Erklärt ein Modell mit logarithmierter Zeit, warum der Urknall unendlich weit zurückliegt und beantwortet das Fragen zur Zeit vor dem Urknall?

Question

Erklärt ein Modell mit logarithmierter Zeit, warum der Urknall unendlich weit zurückliegt und beantwortet das Fragen zur Zeit vor dem Urknall?

Antwort

Verwandte Fragen

Wie verwandelte sich nach dem Urknall Energie in Materie und Antimaterie und woraus bestehen sie?

Gab es beim Urknall eine Wechselwirkung zwischen Energie und Kräften und erklärt diese alle Vorgänge im Universum?

Wie groß ist die Beschleunigung, wenn ein Auto von 0 auf 3 m/s in 4 Sekunden beschleunigt?

Wie lauten die Formeln zur Berechnung von Strecke und Zeit bei geradlinig gleichförmiger Bewegung?

Ist es ein Widerspruch, dass Zeit laut einer These keine physikalische Größe ist, aber in der SRT mit dem Raum verschmilzt?

Reise ich in die Zukunft des Universums, wenn ich Richtung Urknall reise?

Gibt es Vorgänge, die mit negativer Zeit ablaufen?

Wie wurde eine Sekunde kurz nach dem Urknall definiert?

Ist die Hypothese widerspruchsfrei, dass der gesamte Raum seit dem Urknall gleich groß ist, wenn Raum als relative Messgröße definiert wird?

Ist die Ausdehnung des Raumes nach dem Urknall eine Illusion, weil Raum relativ ist?

Accepted Answer

Wenn du ein Modell verwendest, in dem die Zeit logarithmiert wird (also z. B. \( t' = \log(t) \)), dann verschiebt sich der Zeitpunkt \( t = 0 \) (der Urknall) im neuen Zeitmaßstab tatsächlich gegen minus unendlich (\( t' \to -\infty \)). Das bedeutet: Je näher du dem Urknall kommst, desto weiter „nach hinten“ verschiebt sich dieser Zeitpunkt auf der logarithmischen Skala. Allerdings löst das nicht das physikalische Problem der Zeit „vor“ dem Urknall. Die Frage, was vor dem Urknall war, ist nicht nur eine Frage der Zeitmessung oder der Skala, sondern eine fundamentale Frage der Physik und Kosmologie. Die gängigen Modelle (wie die Allgemeine Relativitätstheorie) beschreiben die Zeit ab dem Urknall, aber nicht davor – weil dort die bekannten physikalischen Gesetze zusammenbrechen (Singularität). Das logarithmische Zeitmodell ist also eine mathematische Umformung, die den Urknall auf der Skala verschiebt, aber keine neue Information über die physikalische Realität vor dem Urknall liefert. Die Frage nach der Zeit „vor“ dem Urknall bleibt damit unbeantwortet, weil sie nicht durch die Wahl der Zeitachse, sondern durch die Grenzen der aktuellen physikalischen Theorien bestimmt wird. Weitere Informationen findest du z. B. bei [Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik](https://www.aei.mpg.de/urknall) oder [Spektrum.de: Was war vor dem Urknall?](https://www.spektrum.de/frage/was-war-vor-dem-urknall/1432342).

Accepted Answer

Nach dem Urknall war das Universum extrem heiß und dicht, sodass Energie in Form von Photonen (Lichtteilchen) vorlag. Nach der berühmten Formel von Albert Einstein, \(E = mc^2\), kann Energ... [mehr]

