Wie haben Teilchen gleich nach dem Urknall die extreme Schwerkraft und andere Kräfte überwunden und es geschafft, auseinanderzufliegen?

Ich habe diese Frage gelesen:

Warum kollabierte das Universum nicht kurz nach dem Urknall zu einem Schwarzen Loch?

wo Lubos Motl sagt:

Diese Materie hat kein Zentrum – sie ist im ganzen Raum fast gleichförmig – und hat eine ausreichend hohe Geschwindigkeit (weg von sich selbst), dass die Dichte schließlich verdünnt wird.

Nun, diese und keine der anderen (es gibt viele) Antworten beantworten meine Frage speziell. Ich frage nicht nach dem Zusammenbruch in ein schwarzes Loch. Ich frage, direkt nach dem Urknall war die Dichte extrem, daher mussten Schwerkraft und Krümmung extrem sein, vielleicht hätte die Fluchtgeschwindigkeit (was in diesem Fall die Geschwindigkeit bedeutet, die erforderlich ist, damit Partikel auseinanderfliegen) fast erreicht oder sogar überschritten werden können die Lichtgeschwindigkeit. Aber das ist nur die Schwerkraft. Es gibt die anderen Kräfte (an diesem Punkt vereint, wenn ich das richtig verstehe), die Partikel zusammengehalten haben müssen. Dies könnte auch die Photonen- und die Quark-Epoche betreffen.

Jetzt dachte ich zuerst:

  1. Vielleicht waren es keine auseinanderfliegenden Teilchen, sondern einfach nur Raum, der sich zwischen ihnen ausdehnte. Aber warte. Zunächst einmal dehnt sich der Weltraum schon jetzt aus. Überall. Entgegen der landläufigen Meinung dehnt sich der Weltraum überall aus. Auch hier, wo wir sind. Nur dominieren hier die anderen Kräfte. Wir, die wir aus Materie bestehen, werden zusammengehalten von den anderen Kräften, die die Raumausdehnung beherrschen. Der Raum dehnt sich also genau hier aus, aber die Materie, aus der wir bestehen, bleibt zusammen. Kein Auseinanderfliegen hier. Auch damals dehnt sich der Weltraum aus. Wie konnte die Weltraumexpansion damals alle anderen Kräfte überwinden, aber nicht heute?

  2. Es könnte nur ein Skalenproblem sein. Die Weltraumexpansion, manche nennen es dunkle Energie, könnte nur eine Art Kraft sein, ein negativer Druck, der sich über das ganze Universum ausbreitet. Es wirkt nur im großen Maßstab. Zur Zeit. Aber als das Universum extrem klein war, waren auch die Maßstäbe klein, und vielleicht konzentrierte sich dunkle Energie auf diese kleine Region, was sie im Vergleich zu den anderen Kräften relativ stärker machte.

Frage:

  1. Wie haben Teilchen gleich nach dem Urknall die extreme Schwerkraft und andere Kräfte überwunden und es geschafft, auseinanderzufliegen?
Das ist vergleichbar mit der Frage: „Wie überwindet ein nach oben geworfener Apfel für eine Weile die Schwerkraft der gesamten Erde ?“ Finden Sie das überraschend?
@G.Smith für eine Weile? Wir (und alles) ziehen uns von allem zurück, soweit wir in Zukunft modellieren können. Ich frage nicht warum für eine Weile. Ich frage, wie es damals passiert ist und nicht heute. Es tut mir leid, aber ich sehe wirklich keine Ähnlichkeit zwischen Ihrem Beispiel und meiner Frage. Können Sie bitte klarstellen? Die Weltraumexpansion kann jetzt hier, wo wir sind, keine Teilchen auseinander bewegen, aber sie konnte es damals, obwohl die Dichte damals noch größer war? Vielleicht muss ich das klären, also werde ich es bearbeiten, wenn es nicht klar ist.
Eine gleichmäßige Raumausdehnung zieht Materie nicht auseinander. Lokale Kräfte halten Materie nicht gegen "die Kraft der Raumausdehnung" zusammen - eine solche Kraft existiert nicht. Gute Frage sowieso +1.
@safesphere vielen Dank! Wenn Sie sagen "es gibt keine solche Kraft", meinen Sie damit, dass dunkle Energie keine Kraft ist?
@ÁrpádSzendrei Kräfte sind nicht für die gleichförmige Bewegung verantwortlich (Newtons erstes Gesetz), sondern nur für die Beschleunigung (Newtons zweites Gesetz). „Dunkle Energie“ (falls vorhanden) kann als „Kraft“ angesehen werden und hat daher nichts mit der gleichmäßigen Raumausdehnung zu tun. Keine Kraft verursacht die Ausdehnung und die Ausdehnung übt keine Kräfte auf die Materie aus. "Dunkle Energie" wäre für die Beschleunigung der Expansion verantwortlich, aber (selbst wenn eine solche Beschleunigung existiert) ist sie so winzig, dass sie auf der Galaxienskala für alle praktischen Zwecke ignoriert werden kann.

