Ist der Urknall als vor oder nach der Inflation definiert?

Der Urknall wurde ursprünglich als Nullzeitgrenze der FLRW-Metrik definiert, ist also ein mathematisches Konstrukt und nicht primär etwas Physikalisches. Wir haben uns entschieden, es auf die Nullzeitgrenze des Universums anzuwenden, weil wir dachten, dass die FLRW-Metrik eine gute Beschreibung des Universums ist, aber dann hat die Inflation die Party zum Absturz gebracht und den Spaß verdorben.

Wenn Sie also den Ausdruck „ Urknall “ in Verbindung mit dem Universum verwenden, im Gegensatz zu seiner rein mathematischen Bedeutung, dann liegt es an Ihnen, zu definieren, was er bedeutet. Wie Sie festgestellt haben, besteht derzeit kein Konsens über seine Bedeutung.

Persönlich würde ich die Verwendung des Begriffs vermeiden, es sei denn, Sie beziehen sich ausdrücklich auf die FLRW-Metrik.

Also habe ich weitere Nachforschungen zu dieser Frage angestellt und das Ergebnis, das ich gefunden habe, ist ziemlich überraschend. Es gibt wirklich keine festgelegte Definition. Einige Kosmologen werden Ihnen sagen (wie John Rennie erwähnte), dass Sie den Begriff „Urknall“ vermeiden sollten, es sei denn, Sie müssen es unbedingt tun. Das ist jedoch ein Luxus, den sich nicht alle Kosmologen leisten können.

Umso überraschender ist, dass es unter den Kosmologen, die um die Verwendung des Begriffs nicht herumkommen, immer noch keinen Konsens gibt und niemand jemals darüber spricht, dass es zwei fast gleich verwendete Definitionen gibt . Ich habe mehrere Kosmologen der Fakultät damit konfrontiert, und jeder einzelne sagt dasselbe: Sie suchen sich einfach eine Definition aus, die Ihnen am besten gefällt, und machen damit weiter. Niemand erwähnt ihre spezifische Definition in Papieren oder dass es sich gegenseitig ausschließende Definitionen gibt, es wird einfach als Problem ignoriert. Aber ich schimpfe, also lassen Sie mich die Frage formell beantworten.

Es gibt zwei gültige Definitionen, die größtenteils so sind, wie ich sie in der Frage definiert habe. Für diejenigen von uns, die es nicht vermeiden können, „den Urknall“ in unserer Arbeit zu verwenden, scheint die Wahl der Definition teilweise vom Forschungsgebiet des Einzelnen abzuhängen. Meistens werden inflationäre Kosmologen die Definition des Urknalls als die Krümmungssingularität vor dem Beginn der Inflation wählen (mit Ausnahme derjenigen, die die ewige Inflation studieren, für die der Zeitraum vor dem Beginn der Inflation schlecht definiert ist). Beobachtende Kosmologen und diejenigen, die das Universum nach der Inflation untersuchen, neigen dazu, den Urknall als das Ende der Inflation und den Beginn der heißen, strahlungsdominierten Expansionsära zu definieren. Manchmal habe ich herausgefunden, dass diese Zeit als "heißer Urknall" bezeichnet wird,

Die Antwort auf meine Frage nach der korrekten Definition des Urknalls lautet also, dass es zwei korrekte Definitionen gibt, ohne dass eine kanonische Unterscheidung zwischen ihnen möglich ist. Es ist ebenso gültig zu behaupten, dass der Urknall vor der Inflation stattfand, wie zu behaupten, dass der Urknall am Ende der Inflation stattfand. Während es erschwerend verwirrend sein kann, dass niemand diese Dichotomie anzuerkennen scheint, kann die unter bestimmten Umständen verwendete Definition oft aus dem Kontext abgeleitet werden; Forscher neigen dazu, die Definition zu verwenden, die den Beginn der Epoche(n) markiert, die sie erforschen.

Meiner Meinung nach hängt alles davon ab, ob man die Quantisierung der Schwerkraft einbezieht oder nicht.

Der klassische Urknall verwendet nur die Allgemeine Relativitätstheorie und Lösungen ihrer Gleichungen. Eine Singularität hat im klassischen Ansatz eine wohldefinierte Bedeutung.

