Stephen Hawking: Vor dem Big Bang

[sirius]

Stephen Hawking und seine Vorstellung - oder kann man das schon Theorie nennen? - was vor dem Big Bang gewesen sein könnte

https://www.youtube.com/watch?v=xVjtJb9xCpg

Viel Spaß beim Anschauen

[Geku]

Vor dem Big Bang gab es keine Raumzeit. daher können keine Aussagen getroffen werden, die Raum und Zeit betreffen.

Macht es ohne Zeit Sinn zu sagen, dass der Big Bang so und so lange gebraucht hat bis er im Raum expandiert ist?

Raum und Zeit sind erst mit dem Big Bang entstanden.

Das Video suggeriert, dass es etwas außerhalb der Raumzeit existiert, sonst könnte man die Entwicklung der Raumzeit nicht von außerhalb betrachten.

[TomS]

Ich habe eigentlich keine Lust, ausgehend von Videos nach den wissenschaftlichen Veröffentlichungen und deren präzisen Aussagen zu suchen. Andererseits muss man das tun, da die schönen Veranschaulichungen auch eine Fülle von unpräzisen und missverständlichen Botschaften vermitteln.

Physics describes evolution: it tells how, given some initial state, a system will look at later times. To describe the earliest moments of the Universe in quantum cosmology, we need to have some idea about the initial conditions, or "boundary conditions" at the beginning of time. One proposal, due to Hartle and Hawking, is that "the initial boundary condition of the Universe is that it had no boundary."
Popular books describe this proposal with varying degrees of accuracy. (See PBS's " Stephen Hawking's Universe" for a fairly good example.) By forgetting that the "no boundary proposal" is a quantum mechanical description, though, these popularizations can sometimes be misleading.
In particular, it's worth remembering that a quantum mechanical object does not have a unique, well-defined "history." For a particle, for instance, such a history would be a trajectory -- position as a function of time -- and would determine both the particle's position and its momentum at all times. But by the Heisenberg uncertainty relations, this cannot be done: we can never simultaneously exactly specify a particle's position and momentum.
The Hartle-Hawking "no boundary" proposal is based on the path integral, or "sum over histories," approach to quantum mechanics, in which a probability amplitude is computed by taking a weighted sum over all possible histories that lead from an initial condition (in this case, "nothing") to a final state. In a certain approximation, this sum is dominated by a "history" in which the Universe initially has a positive-definite metric -- thus the frequent references to "imaginary time." But neither this nor any other single history represents "the way the Universe really evolved."
(Carlip)

Knapp formuliert:

• der Ansatz behauptet nicht, dass irgendetwas außerhalb des Universum existiert
• der Ansatz führt nicht auf eine Raumzeit (so wie in der Quantenmechanik nicht von einer Trajektorie eines Teilchens die Rede ist)
• der Ansatz basiert auf dem Pfadintegralformalismus, der formal einer gewichteten Superposition überabzählbar unendlich vieler Raumzeiten entspricht (so wie das Pfadintegral in der Quantenmechanik der Summe über alle möglichen Trajektorien eines Teilchens)
• dies entspricht einem Wellenfunktional, das einer Klasse von Raumzeiten eine Wahrscheinlichkeit zuordnet, also die Wahrscheinlichkeit, dass eine Raumzeit in dieser Klasse von Raumzeiten liegt (so wie die Wellenfunktion in der Quantenmechanik einem Volumen die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Teilchens innerhalb dieses Volumens zuordnet)
• das Pfadintegral wird dabei mathematisch so definiert, dass die Raumzeiten per Konstruktion keine Ränder und somit keinen Urknall aufweisen
• das durch das Pfadintegral definierte Wellenfunktional ist eine Lösung einer (enorm vereinfachten) Schrödingergleichung für Geometrien, der sogenannten Wheeler-deWitt-Gleichung
• diese Schrödingergleichung definiert keine Zeitentwicklung; bei der Lösung handelt es sich um einen stationären Zustand ohne Zeit; die aus unserer Wahrnehmung vorliegende Zeitentwicklung folgt aus anderen Mechanismen
• in der vereinfachten Form reduziert sich das Wellenfunktional auf eine Wellenfunktion; diese ist um einen semiklassischen Zustand maximaler Wahrscheinlichkeit gepeaked; dieser Zustand entspricht einem Skalenfaktor; die Zeitentwicklung wird durch die Entwicklung bzgl. der Amplitude weiterer Felder ersetzt, die als "Zeitnormal" fungieren; diese Ansätze werden in unterschiedlichen Formalismen untersucht und führen auf die genannten semiklassischen Zustände entsprechend der Friedmann-Universen plus Quantenkorrekturen; letztere sind klein für kleine Werte der zusätzlichen Felder d.h. "große Zeiten", jedoch erheblich für große Werte der zusätzlichen Felder; im letztgenannten Fall kann man nicht mehr von "einer sehr wahrscheinlichen Raumzeit" sprechen sondern nur noch von einer echten Superposition unendlich vieler Raumzeiten zu allen möglichen Skalenfaktoren a > 0.

Aussagen zu “vor dem Big Bang” oder “außerhalb der Raumzeit” sind ungefähr so sinnvoll wie “nördlich des Nordpols”.

