Inflation des Universums < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 14:47 Do 24.01.2008 | | Autor: | der_emu |
Hallo zusammen! Ich hab morgen ein Physikreferat zum Thema Kosmologie. Und bin nun schon einigermaßen am Ende angelangt..
und komm nicht mehr weiter.
die probleme tauchen immer da auf wo man sie sich nicht wünscht.
es geht hier um den Abschnitt in dem die Inflation des Universums abgehandelt wird..
oder noch genauer der Punkt mit der Phasenverschiebung von Quarks und Leptonen, und wie und in welcher reihenfolge die einzelnen entwicklungsstufen da von statten gingen.
weder internet noch mein vorsintflutliches physikbuch dass ich als grundlage hernehmen muss bringen mich weiter.
ich bitte euch diesen text anzusehen, und mir fehler mitzuteilen bzw. zu korrigieren. insbesondere geht es um den oben genannten abschnitt..
im anschluss der text, und danke im vorraus!
Inflationäres Universum bezeichnet eine Phase extrem rascher Expansion des Universums, von der man annimmt, dass sie unmittelbar nach dem Urknall stattgefunden hat.
Nach derzeitigen Modellen setzte unmittelbar nach dem Urknall eine rasante, so genannte inflationäre Expansion des Raumes ein. Sie ist Gegenstand intensiver theoretischer Forschungen.
Die Hypothese von dieser inflationären Expansion wurde 1981 von Alan H. Guth vorgeschlagen und ist kein Element des ursprünglichen Urknallmodells. Anlass war die Feststellung, dass die relativistische Kosmologie zur Erklärung einiger fundamentaler Beobachtungen (siehe unten) eine Feinabstimmung (fine tuning) von kosmologischen Parametern erfordert.
und tatsächlich bietet Die Inflationshypothese einen physikalischen Mechanismus, aus dem sich einige grundlegende Fragen der Kosmologie klären. die Fragen die wir vorher besprochen ha
Während der Inflation entstanden aus Quantenfluktuationen winzige Schwankungen in der Geometrie des Raums, die sich in der heute beobachtbaren kosmischen Hintergrundstrahlung widerspiegeln.
Die Zeit, bis zu der wir Rückschlüsse von heutigen Verhältnissen auf die früheren machen kann,
ist die Planck-Zeit, sie ist der Beginn des Urknalls selbst. Erst ab diesem Zeitpunkt, kann von Raum und Zeit gesprochen werden.
Je nach zugrunde liegenden Annahmen begann sie zwischen 10-43 s, d.h. der Planck-Zeit, und damit dem Beginn des Urknalls selbst, und 10-35 s und dauerte bis zu einem Zeitpunkt zwischen 10-33 s und 10-30 s nach dem Urknall. Wie winzig dieser Zeitabschnitt ist sollte klar sein
In dieser Zeit soll sich das Universum um einen Faktor zwischen 10^30 und 10^50 ausgedehnt haben. Dennoch hätte der Bereich des heute sichtbaren Universums danach nur einen Durchmesser der Größenordnung 1 m gehabt. Allerdings war der Ausgangspunkt die Größe eines Elementarteilchens.
Anschließend setzte das Universum seine Expansion im Rahmen des Standard-Urknall-Modells fort wie von den Friedmann-Gleichungen beschrieben.
Zum Zeitpunkt des Urknalls, gab es noch keine unterschiede zwischen quarks und leptonen, aufgrund der extremen hitze. dies besagt die grand unified theory, die große allumfassende theorie, die sagt, dass alle kräfte und teilchen zu zeiten des urknalls aufgrund der hohen temperaturen mehr oder weniger eins waren.
!!!??? --> quarks und leptonen gelten als die fundamentalsten elementarteilchen des Universums.
sekundenbruchteile vor der inflation.. also zwischen urknall und inflation dehnte sich das universum bereits aus.. dadurch kühlte das universum vorerst kurzfristig ab, und wurde instabil.
dadurch kam es zu einer symmetriebrechung der quarks und leptonen, das heißt sie spalteten sich.
das kann man sich vorstellen wie eine phasenverschiebung bei wasser.
wenn man wasser ganz ganz langsam abkühlt (rekord bei -17°C) gefriert das wasser nicht bei seinem eigentlichen gefrierpunkt..sondern ist sogenanntes unterkühltes wasser bei minustemperaturen. dann reicht ein ganz leichter hauch aus, um diesen zustand zu brechen, und das wasser gefriert sofort durch.
dieser störende impuls war in dem fall der Phasenübergang der spaltung von quarks und leptonen, dadruch entstehen hypothetische higgsteilchen, die eine antigravitative wirkung haben.
diese verursachten daraufhin das rasante aufblähen des universums, also die inflation.
diese spaltung in quarks und leptonen hieß gleichzeitig die spaltung der urkraft in elektroschwache und starke wechselwirkung.
die leptonen waren nun die trägerteilchen für die elektroschwache wechselwirkung.
