Wie groß war die Energie des Urknalls? Eine unglaubliche Wahrheit ableiten

Ein Freund hat mich gebeten, diese Frage zu beantworten: Die Temperatur des Universums betrug 10^-43 s nach dem Urknall 10^32 K. Wie viele EV sind das in Bezug auf die Energie?

Diese Frage scheint sehr tiefgründig, enthält jedoch einen Fehler: Energie hat nichts mit Temperatur zu tun, sondern nur mit Masse, gemäß Einsteins Masse-Energie-Gleichung. Die Energieeinheit ist Joule, symbolisiert durch J; ev ist das Symbol für Elektronenvolt, und es besteht eine Umrechnungsbeziehung mit der Energieeinheit Joule, 1J=6,2415*10^18eV.

Beim Lösen dieses Problems habe ich auf Grundlage des kosmologischen Urknallmodells eine Schätzung über die Masse des Universums vorgenommen und bin zu einem unglaublichen Ergebnis gekommen, das meine bisherigen Erkenntnisse völlig auf den Kopf gestellt hat. Ich habe immer fest an die Daten geglaubt, die aus der kosmologischen Urknalltheorie abgeleitet wurden, aber jetzt bin ich verwirrt.

Die Beschreibung des Urknalls zur Planck-Zeit durch das Standardmodell/Das derzeit von der wissenschaftlichen Gemeinschaft anerkannte Standardmodell des Urknalluniversums geht davon aus, dass das Universum vor etwa 13,8 Milliarden Jahren aus der Explosion einer Singularität mit unendlich kleinem Volumen, unendlicher Dichte, unendlicher Krümmung und unendlich hoher Temperatur entstand. Da das Volumen dieser Singularität unendlich klein ist, können ihre Temperatur und Dichte nicht berechnet werden, was zu den vier Unendlichkeiten führt.

Nach der Quantentheorie der modernen Physik kann der Mensch das Universum erst seit der Planck-Zeit verstehen. Das Standardmodell des Universums geht davon aus, dass zur Planck-Zeit des Urknalls die Größe des Universums der Planck-Skala entsprach, die Temperatur zu dieser Zeit der Planck-Temperatur entsprach und die Dichte ebenfalls der Planck-Dichte entsprach. Mit diesen Daten können wir die Masse des Universums grob berechnen.

Die Planck-Zeit des Urknalls bezieht sich auf etwa 10^-43 Sekunden nach dem Urknall, was einem Billionstel einer Billionstel Sekunde entspricht; die Temperatur des Universums erreicht 10^32 Grad K, das sind etwa 100 Billionen Billionen K; Die Dichte des Universums könnte zu diesem Zeitpunkt 10^91 Kilogramm pro Kubikzentimeter überschreiten.

Das Modell liefert uns diese Datensätze. Es ist unmöglich, anhand dieser Daten die Masse des Universums zu berechnen, da Zeit und Temperatur nichts mit der Masse zu tun haben. Wenn das Volumen des Universums zu diesem Zeitpunkt jedoch der Planck-Skala entspricht, können wir das Volumen des Universums und damit die Masse des Universums berechnen.

Masse und Energie des Universums in der Planck-Zeit/Gemäß der Theorie von Max Planck, dem Begründer der Quantenmechanik, beträgt die Planck-Länge etwa 1,6*10^-33 cm. Wenn das Universum zur Planck-Zeit eine Kugel mit einem Durchmesser von der Planck-Länge ist, können wir gemäß der Formel für das Kugelvolumen V=(4/3)*π*R^3 (V: stellt das Volumen der Kugel dar, R: stellt den Radius der Kugel dar) berechnen, dass das Volumen des Universums zu diesem Zeitpunkt ungefähr 2,145^-99 Kubikzentimeter beträgt.

Das kosmologische Standardmodell besagt, dass die Dichte des Universums während der Planck-Zeit etwa 10^91 Kilogramm pro Kubikzentimeter beträgt. Diese Dichte ist 78 Größenordnungen höher als die Protonendichte, was unvorstellbar erscheint. Das Problem besteht jedoch darin, dass das Universum zu dieser Zeit extrem klein und erstaunlich klein war: nur ein 2,145^99stel eines Kubikzentimeters oder eine 2145 Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden.

Wenn wir auf der Grundlage von 10^91 Kilogramm pro Kubikzentimeter rechnen, beträgt das Gewicht eines so kleinen Universums nur etwa 2,145*10^-8 Kilogramm oder 0,00000002145 Kilogramm oder 21,45 Mikrogramm. Gemäß Einsteins Masse-Energie-Umrechnungsformel E=MC^2 beträgt die äquivalente Energie 1930500000J und 1 Joule entspricht ungefähr 6,25*10^18eV. Daher beträgt die Energie des Universums zur Planck-Zeit etwa 1,2*10^28eV.

Wie groß ist diese Energie? Auf Sprengstoff gerechnet entspricht dies lediglich der Sprengkraft von 461 Kilogramm TNT. Ich war sehr überrascht, da ich nie berechnet hatte, wie viel Energie beim Urknall vorhanden war. Ich dachte einfach intuitiv, dass die Dichte von 10^91 kg/cm3 eine unvorstellbare Dichte sei und die Explosionsenergie daher extrem groß sei.

