2003_2   Geheimnisse des Mikrokosmos Teil 6

(Nr. 151 bis 180)

Bis zur ART. Neue Sicht im Kleinen und Großen.  Nichts ist jetzt mehr so wie zuvor.

151) Seit der SRT ist die Masse nur eine Erscheinungsform der Energie. Daher gibt es nur noch den Erhaltungssatz der Energie und nicht mehr den (nach der klassischen Mechanik bestehende) Erhaltungssatz für die Masse.

152) Karl Schwarzschild stellte 1906 die Hypothese auf, daß die Übertragung von Wärme in den Sternen grundsätzlich durch Strahlung erfolgt. Also nicht durch Konvektion oder Wärmeleitung.

153) Hermann Minkowski belegte mathematisch, daß Raum und Zeit nur relative Aspekte einer höheren Einheit (der 4-dimensionalen Raumzeit) sind. Damit wurden die Absolutheitsdogmen des Newtonschen Raum- und Zeitbegriffs überwunden.

154) Der sogenannte Minkowski-Raum ist eine 4-dimensionale mathematische Mannigfaltigkeit, die drei reele Ortskoordinaten und eine imaginäre Zeitkoordinate enthält.

155) Mannigfaltigkeit ist mathematisch eine Anzahl der Zahlenangaben (Koordinaten), durch die ein Punkt festgelegt ist. Die Anzahl wird als Grad der Mannigfaltigkeit bezeichnet.

156) Der Minkowski-Raum ist die 4-dimensionale Raumzeit mit euklidischer Geometrie, d.h. ohne Krümmung. Er dient zur Darstellung physikalischer Vorgänge in der Einsteinschen Relativitätstheorie.

157) Planck stellt - aufgrund der gleichen Bedeutung von Energie und Masse - die Folgerung auf, daß JEDE Form von Energie (auch die in der Materie und in den Materiefeldern) als eine Quelle des Schwerefeldes angesehen werden muß.

158) Ein elektromagnetisches Feld erzeugt über seine Feldenergie auch ein Gravitationsfeld. Für die von der Technik erzeugten elektrischen Felder sind das unmeßbar kleine zusätzliche Schwerefelder. Auch ein in der Materie vorhandener Energiefluß (der einem Impuls entspricht) sowie die in elastischer Spannung gespeicherte Energie tragen zu den Quellen des Schwerefeldes bei. Alle diese Größen werden in dem sogenannten Energie-Impuls-Tensor der Materie zusammengefaßt.

159) Am 30. Juni 1908 ereignet sich in Zentralsibirien (Tunguska) eine Explosion, die von Seismographen in aller Welt registriert wird. Die Erdbebenwelle läuft fünfmal um den Globus und die Luftdruckwelle umrundet den Erdball zweimal.

160) Arthur Erich Haas entwickelt ein Atommodell (als Verbindung des Modells von J.J. Thomson und des Planckschen Wirkungsquantums) mit dem er den Grundzustand des Wasserstoffs (nicht aber dessen angeregte Zustände oder Übergänge) beschreiben kann.

161) Ejnar Hertzsprung stellt den Zusammenhang zwischen den Farben und den Helligkeiten von Sternen graphisch dar.

162) Robert Anton Millikan veröffentlicht seinen Wert für die elektrische Elementarladung:

e  = 1,602 *  10^-19 C.

Jede elektrische Ladung ist ein ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung. Er bestätigt durch Messungen die Einsteinsche Energiebilanz des lichtelektrischen Effektes in einem weiten Spektralbereich.

163) Ernest Rutherfords Entdeckung: Negative Elektronen umkreisen einen positiven Atomkern. Nach der Theorie des Elektromagnetismus müßten die Elektronen ihre Energie kontinuierlich abstrahlen und in den Kern stürzen. In Wahrheit sind Wasserstoffatome äußerst stabil. Diese Diskrepanz war ein schlimmes Versagen der physikalischen Voraussagen.

164a) Basierend auf Rutherfords Entdeckung entwarf Niels Bohr ein Atommodell, daß auf der Quantentheorie beruht. Danach sind für Elektronen nur Zustände möglich, die durch ganze Zahlen gekennzeichnet sind.

165b) Bohr postulierte, daß der Bahndrehimpuls der Elektronen nur bestimmte diskrete Werte annehmen darf, wodurch den Elektronen nur gewisse Bahnradien erlaubt sind.

Die Elektronen können aus einer erlaubten hohen Bahn auf eine erlaubte niedrigere Bahn springen, indem sie ein Photon, d.h. eine bestimmte Energiemenge abstrahlen.

Weil ein Elektron auf der innersten Bahn keine weitere Bahn findet auf die es springen kann, bildet es ein stabiles Atom.

165c) Bohrs Theorie erklärte viele Spektrallinien des Wasserstoffs (die spezifischen Frequenzen, die von angeregten Atomen emittiert werden) und auch die Spektrallinien für Helium (aber nur wenn es ein Elektron hatte). Die restlichen Atomspektren erklärte die Theorie nicht.

165d) Bohr postulierte per theoretischer Reduktion die Unerreichbarkeit der gemeinsamen Beschreibung von Mikrokosmos und Makrokosmos mit fundamentalen Naturgesetzen.

Die Reduktion (Zurückführung, Herabsetzung, Einschränkung) ist in der Philosophie die Gegenbewegung zur Deduktion: Rückführung eines Gegebenen auf ein anderes. Eine Reduktion ist z.B. die Induktion als Rückführung des Besonderen auf ein Allgemeines hin.