Da die Physiker davon überzeugt sind, dass das zugrunde liegende Gerüst der Natur quantenmechanisch ist, wird erwartet, dass auch die Gravitation quantisiert wird. Die inflationäre Epoche erscheint in dem Modell, in dem eine effektive Quantisierung der Schwerkraft angenommen wird. Die Quantisierung trägt das Heisenberg-Unsicherheitsprinzip, das tatsächlich Singularitäten eliminiert, die in den klassischen Theorien vorkommen, zum Beispiel erzeugt das elektrische 1/r-Potential keine Singularität in der quantenmechanischen Formulierung.

Die klassischen Theorien gehen im Allgemeinen aus dem zugrunde liegenden quantenmechanischen Rahmen hervor. Dies entkräftet nicht die theoretischen Modelle, die die klassischen Daten so erfolgreich beschreiben. Es schränkt nur ihren Geltungsbereich ein. Das Urknall-Modell ist in seinem Gültigkeitsbereich erfolgreich und es wird so modelliert, als gäbe es ganz am Anfang eine Singularität, denn das sagen die Daten aus.

Wenn die Grenzen der Gültigkeit in Energiedichte, Raum und Zeit der klassischen GR erreicht sind, muss QM aufgerufen und die Daten damit modelliert werden, was das inflationäre Modell tut. Das macht das klassische BB nicht ungültig. Es wird immer noch entstehen und in seinem Geltungsbereich gelten. Die verschiedenen Definitionen, die Sie angeben, sind auf diese Verwirrung bei dem Versuch zurückzuführen, sowohl den klassischen als auch den QM-Rahmen gleichzeitig beizubehalten.

Wenn ein solides Modell der quantisierten Gravitation in einer Theory Of Everything erscheint, werden diese Verwirrungen gelöst werden. Meiner Ansicht nach wird der klassische Urknall nicht mehr für die kleinen Dimensionen und damit für seine Singularität validiert, da die inflationäre Periode durch den kosmischen Mikrowellenhintergrund validiert wird. Trotzdem ist das emergente Verhalten bei großen Dimensionen so, als ob es am Anfang eine Singularität gibt, also gilt in großen Dimensionen der Urknall. Es ist ähnlich wie der Unterschied zwischen dem Wasserstoffatom quantenmechanisch und zwei geladenen Kugeln, die sich makroskopisch anziehen. Es gibt keine Singularität im Wasserstoffatom, die beiden geladenen Kugeln, die als Punkte in ihrem Massenschwerpunkt modelliert sind, haben dort Singularitäten, und ihr makroskopisches Verhalten passt zu dem Modell mit Singularitäten.

Meiner Meinung nach bezieht sich der Urknall nicht auf ein bestimmtes Ereignis, sondern auf eine kosmogonische Theorie als Ganzes, die viele verschiedene Ereignisse der tiefen Vergangenheit „vorhersagt“ (sollten wir „retrodiktieren“ sagen?). Zum Beispiel gibt es einen etablierten Begriff wie „Urknall-Nukleosynthese“ , der eine Epoche einige Sekunden nach dem Beginn der Zeit beschreibt. Der Beginn der Zeit im engeren Sinne muss streng als „kosmologische Singularität“ bezeichnet werden . Aber selbst professionelle Physiker unterscheiden die Begriffe nicht immer konsequent.

Zurück zur ursprünglichen Frage. Die Inflation tritt sicherlich nach der kosmologischen Singularität auf, aber vor mehreren wichtigen Ereignissen des Urknalls. Mit anderen Worten, die Inflation ist eine optionale Epoche, die innerhalb der Urknall-Ära und -Theorie auftreten kann.

Wir haben keine Ahnung, wie lange die Inflation gedauert hat. Du brauchst 50-70$e$-Falten (mit der$e$-fach Zeit vage in der Nähe von$10^{-30}\text{ s}$), um die Daten abzugleichen, aber das ist nur eine Untergrenze. Dieses Papier beschreibt ein Modell, das nur knapp das Minimum von 50 erreicht$e$-Falten, während dieses Papier ein Modell beschreibt, bei dem die erwartete Anzahl von$e$-Falten können bis zu sein$10^{10^{10}}$, das ist ungefähr$10^{10^{10}}$Sekunden oder$10^{10^{10}}$Jahre, bzw$10^{10^{10}}$mal das, was wir normalerweise das "Zeitalter des Universums" nennen.

