THEMA:

Hallo Zusammen

Ich bin neu hier, aber schon seit Jahren ein begeisterter Fan von allem was mit Weltraum, Astrophysik und Teilchenphysik zu tun hat. Trotzdem bin ich nur ein interessierter Laie, bitte seid deshalb sehr nachsichtig bei meiner Frage und auch bei euren Antworten

Mich beschäftigt seit längerem eine Frage auf die ich bisher keine Antwort finden konnte, vielleicht kann mir hier jemand weiterhelfen?

Ich höre/lese immer wieder folgendes, zuletzt heute wieder im YouTube-Video "Urknall-Hypothese • Stand 2015 | Josef M. Gaßner", und fasse es mal in eigene Worte zusammen:
Beim Urknall sind gleiche Mengen Materie und Antimaterie entstanden. Durch ein winziges Ungleichgewicht gab es auf ca. eine Milliarde Antimaterieteilchen eine Millirde +1 Materieteilchen. Bei der gegenseitigen Auslöschung blieb dann ein Materieteilchen übrig (in Summe etwa 10hoch80) sowie eine Milliarde mal mehr hochenergetische Photonen. An diesem Verhältnis hat sich bis heute nichts geändert. Diese Photonen sind die kosmische Hintergrundstrahlung.

Nun meine Frage dazu:
Das was wir heute als Massen/Gravitationstöpfe bezeichnen und was im wesentlichen für Gravitation im Universum sorgt, sind die Galaxien mit ihren Sternen, Wolken und sonstiger fester Materie (dunkle Materie sei hier mal ignoriert). Wenn aber wirklich eine Milliarde mal soviel Masse beim Urknall in Photonen umgewandelt wurde als zum Schluss in fester Form übrig blieb, müssen diese Photonen nach dem Energieerhaltungssatz doch auch diese Masse vollständig als Energie aufgenommen haben. Nach E=mc^2 müssten sie nach wie vor die gleiche Energie/Masse besitzen und somit auch eine Milliarde mal stärker zur Gravitation beitragen als alle sichtbare/feste Materie zusammen genommen. Das denke ich ist aber nicht der Fall.
Zudem lese ich immer wieder dass die feste Materie 5% der Gesamtmasse des Universums ausmacht (25% Dunkle Materie und 70% dunkle Energie). Sollten mit diesen 5% aber Materie + Photonen gemeint sein, würde doch die feste Materie Betragsmäßig im Rauschen untergehen und Galaxien wären nicht die großen Gravitationstöpfe die sie sind.

Oder kurz gefragt: Was wurde aus der Masse der sich auslöschenden Materie/Antimateriteilchen und deren Gravitationswirkung, die meines Verständnisses nach in den Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung immer noch vorhanden sein müsste?

Bin gespannt ob ihr mir weiterhelfen könnt.

Besten Dank schonmal im Voraus und viele Grüße
Andreas

Gut zusammengestellt und eine intelligente Frage gestellt, also aus meiner Sicht kein Grund für Nachsicht.

Die Photonen nach dem Urknall waren hochenergetisch. Durch die Expansion des Raumes haben sie sich permanent abgekühlt. Sobald sie bestimmte Temperaturen unterschritten hatten, hatte dies deutliche Auswirkungen auf das Universums (z.B. Rekombination von Elektronen und Protonen zu neutralem Wasserstoff und damit Entkopplung der Hintergrundstrahlung von der Materie).

Seitdem ist die Strahlung dadurch extrem abgekühlt und hat fast alle Energie verloren. Die sichtbare und die dunkle Materie dagegen hat ihre Ruhemasse behalten. Dies ist aus meiner Sicht der Grund, warum die Strahlungsenergie heute keine Rolle mehr spielt.

Hallo ClausS

Vielen Dank für deine Antwort. So ganz zufrieden bin ich aber noch nicht

Du sagst dass die extrem hochenergetische kosmische Hintergrundstrahlung mit der Zeit ausgekühlt ist. Das ist natürlich richtig. Wenn ich es richtig verstanden habe ist das durch die Expansion des Weltalls und der dadurch auftretenden Rotverschiebung geschehen.
Das bringt mich aber zu einer weiteren Frage: Wohin wird die Energie abgegeben wenn Strahlung aufgrund der Expansion des Weltalls rotverschoben wird?

Ich muss hier leider erneut auf dem Energieerhaltungsgesetz rumreiten, nach der Energie nur umgewandelt werden aber niemals verloren gehen kann.
Wenn diese Energie nicht von der "festen" Materie aufgenommen wurde, und ich wüsste nicht wie das geschehen sollte, bleibts bei meiner Frage: Wohin ist die Energie verschwunden (und die damit verbundene Gravitationswirkung) welche die Annihilation der Teilchen/Antiteilchen Auslöschung beim Urknall erzeugt hat?

Besten Dank und viele Grüße
Andreas

Guten Morgen Andreas,
Du fragst, wo die Energie geblieben ist, die durch die Dehnung der Wellenlängen der Hintergrundstrahlung hervorgerufen wurde.
Sie steckt in der Expansion selbst.
Das ist dem Aufziehen einer Feder vergleichbar.
Schönen Tag noch
Thomas

Hallo zusammen,
nach meinem Verständnis ist auch keine Energie "verlorengegangen" sondern
- sofort nach dem Urknall war die Energiedichte "riesig" und
- sie hat dann durch Inflation/Expansion entsprechend dramatisch abgenommen
s.a. https://de.wikipedia.org/wiki/Inflation_(Kosmologie)

Leider konnte ich "auf die Schnelle" weder im Buch noch im www die Größenordnung der Expansion (bb bis heute) finden...

Die Rotverschiebung der Hintergrundstrahlung kommt nach meinem Verständnis nur durch die Ausdehnung der Raumzeit zustande !?

Noch zwei Zusatzfragen:
Zu Beginn mit der riesigen Energiedichte müßte ja auch dir Krümmung der Raumzeit jenseits von allen heutigen Schwarzen Löchern gewesen sein und hat sich dann entspr. der Expansion bis heute abgeflacht.
Per Experiment wurde ja nachgewiesen, dass wir heute in einer flachen/ebenen RZ leben (bis auf die Abweichungen durch Energie / Materie / DM / DE ?).
? Wie geht das weiter, wenn mit wachsender Expansionsrate die Energiedichte immer weiter abnimmt ?
? Die Dichte der DM müßte sich damit ja auch immer weiter "verdünnen" ?