(so wie jede kraft ihre trägerteilchen hat..so zum beispiel die elektromagnetische wechselwirkung die elektronen)
durch abkühlen des universums nach der inflationsphase kommt es zur nächsten symmteriebrechung, und aus der elektroschwachen wechselwirkung wird die schwache und die elektromagnetische wechselwirkung.
zusammen mit der gravitation die sich bereits am anfang gebildet hatte?
das heißt die starke, und schwache wechselwirkung also die beiden kernkräfte, die elektromagnetische kraft und die gravitation.
der ablauf der aufspaltung der urkraft in die 4 teilkräfte konnte soweit experimentell nachgewiesen werden, als dass (der letzte schritt. die zweite syymetriebrechung) die schwache und die elektromagnetische wechselwirkung zu einer kraft bei einer bestimmten temperatur zusammenfliessen.
weiter kann man mit teilchenbeschleunigern noch nicht zurücksimulieren.
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Hallo!
Ich bin nicht so ganz bewandert auf diesem Gebiet, aber so ein paar Dinge sehe ich da noch.
Deine Erklärung zu den Kräften ist nicht so astrein.
Die Gravitation wirkt auf alle massebehafteten Teilchen, wird aber, weil sie so schwach ist, meist nicht betrachtet. Man sagt, die Kraft "koppelt" an die Masse der Teilchen
Die starke Kraft wirkt nur auf Quarks. Sie koppelt dabei an die so genannte "Farbladung", die es eben nur bei den Quarks gibt.
Die elektromagnetische Kraft koppelt an elektrische Ladungen, wirkt also zwischen allen geladenen Teilchen. Welche sind das? Nun, Quarks haben auch eine Ladung! Sie beträgt [mm] \pm1/3\,e [/mm] oder [mm] \pm2/3\,e [/mm] . (Die Elementarladung ist also nicht wirklich elementar an dieser Stelle.)
Und die Leptonen? Nun, es gibt Elektronen, Myonen und Taus , die haben alle eine Ladung von $-1e$. Dazu gibts Antiteilchen mit $+1e$. ABER zu jedem dieser Teilchen gibt es noch ein Neutrino, das keine oder fast keine Masse besitzt, und auch keine Ladung. Letzteres heißt, es hat nix mit der EM-Kraft zu tun.
Die schwache Kraft wirkt auf alle Teilchen, und koppelt an die so genannte "schwache Ladung".
Die vereinheitlichung der letzten beiden Kräfte sollte daher auch auf alle Teilchen wirken.
Jetzt noch zu den Trägerteilchen.
Du schreibt, das Elektron sei der Träger der EM-Kraft. Das stimmt aber nicht, denn daneben gibt es noch 17 andere geladene Teilchen, auf die die EM-Kraft ebenfalls wirkt!
Ich weiß nicht, ob das für deinen Fall zu weit führt, aber neben den obigen Teilchen gibt es noch weitere, die so genannten Eichbosonen. Diese werden tatsächlich als "Träger" der Kraft angesehen. Das prominenteste ist das Photon (Die EM-Kraft wird durch den Austausch von Photonen zwischen den Teilchen erklärt). Die starke Kraft hat "Gluonen", und die schwache hat W^+ , W^- und [mm] Z^0 [/mm] . Für die Gravitation ist hypothetisch das Graviton vorgesehen, aber dessen Existenz wurde bisher nicht nachgewiesen.
Bzw, ich sehe grade, du schreibst nicht EM, sondern ES-Kraft. Die wirkt ja auf ALLE o.g. Teilchen!
Nebenbei, früher gab es elektische und magnetische Kraft, die beiden wurden ziemlich separat voneinander behandelt, wenngleich schnell entdeckt wurde, daß beide irgendwie zusammen hängen.