Daher ist es in der Praxis nutzlos, den Urknall vor die Inflation zu stellen, auch wenn dies im Prinzip gut motiviert ist, da Sie ihn nicht als Bezugspunkt für etwas anderes als den Beginn der Inflation verwenden können. Wenn jemand behauptet, dass die Rekombination 300.000 Jahre nach dem Urknall stattfand oder als das Universum 300.000 Jahre alt war, muss er vom Ende der Inflation oder so ungefähr messen, denn wenn er vom Beginn der Inflation messen würde, dann wäre er es einfach falsch.

Modern Cosmology von Dodelson definiert den Urknall als vor der Inflation kommend; Es verwendet effektiv die alte Definition, dass der Urknall der Moment ist, in dem sich der Skalierungsfaktor Null nähert.

Macht es? Darin heißt es, Inflation sei der Vorschlag, „dass sich das Universum exponentiell schnell ausdehnte, als es doch war$10^{-35}$Sekunden alt." Ich glaube nicht, dass das darauf hindeuten soll, dass die Dauer der Inflation war$10^{-35}\text{ s}$, oder dass der Beginn der Inflation war$10^{-35}\text{ s}$nach Beginn der Zeit. Es scheint die Zeit zu sein, die einer Temperatur von entspricht$10^{15}\text{ GeV}$in einem strahlungsdominierten Modell zurück zu$t=0$, oder wie Sie es ausdrücken, es ist die Zeit, bis wir erwarten würden, auf die Singularität in der traditionellen Urknall-Kosmologie zu stoßen.

Dodelson scheint nie über den Urknall als Moment/Ereignis zu sprechen; er verwendet den Ausdruck nur, um sich auf die Urknall-Nukleosynthese oder auf die FLRW-Kosmologie als Ganzes zu beziehen. Ich denke, das ist eine ziemlich verbreitete Strategie: Kümmern Sie sich einfach nicht darum, eine Urknallzeit zu definieren.

Der Physiker Vilenkin (der stark an der Entwicklung der Theorie der feldbasierten ewigen Inflation beteiligt war) beschreibt in seinem populärwissenschaftlichen Buch „Viele Welten in einer“ die Energie des Inflationsfeldes als sich selbst in einem heißen Teilchenbad freisetzend seiner potenziell unendlichen Zahl von Enden in lokalen (dh „Blasen“- oder „Taschen“-)Universen, einschließlich demjenigen, das wir bewohnen, wo diese Freisetzung „dem“ Urknall entspricht. Er befasst sich auch mit dem von John Rennie erwähnten Timing-Problem, indem er einen Unterschied zwischen der "kosmologischen" Zeit und der Zeit innerhalb jeder der LUs skizziert, von denen allgemein erwartet wird, dass sie kausal voneinander getrennt bleiben, ohne dass bisher Beweise für das Gegenteil gefunden wurden. All dies ist ähnlich, wenn nicht identisch,

In Bezug auf jeden Beginn (in kosmologischer Zeit) von Phänomenen, die so grundlegend sind wie Strahlung, ist die von einem früheren Antwortenden gezogene Schlussfolgerung jedoch alles andere als sicher. Vilenkin, Guth und Borde arbeiteten gemeinsam am BGV-Theorem: Es wird oft so ausgelegt, dass es einen Anfang für jede Inflation (asymptotisch-exponentielle Expansion) erfordert, die in die Zukunft ewig sein könnte. Bei der letzten (2003) Überarbeitung ihres Theorems fügten diese drei Autoren jedoch eine Fußnote in ihre Referenzliste am Ende dieser Überarbeitung ein, die angibt, dass Aguirre und Grattons „ewige Inflation im Steady-State“, beschrieben unter https: //arxiv.org/abs/astro-ph/0111191, ist damit kompatibel, obwohl die ewige Inflation im stationären Zustand definitiv KEINEN Anfang für das inflationäre Multiversum erfordert: In dieser Version der Inflation erstrecken sich doppelte Zeitpfeile in entgegengesetzte Richtungen von einer Cauchy-Oberfläche und formal identischen Versionen der Das BGV-Theorem gilt separat in jeder dieser zeitlichen Richtungen.

