Eine Physikalische Fantasie

Von Holger Riedel

Was will das Heftchen erreichen ?

Ist dieses wenig-biedere Machwerk „nur“ ein verzweifelter Versuch, der Physik
eine „irgendwie rundere Form“ zu geben, also ein Aufbegehren die vielen losen Enden wenigstens etwas fester zu zuzurren, quasi eben nur ein „Kanten-Abschleifen“ ?
Oder is' es sowas wie das Backofen-heiße Ausbacken eines Teigs zu einem „vollendeten“ Kuchen, so dass, danach erst, das Ganze wirklich gut schmeckt ?

Oder ist es einfach nur ein unüberlegter Ulk ?

Nun, ich behaupte, mit NICHTS könnte der geneigte Leser MEHR daneben liegen !

Zuallererst und vor allem andern möchte der Autor all DENEN seinen ganz großen Respekt zollen, die ihr Leben in den Dienst der Wissenschaften gestellt haben.
Nur durch die immensen intellektuellen Leistungen, die vergangene (und lebende) Menschen vollbracht haben, ist es (auch für jemandem wie mich) MÖGLICH geworden in einem stillen Kämmerlein die vielen kleinen herumliegenden
Puzzle-Steinchen zu sammeln, zu prüfen und am Ende sogar in veränderter Gestalt neu zusammen zu fügen.

Vielleicht sollte man dieses kleine Büchlein deswegen (verstohlenerweise) eine richtig-gehende „Liebeserklärung an die Naturwissenschaften“ nennen.
(Zumindest eine, die sich an das nette Mädel namens „Physik 2.0“ richtet)

Für DIE-jenigen, denen derartig Frivoles NICHT liegt und die sich daher eine durch und durch NÜCHTERNE Beurteilung wünschen würden, wäre wahrscheinlich auch das Ablegen in einer Schublade mit der Aufschrift „brainstorming event“ nicht VÖLLIG abwegig.

Wie auch immer, dies hier ist sicherlich KEINE „Wissenschaftliche Arbeit“, sondern eher ein Ding, das man beispielsweise eine „SCIENCE Fiction“ (und nicht „Science FICTION“) nennen könnte.
Denn, sie/es will ( letzten Endes nämlich ) gar nicht ÜBER-mäßig ERNST genommen werden !

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Books on Demand
• Erscheinungsdatum: 11. Sept. 2014
• ISBN: 9783735764027

Holger Riedel

Unter den Menschen seit Juli 1963, aufgewachsen in Natur-naher Umgebung, dreizehn Jahre lang fleißig zur Schule gegangen, dann sechs lange Jahre hindurch Physik studiert. Anschließend zwei Jahrzehnte Mobilfunk, und seitdem Privatier und Hobby-Autor.

Buchvorschau

Ein (nicht völlig unwichtiger) Hinweis von Seiten des Autors:

Der gewogene Leser wird recht bald (erstaunt) feststellen, dass die von mir hier angewandte Rechtschreibung nicht den Vorgaben der offiziellen Sprachhüter folgt.

Wobei mir (ehrlich gesagt) als eindeutig größter Mangel die für gewöhnlich fehlende Betonungs-Notation negativ aufgefallen ist. Diese geht mir auch in Standardtexten (und nicht nur Rede-Manuskripten) schwer ab.

Dabei wäre doch bspw. die Groß/Klein-Schreibung (als mögliche Betonungs-Markierung) jederzeit und überall problemlos verfügbar. Leider (aber) folgt die deutsche Rechtschreibung in Fragen der Großschreibung seit vielen Jahrzehnten rein formalen Gesichtspunkten, EGAL um welche „Reform" es sich dabei just gehandelt hat.

Auch wenn ich nun den Wunsch nach einer möglichst einheitlichen Form der Verschriftung sehr gut verstehen kann, so muss ich doch konstatieren, dass mir, speziell im Falle dieses einen Büchleins hier, das enge orthografische Korsett, wie es z. Zt. Gültigkeit besitzt, meiner gedanklichen Entfaltung doch spürbar im Weg stand.

Ich muss in diesem Zusammenhang aller-dings (recht widerwillig) eingestehen, dass ich mir (dabei) AUCH dachte, dass im Vergleich zu dem, was ich der Physik anzutun im Begriffe stand, ein bescheidenes „Zurecht-Drücken" der Rechtschreibung sicher nicht so unverzeihlich schlimm wäre.