Hier die Originalarbeit

https://www.semanticscholar.org/pape...d24527423fcf21
Wave Function of the Universe
J. Hartle, S. Hawking
Published 15 December 1983, Physical Review D
The quantum state of a spatially closed universe can be described by a wave function which is a functional on the geometries of compact three-manifolds and on the values of the matter fields on these manifolds. The wave function obeys the Wheeler-DeWitt second-order functional differential equation. We put forward a proposal for the wave function of the "ground state" or state of minimum excitation: the ground-state amplitude for a three-geometry is given by a path integral over all compact positive-definite four-geometries which have the three-geometry as a boundary. The requirement that the Hamiltonian be Hermitian then defines the boundary conditions for the Wheeler-DeWitt equation and the spectrum of possible excited states. To illustrate the above, we calculate the ground and excited states in a simple minisuperspace model in which the scale factor is the only gravitational degree of freedom, a conformally invariant scalar field is the only matter degree of freedom and $\ensuremath{\Lambda}g0$. The ground state corresponds to de Sitter space in the classical limit. There are excited states which represent universes which expand from zero volume, reach a maximum size, and then recollapse but which have a finite (though very small) probability of tunneling through a potential barrier to a de Sitter-type state of continual expansion. The path-integral approach allows us to handle situations in which the topology of the three-manifold changes. We estimate the probability that the ground state in our minisuperspace model contains more than one connected component of the spacelike surface.

[Sekeri]

Zitat von Geku

Vor dem Big Bang gab es keine Raumzeit. daher können keine Aussagen getroffen werden, die Raum und Zeit betreffen.

Macht es ohne Zeit Sinn zu sagen, dass der Big Bang so und so lange gebraucht hat bis er im Raum expandiert ist?

Raum und Zeit sind erst mit dem Big Bang entstanden.

Das Video suggeriert, dass es etwas außerhalb der Raumzeit existiert, sonst könnte man die Entwicklung der Raumzeit nicht von außerhalb betrachten.

Hi
Aber wo kam dann die Energie her für den Big Bang. (Energie Erhaltung)
Und genau genommen ist nur keine physikalische Aussage für die Zeit vor dem Big Bang möglich. Das heißt ja nicht das da nichts ist oder das da was gewesen ist. Wir können weder das eine noch das andere wissen.
Aber es gibt ja aussagen das der Big Bang cruncht und dann wieder bangt. In dem Fall währ vor dem Big Bang was gewesen.
Aber durch kausalität kann man ja in manchen Bereichen Rückschlüsse herleiten.
Ich hab mir da viel Gedanken drüber gemacht was vor der barionischen Materie gewesen sein könnte. Welche nachvollziehbar die Energie für den Big Bang produziert, den Raum und für Expansion des Raums sorgt. In einem so entstandenen System wird ERST die nötige Energie für Big Bang aufgebaut. Und dann gibt es auch keinen Konflikt mit naturkonstanten bei der Raum aus Dehnung
Singularitäten sollte man ja terminieren. Glaube ich.
Lg tr

[Geku]

Zitat von Sekeri

Aber wo kam dann die Energie her für den Big Bang. (Energie Erhaltung)

Gute Frage. Ausgeborgt?

Irgend wann wird man die Energie zurück geben müssen, vielleicht in einem schwarzen Loch

https://m.tagesspiegel.de/wissen/vor....google.com%2F

Zitat von Sekeri

Und genau genommen ist nur keine physikalische Aussage für die Zeit vor dem Big Bang möglich

Macht auch keinen Sinn wenn es kein Zeit und keinen Raum gab.

[TomS]

In einem expandierenden Universum gilt der Energieerhaltungssatz nicht.

[Sekeri]

Zitat von Geku

Gute Frage. Ausgeborgt?

Nein hab 1-2 Zeitungen Bücher und Videos gesehen… da wurde sowas angedeutet.

Irgend wann wird man die Energie zurück geben müssen, vielleicht in einem schwarzen Loch

entweder das oder ein omnipräsentes Inkasso Büro. Oder ganz verrückt… das schwarze Loch (die raumzeit ) hat es aufgestaut

Macht auch keinen Sinn wenn es kein Zeit und keinen Raum gab.

Bei der Zeit bin ich bei dir!
Aber warum soll der Raum nicht schon da gewesen sein?
Oder im Vorprogramm entstanden. Das verbietet das Standard Model ja glaube ich nicht.
Lg tr

[Geku]

Zitat von TomS

In einem expandierenden Universum gilt der Energieerhaltungssatz nicht.

Das Universum ist einzige perfekte geschlossene System. Außer Schwarze Löcher zählen nicht zum Universum. Wo kommt neue Energie oder wohin geht Energie verloren ?

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Geschlossenes_System

Warum sollte das Energieerhaltungssatz nicht gelten?

[Sekeri]

Zitat von TomS

In einem expandierenden Universum gilt der Energieerhaltungssatz nicht.

Wir sind doch in einem expandierenden Universum.
Und haben den Energie erhaltungswürdig satt.
Könntest du deine Aussage bitte kurzgehalten präzisieren?

Danke tr
Ps tut mir leid das ich mal ein hallo oder danke usw vergesse

[TomS]

Zitat von Sekeri

Könntest du deine Aussage bitte kurzgehalten präzisieren?

Die Präzisierung ist leider sehr mathematisch.