Antworten (3)

Es gibt zwei Gründe, warum es im sehr frühen Universum keinen Gravitationskollaps gab:

  1. Die Verteilung von Energie und Materie kurz nach dem Urknall war nahezu gleichmäßig. Aufgrund dieser Symmetrie gab es keinen Grund dafür, dass der Gravitationskollaps eher an einem Ort statt an einem anderen stattfand – die Netto-Gravitationskraft an jedem Ort summierte sich auf etwas sehr, sehr nahes Null.
  2. Das frühe Universum hatte eine sehr hohe Temperatur, was bedeutete, dass sich die Elementarteilchen schnell bewegten und die Schwerkraft nur sehr wenig Einfluss auf sie hatte.

Der Raum dehnte sich aus, aber dies bedeutete keine „Überwindung“ der Schwerkraft. Tatsächlich bedeutete die Ausdehnung des Weltraums, dass sich das Universum abkühlte, was die Schwerkraft unterstützte. Wie ein Bleistift, der auf seiner Spitze balanciert, befand sich das Universum in einem instabilen Gleichgewicht, das mit zunehmender Abkühlung noch instabiler wurde.

Als sich das Universum ausdehnte und abkühlte, vereinigten sich Elementarteilchen zu Protonen und Neutronen und dann zu Atomen (fast alle davon waren Wasserstoff- und Heliumatome). Dies dauerte mehrere hunderttausend Jahre. Die sehr kleinen Abweichungen von der absoluten Symmetrie reichten dann aus, um den Kollaps der abkühlenden Atome in gravitativ gebundene Wolken und dann in die ersten Sterne und Galaxien auszulösen. Aber dieser Prozess war sehr langsam, und die ersten Sterne ( Sterne der Population III genannt ) brauchten Hunderte von Millionen Jahren, um sich zu bilden.

Gute Antwort. Können Sie mir bitte sagen, dass es wie ein gleichmäßig verteilter Bereich von Partikeln war, in dem sich die Schwerkraft aus allen Richtungen aufhob und somit keine Möglichkeit hatte, eine extreme Krümmung zu erzeugen? Obwohl es also sehr dicht war, gab es eine räumliche Trennung zwischen den Partikeln, das heißt, es gab etwas Raum zwischen ihnen? Das könnte die Schwerkraft erklären. Was ist mit den anderen Kräften? Warum hat zum Beispiel während der Quark-Epoche die starke (oder damals vereinte) Kraft sie nicht zusammengehalten?
@ÁrpádSzendrei Ja, man könnte sagen, dass die Schwerkraft aus allen Richtungen aufgehoben wird. Und während der Quark-Epoche war die Temperatur des Universums so hoch, dass selbst die starke Kraft nicht stark genug war, um Quarks in Protonen und Neutronen zu binden. Zu diesem Zeitpunkt war das Universum mit einem Quark-Gluon-Plasma gefüllt – siehe en.wikipedia.org/wiki/Quark%E2%80%93gluon_plasma für weitere Details.
" Das frühe Universum hatte eine sehr hohe Temperatur " - Woher wissen Sie das? Die Entropie nimmt zu, also muss sie beim Urknall Null sein, was die absolute Nulltemperatur im frühen Universum impliziert. Die Fermi-Energie kann aufgrund des Pauli-Ausschlussprinzips hoch sein, aber nur, wenn alle Materie beim Urknall und nicht danach produziert wird. Wir wissen das nicht, aber selbst wenn, kann die Fermi-Energie bei einer thermodynamischen Temperatur von null hoch sein - kalt zum Anfassen, weil diese Energie nicht als Wärme übertragen werden kann.
@safesphere Hohe Temperatur ist aufgrund der Schwerkraft mit niedriger Entropie im frühen Universum kompatibel. Siehe en.wikipedia.org/wiki/Entropy_(arrow_of_time)#Cosmology : „Das Universum befand sich in seinen sehr frühen Stadien in einem gleichförmigen Zustand hoher Dichte ... Das heiße Gas im frühen Universum befand sich nahe dem thermodynamischen Gleichgewicht ... in Systeme, in denen die Gravitation eine große Rolle spielt, ist dies ein Zustand niedriger Entropie ...“.
Die negative Wärmekapazität, auf die Sie sich beziehen, scheint der Aussage zu widersprechen, dass die Nettogravitationskraft nahe Null ist. Dies geht jedoch möglicherweise etwas über das Thema der Frage hinaus, also machen Sie sich bitte nichts daraus.

