Warum zu Beginn Wasserstoff?

[olllie]

Hallo zusammen,
Man sagt ja, das nach dem Urknall zuerst Wasserstoff entstanden ist.
Aber wie kann bei so einer großen Energiedichte wie beim Urknall nur Wasserstoff entstehen, bzw. da ist, wenn schon Sonnen was anderes produzieren, ganz zu schweigen wenn man Neutronensterne betrachtet, der aus einer Materie besteht, die zwar aus dem gleichen Stoff wie alles andere besteht, aber für uns nicht zu erfassen ist.
Kurz nach Beginn des Urknalls müßte eigentlich schon alle Sorten von Materie da sein, vielleicht nur so was wie Neutronensternmasseartiges, oder sicherlich noch was viel dichteres.
Eigentlich müßte man von einem riesiegen schwarzen Loch ausgehen, der explodiert.
Ich glaube, wenn es einen Urknall gegeben hat, wird er wohl ganz anders ausgesehen haben wie wir uns ihn vorstellen.
Was denkt ihr darüber?

[Koschi]

Schau mal Hier nach da beantworten sich vielleicht schon einige Fragen.

Gruß Koschi

[tomS]

Aufgrund der hohen Dichte gab es da sicher keine uns vertraute Materie; die Vorstufe zur normalen hadronischen Materie, also isolierten Nukleonen, wäre wohl ein Quark-Gluon-Plasma, also eine "Suppe" aus diesen Bausteinen.

[olllie]

Warum "Suppe". Das müßte doch so dicht sein, zu Beginn der Schöpfung.
Man muß davon ausgehen, das auch Schwarze Löcher wieder explodieren können, denn zu Beginn muß das doch ein riesiges Schwarzes Loch gewesen sein, mit einer irrsinnigen Masse.
Vielleicht hat sich da Universum ja verteilt im Universum entwickelt und ist nicht auf einen einzigen Big Bang zurück zu führen.

[Maclane]

Ganz am Anfang war das Universum heiß, schweineheiß. Da gab es noch gar keine Teilchen, nur Energie. Mit der Expansion wurde das Universum kühler, d.h. die Energie wurde niedriger.
Da Masse und Energie äquivalent sind (E=mc²), kann natürlich bei einer bestimmten Energie auch ein bestimmtes Teilchen-Antiteilchen-Paar entstehen. Je höher die Energie umso schwerer dann auch die Teilchen.

Das bedeutet, ganz am Anfang entstanden richtig schwere Teilchen. Teilchen, die wir in unserer normalen Welt gar nicht kennen sondern nur aus den Teilchenbeschleunigern, wo wir ja versuchen, solch hohe Energien zu erzeugen.
Von diesen ganz frühen Teilchen sind heute freilich keine mehr übrig, denn sie sind ja entweder mit ihrem Anti-Teilchen zerstrahlt oder sofort wieder zerfallen (die sind nämlich nicht stabil).

Das Universum kühlte ab (durch die Expansion), die Energie und Temperatur wurden kleiner und die entstehenden Teilchen wurden leichter. Ein paar Sekunden nach dem Urknall war das Universum kühl genug und es entstanden die Teilchen aus denen wir aufgebaut sind bzw. es blieben welche aus den Zerfalls- und Zerstrahlungsprozessen übrig.
Da war es aber noch so heiß, dass die Quarks noch keine Protonen und Neutronen bilden konnten. Das ist das Quark-Gluonen-Plasma, was Tom angesprochen hat. Die Quarks sind also (ähnlich wie Protonen und Elektronen in einem Plasma) irgendwie da rumgeflogen - mit so hohen Energien, dass sie unfähig waren, sich an einander zu binden. Darum nannte Tom das auch eine "Suppe", weil eben so heiß, dass da nix "Festes" sein konnte. So ein Quark-Gluonen-Plasma vermuten wir heute auch im Inneren von Neutronensternen und hypothetischen Quark-Sternen.
Kurze Zeit später und ein paar Grad kühler bildeten sich dann die Protonen und Neutronen. Da sind wir jetzt so vielleicht 20-30 Sekunden (weiß nicht mehr genau) nach dem Big Bang und die Temperatur war ungefähr so hoch wie in den Sternen. Und in dieser Zeit, bis ca. 3 Minuten nach dem Urknall, sind dann auch sogar Kerne miteinander fusioniert. Aus dem Wasserstoff entstand ein bisschen Helium und ne Winzigkeit Lithium. Es ist aber nicht der ganze Wasserstoff zu Helium fusioniert, weil das Universum ja immer noch expandierte und sich immer weiter abkühlte.
Nach ca. 3 Minuten war das Universum schon zu groß und zu kalt (naja, das waren immer noch ein paar Millionen Grad) und die Fusionsprozesse hörten auf.

Im Grunde war also der Urknall die zeitliche Umkehrung der Ereignisse, die wir heute in unseren Experimenten sehen, wenn wir die Energie immer weiter erhöhen (z.B. in unseren Teilchenbeschleunigern). Die Teilchenbeschleuniger geben uns also Auskunft darüber, was da am Anfang des Universums los war.
Das schwerste aller Quarks, das Top-Quark, haben wir bereits gefunden und wir hoffen, mit noch größeren Anlagen wie dem LHC noch schwerere Teilchen zu finden.

Tja, so war das damals...

Gruß
Mac

[tomS]

Ich wollte mit dem Q-G-Plasma bewusst erst mal eine Stufe vor die heute bekannte Materieform zurück. Es geht schon noch weiter, wie du siehst, allerdings wird es näher am Urknall auch spekulativer.

Das Q-G-Plasma ist heute einigrmaßen verstanden (Experimente am RHIC und zukünftig am LHC) und hat die physikalischen Eigenschaft einer Flüssigkeit - deswegen Suppe.