Ist der Urknall als vor oder nach der Inflation definiert?

Das Wort "definiert" macht dies eher zu einer Meinungsfrage als zu einer Tatsache. Ich versuche immer, mich an die empirisch ermittelten Fakten zu halten. Aber hey ho, ich werde mein Bestes geben.

Scheint eine einfache Frage zu sein, um sie richtig zu beantworten? Und wenn ich erst gestern darauf gestoßen wäre, hätte ich eine eindeutige Antwort gegeben. Aber ich habe beim Schreiben meiner Diplomarbeit etwas gelesen und bin auf widersprüchliche Definitionen des Urknalls gestoßen.

Das liegt daran, dass es in der Kosmologie Verwirrung gibt.

Alle sind sich einig, dass in der Standard-Urknall-Kosmologie der Urknall als die Singularität definiert wird; der Zeitpunkt, an dem der Skalierungsfaktor auf Null geht.

Darin mögen sich viele Kosmologen einig sein, aber meiner Meinung nach geht es zu weit zu sagen, dass jeder einer Singularität zustimmt. Eine Singularität weist manchmal auf ein Problem hin, das darauf hinweist, dass eine Theorie schief gelaufen ist. Ich denke, es ist möglich, etwas Licht auf das frühe Universum zu werfen, indem man über Schwerkraft und Relativitätstheorie und Schwarze Löcher nachdenkt und anerkennt, dass es in einem Schwarzen Loch keine Zentralpunkt-Singularität gibt.

Okay, aber wenn man die Inflationstheorie mit einbezieht, wird es etwas düster.

Die Inflationstheorie sei definitiv „ein bisschen düster“. Nicht das expandierende Universum, die Inflation. Ich denke gerne, dass man eine Position erreicht, in der Inflation eine Lösung für ein Problem ist, das nicht existiert.

Also hier ist, was ich mit widersprüchlichen Definitionen meine. Beispielsweise definieren sie in The Primordial Density Perturbation von Lythe und Liddle den Urknall als den Beginn der Ära der attraktiven Schwerkraft nach der Inflation.

Das ist keine Definition, die ich verwenden würde. Beachten Sie übrigens, dass die Schwerkraft immer anziehend ist und dass sie die Bewegung von Licht und Materie durch den Raum verändert, aber den Raum nicht zum Einsturz bringt. Das große Knirschen ist nicht passiert, als das Universum klein und dicht war, und es wird nie passieren.

Modern Cosmology von Dodelson definiert den Urknall jedoch als vor der Inflation kommend; Es verwendet effektiv die alte Definition, dass der Urknall der Moment ist, in dem sich der Skalierungsfaktor Null nähert.

Das finde ich besser, aber nicht ganz richtig. Es fehlt irgendwie der Trick .

Dieser Widerspruch zeigt sich an mehreren Stellen. Bei einer Google-Suche findet man viele überzeugende Erklärungen für beide Definitionen. Alle Definitionen stimmen darin überein, dass wir sie nicht mehr als die Singularität mit a=0 definieren können. Aber jeder macht auf seine Weise Sinn und so werde ich immer verwirrter darüber, was richtig ist, je mehr ich davon lese.

Keiner von ihnen ist genau richtig.

Das Argument für den Urknall danach ist, dass die Inflationstheorie von der Standard-Urknall-Kosmologie um 10 ⁻³⁰ s abweicht.

Vergess das. Es gab keine Inflation.

bevor wir erwarten würden, auf die Singularität zu stoßen

Vergiss das auch. Es gab keine Singularität.

als die Inflation endete, und dass wir keine Beweise dafür haben, dass irgendetwas vorher kommen würde, daher wird der Urknall jetzt als die Anfangsbedingungen für das heiße, expandierende Universum definiert, die durch und am Ende der Inflation entstehen.

Es gibt keine Beweise für Inflation. Aber es gibt Verwirrung in der Kosmologie.