Konkret erkennbar wird diese, meine Lust zum Ungehorsam u.a. dadurch, dass ich mir die Freiheit heraus genommen habe, die Großschreibung gewisser Wörter (und Phrasen) eigen-händig festzulegen.

(V.a. DIE von solchen, deren „korrekte Schreibweise von den diversen unterschiedlichen „Reformen der letzten Jahre selbst nicht einheitlich definiert wurde)

So dass nun (z.B.) etwas „Greifbares denn deutlich GRIFFIGER als etwas „greifbares daher kommt.

Und genauso möchte ein „Ganzes in diesem Schriftstück um einiges STÄRKER betont sein als ein „ganzes.

Auch die Kommata werden von mir primär (also praktisch ausschließlich) für die Betonung eingesetzt, d.h. für einen kurzen Stopp des Redeflusses verwendet, so dass sich in meinem Kopf zu guter Letzt die folgende, sehr einfache Hackordnung (heimlich) „eingenistet" hat:

Punkte = längerer Stopp, Kommas = immer ein „kürzerer" Stopp, Wortgrenzen (meistens) = sehr kurzer Stopp im Redefluss.

Da ich noch NIE ein großer Freund der formalen Wort-Großschreibung gewesen bin (weder in alter noch in neuer Form), habe ich (mir) auf jene Weise (sozusagen) selbst einen kreativen Raum für mein Nachsinnen über die Welt „erobert".

Ich bin also wirklich der Meinung, dass diese Vorgehensweise mir beim Verfassen dieses Werkes in gewissem Umfang geholfen hat.

Daher hält sich mein schlechtes Gewissen diesbezüglich auch sehr in Grenzen.

Abschnitte

VORWORT

Dimensionen

Vom Anbeginn bis hin zum Allerkleinsten

Die vier „Grundkräfte der Natur"

Ursachen-artige Elementarteilchen („uETs")

Das „Echte quark" - Modell

Der SPIN

Unfälle und ihre Folgen

Masse – Energie – Impuls

Wirkungs-artige Elementarteilchen („wETs")

Gravitonen

Photonen

Wosonen

Gluonen

Die „Welten" der Physik

Anhang: Mesonen-Zerfälle

Anhang: Die „Innere Asymmetrie" des KM

Anhang: Das Filling Well - Modell („FWM")

Anhang: Das Simple Black Hole - Modell („SBHM")

NACHWORT

VORWORT

Ein wundersamer Ausflug

Ich möchte Sie einladen auf eine Expedition durch die entlegensten Gegenden unserer Welt !

Wir werden zusammen in dunklen Winkeln stochern, uns durch enge Spalten zwängen und Hand-in-Hand breite Abgründe durchschreiten (von denen Sie bestimmt noch nie etwas gehört haben).

– phhhw

Ah, und da ist das Stichwort schon gefallen:

Wir werden diese Reise weder zu Fuß unternehmen, noch brauchen wir dazu ein motorisiertes Vehikel, es genügt ein aufgeschlossener Geist und etwas Mut. Wir werden diese Fahrt nämlich gemeinsam, in Ihrem und in meinem KOPF unternehmen, wir stellen sie uns VOR !

Es wäre nun zu viel behauptet, wenn ich sagen würde, wir würden dabei „DIE Realität ergründen, unsere Tour wird uns „nur in eine MÖGLICHE Realität führen, aber ich meine, auch da kann man Spaß haben und die Erinnerung an das eine oder andere Abenteuer mit nach Hause nehmen.

Beginnen werden wir mit einer kurzen Stippvisite bei Eva und ihrem Sprössling, die gerade Beide dabei sind unseren Ausflug vorzubereiten.

(Der Autor)

Mama, hör ' endlich auf ! Schau mich bitte nicht so an !

Aber mein Schatz, du bist einfach sooo süüüüß, ich könnt' dich dauernd knuddeln.

Mama, jetzt sei 'mal ernst.

Ich und ein paar andere, wir müssen diesen Vortrag halten und du sollst mir jetzt zuhören. Und uns wenn möglich ein paar Tipps geben. Du kennst dich doch damit aus.

Also gut, mach los.