Accepted Answer

Nach dem Urknall war das Universum extrem heiß und dicht, sodass Energie in Form von Photonen (Lichtteilchen) vorlag. Nach der berühmten Formel von Albert Einstein, \(E = mc^2\), kann Energie in Masse umgewandelt werden und umgekehrt. **Umwandlung von Energie in Materie und Antimaterie:** Als das Universum sich abkühlte (etwa eine Millionstel Sekunde nach dem Urknall), hatten die Photonen genug Energie, um Teilchen und Antiteilchen zu erzeugen. Das geschah durch sogenannte Paarbildung: Ein energiereiches Photon kann sich in ein Teilchen und sein Antiteilchen umwandeln, zum Beispiel in ein Elektron und ein Positron (das Antiteilchen des Elektrons). Gleichzeitig konnten sich Teilchen und Antiteilchen auch wieder vernichten (Annihilation) und dabei wieder Energie in Form von Photonen freisetzen. Im frühen Universum geschah dies ständig in beide Richtungen. **Woraus bestehen Materie und Antimaterie?** - **Materie** besteht aus Teilchen wie Elektronen, Protonen und Neutronen. Protonen und Neutronen wiederum bestehen aus Quarks (Up- und Down-Quarks). - **Antimaterie** besteht aus den entsprechenden Antiteilchen: Das Antiteilchen des Elektrons ist das Positron, das des Protons das Antiproton, das des Neutrons das Antineutron. Auch Quarks haben Antiteilchen (Antiquarks). **Unterschied zwischen Materie und Antimaterie:** Der Hauptunterschied liegt in den elektrischen Ladungen und anderen Quantenzahlen: Ein Elektron hat eine negative Ladung, ein Positron eine positive. Treffen Materie und Antimaterie aufeinander, vernichten sie sich gegenseitig und setzen Energie frei. **Warum gibt es heute mehr Materie als Antimaterie?** Im frühen Universum entstanden Materie und Antimaterie fast zu gleichen Teilen. Aus bisher nicht vollständig geklärten Gründen blieb aber ein kleiner Überschuss an Materie übrig – die heutige sichtbare Materie im Universum. **Zusammengefasst:** - Nach dem Urknall wandelte sich Energie durch Paarbildung in Materie und Antimaterie um. - Materie besteht aus Teilchen wie Elektronen, Protonen (aus Quarks), Antimaterie aus den entsprechenden Antiteilchen. - Materie und Antimaterie unterscheiden sich vor allem in ihren Ladungen und Quantenzahlen. Weitere Informationen findest du z.B. bei [DESY](https://www.desy.de/wissen/wissenswelten/urknall/index_ger.html) oder [CERN](https://home.cern/science/physics/antimatter).

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Beim Urknall, also dem Beginn unseres Universums vor etwa 13,8 Milliarden Jahren, waren Energie, Materie und die fundamentalen Kräfte (Wechselwirkungen) eng miteinander verbunden. In den ersten S... [mehr]

Accepted Answer

Beim Urknall, also dem Beginn unseres Universums vor etwa 13,8 Milliarden Jahren, waren Energie, Materie und die fundamentalen Kräfte (Wechselwirkungen) eng miteinander verbunden. In den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall herrschten extrem hohe Temperaturen und Energiedichten. In diesem Zustand waren die vier Grundkräfte des Universums – Gravitation, Elektromagnetismus, starke und schwache Kernkraft – vermutlich noch vereint oder zumindest nicht so voneinander getrennt wie heute. **Wechselwirkung zwischen Energie und Kräften:** - Energie und Kräfte sind im physikalischen Sinne eng miteinander verknüpft. Kräfte entstehen durch Wechselwirkungen zwischen Teilchen, und diese Wechselwirkungen werden durch den Austausch von sogenannten Eichbosonen (z.B. Photonen für den Elektromagnetismus) vermittelt. - In der Frühphase des Universums wandelte sich Energie (z.B. in Form von Strahlung) durch Prozesse wie Paarbildung in Materie und Antimaterie um. Die Kräfte bestimmten, wie diese Umwandlungen abliefen und wie sich das Universum weiterentwickelte. **Erklärt diese Wechselwirkung sämtliche Vorgänge im Universum?** - Die fundamentalen Wechselwirkungen (Kräfte) und die Energieverteilung bestimmen tatsächlich alle physikalischen Vorgänge im Universum. Sie erklären, wie Materie entsteht, wie Sterne und Galaxien sich bilden, wie chemische Elemente entstehen und wie das Universum expandiert. - Allerdings gibt es noch offene Fragen, z.B. zur Vereinigung aller Kräfte (eine "Weltformel" existiert noch nicht), zur Natur der Dunklen Materie und Dunklen Energie sowie zu den genauen Bedingungen beim Urknall selbst. **Fazit:** Die Wechselwirkung zwischen Energie und den fundamentalen Kräften beim Urknall bildet die Grundlage für sämtliche physikalischen Vorgänge im Universum. Sie erklärt, wie das Universum entstanden ist und sich entwickelt hat, auch wenn noch nicht alle Details vollständig verstanden sind.