166) Erstmals zeichnet Henry Norris Russell ein Diagramm, daß heute Hertzsprung-Russell-Diagramm genannt wird. Bei einem HRD wird ein Parameter für die Helligkeit gegen einen Parameter für die Oberflächentemperatur (oder Farbe, oder Spektralklasse) aufgetragen.

167) Einige Jahrzehnte zuvor hatte Bernhard Riemann die elliptische Geometrie begründet, die nun in der Allgemeinen Relativitätstheorie ihre Anwendung fand.

168) Einstein veröffentlicht die ART, die eine Erweiterung der SRT auf beschleunigte Bezugssysteme ist.

169) Voraussetzung Äquivalenzprinzip: Schwere und träge Masse sind wesensgleich. Träge Masse ist der Widerstand eines Körpers gegen Beschleunigung. Schwere Masse ist das Gewicht eines Körpers im Schwerefeld (z.B. der Erde).

170) Aus dem Äquivalenzprinzip folgt, daß die Wirkung eines Schwerefeldes (Gravitation) von der einer gleichförmigen (gravitationsbedingten) Beschleunigung nicht zu unterscheiden ist.

171) Das Äquivalenzprinzip ist eine Grundlage der ART. Aus ihr folgt, daß Gravitation nicht als Kraft auftritt, sondern als Verzerrung der Raumzeit. Als Resultat dieser Verzerrung scheinen Lichtstrahlen gekrümmten Pfaden (Geodäten) in einem Gravitationsfeld zu folgen. Die Gravitation ist eine Scheinkraft.

172)Die ART erweitert das Gravitationsgesetz. Nach der Newtonschen Mechanik bewegen sich punktförmige Massen infolge der Gravitation auf Kegelschnitten umeinander. Im gebundenen Zustand handelt es sich insbesondere um Keppler-Ellipsen.

173) Nach Einstein ist die Keppler-Ellipse nur eine Näherung. Die wirkliche Bahn ist infolge der Raumzeit-Krümmung rosettenförmig (Drehung der Ellipse). Die sogenannte Periheldrehung beträgt (pro Erdjahrhundert) für den Merkur = 43,02”, für die Venus = 8,6” und für die Erde = 3,8”.Die Bahn des Merkur eiert wie ein Teller beim Jonglieren. Er spürt wegen seiner großen Sonnennähe die Raumzeit-Krümmung besonders deutlich.

174) Folgerung Rotverschiebung: Spektrallinienspektren sind als Folge von starken Gravitationsfeldern rotverschoben im Vergleich zum Spektrum der gleichen Stoffe auf der Erde.

175) Basierend auf der 4-dimensionalen Minkowski-Raumzeit mit euklidischer Geometrie postulierte Einstein, daß die ART-Raumzeit Krümmungen aufweist und das sich diese zeitlich variierende Krümmung aus der energetischen Konstellation der Körper, Felder usw. bestimmen würde.

176) Die ART-Geometrie ist nicht euklidisch. Das Parallelenaxiom gilt nicht. Der Weltraum ist geschlossen und endlich aber unbegrenzt. Er ist nicht eben, sondern gekrümmt. Das Krümmungsmaß ist durch den Weltradius (Riemannsche Geometrie) gegeben.

177) Mittlerweile ist die ART weitestgehend bestätigt, mit zwei Ausnahmen.

177a) Ausnahme 1 = Framedragging-Effekt: Ein massives rotierendes Objekt reißt die Raumzeit seiner Umgebung mit, ähnlich dem Verquirlen mit einem Mixer. Solange die verursachende Masse nicht gigantisch groß ist, kann dieser Effekt nur schwer erkannt werden, evtl. bei der Vermessung von Binär-Pulsaren. Die Magnetfelder dieser Objekte müßten eine sehr komplizierte Form haben.

177b) Magnetfelder sollen die Raumzeit ebnen. Also wäre die Raumzeit in der Nähe Schwarzer Löcher mit starkem Magnetfeld weniger stark gekrümmt als vermutet. Kräftefreie Körper (die es nur theoretisch gibt) bewegen sich auf geodätischen Linien die in einer flachen (also massefreien) Raumzeit Geraden sind. In einer gekümmten Raumzeit haben sie komplizierte Formen, jedoch sollen hier Magnetfelder entgegenwirken. Magnetfeldlinien haben die Tendenz, sich gegenseitig abzustoßen. So lassen sich zwei gleichartige Magnetpole nur schwer zusammenbringen. Dieser Effekt wirkt der Krümmung der Raumzeit entgegen.

177c) Ausnahme 2 =Gravitationswellen: Es ist noch nicht gelungen, eine strenge physikalisch befriedigende Lösung der komplizierten nichtlinearen Einsteinschen Gleichungssysteme des Gravitationsfeldes für eine inselförmige, in innerer Bewegung begriffene Masseverteilung zu finden. Laut der ART gibt jede beschleunigte Masse Energie in Form von Gravitationsstrahlung ab. Diese ist als Schwingung im Raumzeit-Gefüge erkennbar. Die Strahlungsenergie ist extrem niedrig. Die Raumzeit-Krümmung - z.B. zwei massereiche einander umkreisende Objekte - legt die Existenz von Schwerewellen nahe. Durch das Aussenden der Gravitationswellen wird einerseits die Umdrehungszeit der beiden Objekte verringert und andererseits verändern die Wellen Abstände in der Raumzeit. Die Größenordnung der sich ändernden Abstände liegt unter dem Durchmesser eines Atomkerns.

178-180 frei