Interessantes zu Theoretischer Physik

Quantum Cosmologie, Relativitätsheorie, Urknall, Durchknall, BigBang, BigBounce

Quanten-Kosmologie behebt Sigularitäten Allgemeiner Relativitätstheorie

Einstein Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) haben Singularitäten in dem Sinne, dass die Vorhersagen, die Einsteins Theorie macht, umso unzuverlässiger werden, je näher man gewissen Punkten der Raumzeit kommt.

Solche Punkte sind

Konsequenz daraus:



Einsteins Theorie kann uns nicht sagen, wie es zum Urknall kam:

Alles, was sie uns über das noch sehr junge Universum nahelegt,
kann nicht wirklich Ernst genommen werden,
wo es um immer kleinere Bruchteile von Sekunden nach Beginn des Urknalls geht.



Und in der Tat: Man hat in den letzten Jahren Galaxien (und sogar einen Stern) gefunden, deren Alter größer zu sein scheint als die Version der Urknalltheorie, an die fast alle Physiker bisher glauben, es zulassen würde (siehe etwa [Zw] und [A]).

Eine in den Jahren 2002 bis 2007 von Martin Bojowald auf Basis von Loop Quantum Gravity entwickelte Theorie — Quanten-Kosmologie — verspricht, uns ein viel genaueres Bild vom Urknall zu verschaffen:

Nach dieser Theorie hat schon lange vor dem Urknall "eine Art Spiegelbild" unseres Universums existiert, welches dann immer mehr zusammengeschrumpft ist bis hin auf einen Durchmesser von nur noch etwa 0.36 Planck-Längen. Ab da, so sagt die neue Theorie, habe es begonnen, sich neu auszudehnen (so dass jener Zeitpunkt — wenn man ihn so nennen will — das wäre, was wir bisher als den Beginn des Urknalls gesehen haben: die Geburt von Raum und Zeit im Sinne der Allgemeinen Relativitätstheorie.

Was hier mit "eine Art Spiegelbild" gemeint ist, war ein Universum, dessen physikalische Gesetze sich als Spiegelbild der heute durch uns beobachtbaren physikalischen Gesetze darstellen (so z.B. in dem Sinne, dass die Zeit vor dem Urknall in umgekehrter Richtung verlief).

Ausführlicher wird all das dargestellt auf den ersten 4 Seiten von The inverted Big Bang (2004).


In 2008 charakterisiert Martin Bojowald selbst seine Theorie wörtlich wie folgt:

Quantum gravity is expected to be necessary in order to understand situations in which classical general relativity breaks down. In particular in cosmology one has to deal with initial singularities, i.e., the fact that the backward evolution of a classical spacetime inevitably comes to an end after a finite amount of proper time. This presents a breakdown of the classical picture and requires an extended theory for a meaningful description. Since small length scales and high curvatures are involved, quantum effects must play a role. Not only the singularity itself but also the surrounding spacetime is then modified.

One particular theory is Loop Quantum Cosmology, an application of Loop Quantum Gravity to homo­geneous systems, which removes classical singularities. Its implications can be studied at different levels. The main effects are introduced into effective classical equations, which allow one to avoid the interpretational problems of quantum theory. They give rise to new kinds of early-universe phenomen­ology with applications to inflation and cyclic models.

To resolve classical singularities and to understand the structure of geometry around them, the quantum description is necessary. Classical evolution is then replaced by a difference equation for a wave function, which allows an extension of quantum spacetime beyond classical singularities.

One main question is how these homogeneous scenarios are related to full loop quantum gravity, which can be dealt with at the level of distributional symmetric states. Finally, the new structure of space­time arising in loop quantum gravity and its application to cosmology sheds light on more general issues, such as the nature of time.



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Wissenswertes zu "BigBounce, BigBang, Durchknall, Urknall, Relativitätsheorie, Quantum Cosmologie" zusammengestellt durch Gebhard Greiter.
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