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Die Beschleunigung \( a \) berechnest du mit der Formel: \[ a = \frac{\Delta v}{\Delta t} \] Dabei ist \(\Delta v = 3\,\text{m/s} - 0\,\text{m/s} = 3\,\text{m/s}\) \(\Delta t = 4\,\text{s}\) Al... [mehr]

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Die Beschleunigung \( a \) berechnest du mit der Formel: \[ a = \frac{\Delta v}{\Delta t} \] Dabei ist \(\Delta v = 3\,\text{m/s} - 0\,\text{m/s} = 3\,\text{m/s}\) \(\Delta t = 4\,\text{s}\) Also: \[ a = \frac{3\,\text{m/s}}{4\,\text{s}} = 0{,}75\,\text{m/s}^2 \] Die Beschleunigung beträgt also **0,75 m/s²**.

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Bei einer geradlinig gleichförmigen Bewegung gilt: **Strecke (s):** \( s = v \cdot t \) **Zeit (t):** \( t = \frac{s}{v} \) Dabei ist \( s \) = zurückgelegte Strecke (in Metern, m)... [mehr]

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Bei einer geradlinig gleichförmigen Bewegung gilt: **Strecke (s):** \( s = v \cdot t \) **Zeit (t):** \( t = \frac{s}{v} \) Dabei ist \( s \) = zurückgelegte Strecke (in Metern, m) \( v \) = konstante Geschwindigkeit (in Metern pro Sekunde, m/s) \( t \) = benötigte Zeit (in Sekunden, s)

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Die These, dass Zeit keine „wirkliche“ physikalische Größe sei, stammt meist aus philosophischen oder interpretationsbezogenen Diskussionen der Physik. In der Physik selbst, ins... [mehr]

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Die These, dass Zeit keine „wirkliche“ physikalische Größe sei, stammt meist aus philosophischen oder interpretationsbezogenen Diskussionen der Physik. In der Physik selbst, insbesondere in der Speziellen Relativitätstheorie (SRT), ist Zeit jedoch eine fundamentale Größe: Sie ist – zusammen mit dem Raum – Teil des vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuums. In der SRT werden Raum und Zeit mathematisch gleichberechtigt behandelt und zu einer Einheit, der Raumzeit, zusammengefasst. Ereignisse werden durch vier Koordinaten beschrieben: drei für den Raum, eine für die Zeit. Die Unterscheidung zwischen Raum und Zeit ist dabei nicht absolut, sondern hängt vom Bewegungszustand des Beobachters ab. Der scheinbare Widerspruch löst sich auf, wenn man die unterschiedlichen Ebenen betrachtet: - **Philosophisch/metaphysisch:** Hier wird diskutiert, ob Zeit „an sich“ existiert oder nur eine Folge von Veränderungen ist, die wir wahrnehmen. Manche vertreten die Ansicht, dass Zeit nur ein mentales Konstrukt ist. - **Physikalisch/mathematisch:** In der SRT ist Zeit eine messbare, mathematisch exakt definierte Größe, die mit dem Raum zu einer vierdimensionalen Struktur verschmilzt. Die Gleichungen der Physik funktionieren nur, wenn Zeit als physikalische Größe behandelt wird. Fazit: In der Physik, insbesondere in der Relativitätstheorie, ist die Zeit eine reale, messbare Größe, die mit dem Raum zur Raumzeit verschmilzt. Die philosophische Frage nach der „Wirklichkeit“ der Zeit ist davon unabhängig und kein Widerspruch zur physikalischen Behandlung in der SRT.

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Nein, wenn du in Richtung des Urknalls reist, reist du nicht in die „zukünftige Zukunft“ des Universums, sondern in seine Vergangenheit. Der Urknall markiert den Anfangspunkt von Rau... [mehr]

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Nein, wenn du in Richtung des Urknalls reist, reist du nicht in die „zukünftige Zukunft“ des Universums, sondern in seine Vergangenheit. Der Urknall markiert den Anfangspunkt von Raum und Zeit in unserem Universum. Wenn du dich also in Richtung des Urknalls bewegst (theoretisch gesprochen, denn praktisch ist das nicht möglich), würdest du dich zeitlich rückwärts bewegen – also in die Vergangenheit des Universums, nicht in seine Zukunft. Die „Zukunft“ des Universums liegt zeitlich nach dem jetzigen Moment, während der Urknall am Anfang der Zeit steht. In der Kosmologie bedeutet „in Richtung Urknall“ immer: zurück in die Vergangenheit, zu einem Zeitpunkt, als das Universum jünger, dichter und heißer war.

