das sind nur etwa 480.000 Planck-Längen .

Vielleicht sprach Brian Greene zu der Zeit über die Größe des beobachtbaren Universums, als die CMB-Photonen begannen, auf uns zuzureisen. Das geschah 379.000 Jahre nach dem Urknall bei einer Rotverschiebung von 1098, was bedeutet, dass das Universum einen Durchmesser von etwa 84,6 Millionen Lichtjahren hatte , was laut WolframAlpha etwa der Hälfte des Durchmessers des lokalen Superhaufens von Galaxien oder etwa dem 840-fachen Durchmesser unseres entspricht Galaxis.

Gute Antwort. Auch nach den APOD-Skalen des Universums ( apod.nasa.gov/apod/ap120312.html ) ist eine menschliche Eizelle eher 0,12 Millimeter groß. Nicht dass es wichtig wäre... Ich mag einfach das Applet. :)
@AdamRedwine Danke. Wikipedia stimmt APOD zu, also habe ich den Vergleich in ein Sandkorn geändert.
Diese Antwort verwendet eine schlechte Vorstellung vom Radius des beobachtbaren Universums. Sie sollten den Radius entlang eines vergangenen Lichtkegels messen, ohne Extrapolation auf "jetzt", Extrapolation ist nicht die richtige Art, die Physik zu beschreiben. Das Universum hatte zum Zeitpunkt der Photonenentkopplung einen Durchmesser von 380.000 Lichtjahren, gemessen entlang des Gegenlichtkegels, und das ist die physikalische Größe, und es ist die Größe einer Galaxie. Die „Jetzt“-Extrapolationen sind unphysikalisch und willkürlich.
@RonMaimon - Entschuldigung, aber ich bin anderer Meinung. Wir detektieren CMB-Photonen, die von echten Atomen emittiert wurden, und während die Photonen die letzten 13,7 Blyr hierher unterwegs waren, können wir zuversichtlich sagen, dass diese Atome Galaxien und Sterne gebildet haben, die jetzt etwa 46 Blyr von uns entfernt sind. Nimmt man den Skalierungsfaktor a(t) in die Zeit zurück, als das Universum 379.000 Jahre alt war, hatte das Universum 1/1098 seiner aktuellen Größe, also waren dieselben Atome zu dieser Zeit über ein Volumen mit einem Radius von 42 Mlyrs verteilt. (...fortsetzung...)
(...weiter...) Ja, die Atome meines Körpers hätten zu dieser Zeit nur einen vergangenen Lichtkegel von 379.000 Lichtjahren Größe gehabt, aber die anderen Atome existierten, was wir sagen können, weil sie existierten Komm JETZT in unseren vergangenen Lichtkegel. Es gibt ein Universum außerhalb des beobachtbaren Universums, und alles, was wir tun, ist, das AKTUELL beobachtbare Universum zu nehmen und die Geschichte dieser derzeit beobachtbaren Atome/Quarks/Strings in die Vergangenheit zu berechnen, um zu sagen, wo sie sich damals befanden.
@FrankH: Dies ist eine Extrapolation auf eine aktuelle Zeitscheibe, und es ist die falsche Art, über Horizonte zu sprechen. Wenn Sie keinen vergangenen Lichtkegel verwenden, können Sie genauso gut eine vollständig erweiterte Lösung verwenden und sagen, das Universum ist unendlich, und die Entfernung zum Horizont vergessen. Es gibt keinen vernünftigen Cutoff in der Zeitscheibe t=const, Ihre Heuristik, Atomen innerhalb des Horizonts bis "jetzt" zu folgen, funktioniert nicht, sie versagt sogar für den reinen deSitter-Raum.
Bitte verzeihen Sie mir, ich bin ein einfacher Computerprogrammierer mit Interesse an Physik. Können Sie mir bitte erklären, was Sie damit meinen, dass das Universum am Ende der Inflation nur 0,88 mm groß ist? 400000 Jahre Inflation (was meiner Meinung nach Teil der Urknallexplosion ist), dass dies die Größe des Universums ist? Sorry, wenn das eine dumme Frage ist.
@Monkieboy - Woher hast du 400000 Jahre Inflation? Die Inflation endete bei etwa 10 − 32 Sekunden nach dem Urknall - damals war das Universum nur 0,88 mm groß. Das Alter von 400000 Jahren ist, als sich das Universum ausreichend ausgedehnt und abgekühlt hatte, um transparent zu werden – das war, als die CMB-Photonen vor 13,7 Milliarden Jahren begannen, auf uns zuzureisen. Damals hatte das Universum einen Durchmesser von etwa 42 Millionen Lichtjahren.
@FrankH - Danke, ich habe die Frage falsch verstanden, wo es heißt: '... aus der Zeit der Inflation 10 − 36 Sek. bis ca 10 − 33 Sek. bzw 10 − 32 sec after Urknall' zu sein, dass es ungefähr in diesen Momenten begonnen hat, nicht, dass es zu diesem Zeitpunkt begonnen hat 10 − 36 Sek. und endete um 10 − 32 Sek.
@FrankH: In Ihrem zweiten Absatz liegen Sie meiner Meinung nach falsch, wenn Sie sagen, dass das beobachtbare Universum aufgrund der beschleunigten Expansion des Universums an Größe zunehmen wird. Eine starke Energie verletzende Flüssigkeit, wie z. B. dunkle Energie, bewirkt, dass die Größe der Hubble-Sphäre (dh des beobachtbaren Universums) schrumpft. Das beobachtbare Universum wird also kleiner, nicht größer. Wenn sich die Expansionsrate einer entfernten Galaxie auf eine Expansionsrate beschleunigt, die schneller ist als die Grenzlichtgeschwindigkeit, können wir diese Galaxie nicht mehr beobachten.
@ Flint72 - Ich stimme zu, dass die Menge an Materie im beobachtbaren Universum mit zunehmender beschleunigter Expansion schrumpfen wird - was Sie meiner Meinung nach meinen. Ist es? Also, sagen wir, 100 Milliarden Jahre nach dem Urknall wird es immer noch CMB-Photonen geben, die auf eine sehr lange Wellenlänge rotverschoben sein werden. Diese Photonen sind aus einer Entfernung von 100 Milliarden Lichtjahren entlang unseres vergangenen Lichtkegels gereist, richtig?
@ Flint72 .... Jetzt im Ruherahmen dieser CMB-Photonen befindet sich die Materie, die diese Photonen emittiert hat, jetzt in einer Entfernung, die zu unserer gegenwärtigen Zeit viel mehr als 100 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist. Sie werden wegen der beschleunigten Expansion niemals beobachtet (wenn DE = 0, würden sie schließlich in unser Hubble-Volumen zurückkehren). Also das meinte ich. Ist das richtig?