So, der Titel heißt : „Kurzer Abriss der Entstehungsgeschichte des Universums mit ergänzenden physikalischen Erläuterungen" . . .

Mama ! Das war so vorgegeben, den Titel hab' nicht ich mir ausgedacht !

OK.

Also, es geht los.

Dimensionen

Ich denke, jeder von Ihnen hat schon einmal von den acht Dimensionen gehört, die unser Universum regieren. Die „Dimensionen sind für die Physik so etwas wie ein absoluter Rahmen. Nur was sich innerhalb dieser acht Dimensionen abspielt ist für uns im wörtlichen Sinne „begreifbar und daher existent.

Auch wenn Philosophisch-Veranlagte (und andere) sich viele Gedanken über das „Wie und „Warum der Welten-Fundamente gemacht haben, unverändert - rätselhaft sind die Dimensionen bis heute geblieben:

Ihre Eigenschaften lassen sich studieren, ihr Ursprung aber bleibt uns seltsam verborgen.

Jeder in diesem Universum muss mit ihnen leben, auch wenn er nicht weiß, woher sie kommen und was sie bedeuten sollen.

Wir nehmen also den Satz der acht bekannten Dimensionen mit einem weisen Lächeln hin und listen sie erst einmal alle in der üblichen Weise auf:

Ganz offensichtlich sind die Dimensionen selbst gewissen Symmetriebeziehungen unterworfen: Es gibt da den Raum und die Zeit und dann die entsprechenden Krümmungen.

Und es tritt zweimal eine Dreier-Gruppe auf: Nämlich beim Raum und bei den Zeitkrümmungen.

Während die ersten vier Dimensionen uns alle tagtäglich beschäftigen, sind die der zweiten Hälfte nur was für Leute, die sich sehr intensiv mit dem Weltall befassen (möchten).

Als bekannteste der eher unvertrauten Dimensionen ist natürlich die Raumkrümmung zu nennen.

Bitte verwechseln Sie diese Dimension nicht mit der lange Zeit recht nebulösen Beziehung zwischen Schwerkraft und Raum, welche zwar mitunter auch als „Raumkrümmung" bezeichnet wird, jedoch zuallererst ein rein lokales Phänomen ist.

Die Dimension 5 als solche gibt sich erst bei sehr, sehr großen Entfernungen zu erkennen:

Ohne die Raumkrümmung wäre unser Universum nicht in sich geschlossen.

Man müsste also irgendwo gegen eine scharfe Begrenzung stoßen, wenn wir auf einer der Euklidischen Dimensionen nur weit genug voranschreiten würden.

In unserem Universum würden wir aber, wenn wir uns in Gedanken immer geradeaus in einer Richtung bewegten, an keinerlei Begrenzung stoßen, nein, wir würden wieder am Ausgangspunkt ankommen!

Unser Universum ist zwar endlich groß, hat aber keinen Rand (!)

Für diesen doch einigermaßen überraschenden Effekt ist die Dimension 5 verantwortlich.

Aber noch verblüffender sind jene Effekte, die die drei Zeitkrümmungs- Dimensionen auslösen!

Ich möchte diese einfach der Reihe nach abhandeln, muss dazu aber bei jeder der Dreien zunächst einmal etwas ausholen, damit sich deren Merkmale auch vernünftig beschreiben lassen.

Logischerweise beginnen wir beim Anfang, also ich meine den absoluten Anfang, den Anfang unseres Universums, den BIG BANG.

Big Bang

Und schon muss ich mir selber widersprechen:

Wir beginnen NICHT (Das „t" steht für die „Zeit")

Den gängigen Modellvorstellungen zufolge hat nämlich die Zeit im Universum bereits ein ganz klein-wenig vor dem Big Bang begonnen.

Das Universum startet in unsrem „Welt-Modell" mit einem (sehr) wohl-definierten Satz an Bestandteilen: Nämlich mit den sogenannten „Primären Dimensionen" 4 und 5 und einem Ding, das „Monoton" genannt wird.

Und gleich nochmal, weil's so schön war (weil es so wichtig ist):

Unser „embryonales" Universum hat (anfangs) noch keine acht Dimensionen, sondern erst mal nur zwei, und zwar die Zeit und die Raumkrümmung !