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In der Physik bezeichnet „negative Zeit“ in der Regel eine Umkehrung der Zeitrichtung, also Prozesse, die rückwärts in der Zeit ablaufen. Im Alltag und in der klassischen Physik... [mehr]

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In der Physik bezeichnet „negative Zeit“ in der Regel eine Umkehrung der Zeitrichtung, also Prozesse, die rückwärts in der Zeit ablaufen. Im Alltag und in der klassischen Physik beobachten wir solche Vorgänge nicht: Die Zeit scheint immer nur in eine Richtung zu verlaufen – von der Vergangenheit in die Zukunft. Das nennt man auch den „Zeitpfeil“. Allerdings gibt es in bestimmten physikalischen Theorien und Experimenten interessante Aspekte dazu: 1. **Zeitumkehrsymmetrie (T-Symmetrie):** Viele physikalische Grundgesetze (z. B. die Bewegungsgleichungen der klassischen Mechanik oder der Quantenmechanik) sind zeitumkehrsymmetrisch. Das heißt, sie würden auch dann gelten, wenn die Zeit rückwärts liefe. In der Realität beobachten wir aber makroskopisch keine Prozesse, die exakt rückwärts ablaufen (z. B. dass ein zerbrochenes Glas von selbst wieder ganz wird). 2. **Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik:** Der zweite Hauptsatz besagt, dass die Entropie (Unordnung) in einem abgeschlossenen System niemals abnimmt. Das ist der Grund, warum wir keine Prozesse mit „negativer Zeit“ sehen: Sie wären extrem unwahrscheinlich, weil sie eine Abnahme der Entropie bedeuten würden. 3. **Quantenmechanik:** In der Quantenmechanik gibt es mathematische Lösungen, die einer negativen Zeitrichtung entsprechen. In der Praxis werden diese aber meist als „virtuelle Prozesse“ oder als mathematische Hilfsmittel interpretiert. 4. **Antiteilchen und Feynman-Diagramme:** In der Teilchenphysik kann man Antiteilchen als Teilchen interpretieren, die sich rückwärts in der Zeit bewegen. Das ist aber eine mathematische Interpretation und bedeutet nicht, dass wir tatsächlich Vorgänge mit negativer Zeit beobachten. **Fazit:** Im Alltag und in der beobachtbaren Natur gibt es keine Vorgänge, die mit negativer Zeit ablaufen. In der theoretischen Physik gibt es jedoch Modelle und Interpretationen, in denen eine Umkehrung der Zeitrichtung eine Rolle spielt – diese sind aber meist nicht direkt beobachtbar. Weitere Informationen findest du z. B. bei [Spektrum.de: Zeitumkehr](https://www.spektrum.de/lexikon/physik/zeitumkehr/14860).

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Eine Sekunde ist heute als das 9.192.631.770-fache der Periodendauer der Strahlung definiert, die beim Übergang zwischen zwei Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustands von Cäsium-133-Atomen... [mehr]

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Eine Sekunde ist heute als das 9.192.631.770-fache der Periodendauer der Strahlung definiert, die beim Übergang zwischen zwei Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustands von Cäsium-133-Atomen entsteht. Diese Definition gilt unabhängig davon, wann im Universum die Sekunde gemessen wird. Kurz nach dem Urknall, also in den ersten Sekunden nach dem Entstehen des Universums, war die physikalische Umgebung jedoch extrem anders: Temperaturen und Energiedichten waren enorm hoch, Atome wie Cäsium existierten noch nicht. Dennoch kann man die Sekunde als Zeiteinheit auch auf diese Epoche anwenden, indem man die heutige Definition als Maßstab nimmt. Physiker rechnen also die Zeit nach dem Urknall in Sekunden, wobei sie die heutige Definition der Sekunde zugrunde legen – auch wenn es damals keine Uhren oder Cäsium-Atome gab. Zusammengefasst: Die Sekunde kurz nach dem Urknall ist die gleiche Zeiteinheit wie heute, definiert durch die moderne Cäsium-Definition. Sie wird als Maßstab verwendet, um Zeitintervalle im frühen Universum zu beschreiben, auch wenn die physikalischen Bedingungen damals ganz andere waren.