In der Größenordnung von 10 Meter.

Die Größe des Universums kann durch Integrieren der Friedman-Gleichung berechnet werden , die eine Funktion der Dichten der Komponenten des Universums (Strahlung, Materie, dunkle Energie, Krümmung sowie exotischere Komponenten) sowie ihrer Gleichungen ist des Staates. Im Allgemeinen gibt es kein analytisches Ergebnis, aber in bestimmten Epochen der Geschichte des Universums wird seine Dynamik vollständig von einer oder zwei dieser Komponenten dominiert.

Das frühe Universum wurde von relativistischer Materie dominiert, dh Strahlung und Neutrinos (frühe Materie war auch relativistisch, trug aber nicht wesentlich zur Energiedichte bei). In diesem Fall ergibt die Integration die folgende Beziehung zwischen dem Skalierungsfaktor a (dh Verhältnis zwischen Längen damals und heute) und Zeit t :

a ( t ) ≃ ( 2 Ω r , 0 H 0 t ) 1 / 2 ,
wo Ω r , 0 ist der heutige Wert der Energiedichte der Strahlung im Verhältnis zur kritischen Dichte, und H 0 ist die Hubble-Konstante. Für eine Planck-Kollaboration et al. (2016) Kosmologie, at t ∼ 10 − 32 s , Dies ergibt 2 × 10 − 26 .

Das heißt, wenn die Inflation danach endete 10 − 32 s , alles war 5 × 10 25 Mal näher beieinander, oder etwa 60 E-Falten † .

Das gesamte Universum kann unendlich sein oder auch nicht, aber wenn wir über das Universum sprechen, beziehen wir uns normalerweise auf das beobachtbare Universum , das der Teil des Universums ist, aus dem das Licht seit dem Urknall Zeit hatte, uns zu erreichen. Das Universum ist 13,8 Gyr alt, aber weil es sich inzwischen ausgedehnt hat, hat das beobachtbare Universum einen Radius von mehr als 13,8 Glyr – tatsächlich R 0 = 46.3 G l j r .

Daher war der Radius dessen, was „unser“ Universum heute umfasst , einst t nur R ( t ) = a ( t ) R 0 , also am Ende der Inflation

r ( 10 − 32 s ) = a ( 10 − 32 s ) R 0 = 2 × 10 − 26 × 46.3 G l j r = 9 m .

Wenn Sie denken, dass die Inflation bereits danach endete 10 − 33 s , Du wirst kriegen r = 3 m stattdessen.

† Zufälligerweise (glaube ich) ungefähr so ​​viele E-Falten wie Inflation selbst.

Ich denke du verwendest das falsche t . Ihre Formel benötigt die Zeit seit der Singularität des nichtinflationären Modells, die viel kleiner ist als die tatsächliche Inflationsdauer. In einem Spielzeugmodell mit strahlungsdominierter Expansion folgt eine Singularität e H t gefolgt von strahlungsdominiert wieder die richtige t ist eigentlich der Zeitpunkt des Inflationsbeginns , da ist das gleich 1 / ( 2 H ) und die Endzeit ist es nicht.
Ich bin mir sowieso nicht sicher, ob eine der Zeiten vertrauenswürdig ist – die Energieskala der Inflation ist nicht bekannt, was ich zuletzt gehört habe, noch die Dauer, und der „Zeitpunkt des Beginns der Inflation“ ist möglicherweise nicht einmal aussagekräftig, wenn das Universum es wäre nicht FLRW...
Aber meine Zeit ist nur die "normale" Zeit, zurückgerechnet auf kurz nach der Inflation. Was während oder vor der Inflation geschah, interessiert mich nicht. Ich verstehe nicht, warum das nicht angemessen ist, aber ich würde mich freuen, Ihre Berechnung dazu zu sehen (schriftlich sieht dies aus wie ein sarkastisches " Schreiben Sie einfach Ihre eigene verdammte Antwort ", aber so meine ich das nicht :) ) . Und ja, ich gehe von einem Mainstream-FLRW-Universum aus (teilweise, weil diese Seite Mainstream ist, aber hauptsächlich, weil ich nicht genug Kosmologe bin, um etwas anderes zu tun).

