Zukunft des Universums

dj2289 · Anmeldungsdatum: 31.07.2004 Beiträge: 39

Hallo zusammen,

in meiner Physik AG beschäftigen wir uns Gerade mit der Quantenphysik, dabei ist mir folgende Idee gekommen (bzw. zwei Ideen):

a) Jedes System strebt nach maximaler Entropie, demnach müsste doch das gesamte Universum versuchen, sich in so kleine Teile, wie möglich zu zerlegen und im gesamten Raum ausbreiten. Damit würde für jedes Teilchen maximale Entropie herrschen. Außerdem würde Thermisches Gleichgewicht herrschen.

b) Die Ausbreitung des Universums verlangsamt sich (durch die Gravitation die allgegenwärtig ist) und stützt in sich zusammen. Also im Grunde würde ein riesen Schwarzes Loch entstehen. Diese Theorie würde insoweit gut passen, dass man ja bei dem Urknall von einer Singularität ausgeht.

Gibt es schon ähnliche Theorien???

Vielen dank für Eure Antworten

dj2289

Airblader · Anmeldungsdatum: 07.05.2006 Beiträge: 129 Wohnort: Geislingen

Zu deiner 1. Hypothese kann ich nichts sagen.

Die 2. gibt es allerdings auf jeden Fall bereits. Tatsächlich ist es aber so, dass es eine antigravitative Kraft zu geben scheint, die das Universum zum Expandieren "zwingt".
Was bei dir falsch ist: Wenn das Universum in sich zusammenstürzt, dann entsteht nicht ein schwarzes Loch sondern einfach "nichts", denn in einem Raum der Größe 0 kann es kein schwarzes Loch geben Augenzwinkern

Übrigens: Die Expansion scheint sich sogar zu beschleunigen. Als Ursache vermutet man dafür die dunkle Energie smile

air

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Der "Wärmetod", den du da unter 1. beschrieben hast, ist schon fast ein alter Hase. Soweit ich weiß, kann das aber nur passieren, wenn unser Universum ein stofflich und energetisch abgeschlossenes System ist - was bis jetzt noch niemand so recht bestätigen konnte, weil wir ja nicht wissen, wo's aufhört. Big Laugh

T-Tauri · Anmeldungsdatum: 01.03.2007 Beiträge: 41

Sowas gehört dann bitte ins Astroforum.

[Stimmt, da passt dieser Thread besser hin. Ich verschiebe ihn mal aus der Mechanik in die Astronomie. Schönen Gruß, dermarkus]

Ja, also wenn du etwas über Kosmologie herausfinden willst, dann gibt es nur den Weg über die allgemeine Relativitätstheorie und die Lösungen der Friedmanngleichungen. Alles Weitere ist noch spezieller, da für ein Verständnis des Universums schlicht eine quantengravitative Theorie benötigt wird. Zudem ist man derzeit auf der Suche nach einer fünften Wechselwirkung, also ist noch lange nicht das letzte Wort gesagt.

a) und b) ist beides Quarks, denn mit einfachen Überlegungen kann man an das Universum nicht herangehen. Was man weiß ist, dass das Universum beschleunigt expandiert. Es ist aber anzunehmen, dass es mehr als eine gekoppelte Raumzeit gibt oder dass das Universum eine Projektion einer noch höherdimensionaleren Raumzeit ist. Man spricht in diesem Zusammenhang manchmal von einer 4D Oberfläche einer 5D Anti de Sitter Raumzeit. Ist alles etwas kompliziert.

Noch was: Kein Mensch, der sich auskennt, nimmt je das Wort "Quantenphysik" in den Mund. Unter Quantenphysik fällt: Quantenmechanik, Quantenelektrodynamik, Quantenchromodynamik, Loop Quantengravitation, etc. Es gibt ne Menge Quantenphysik! Man sollte also schon sagen, um welche Theorie es sich handelt.

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

@T-Tauri

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hallo dj2289,

ich versuche mal, das oben schon gesagte besonders vom experimentellen Standpunkt ein bisschen zusammenzufassen und zu konkretisieren:

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Deine Punkte a) und b) sind zwei Antworten auf die Frage: Was wird mit unserem Universum in Zukunft passieren, wird es immer weiter expandieren (also "Wärmetod" und "immer weitere Entropiezunahme") oder wird es wieder in sich selbst zusammenstürzen (oft als "Big Crunch" bezeichnet)?