Wird in den obigen Erklärungen angenommen, dass ein dimensionaler „Raum“, der als ein bestimmtes Vakuumvolumen existierte (dh eine vollständige Abwesenheit von Materie oder Energie hat oder enthält), vor den Urknallereignissen existiert haben muss? Das scheint eine sehr große Annahme zu sein.

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Ich denke, Ihre Frage basiert auf einer falschen Annahme über die Geometrie des Universums. Sie sagen, dass Sie nicht nach einem Schwarzen Loch fragen, aber ich vermute, dass Sie die Geometrie des Universums als eine endliche Ansammlung von Materie sehen, die von Vakuum umgeben ist . Wenn die Temperatur dieser Materiekonfiguration zu einem frühen Zeitpunkt nicht heiß genug ist (oder äquivalent nicht genug Druck hat), dann würde die gesamte Materie zu einem Schwarzen Loch zusammenbrechen.

Wenn ich mit Ihrer Ansicht der Geometrie falsch liege, lassen Sie es mich bitte wissen, und ich werde versuchen, Ihre Frage basierend auf der tatsächlichen Geometrie zu beantworten, die Sie im Sinn haben. Ist es endlich oder unendlich? Ist es homogen oder etwas anderes? Wenn es endlich ist, sehen Sie es als 3D-Grenze einer 4D-Hypersphäre oder etwas anderes? Ist dunkle Energie vorhanden oder nicht?

Übrigens: Die Ausdehnung des Weltraums führt nicht dazu, dass sich alle Materie auseinanderbewegt, wie sich sehr weit entfernte Galaxien von der Milchstraße entfernen. Die Materie in der Milchstraße bleibt in einem Bereich, der mit dem jetzt identisch (oder fast so) ist.

Ich frage einfach, damals, als die Dichte extrem war und die Schwerkraft extrem war und andere Kräfte wirkten, um Partikel anzuziehen, flogen sie immer noch auseinander, aber jetzt fliegen Partikel nicht mehr auseinander, sie bleiben hier in Klumpen, wo wir sind Beispiel.
Wie war die Weltraumexpansion damals in der Lage, die anderen Kräfte zu überwinden, aber nicht jetzt>
@Árpád Szendrei Es gibt ein aktives Konzept, dass die Raumerweiterung innerhalb einer Grenze keine Auswirkung auf nahe beieinander liegende Materie hat. Beispielsweise wirkt es sich nicht auf die Bestandteile der Milchstraße aus. Für Materie, die weit genug entfernt ist, hat sie jedoch den Effekt, lokale Gravitationseffekte zu dominieren. Es gibt eine Formel, die verwendet wird, um zu entscheiden, ob die Materie weit genug voneinander entfernt ist, um durch die Expansion des Universums bewirkt zu werden, ich werde diese Formel später hinzufügen.
Die Formel für die Fluchtgeschwindigkeit eines Testteilchens im Abstand D von einem Gravitationskörper lautet V_esc=(2GM/D)^(1/2). Die Formel für die Expansion lautet V_exp = HD. D_lim ist der Wert, für den V_esc=V_exp. Wenn D > D_lim, dann wird das Testteilchen durch das expandierende Universum beeinflusst. Wenn D<D_lim dann ist es nicht. Dies ist eher als ungefähre Regel denn als genaue Regel zu verstehen. D_lim=(2GM/H^2)^(1/3).
Wie haben Teilchen gleich nach dem Urknall die extreme Schwerkraft und andere Kräfte überwunden und es geschafft, auseinanderzufliegen?
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