Ist es möglich, dass alle Materie im Universum aus dem Nichts entsteht?

Die Antwort hängt entscheidend davon ab, was mit nichts gemeint ist . Aus dem Nichts des Philosophen kommt nichts .

Aber das Nichts des Physikers ist etwas , dh es gibt zumindest ein physikalisches Gesetz und was ihm gehorcht.

Materie und Antimaterie können sich zum Beispiel aus dem „Vakuum“ materialisieren und das ist gewissermaßen etwas (Materie) aus nichts (Materie). Dies setzt jedoch die Existenz von Quantenfeldern und deren Gesetze voraus.

Ihre Frage ist also tatsächlich viel subtiler (und uralter), als Sie in diesem Moment vielleicht erfassen.

Du öffnest eine Kiste und sagst "da ist nichts drin". In einer streng mathematischen (mathelogisch-logischen) Sprache meinen Sie Folgendes:

Aber "nichts" ist ein Substantiv, also fühlt es sich an, als könnte man damit arbeiten, als wäre es ein Objekt. Nun, das ist ein falsches Gefühl.

Versuchen Sie doch einmal, die Aussage „Das Universum könnte aus dem Nichts entstehen“ streng zu formulieren. Ich kann nur so etwas bekommen:

Da es ein Gesetz wie die Schwerkraft gibt, kann und wird sich das Universum aus dem Nichts erschaffen. Spontane Schöpfung ist der Grund, warum es eher etwas als nichts gibt, warum das Universum existiert, warum wir existieren,

Hawking schreibt.

http://www.phenomenica.com/2010/09/hawking-god-did-not-create-universe.html

aber eine andere Frage ist, warum unser Universum physikalische Gesetze hat?

Nein. Die Friedmann-Gleichung besagt, dass die fraktionelle Expansionsrate mit der Energiedichte wächst. Wenn die Energiedichte wirklich Null wäre und es keine Krümmung gäbe, dann würde das Universum (oder das Fehlen davon) einfach stillstehen.

Quantenfluktuationen (Antimaterie + Materievernichtung) des Vakuums sind keine Nullenergie. Tatsächlich wirken sie wie eine kosmologische Konstante oder dunkle Energie. Eines der Rätsel der modernen Physik ist, warum die Vakuumenergie so viel kleiner ist als wir erwarten. Wenn wir die Planck-Länge als UV-Cutoff-Skala festlegen, wäre die Vakuumenergie etwa 120 Größenordnungen dichter als die beobachtete Menge an dunkler Energie. Es muss also etwas geben (eine Symmetrie, Holographie usw.), das dies auf die Beobachtungsbedingungen reduziert.

Ein Großteil der Idee eines „aus dem Nichts entstehenden Universums“ beruht auf einem naiven Gefühl dafür, wie sich die Zeit verhalten sollte. In einer neueren Arbeit von Yasunori Nomura beschreibt er, wie das Multiversum als intrinsisch statisch betrachtet werden kann. Die Wellenform des Multiversums ist völlig stationär ohne Evolution.

Er beschreibt, dass das Konzept der „Zeit“ (und verwandte Vorstellungen von Kausalität) mit dem Konzept von geordneten vs. ungeordneten Zuständen verknüpft sind (siehe Stuhlbeispiel auf Seite 8). Das gesamte Multiversum als Ganzes muss sich nicht entwickeln, nur die Wahrscheinlichkeiten innerhalb eines einzelnen Universums.

Angesichts früherer Antworten auf diese Frage entschied ich mich, die von Alfred Centauri und hwlin zu unterstützen, und machte an anderer Stelle ein paar kritische Bemerkungen. Ich denke jedoch, dass niemand den Energieaspekt der ursprünglichen Frage gut beantwortet hat, also werde ich das tun.

Die Grundidee ist, dass die Sterne und Galaxien usw. aufgrund der gegenseitigen Anziehungskraft eine Form von Bindungsenergie haben, die man als negative potentielle Energie bezeichnen kann, und dies könnte möglicherweise die Menge an Ruheenergie und kinetischer Energie im Universum ausgleichen , also kommt die Summe auf Null. Betrachten Sie in einem einfachen klassischen Bild die Situation zweier Punktmassen$M$und$m$, sich voneinander entfernen. Die Gesamtenergie ist

$E_{\rm tot} = \frac{1}{2} M v_1^2 + \frac{1}{2} m v_2^2 - \frac{G M m}{r}$

Es kann vorkommen, dass diese Summe Null ist. Wenn das passiert, sagen wir, dass die relative Geschwindigkeit der Massen gerade gleich der Fluchtgeschwindigkeit ist, die mit ihrer anfänglichen Trennung verbunden ist$r$. Nun muss sich die Kosmologie des frühen Universums natürlich auf die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik berufen, aber nichtsdestotrotz ist dies im Wesentlichen das, was die Behauptungen über Energie behaupten. Die wichtigste neue Zutat ist Ruheenergie, also bekommen wir so etwas wie