Die Antwort auf diese Fragen geben die Physiker nicht mit Hilfe von Argumenten wie "Das Gesetz der Entropiezunahme treibt das Universum auseinander" (denn um zu klären, ob unser Universum immer weiter expandiert oder nicht, betrachtet man viel mehr zum Beispiel die aktuelle Expansionsgeschwindigkeit, die geschätzte Stärke der Gravitationskräfte und Messungen des bisherigen zeitlichen Verlaufs der Expansionsgeschwindigkeit) oder "Wenn das Universum in einem Big Crunch in sich zusammenfallen würde, dann wäre das sozusagen symmetrisch zum Big Bang (Urknall), und deshalb könnte das plausibel sein." (denn "plausibel" oder "das wäre irgendwie symmetrisch" reicht natürlich noch nicht für eine wirkliche Erklärung).

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Sondern die Physiker suchen die Antwort auf diese Frage viel konkreter aufgrund von experimentellen Messungen und den zugehörigen Überlegungen:

Durch Messung der Rotverschiebung ferner Galaxien wissen wir, wie schnell sich das Universum ausdehnt. (siehe dazu die folgenden Links zu einer englischsprachigen Übersicht und dem Originalpaper von 1929 von Hubble)

http://www.pnas.org/cgi/content/full/101/1/8
http://www.pnas.org/cgi/reprint/15/3/168?ijkey=2bbb7f754e9cb3dbf91962b42add578fbacec810&keytype2=tf_ipsecsha
(Hubbles Paper beginnt auf Seite 2 im zweiten Link)

Nun könnte man denken, wenn die gesamte Masse des Universums groß genug ist, dann schafft es die Gravitation, die Expansion schnell genug abzubremsen, damit es zum Fall b) "Big Crunch" kommt, und wenn die Masse des Universums nicht groß genug ist, dann schafft sie es nicht, die momentane Expansionsgeschwindigkeit des Universums stark genug abzubremsen, und das Universum expandiert zwar immer langsamer (weil die Gravitation ja bremsend auf die Expansion wirkt), aber immer weiter (weil ja die Gravitationskräfte mit zunehmendem Abstand immer schwächer werden.).

Durch Beobachtungen von Supernova-Explosionen wissen wir nun allerdings, dass sich die Expansion des Universums überraschenderweise sogar beschleunigt! (Das sind ziemlich neue Ergebnisse von 1998 und später.)

http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/300/5627/1914.pdf?ijkey=f30a1069ea5c3cdf162663f8fac9427a04d08039
(Auch dieses Paper fängt erst auf der zweiten Seite des Links an.)

Damit ist zum einen klar, dass sich das Universum immer weiter ausdehnen wird, und zum anderen klar, dass die Gravitation alleine nicht reicht, um das ganze erklären zu können. Denn irgendwie muss es da ja etwas (man spricht hier oft von "dunkler Energie", weil man noch nicht so recht weiß, was das ist smile

) geben, was stärker als die Gravitation ist und die Expansion des Universums beschleunigt.

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Die Modelle der aktuellen Theorien dazu erfordern, wie T-Tauri schon angedeutet hat, einiges an Mathematik. Und die Theoretiker sind den Experimentatoren hier ein gutes Stück voraus: Um solche Theorien experimentell zu überprüfen, arbeiten die Experimentatoren zum Beispiel an größeren Teilchenbeschleunigern wie dem LHC oder größeren und besseren Teleskopen.

Sirius-sx · Gast

Ich kenne mich äußerst gut in Astronomie aus und kann dir ganz einfach die Zukunft eines Universums erklären.
Es gibt nur 3 verschiedene Möglichkeiten was mit unserem Universum geschieht. Das hängt immer vom Verhältnis zwischen potenzieller und kinetischer Energie in einem Universum ab.
1. Wenn die potenzielle Energie höher ist, dann wird die Expansion stoppen und das Universum würde wieder zu seiner ursprünglichen Größe zusammenschrumpfen. Das Universum ist dann wieder kleiner als ein Atom und es würde den Hitzetod sterben.
2. Wenn die kinetische und die potenzielle Energie gleich ist, wird die Expansion stoppen und dann passiert nichts mehr ^^
3. Zu diesem Punkt zählt unser Universum. Wenn die kinetische Energie höher ist, expandiert das Universum bis in alle Ewigkeit weiter. Es wird den Kältetod sterben.