Aber ich habe nicht sorgfältig darüber nachgedacht. Dies ist die Dichte des Universums, wenn es 1 Kubikzentimeter erreicht, und die Planck-Zeitskala des Urknalls beträgt nur 1,145*10^-99 Kubikzentimeter. Wenn die Dichte zu diesem Zeitpunkt 10^91 Kilogramm pro Kubikzentimeter beträgt, dann beträgt die Masse eines so kleinen Universums nur 21,45 Mikrogramm.

Dies führt zu der Frage nach der Quelle der Qualität/was ist hier los? Der kurzen Geschichte des Urknalls zufolge gab es zur Planck-Zeit nur diese Masse. Ist dies der Fall, wenn das Ergebnis gemäß der Standardmodelltheorie abgeleitet wird? Habe ich es falsch berechnet oder stimmt etwas mit der Herleitung dieser Theorie selbst nicht?

Da die Masse des Universums mittlerweile einen sehr großen Wert hat, beträgt die Masse des Sonnensystems etwa 2*10^30 Kilogramm, und die Masse der Milchstraße ist etwa 200 Milliarden Mal so groß wie die der Sonne, also etwa 4*10^41 Kilogramm. Manche Menschen glauben, dass das beobachtbare Universum 10^53 Kilogramm erreicht hat. Dies ist nur die Masse der sichtbaren Materie, einschließlich Sterne, Galaxien, Nebelstaub usw.

Untersuchungen zeigen, dass die Masse der sichtbaren Materie im Universum nur 4,9 % der gesamten Masse-Energie des Universums ausmacht, die restlichen 26,8 % sind unsichtbare dunkle Materie und 68,3 % sind unsichtbare dunkle Energie. Wenn dunkle Materie und dunkle Energie zusammengerechnet werden, kann die gesamte Masse-Energie des beobachtbaren Universums 2*10^54 Kilogramm erreichen.

Warum besteht ein so großer Unterschied zwischen der Masse zu Beginn des Urknalls und der heutigen Masse? Woher kommt diese zusätzliche Masse? Es gibt nur zwei Erklärungen: Die eine ist, dass die vom Modell der Urknalltheorie berechneten Daten falsch sind; die andere ist, dass Masse automatisch entsteht, wenn sich das Universum infolge des Urknalls ausdehnt.

Dies scheint jedoch sowohl dem Gesetz der Massenerhaltung als auch dem Gesetz der Erhaltung von Masse und Energie zu widersprechen. Ist es die Schuld des Universums, die Schuld des kosmischen Modells oder die Schuld meiner eigenen Argumentation? Die Theorie der Quantenmechanik besagt, dass vor der Geburt des Universums das leere Vakuum mit Quantenenergie gefüllt war und in zufälligen Quantenfluktuationen ständig virtuelle Teilchenpaare erzeugt wurden. Diese Teilchen-Antiteilchen-Paare können jederzeit erzeugt und vernichtet werden.

Im Allgemeinen ist das Universum symmetrisch und erhalten, aber wenn alles immer perfekt symmetrisch und erhalten wäre, wäre unsere Welt nicht entstanden. Das von Yang Zhenning und Li Zhengdao entdeckte Gesetz der Nichterhaltung der Parität ermöglichte es der wissenschaftlichen Gemeinschaft, das Geheimnis der Geburt des Universums zu lüften. Es ist der Symmetriebrechung bei der Erhaltung, der dazu führt, dass die vernichteten virtuellen Teilchenpaare ein gewisses Nicht-Vernichtungsphänomen aufweisen, was zur Entstehung der kosmischen Singularität führt.

Die Urknalltheorie besagt, dass das Universum aus dem Nichts entstanden ist und dass auch die Masse natürlich aus dem Nichts entstanden ist.

Teilchenphysiker haben ein Modell der Teilchentheorie entwickelt, das uns einen Rahmen für das Verständnis der Elementarteilchen im Universum bietet. Dieser Rahmen ist das sogenannte Standardmodell, dessen Hauptbestandteil das Higgs-Feld ist. Dieses allgegenwärtige Quantenfeld enthält ein Elementarteilchen, das sogenannte Higgs-Boson, auch als Gottesteilchen bekannt.

Es ist dieses Teilchen, das anderen Teilchen Masse verleiht und die Welt erschafft, so wie der Gott in der Mythologie alles erschaffen hat. Das Modell der Teilchentheorie ist keine Vermutung mehr. Alle vorhergesagten Teilchen wurden im Wesentlichen in Experimenten gewonnen, und das Gottesteilchen wurde 2012 auch im größten Hadronencollider der Welt gefunden.

Kann die obige Theorie also das Rätsel der Diskrepanz zwischen der Masse der Planck-Zeit des Urknalls und der Masse des heutigen Universums erklären? Willkommen zur Diskussion, danke fürs Lesen.

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