Tatsächlich sind diese beiden Kräfte nur Auswirkung einer einzigen Kraft. Es gibt an der Stelle also schon eine Vereinheitlichung von zwei zunächst völlig unterschiedlichen Kräften zu einer einzigen. (Wenn du dich nicht explizit damit befasst, wirst du das aber kaum bemerken, weil beide Kräfte aus praktischen Gründen dennoch relativ getrennt voneinander betrachtet werden.)
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 23:09 Do 24.01.2008 | | Autor: | rainerS |
Hallo!
Ich habe den Eindruck, du hast dir keine guten Quellen zum Thema gesucht. Wenn du früher gefragt hättest, hätte ich dir Stephen Hawkings "Eine kurze Geschichte der Zeit" empfohlen oder Weinbergs "Die ersten drei Minuten".
Der Wikipedia-Artikel, aus dem du zitierst, ist nicht besonders gut, da gibt es deutlich bessere Erklärungen.
Ich habe zwei halbwegs gute Quellen online gefunden, allerdings sind das Folien aus Vorträgen, die sehr knapp gehalten sind:
![[]](/images/popup.gif) http://homepages.physik.uni-muenchen.de/~Otmar.Biebel/dm-seminar/GReiter-stat.pdf
http://www.mpifr-bonn.mpg.de/staff/sbritzen/v7.pdf
Das Modell des inflationären Universums wurde erfunden, um einige Probleme des Big-Bang-Modells zu beseitigen: Beobachtungen, die mit dem Big-Bang-Modell nicht gut übereinstimmen. Man handelt sich dabei ein paar neue Probleme ein. Und man muss alle diese Aussagen mit Vorsicht genießen: Die experimentelle Evidenz für viele der Aussagen ist extrem dünn. Inzwischen gibt es auch andere Hypothesen.
Wie es auf der letzten Folie des zweiten Vortrags so schön heisst:
Wenn sich ein Theoretiker nicht in mindestens 50% seiner Theorien irrt, ist er nicht kreativ genug!
Ein paar Bemerkungen zu Details:
> !!!??? --> quarks und leptonen gelten als die
> fundamentalsten elementarteilchen des Universums.
Im Standardmodell sind die bekannten Quarks und Leptonen elementare Teilchen, in den Grand Unified Theories (von denen es mehrere experimentell (noch) nicht überprüfbare gibt) sind sie es nicht immer, sondern aus anderen noch elementareren Teilchen zusammengesetzt.Unbekannt
> sekundenbruchteile vor der inflation.. also zwischen
> urknall und inflation dehnte sich das universum bereits
> aus.. dadurch kühlte das universum vorerst kurzfristig ab,
> und wurde instabil.
> dadurch kam es zu einer symmetriebrechung der quarks und
> leptonen, das heißt sie spalteten sich.
Nein. Symmetriebrechung bezieht sich auf die innere Symmetrie der Wechselwirkung. Das bedeutet, dass Quarks und Leptonen nicht mehr verschiedene Zustände derselben Sache sind, sondern unterschiedliche Teilen.
> durch abkühlen des universums nach der inflationsphase
> kommt es zur nächsten symmteriebrechung, und aus der
> elektroschwachen wechselwirkung wird die schwache und die
> elektromagnetische wechselwirkung.
>
> zusammen mit der gravitation die sich bereits am anfang
> gebildet hatte?
Die Gravitation spaltete sich schon viel früher ab.
> das heißt die starke, und schwache wechselwirkung also die
> beiden kernkräfte, die elektromagnetische kraft und die
> gravitation.
> der ablauf der aufspaltung der urkraft in die 4 teilkräfte
> konnte soweit experimentell nachgewiesen werden, als dass
> (der letzte schritt. die zweite syymetriebrechung) die
> schwache und die elektromagnetische wechselwirkung zu einer
> kraft bei einer bestimmten temperatur zusammenfliessen.
Der Ablauf wurde überhaupt nicht nachgewiesen. Die Symmetriebrechung der elektroschwachen Wechselwirkung wurde nachgewiesen durch die Entdeckung der Vektorbosonen am CERN. Allerdings ist bis heute das Higgsteilchen nicht gemessen worden, dass aber im Standardmodell zwingend vorhanden sein muss, um die Symmetriebrechung zu erklären.
> weiter kann man mit teilchenbeschleunigern noch nicht
> zurücksimulieren.
Zurücksimulieren kann man gar nicht. Man kann nur Zustände mit sehr hoher Energie schaffen. Man hofft, dass man damit in Bereiche kommt, in denen die vermuteten Effekte nachweisbar werden.
Viele Grüße
Rainer
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