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Die Hypothese, dass der gesamte „Raum“ seit dem Urknall „genauso groß“ sei, ist nur dann widerspruchsfrei, wenn man „Raum“ tatsächlich als rein relative... [mehr]

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Die Hypothese, dass der gesamte „Raum“ seit dem Urknall „genauso groß“ sei, ist nur dann widerspruchsfrei, wenn man „Raum“ tatsächlich als rein relative Messgröße definiert und dabei auf absolute Maßstäbe verzichtet. In der modernen Kosmologie wird Raum typischerweise durch Abstände zwischen Objekten (z. B. Galaxien) gemessen, und diese Abstände verändern sich im Laufe der Zeit durch die Expansion des Universums. Die „Größe“ des Raums ist also abhängig von der gewählten Messmethode und dem verwendeten Maßstab. **Wenn „Raum“ als relative Messgröße definiert wird:** - Dann ist die Größe des Raums immer nur im Verhältnis zu etwas anderem sinnvoll anzugeben (z. B. „so und so viele Lichtjahre zwischen Galaxien“). - Wenn sich alle Maßstäbe (z. B. Längenmaßstäbe, Atomabstände) proportional mit dem Universum ausdehnen würden, könnte man argumentieren, dass der „Raum“ relativ gesehen immer gleich groß bleibt, weil sich alle relativen Abstände nicht ändern. - In diesem Sinne ist die Hypothese widerspruchsfrei, weil es keine absolute Größe gibt, an der man eine Veränderung festmachen könnte. **In der physikalischen Realität:** - Die Expansion des Universums wird durch die Zunahme der Abstände zwischen weit entfernten Galaxien gemessen, während lokale Maßstäbe (z. B. Atome, Sonnensysteme) durch andere Kräfte zusammengehalten werden und sich nicht mit ausdehnen. - Deshalb ist in der Standardkosmologie der „Raum“ nicht absolut, aber die Abstände zwischen weit entfernten Objekten wachsen mit der Zeit. **Fazit:** Wenn du „Raum“ ausschließlich als relative Messgröße definierst und auf absolute Maßstäbe verzichtest, ist die Hypothese, dass der Raum „genauso groß“ bleibt, widerspruchsfrei. Sie ist aber nicht die Sichtweise der Standardkosmologie, in der die Expansion des Universums durch die Veränderung von Abständen zwischen Objekten mit festen lokalen Maßstäben beschrieben wird. Weitere Informationen zur Expansion des Universums findest du z. B. bei [Max-Planck-Gesellschaft](https://www.mpg.de/expansion-des-universums).

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Die Frage, ob die Ausdehnung des Raumes nach dem Urknall eine Illusion sein könnte, weil "Raum" selbst relativ ist, berührt zentrale Konzepte der Kosmologie und der Relativitä... [mehr]

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Die Frage, ob die Ausdehnung des Raumes nach dem Urknall eine Illusion sein könnte, weil "Raum" selbst relativ ist, berührt zentrale Konzepte der Kosmologie und der Relativitätstheorie. In der modernen Kosmologie, insbesondere im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie, ist Raum tatsächlich kein absoluter, sondern ein dynamischer, veränderlicher Begriff. Die "Ausdehnung des Raumes" bedeutet, dass sich die Abstände zwischen weit entfernten Galaxien im Laufe der Zeit vergrößern – nicht, weil sich die Galaxien durch den Raum bewegen, sondern weil der Raum selbst "wächst". Ob das eine "Illusion" ist, hängt davon ab, wie man "Illusion" definiert. Die Ausdehnung ist ein Modell, das sehr gut mit Beobachtungen wie der kosmischen Hintergrundstrahlung und der Rotverschiebung ferner Galaxien übereinstimmt. Es ist also keine Illusion im Sinne einer Täuschung, sondern eine Beschreibung, die mit den Messdaten konsistent ist. Dass "Raum" relativ ist, stimmt insofern, als dass die Geometrie des Universums und die Messung von Entfernungen vom Beobachter abhängen und durch die Materie- und Energieverteilung beeinflusst werden. In der Relativitätstheorie gibt es keinen festen, absoluten Raum, sondern ein Raum-Zeit-Gefüge, das sich dynamisch verändert. Zusammengefasst: Die Ausdehnung des Raumes ist keine Illusion, sondern ein zentrales Element unseres besten physikalischen Modells des Universums. Allerdings ist "Raum" kein absoluter, sondern ein relativer und dynamischer Begriff, dessen Eigenschaften sich mit der Zeit und durch die Verteilung von Materie und Energie verändern.