Im einfachsten Modell des Universums, der FLRW-Metrik, ist das Universum unendlich und war es bis zum Urknall immer unendlich. Die Inflation ändert nichts an dieser Annahme.

So ist es beispielsweise sinnvoll zu fragen, wie groß ein Planck-Volumen während der Inflation geworden ist, aber es macht keinen Sinn zu fragen, wie groß das gesamte Universum ist. (Je nachdem, was Sie als Inflationsskalierungsfaktor nehmen, endete ein Planck-Band ungefähr 10 − 27 m 3 und das ist viel kleiner als ein Basketball.)

Abgesehen davon hat Don Page eine untere Grenze für die Größe des gesamten Universums am Ende der Inflation vorgeschlagen, und seine Antwort lautet 10 10 10 122 kubische Megaparsec. Ich denke jedoch, dass Sie dies als äußerst spekulativ betrachten sollten.

Woher willst du wissen, dass es unendlich ist? Die FLRW-Metrik ist nur eine Vorhersagemetrik für diesen Patch, und jede Erweiterung über den Horizont hinaus ist Spekulation über nicht beobachtbare Dinge.

Ich bin nur ein bescheidener Luft- und Raumfahrtingenieur. Aber wenn ich an Inflation bis zu einem bestimmten Volumen denke, sagt mein euklidisches Ich, dass es am Ende der Inflation mindestens groß genug sein musste für die 13,7 Milliarden Lichtjahre Entfernung von unserer gegenwärtigen Position bis zum anderen Ende des Universums, da dies der Fall ist entfernteste Licht, das wir entdeckt haben. Wenn dies der Fall ist, können wir nicht einfach auf den Radius zurückrechnen, der die beschleunigte Expansion (unter der Annahme einer konstanten Beschleunigungsrate) seit dem Ende der Inflation gegeben hat? Wenn das Universum am Ende der Expansion Millimeter groß wäre, dann wären meiner Meinung nach die von der "anderen Seite" des Universums emittierten Photonen bereits an uns vorbeigegangen.

Vielleicht bin ich es nur, aber diese Antwort scheint die Frage nicht wirklich zu beantworten.
1) Als die Inflation endete, ging die Expansion weiter. 2) Die entfernteren Bereiche des sichtbaren Universums sind viel mehr als 13,7 Milliarden Lichtjahre entfernt. 3) Die euklidische Geometrie ist in diesem Maßstab nicht die genaueste. Und 4) Ihr Name ist Jim, Sie sind Luft- und Raumfahrtingenieur und beantworten Fragen zur Kosmologie ... Sind Sie ich? Habe ich recht, dass ich jetzt ein bisschen erschrocken bin?

Die Antwort auf das Inflationsrätsel ist einfach, es starrt jedem ins Gesicht.

Sie können das frühe Universum nicht mit klassischen Begriffen erklären, die Größe/das Volumen, was Sie sich vor und nach der Inflationszeit vorstellen möchten, ist irrelevant.
Vorher und Nachher waren völlig unterschiedlich, warum? Denn am Anfang war nichts, dann war da etwas, dieses Etwas hat sich nicht vollständig entwickelt, wie wir das Universum jetzt mit seinen mehreren Dimensionen sehen, an diesem Anfangspunkt gab es nur eine Dimension, was danach in der Inflationszeit geschah, war die Erweiterung oder Hinzufügung der zusätzlichen Dimensionen, zwei dann drei und so weiter, deshalb erscheint die Erweiterung so unfassbar groß und scheint sich mit unmöglichen Geschwindigkeiten zu bewegen, die weit über die Lichtgeschwindigkeit hinausgehen. Die Anzahl der Dimensionen ist unendlich auf einer Skala von Unendlichkeiten jenseits des vernünftigen Verständnisses, von denen das beobachtbare Universum nur drei ist und am Ende der Inflationsperiode vollständig gebildet wurde, diese unendlichen Dimensionen hören nie auf, exponentiell zu wachsen.

ABER Zeit selbst ist die erste Dimension, eine Art Rahmen, in dem alle anderen Dimensionen ruhen, sie ist der Behälter, kein Punkt, wie die sich exponentiell teilende Zelle, wenn das menschliche Leben beginnt. Zeit ist nichts anderes als exponentielles Hinzufügen/Wachstum von Dimensionen.

Größe des Universums nach der Inflation?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v