Das Argument dafür, dass der Urknall vorher kommt, scheint zu sein, dass die Inflation immer noch eine Zeit ist, in der der Skalierungsfaktor wächst, und als solche kann der Urknall als der Wert definiert werden, der Null am nächsten liegt (was vor der Inflation liegt), oder besser gesagt, der früheste Zeit, wenn sich der Skalierungsfaktor Null nähert. Dies scheint im Wesentlichen darauf zu beruhen, zu sagen: "Nun, wir haben es als den Moment definiert, in dem der Skalierungsfaktor am kleinsten war, bevor die Inflation hinzugefügt wurde. Warum sollten wir das nicht weiterhin als Definition haben, nachdem die Inflation hinzugefügt wurde?"

Big Bangs werden damit in Verbindung gebracht, dass Dinge größer werden. IMHO macht es keinen Sinn, den Urknall als etwas zu definieren, das auftritt, nachdem das Universum schnell viel größer geworden ist.

Das erstere Argument hat seinen Wert, weil es den Beginn der Epoche definiert, in der das Universum (praktisch) durch die Standard-Urknall-Kosmologie beschreibbar ist. Aber das letztere Argument hat seinen Wert wegen seiner Einfachheit und weil es den Geist der ursprünglichen Definition verwendet; der kleinste Skalierungsfaktor und der Moment, in dem die Expansion des Universums zu beginnen scheint.

Wenn es keine Inflation gäbe, werden die Dinge viel einfacher, nicht wahr?

Daher meine Grundfrage: Welche Definition ist richtig? Sagen wir, der Urknall kam vor oder nach der Inflation?

Berechnet nicht . Es gab keine Inflation. Auf dieser Grundlage ist die zweite Definition richtiger, aber nicht ganz richtig. PS: Ich habe deinen Kommentar zur Doku bemerkt. Wenn Sie mich konsultieren möchten , zögern Sie bitte nicht, mir eine E-Mail an myname at btconnect dot com zu senden. LOL!

Ich stimme zu, dass es eine Zeit der Inflation gab. Es gab jedoch noch nichts zu erweitern außer der Raumzeit. Die Raumzeit hätte sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen können, weil Photonen, Lichtträger, noch nicht existierten. Die Photonenepoche begann, nachdem die meisten Leptonen und Antileptonen am Ende der Leptonenepoche, etwa 10 Sekunden nach dem Urknall, vernichtet wurden. Das wäre eine Ewigkeit verglichen mit der Epoche der Inflation. Die Zeitdilatation wäre ein wichtiger Faktor bei der Geschwindigkeit der Raumzeitexpansion gewesen – die Zeit verlangsamt sich, wenn etwas beschleunigt wird, und sie stoppt bei Lichtgeschwindigkeit. Zum Zeitpunkt Null wäre die Zeit unendlich gewesen und die Ausdehnung der Raumzeit wäre Null – nichts existierte, was sich bewegen könnte. Wir können nicht wissen, wie lange die Zeit in diesem Zustand blieb, weil es keine Gesetze der Physik gab; Quanten oder sonst. Alle Quantenmetriken werden von der Lichtgeschwindigkeit abgeleitet und Licht existierte noch nicht. Die Inflationsrate und -dauer hängt vom Referenzrahmen ab. Wenn wir von jetzt an auf die Epoche der Inflation zurückblicken, könnte es den Anschein haben, dass die Inflationsrate die Lichtgeschwindigkeit überschritten hat. Von der Zeit Null aus betrachtet, hätte die Expansion der Raumzeit während der Inflationsepoche eine Ewigkeit gedauert. Eine weitere Behauptung der Standard-Urknalltheorie ist, dass die Temperatur während der Epoche der Inflation mehr als eine Milliarde Grad Celsius betrug. Es gibt jedoch keine Erklärung für die Energiequelle, um eine solch astronomische Temperatur zu erzeugen. Dies lässt mich glauben, dass die Inflation vor dem theoretischen Zeitpunkt Null begann. Es muss eine Epoche gegeben haben, die vor der Zeit Eins begonnen hat (möglicherweise vor der Zeit Null, deren Abschluss das Ende der Inflation war. Ich denke, das würde eine Art Ausbruch von Materie / Energie in einer früheren kosmischen Existenz erfordern. Selbst diese Zeitlinie ist reine Vermutung, weil sie eine Metrik für die Quantenzeit erfordern würde, die es noch nicht gab.