Und in seinem Innern gibt es nur eine einzige Sache, die etwas einigermaßen Greifbares darstellt: Ein nacktes Monoton. Dass das Monoton unbekleidet ist, ist äußerst bedeutsam, sie werden noch sehen.

(Einige Modelle bevorzugen übrigens einen Ansatz aus drei leicht unterschiedlichen Monotonen, wir aber bleiben hier beim einfachsten Ansatz, für uns reicht er allemal)

Wirklich wichtig ist ferner, sich einmal klar zu machen, dass das embryonale Universum am Anfang völlig andere Eigenschaften aufweist als die, die wir von unserem jetzigen her gewohnt sind:

So ein entstehendes Universum startet beispielsweise ohne Raum !

Allerdings beginnt er sich sofort auszubreiten, sobald t≠0 wird, der Startschuss also gefallen ist.

Außerdem fangen auch die Zeitkrümmungen sofort damit an ihre Existenz einzufordern. Erst einmal sind die drei Zeitkrümmungs-Dimensionen aber noch ununterscheidbar, da es die Zeitskalen, die sie differenzieren, noch gar nicht gibt.

Und was macht nun eigentlich unser unverhülltes Monoton während dieses ganzen Tohuwabohus ?

Nun, da tut sich einiges: Bei t ≈ 10-100 s (!) wechselwirkt das nackte Monoton aufgrund der Anwesenheit der Zeit (und der FAST-Abwesenheit des Raums) unvorstellbar stark mit sich selbst. Die (nah-) unendlich große Raumkrümmung führt zwangsweise zu einer (nah-) unendlich großen „Eigen-Resonanz".

Resultat: „Die Raumkrümmung zerfetzt das unverhüllte Monoton".

Bitte beachten: Es handelt sich hierbei nicht um eine normale „Hüllen"-Wechselwirkung, wie sie stets zwischen gewöhnlichen Elementarteilchen auftritt, sondern, um eine Monoton-Ur-Wirkung (wie auch immer man sich diese im Detail vorstellen mag).

Das gewaltsame „Zerreißen" des Monotons könnte entweder in einem einzigen Rutsch oder in Kaskaden abgelaufen sein. Wie auch immer, das alles endet ebenso plötzlich wie es begonnen hat:

Aufgrund der rapide ansteigenden Zahl der Monoton-Fragmente geht die EIGEN-Wirkung entsprechend schnell zurück, es überwiegt nun die Wechselwirkung zwischen den aus diversen „Fragmenten" neu-kumulierten

„Spät-Monotonen". Man könnte auch salopp formulieren:

Die „Monoton-Explosion" als solche endet dann, wenn noch mehr Monotone absolut keinen „Sinn" machen.

(Das Zerreißen des Ur-Monotons erzeugt übrigens so ziemlich genau DIE Menge an Monotonen, die wir noch heute im Universum antreffen, also „unglaublich viele")

Dummerweise wird die Sache an dieser Stelle erst so richtig problematisch:

Eine unvorstellbar hohe Zahl nackter Monotone existiert jetzt in einem Universum, in dem diese nicht nackt sein können, bzw. dürfen!

(Das liegt an einer wichtigen Symmetriebrechung, die eben bei etwa t = 10-¹⁰⁰ s auftreten sollte und die bewirkt, dass aus den Monotonen Elementarteilchen werden)

(Auf die Details werde ich später noch sehr ausführlich eingehen)

Jene Unheil-schwanger drohende Verletzung eines absolut fundamentalen Naturgesetzes führt jetzt unabänderlicherweise zu einer Art „Verzweiflungstat" des primordialen Universums:

Die zur Verhüllung dringend benötigte Energie muss, sozusagen auf Teufel komm raus, IRGENDWIE herbei geschafft werden!

) kann diese Energie kommen. (Upps)

(Die gängige Standard-Hypothese unterstellt übrigens, dass unser Universum exakt mit Energie = 0 startete.

Aber, auch wenn eine gewisse Energiemenge dem entstehenden Universum „von den Göttern" mit gegeben worden wäre, solange diese Energiemenge nicht für einen ausgewachsenen Big Bang gereicht hätte, wäre ein zusätzlicher Energiebedarf vorhanden gewesen und der skizzierte Ablauf wär' im Prinzip der selbe gewesen)

Für mein gerade eben so kühn postuliertes Notfall-Energietunneln gibt es in dem betreffenden Moment doch tatsächlich auch einen einigermaßen brauchbaren Realisierungsweg, nämlich den per „Zeitschleifen":

So wie die Zeit aus der Raumkrümmung den Raum herauszieht, so befreit nämlich (auch) die Raumkrümmung aus der Zeit die drei Zeitschleifen-Dimensionen.