$E_{\rm tot} = \gamma_1 M c^2 + \gamma_2 m c^2 - (\mbox{G.R. version of}) \frac{G M m}{r}$

und wieder kann diese Summe Null sein. Im frühen Universum geht der Gravitationsteil ins negative Unendliche, wenn man es zulässt$r$auf Null gehen, aber natürlich ist diese Formel nicht ganz richtig. Eine Berechnung unter Berufung auf die Quantenphysik könnte im Prinzip mit der Singularität umgehen, aber jetzt wagen wir uns in Themen vor, bei denen unser Wissen alles andere als sicher ist (populäre Bücher neigen dazu, hier zu sicher zu sein; das ist meiner Meinung nach nicht hilfreich).

Ich würde sagen, dass es interessant wäre, wenn eine solche Energieberechnung für das Universum als Ganzes Null wäre. Aber sicherlich ist dies ein SEHR langer Weg von irgendeiner Lösung des Ursprungs des Universums. In diesem Zusammenhang ist die Aussage "Die Gesamtenergie ist Null" nur eine Art zu sagen "Die Ruheenergie und die kinetische Energie reichen gerade aus, um es den verschiedenen Gegenständen zu ermöglichen, sich gegen ihre große Reichweite weit voneinander zu entfernen Erdanziehungskraft".

Sobald man dies sieht, ist das Thema, das ich als nächstes fragen möchte, "warum dieser Stand der Dinge? warum diese Konfiguration?" Es ist eine Konfiguration mit außerordentlich niedriger Entropie.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass hier mehrere Themen miteinander verbunden sind. Einer ist Energie, ein anderer ist Entropie, und ein dritter ist Sorgfalt und Aufmerksamkeit gegenüber der philosophischen Sprache, wenn wir uns auf metaphysische Begriffe wie „Nichts“ und „Existenz“ berufen.

Es gibt wirklich noch keine Antwort auf die gestellte Frage, weil die Gesetze der Quantengravitation nicht bekannt sind. Wir wissen also wirklich nicht, was passiert ist.

Du sagst das

Wenn ja, wodurch wird dann die Gesamtenergie der Materie kompensiert?

dann sagst du das

Ja, ich habe mir den Vortrag von Lawrence Krauss angesehen

Mein Punkt ist, dass Sie Ihre Antwort haben würden , wenn Sie sich auch nur einen seiner vollständigen Vorträge zu diesem Thema wie diesen ansehen.

ist es dann möglich, dass alle Materie im Universum aus dem Nichts entstanden sein könnte?

Die Antwort auf oben ist JA, wie bereits von @juanrga zusammengefasst

Wie Prof. Krauss sagt, kann nicht nur Materie, sondern auch die Raumzeit selbst entstehen , wenn wir Gravitation mit Quantenmechanik mischen

Bis jetzt gibt es keine physikalische Theorie, die in der Lage wäre, die Erschaffung des Universums aus dem Nichts zu demonstrieren; Schlimmer noch, es gibt keine Theorie, die vor dem Urknall bestehen kann (wenn dort etwas oder nichts ist). Die allgemeine Relativitätstheorie gibt eine sehr mathematische Lösung für die Frage in Bezug auf die Existenz von Lösungen für die Einstein-Gleichung; aber das liefert kaum einen physikalischen Einblick. Es besteht jedoch Hoffnung, dass die Stringtheorie die Schwierigkeiten überwinden kann, die die Singularitäten (im allgemeinen relativistischen Sinne des Wortes) beim Urknall aufwerfen, und diesem vorausgehen. Aber selbst wenn das passiert und die Stringtheorie einige Beschreibungen für das Universum vor dem Urknall liefert, wird die Frage, in der Zeit zurückzugehen, bis zu einem Anfang oder so, genauso rätselhaft bleiben, es sei denn, die Stringtheorie hat interessantere Dinge zu sagen.

Als sehr amateurhafter und sehr geduldiger Physiker glaube ich, dass wir darauf warten müssen, dass die neuen Ideen über die Raumzeit (einschließlich der „emergierenden Raumzeit“-Begriffe, die durch die stringtheoretischen Untersuchungen gestützt werden) reifer werden, und hoffentlich werden wir dann unsere haben Messer geschärft genug, um die schwierigen Probleme bezüglich der Entstehung/Existenz des Universums zu analysieren.

Es ist möglich, wenn auch spekulativ. Dies ist das kostenlose Mittagessen-Kosmologie-Modell. In einem solchen Modell wird angenommen, dass die positive Energie der Materie durch die negative Energie des Gravitationsfeldes kompensiert wird, um eine Gesamtenergie von Null zu ergeben.