Physik: 
Urknall ohne Antimaterie  
15.04.2023 

 

Die Lemaître Urknalltheorie (Standardmodell) beschreibt die Entstehung des Universums aus einem unendlich dichten, heißen Punkt (Singularität) der Größe der Plancklänge. Aber ist das überhaupt möglich?

Die Lemaître Urknalltheorie (Standardmodell) beschreibt die Entstehung des Universums aus einem unendlich dichten, heißen Punkt (Singularität) der Größe der Plancklänge (10^-35 m) und einer Temperatur in der Größenordnung der Planck Temperatur. In der Planck- und GUT-Ära kam es zu einer raschen Expansion des Weltalls bis sich in der Quark-Ära Quark-Antiquark Paare bei 10^25 K aus der Energiedichte bilden konnten. Diese Urknalltheorie hat jedoch, auch wenn sie sich schön anhört, drei nicht unerhebliche Schwachstellen, nämlich erstens, dass die Planck-Skala gar nicht anwendbar ist, da sie aufgrund der Ununterscheidbarkeit von Gravitation und Coulombkraft auf der Gleichheit dieser beiden Kräfte beruht, was, wie sich kürzlich erst zeigen ließ (1), zu keinem Zeitpunkt im Urknall zutraf und zweitens, dass es gar nicht möglich war, dass Quark-Antiquarkpaare (durch eine Schwerpunktsenergie oder Energiedichte im Urknall) gebildet wurden, da lediglich damals bereits existierende Teilchen so hätten entstehen können. Drittens findet sich bis heute keine schlüssige Erklärung für den notwendigen Überschuss an Materie gegenüber der Antimaterie, ohne den Überschuss an Materie hätten sich nämlich Materie und Antimaterie im Urknall vollständig ausgelöscht. Nimmt man die für uns sichtbare Ausdehnung des Universums und verfolgt sie mithilfe der Gleichungen der Relativitätstheorie in die Zeit bis kurz nach dem Urknall zurück, so sieht man, wie sich das Universum nicht auf einen Punkt, sondern auf eine große Fläche zusammenzieht.
 

Aber was wissen wir denn über Teilchen im Urknall? Wir wissen z.B., dass Teilchen ein abgeschlossenes System sind, und dass jegliche Energieänderung vom Teilchen ausgeglichen wird, und dass im Urknall Mechanismen, z.B. Grundkräfte und Ladungen gebildet wurden, um solchen Änderungen entgegen zu wirken. Außerdem wissen wir, dass Prozesse von Teilchen zum Teil reversibel sind, wie dies aus der Chemie als Rückreaktion bekannt ist und dass größere Teilchen in leichtere Teilchen gleicher Ladung zerfallen können. Neuartige Elementarteilchen wurden außerhalb des Urknalls nicht mehr gebildet, da die Teilchenentstehung lediglich durch die Grundkräfte oder den Zerfall in bekannte Teilchen vorgegeben wird. Neue subatomare Teilchen entstehen deswegen nicht zum Beispiel durch eine Schwerpunktsenergie. 

 

Wenn wir von dem ausgehen, was möglich ist, wird offensichtlich, dass nicht alle Teilchen im Urknall gleichzeitig gebildet wurden, sondern dass 1) die Teilchen alle aus einem Elementarteilchen, vermutlich dem X-Teilchen entstammen. Alle generierten Teilchen sind entweder Zerfallsprodukte dieser Teilchen oder Austauschteilchen der Grundkräfte und haben sich im Laufe des Urknalls bei Zerfällen, Kollisionen, sowie Auf- und Abspaltungen von Teilchen gebildet. Dies entspricht weitläufig der gängigen Urknalltheorie. Da Antimaterie in unserem Universum kaum zu finden ist, muss man annehmen, dass 2) sich nicht alle Teilchen und Antiteilchen gleichzeitig und in einem vergleichbaren Ausmaß gebildet haben, sondern dass primär wahrscheinlich nur X-Teilchen (ohne Anti X-Teilchen) gebildet wurden. Eine Alternative wäre, dass d-Quarks und nicht X-Bosonen primär generiert wurden oder dass Anti-X-Teilchen in Materie, z.B. 2 up-Quarks zerfallen sind, was aber der heute beobachtbaren Menge an Protonen im Vergleich zu Neutronen widerspricht. Der Mechanismus der Generierung von X-Anti X Teilchen in der Lemaître Theorie widerspricht auch, wie bereits aufgeführt, der fehlenden Antimaterie im Universum sowie dem Prinzip der Teilchenentstehung, ist also gar nicht möglich. Wenn aber keine X-Anti X-Paare gebildet wurden, dann wurden eben nur X-Teilchen (Materie) gebildet, z.B. als Strahlenteilchen einer Wärmeemission (Masse der X-Teilchen berechnet aus hf = mc2 ca. 42 MeV/c2, Masse d-Quarks 4,644 MeV/c2). Und da reicht eine sehr viel niedrigere Temperatur zur Erzeugung der Teilchen aus. 
 