Unser Universum liegt nur ganz knapp unter dem kritischen Wert und wird deshalb nie aufhören sich auszudehnen. Unser Universum dehnt sich übrigens schneller aus als sich das Licht bewegt!!! Und es wird immer schneller. Das liegt alles höchstwahrscheinlich an der dunklen Energie.
In 10 hoch 1000(!) Jahren wird dann auch das letzte Atom zerfallen sein und dann wird im Universum nur noch das Nichts existieren. Aber das dauert ja noch seeeeeeeehr lange ^^

Die dunkle Energie ist übrigens etwas, so vermutet man, dass Gravitativ entgegenwirkt. Sowas wie ne umgekehrte Gravitation ^^

w.bars · Anmeldungsdatum: 24.07.2006 Beiträge: 202

Moin,

mir scheint, als sei das alles doch noch etwas komlizierter als du darstellst. Zwar kenne ich die Wenn-Bedingungen auch, aber sie laufen darauf hinaus, dass man eine kritische Dichte hat, die entweder unter- oder überschritten wird (naja und natürlich gleich sein kann Big Laugh

). Dann gibt es lustige Fallunterscheidungen, ob das Universum positiv gekrümmt ist oder negativ, aber es läuft eben darauf hinaus, die mittlere Dichte zu bestimmen. Und wie willst du das bitteschön tun??? Allein schon die Neutrino-Masse sollte eine Schätzung verfälschen, ganz abgesehen von interstellarem Gas und anderem Zeug. (Und jetzt denke man noch an Dunkle Materie...)

Gruß,

Wasilij

Sirius-sx · Gast

Ja das stimmt schon, es ist schwer das alles genau zu bestimmen. Gerade wegen dieser unbekannten Materieformen usw. Ich weiß was die dunkle Materie ist. Aber allein die Tatsache, dass sich das Universum mit immer mehr zunehmender Geschwindigkeit ausdehnt beweist eigentlich, dass wir unter dem kritischen Wert von Q 24 oder Q 25 glaub ich liegen und sich das Universum ewig ausdehnen wird.
Außerdem war meine Zusammenfassung ja nur eine kurze Beschreibung mit den wichtigsten Dingen.

w.bars · Anmeldungsdatum: 24.07.2006 Beiträge: 202

Moin,

noch was: bist du dir sicher bei der Aussage, dass das Universum sich mit überlichtgeschwindigkeit ausdehnt?? Es ist nämlich wenn ich mich recht entsinne so, dass wir wenige nano-piko-keine ahnung-sekunden nach dem Urknall tatsächlich eine sehr kurze sogenannte inflationäre Phase hatten, in der sich der Raum auf diese etwas befremdliche Art und Weise ausgedehnt hat. Ein zweiter soclher Zustand ist mir nicht bekannt.

Und eine Frage: wie kommst du darauf, dass irgendwann das letzte Atom zerfallen sein wird??? Was genau ist der Grund für seinen Zerfall??

Gruß,

Wasilij

Sirius-sx · Gast

Zum Anfang sag ich erstmal: Ich hab das alles nicht herausgefunden. Das haben echten Astronomen herausgefunden!

Die Wissenschaftler haben herausgefunden, dass sich das Universum immer und immer schneller ausdehnt. Das können sie daran erkennen wie schnell sich die Galxien auseinander bewegen. Mittlerweile ist es schneller als Licht. Der Grund muss bei einer unbekannten Energie liegen. In diesem Fall die dunkle Energie. Sie wirkt gravitativ entgegenwirkend und treibt die Geschwindigkeit immer mehr an.

Es ist ja nunmal ne Tatsache, dass nichts ewig existiert. Irgendwann ist alles mal zerfallen. Fragt sich eben nur wie lange es dafür braucht. Warum alles mögliche zerfällt weiß ich nicht, bin ja kein Experte. Aber schau dir mal die Zahl 10 hoch 1000 an! Das is ein unglaublich gigantischer Zeitraum. Eine Zahleneinheit gibt es dafür sicher noch nicht einmal. Das langlebigste Atom oder so braucht genauso lange um entgültig zu zerfallen.

Und in 250 Milliarden Jahren wird das Universum übrigens vollkommen dunkel sein, weil es dann keine Sterne mehr gibt. Es ist dann nämlich nichts mehr vorhanden, was einen Stern bilden könnte. Is echt gruselig ^^