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

Question

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

Antwort

Verwandte Fragen

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

Wie stark steigt die Temperatur in einem 30 m³ Raum durch 90 Watt über 4 Stunden?

Welche Aufschlagenergie hätte eine 0,5 Gramm schwere Bleikugel bei 99,999999% der Lichtgeschwindigkeit?

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

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

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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.

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Um die Temperaturerhöhung in einem Raum durch eine bestimmte Heizleistung zu berechnen, kannst du wie folgt vorgehen: **Gegeben:** - Raumvolumen \( V = 30\,\text{m}^3 \) - Heizleistung \( P = 90... [mehr]

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Um die Temperaturerhöhung in einem Raum durch eine bestimmte Heizleistung zu berechnen, kannst du wie folgt vorgehen: **Gegeben:** - Raumvolumen \( V = 30\,\text{m}^3 \) - Heizleistung \( P = 90\,\text{W} \) - Zeit \( t = 4\,\text{h} = 14\,400\,\text{s} \) - Luftdichte \( \rho \approx 1{,}2\,\text{kg/m}^3 \) - Spezifische Wärmekapazität der Luft \( c \approx 1000\,\text{J/(kg·K)} \) **Schritt 1: Gesamtenergie berechnen** \[ E = P \cdot t = 90\,\text{W} \cdot 14\,400\,\text{s} = 1\,296\,000\,\text{J} \] **Schritt 2: Masse der Luft im Raum** \[ m = V \cdot \rho = 30\,\text{m}^3 \cdot 1{,}2\,\text{kg/m}^3 = 36\,\text{kg} \] **Schritt 3: Temperaturerhöhung berechnen** \[ \Delta T = \frac{E}{m \cdot c} = \frac{1\,296\,000\,\text{J}}{36\,\text{kg} \cdot 1000\,\text{J/(kg·K)}} = \frac{1\,296\,000}{36\,000} = 36\,\text{K} \] **Antwort:** Die Temperatur im Raum würde sich theoretisch um **36 °C** erhöhen, wenn keine Wärme verloren geht (idealisierter, perfekt isolierter Raum). **Hinweis:** In der Praxis gibt es immer Wärmeverluste (z.B. durch Wände, Fenster, Lüftung), sodass die tatsächliche Temperaturerhöhung geringer ausfällt.

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Um die Aufschlagenergie einer Bleikugel mit 0,5 Gramm (0,0005 kg) bei 99,999999 % der Lichtgeschwindigkeit zu berechnen, muss die relativistische Energieformel verwendet werden, da bei solchen Geschwi... [mehr]

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Um die Aufschlagenergie einer Bleikugel mit 0,5 Gramm (0,0005 kg) bei 99,999999 % der Lichtgeschwindigkeit zu berechnen, muss die relativistische Energieformel verwendet werden, da bei solchen Geschwindigkeiten die klassische Formel nicht mehr gilt. **Gegeben:** - Masse \( m = 0{,}0005 \) kg - Geschwindigkeit \( v = 0{,}99999999 \cdot c \) - Lichtgeschwindigkeit \( c = 299\,792\,458 \) m/s **Relativistische kinetische Energie:** \[ E_\text{kin} = (\gamma - 1) m c^2 \] mit \[ \gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}} \] **Berechnung von \(\gamma\):** \[ v = 0{,}99999999 \cdot c \] \[ \left(\frac{v}{c}\right)^2 = (0{,}99999999)^2 \approx 0{,}99999998 \] \[ 1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2 = 0{,}00000002 \] \[ \sqrt{0{,}00000002} \approx 0{,}000141421 \] \[ \gamma = \frac{1}{0{,}000141421} \approx 7071 \] **Kinetische Energie:** \[ E_\text{kin} = (7071 - 1) \cdot 0{,}0005 \cdot (299\,792\,458)^2 \] \[ E_\text{kin} \approx 7070 \cdot 0{,}0005 \cdot 8,98755179 \times 10^{16} \] \[ 7070 \cdot 0{,}0005 = 3,535 \] \[ E_\text{kin} \approx 3,535 \cdot 8,98755179 \times 10^{16} \] \[ E_\text{kin} \approx 3,177 \times 10^{17} \text{ Joule} \] **Umrechnung in Kilogramm (äquivalente Masse nach \( E = mc^2 \)):** \[ m_\text{äquiv} = \frac{E_\text{kin}}{c^2} \] \[ m_\text{äquiv} = \frac{3,177 \times 10^{17}}{8,98755179 \times 10^{16}} \] \[ m_\text{äquiv} \approx 3,54 \text{ kg} \] **Antwort:** Die Aufschlagenergie einer 0,5-Gramm-Bleikugel mit 99,999999 % der Lichtgeschwindigkeit entspricht etwa **3,18 × 10¹⁷ Joule** oder der Energie, die bei der Umwandlung von **3,54 kg Masse** nach \( E = mc^2 \) frei würde.

