Eine Handvoll Physiker haben eine ziemlich eigenartige Definition von „Nichts“ in Bezug auf die Kosmologie. Ihre Behauptung ist, dass das Universum, vorausgesetzt, es hat eine Gesamtenergie von 0, aus nichts als Quantenvakuumfluktuationen virtueller Teilchenpaare entstanden sein könnte. Gemäß der , je weniger Energie ein System hat, desto länger kann es existieren. Wenn das Universum im Wesentlichen eine Gesamtenergie von 0 hat, könnte der Urknall ein Effekt der Erzeugung virtueller Quantenteilchenpaare gewesen sein.
Wie kann es jedoch eine Wahrscheinlichkeitswelle für die Existenz eines [virtuellen] Teilchens geben, wenn es keinen Raum gibt (vorausgesetzt, „vor“ dem Universum gab es keinen Raum). Durch welchen Raum würde sich die Wahrscheinlichkeitswelle ausbreiten?
Bearbeiten: Eine einfachere Möglichkeit, diese Frage zu stellen, lautet wie folgt:
Wie können Quantenfluktuationen für das Universum verantwortlich sein, wenn sie darin auftreten?
Ihre Vorstellung, dass eine Quantenfluktuation das Universum erschaffen hat, ist eine Fehlinterpretation der Vorschläge, die ich gehört habe. Um zu erklären, warum, müssen ein paar Ideen eingeführt werden, also haben Sie etwas Geduld, während ich dies tue.
Das Objekt, das wir uns als Universum vorstellen, besteht aus zwei Bits:
eine mit einer Metrik ausgestattete Mannigfaltigkeit = Raumzeit
etwas Materie/Energie
Die Mannigfaltigkeit und Metrik sind das, was wir uns als Raumzeit vorstellen, und die Materie ist (offensichtlich) das Zeug, aus dem Sie und ich bestehen. Materie krümmt die Raumzeit, und die Krümmung steuert, wie sich Materie bewegt.
Wir erhalten die Geometrie der Raumzeit aus der allgemeinen Relativitätstheorie, und insbesondere erhalten wir die Geometrie des Universums, indem wir ein vereinfachtes Modell des Universums lösen, um die FLRW-Metrik zu erhalten. Diese Metrik sagt voraus, dass es vor 13,7 Milliarden Jahren einen Urknall gab, und sie sagt voraus, dass die Geometrie des Universums beim Urknall singulär wird, sodass die Metrik das Universum im Moment des Urknalls oder davor nicht beschreiben kann. Aus diesem Grund wird allgemein gesagt, dass das Universum beim Urknall entstanden ist und davor nichts existiert hat.
Und wenn ich Sie richtig verstehe, kommen Sie hier ins Spiel. Denn wenn vor dem Urknall nichts existierte, wie hätte dann eine Quantenfluktuation das Universum erschaffen können?
Die Auflösung dafür besteht darin, darauf hinzuweisen, dass die FLRW-Metrik Quanteneffekte ignoriert, und wir erwarten, dass Quanteneffekte bei den sehr hohen Dichten in der Nähe des Urknalls von entscheidender Bedeutung werden. Wir haben keine Theorie der Quantengravitation, also wissen wir einfach nicht, was beim Urknall passiert ist. Wir erwarten jedoch, dass die Raumzeit nicht singulär wird, also gibt es keinen Sinn, in dem das Universum beim Urknall erschaffen wurde. Wir gehen davon aus, dass das Universum beim und vor dem Urknall existierte, aber die Geometrie der Raumzeit mag tatsächlich sehr seltsam gewesen sein – in Ermangelung einer Theorie der Quantengravitation kennen wir sie einfach nicht.
Der Punkt ist also, dass die Raumzeit (in irgendeiner Form) existierte, bevor sich das Universum, das wir kennen und lieben, entwickelte. Es gab also eine Raumzeit, in der Quantenfluktuationen auftreten konnten.
Die Frage ist, woher all die Materie kommt, und hier kommen Hinweise auf Quantenfluktuationen ins Spiel. Wenn eine Quantenfluktuation aufgetreten wäre, hätte sie Energie aus dem Nichts erzeugt. Diese Energie hätte die Raumzeit krümmen können, und die Krümmung erzeugte eine negative Energie, die die neu geschaffene Energie genau ausgleichte und die Gesamtenergie zu Null machte. Es könnte mehr Energie erzeugt und die Raumzeit etwas stärker gekrümmt werden, um die Gesamtenergie Null zu halten, und das System hätte in die Raumzeit und Materie, die wir heute um uns herum sehen, aufgebläht.
Aber Ihre Bullshirt-Detektoren sollten jetzt zucken. Der Grund dafür, dass der vorherige Absatz so vage und verschwommen ist, liegt darin, dass es keine Theorie gibt, die solche Phänomene beschreibt, sondern nur viele spekulative Ideen. Es besteht keine Übereinstimmung darüber, dass die Gesamtenergie des Universums Null ist (wie es die Fluktuationsidee erfordert) oder dass die Gesamtenergie des Universums tatsächlich ein sinnvolles Konzept ist.
„Der Punkt ist also, dass die Raumzeit (in irgendeiner Form) existierte, bevor sich das Universum, das wir kennen und lieben, entwickelte. Es gab also eine Raumzeit, in der Quantenfluktuationen auftreten konnten.“
Wenn die Raumzeit vor dem Urknall existierte, müsste etwas sie ins Leben rufen.
Es konnte nicht ewig sein, denn bis zum Urknall hätte unendlich viel Zeit vergehen müssen.
Stellen Sie sich das so vor: Ich bin am Ende einer unendlich langen Spur von Dominosteinen. Nehmen wir an, Sie sind am anderen Ende . Sie schieben Ihren ersten Dominostein um. Die Frage ist, wann fällt mein Dominostein um? Die Antwort lautet niemals, weil unendlich viele Dominosteine umfallen müssten, bevor mein Dominostein umfällt.
Peter Schor
Leckereien
Kyle Kanos