Der Unterschied zur im EM-Spektrum angrenzenden und teilweise überlappenden Gamma- und Röntgenstrahlung ist, dass ab dieser Energie, bedingt durch die jetzt größere Frequenz und Teilchenausdehnung, sich gravitative Masse mit einer bestimmten Dichteverteilung, nämlich m/r2, ausbildet. Im Gegensatz dazu haben Photonen keine Ruhemasse und die Geschwindigkeit von genau c, daher kann man Photonen auch nicht abbremsen. Fraglich und nicht geklärt ist, ob Gammastrahlung unter einer Wellenlänge von 3,75 pm noch einen Spin von 1 und eine Ruhemasse von 0 hat, da man Gammastrahlung abbremsen kann. Rebka und Pound konnten in ihrem Experiment von 1960 für Gammastrahlung eine Masse für diese Photonen nachweisen. Damit müssten Gammastrahlenteilchen (und auch das X-Teilchen) auch eine Masse und einen Spin von ½ haben, wie alle anderen massebehafteten Teilchen. 
 

"Demnach war der Ursprung im Urknall vermutlich nicht ein unendlich dichter und 10^32 K heißer Punkt der Größe der Plancklänge"
 

Demnach war der Ursprung im Urknall nicht ein unendlich dichter und 10^32 K heißer Punkt der Größe der Plancklänge (die kleinste beobachtbare Länge beträgt etwa 10^-19 m, die höchsten Temperaturen, die je beobachtet wurden, sind ca. 8.10^11 K), sondern die X-Teilchen waren wahrscheinlich die Quanten der Urknallenergie, dessen Temperatur 10^11 K betrug (berechnet durch die Wiensche Verschiebeformel), wobei die X-Teilchen aus einer thermischen Strahlung aus dem Gammastrahlenbereich entstammen müssten.
 

Wenn man von der Temperatur des Plasmas ausgeht, die 10^13 K betrug, gelangt man schnell zu der Vorstellung, dass nicht alle Quarks auf einmal im Urknall bei 10^25 K gebildet wurden, sondern es fanden nach der Primärgenerierung vermutlich unzählige weitere Prozesse mit Generieren von X-Teilchen bei Temperaturen von 10^11 K statt, da die Plasmatemperatur vor der primordialen Nukleosynthese immer wieder auf die Temperatur des Urknallstrahlers absank. Die Lemaître Urknalltheorie geht von einer unrealistisch hohen Anzahl von Quarks aus, die auf einmal produziert wurden. Die etappenartige Produktion von Primärteilchen ist hierbei viel plausibler und unterstützt die Vorstellung einer Wärmestrahlung, dessen Emissionstemperatur unterhalb der des Plasmas lag.
 

Vermutlich ist die Ladung der down-Quarks erst bei der Bildung der Coulombkraft entstanden, als bei Kollisionen erstmalig Neutronen in Protonen und Elektronen zerfielen und diese jeweils eine entgegengesetzte Ladung erhielten. Dementsprechend sind die initialen X-Teilchen primär in neutrale down-Quarks und Elektronen zerfallen, die erst im weiteren Verlauf ihre Ladung erhielten (2u+d= 1, 2d+u=0, d=-1/3, u=+2/3). Die down-Quarks haben im Weiteren ddd-Quarkverbindungen gebildet, woraus die Neutronen und die positiv geladenen Protonen entstanden sind. Dabei hat die Aufspaltung der 3-Quarkstruktur (Kernkraft) durch Kollisionen und Verlust eines d-Quarks zu dem Zerfall von Neutronen in Protonen und Elektronen geführt, dadurch entstand die dazu entgegenwirkende Coulombkraft und die entgegengesetzte Ladung der Protonen und Elektronen.
 

"Ein Beweis dafür ist das Erzeugen von Neutronen durch Gammablitze im Labor"
 

Fazit: Vermutlich aus X-Bosonen, die aus einer 10^11 K heißen Struktur, Fläche oder Energie oder als Jet abgestrahlt wurden, entstanden d-Quarks, Elektronen und Neutrinos, aus d-Quarktripletts die Neutronen und Protonen, sowie die anderen Teilchen als Austauschteilchen von Grundkräften (u-Quarks, schwere Quarks, Myonen, Tauonen, W- und Z-Bosonen, Photonen und Gluonen). Da die Plasmatemperatur immer wieder auf die Temperatur des Urknallstrahlers sinken konnte, fanden wahrscheinlich unzählige weitere Emissionen des Urteilchens (sog. Implosionen) statt, die die Materie hinauskatapultierten, auch heute noch erkennbar an den materielosen Voids, bis die Temperatur unter 10^10 K sank, einer Temperatur, bei der die primordiale Nukleosynthese stattfinden konnte. Ein Beweis dafür ist das Erzeugen von Neutronen durch Gammablitze im Labor, worüber Physiker noch immer rätseln. Bei diesen Entladungsenergien entstehen wahrscheinlich d-Quarks aus der Gammastrahlung, ähnlich wie im Urknall, die sich zu Tripletts formieren, woraus Neutronen entstehen.

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