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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]

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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]

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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 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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Deine Frage spielt auf die Begriffe „Relativität“, „relativiert“ und „real“ an und stellt sie in einen Zusammenhang. In der Physik beschreibt die Relativit&aum... [mehr]

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Deine Frage spielt auf die Begriffe „Relativität“, „relativiert“ und „real“ an und stellt sie in einen Zusammenhang. In der Physik beschreibt die Relativitätstheorie (z. B. von Albert Einstein) die Abhängigkeit physikalischer Vorgänge von Bezugssystemen – also, dass Dinge wie Zeit und Raum nicht absolut, sondern relativ sind. „Relativiert“ bedeutet allgemein, etwas in einen Zusammenhang zu setzen oder zu hinterfragen, ob es unter anderen Bedingungen anders erscheint. „Real“ bezieht sich auf das, was als wirklich oder tatsächlich existierend angesehen wird. Im Kern stellt sich die Frage: Ist etwas, das relativ ist, überhaupt real? Die moderne Physik sagt: Ja, auch relative Größen sind real – sie sind nur abhängig vom Beobachter oder Bezugssystem. Realität ist also nicht immer absolut, sondern kann von Standpunkten abhängen. Das bedeutet aber nicht, dass sie beliebig ist, sondern dass sie in einem bestimmten Rahmen (dem jeweiligen Bezugssystem) gültig und messbar ist.

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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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Der Energieerhaltungssatz besagt, dass Energie in einem abgeschlossenen System weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann. Die Gesamtenergie bleib... [mehr]

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Der Energieerhaltungssatz besagt, dass Energie in einem abgeschlossenen System weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann. Die Gesamtenergie bleibt also konstant. Die berühmte Gleichung \( E = m \cdot c^2 \) von Albert Einstein aus der speziellen Relativitätstheorie zeigt, dass Masse eine Form von Energie ist. Sie besagt, dass eine Masse \( m \) einer Energie \( E \) entspricht, wobei \( c \) die Lichtgeschwindigkeit ist. **Zusammenhang:** Die Gleichung \( E = m \cdot c^2 \) erweitert den Energieerhaltungssatz: Nicht nur klassische Energieformen (wie Bewegungsenergie oder Wärme), sondern auch die Masse selbst trägt zur Gesamtenergie eines Systems bei. Das bedeutet, dass bei Prozessen, in denen Masse in Energie umgewandelt wird (z.B. Kernreaktionen), die Gesamtenergie (einschließlich der durch Masse repräsentierten Energie) erhalten bleibt. **Kurz gesagt:** Der Energieerhaltungssatz gilt auch unter Einbeziehung der Masse als Energieform gemäß \( E = m \cdot c^2 \). Die Gleichung liefert also die Grundlage dafür, Masse als Energie zu betrachten und in die Bilanz der Energieerhaltung einzubeziehen.

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Das Zwillingsparadoxon ist ein Gedankenexperiment aus der speziellen Relativitätstheorie. Es besagt, dass ein Zwilling, der mit nahezu Lichtgeschwindigkeit (z. B. 0,95 c) ins All reist und zur&uu... [mehr]

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Das Zwillingsparadoxon ist ein Gedankenexperiment aus der speziellen Relativitätstheorie. Es besagt, dass ein Zwilling, der mit nahezu Lichtgeschwindigkeit (z. B. 0,95 c) ins All reist und zurückkehrt, bei seiner Rückkehr jünger ist als sein auf der Erde gebliebener Zwilling. **Warum altert der reisende Zwilling weniger, obwohl keine Vitalparameter (wie Herzschlag, Atmung etc.) für ihn selbst langsamer erscheinen?** Das liegt daran, dass die Zeitdilatation ein fundamentaler Effekt der Relativitätstheorie ist: Für den mitfliegenden Astronauten vergeht die Zeit tatsächlich langsamer relativ zur Erde. Das betrifft alle Prozesse gleichermaßen – biologische wie physikalische. Für den Astronauten selbst fühlt sich alles normal an: Herzschlag, Denken, Altern – alles läuft wie gewohnt ab. Er merkt keine Verlangsamung seiner eigenen Vitalparameter. **Der Unterschied entsteht im Vergleich zur Erde:** - Für einen Beobachter auf der Erde vergeht die Zeit für den Astronauten langsamer. - Wenn der Astronaut zurückkehrt, hat er objektiv weniger Zeit erlebt als der Zwilling auf der Erde. - Das ist keine Täuschung oder Illusion, sondern ein realer Effekt: Der Astronaut ist biologisch jünger geblieben. **Warum merkt der Astronaut nichts davon?** Weil alle Prozesse in seinem Körper und in seiner Umgebung gleichermaßen betroffen sind. Die Zeitdilatation wirkt auf alles – Uhren, biologische Vorgänge, chemische Reaktionen. Deshalb fühlt sich für ihn alles normal an. **Fazit:** Der Astronaut altert weniger, weil für ihn während des Flugs tatsächlich weniger Zeit vergeht als für den Zwilling auf der Erde. Das ist ein Effekt der Relativitätstheorie und betrifft alle Vorgänge gleichermaßen – deshalb bemerkt der Astronaut selbst keine Verlangsamung seiner Vitalparameter. Weitere Infos: - [Wikipedia: Zwillingsparadoxon](https://de.wikipedia.org/wiki/Zwillingsparadoxon) - [Einstein-Online: Das Zwillingsparadoxon](https://www.einstein-online.info/vertiefung/zwillingsparadoxon/)

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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 tats&aum... [mehr]

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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).