Oder besser gesagt, die eine Zeitschleifen-Kombi-Dimension, denn so früh sind die drei Zeitkrümmungs-Dimensionen noch nicht getrennt, sie wirken praktisch als eine.

(Is' auch einer der Gründe dafür, warum der resultierende Effekt so gewaltig sein kann)

Mutmaßlicherweise bekommt also die gerade im Entfalten begriffene Kombi-Dimension 6-7-8 schlagartig die Aufgabe ihres Lebens präsentiert:

Und das auch noch in wirklich unvorstellbar kurzer Zeit, schätzungsweise so innerhalb von (nochmals) 10 -¹⁰⁰ s.

Die ungeheure Energiemenge, die auf diese Weise in die (zunehmend) verhüllten Monotone „hineingepumpt" wird, übersteigt rasch jedes vorstellbare Maß. Das Ganze geschieht auch noch auf winzigstem Raum, und zwar auch und gerade weil die Raumdimensionen selbst erst ein klitzekleines Stückchen entfaltet sind.

Unabwendbare Folge: Es kommt zu einer Nah-Singularität der primordialen Energiedichte, d.h. zum „Big Bang" !

Unser (ach so) toller Big Bang trat demnach also nicht etwa bereits bei t=0 auf, nein, er ereignete sich erst ein kleines Stückchen später. Den Zwischenzeitraum, in dem sich u.a. auch der Big Bang aufbaute, nennt man für gewöhnlich die „Universal-Phase 1" (auch abgekürzt als „Ph1" bekannt).

Wie leicht vorauszusehen, folgt auf die „Phase 1" natürlich ziemlich hurtig die „Phase 2", auch „Phase der Inflation" genannt, da sich jetzt endlich AUCH die „Sekundären Dimensionen" genüsslich ausbreiten können.

In Ph2 kommen wir den uns gewohnten Naturgesetzen schon deutlich näher (auch wenn die Entfaltung aller Dimensionen anhält und die mathematisch-physikalische Beschreibung deshalb nicht trivial ist).

Unser herziges Baby (-Universum) besteht in der Phase 2 zunächst einmal aus einer „Ur-Suppe" in Form eines ultra-hoch erhitzten Elementarteilchen-Plasmas.

Das besprochene Energie-Tunneln (hin zu Ph1) dürfte im übrigen (vermutlich) bereits in Phase 2 eingesetzt haben.

Was natürlich bedeutet, dass die primordiale Energiedichte in Ph2 viel schneller zurückgegangen ist als eigentlich zu erwarten gewesen wäre, da Energie bereits wieder davon tunnelt.

Und das ist etwas, was seinerseits zur Folge hätte (oder besser gesagt, als Voraussetzung hätte), dass die Nah-Singularität des Big Bang noch deutlich stärker singulär gewesen sein müsste als ohne dieses Ph2-Tunneln.

(Um das gleiche Endresultat zu erreichen, meine ich)

Wie lange nun die „Phase 2" tatsächlich andauerte ist nicht wirklich eindeutig bestimmbar. Im Endeffekt hängt alles davon ab, wie „zäh" der Raum sich ausbreitete. Schätzungen hierfür variieren wild, wir nennen jetzt eine Größe, die sicher erstaunlich klein erscheint, aber viele Befürworter hat: Etwa 3 Minuten (!)

Noch während der anhaltenden Inflation treten u.a. auch winzige statistische Dichtefluktuationen auf, die am Ende der Ph 2 zu Dichte -Tälern auf astronomischer Längenskala angewachsen sind, UND riesige, viele Millionen Lichtjahre große Quasi-Vakuumbereiche im All hinterlassen werden (sog. „voids").

Die während der Phase 2 entstehende gasförmige Materie wird dabei, auch unter dem Einfluss ihrer eigenen Schwerkraft, an den Rändern, bzw. Eckpunkten der großen wabenförmigen void-Strukturen zusammengeschoben und bildet dort mächtige Materieansammlungen aus (sogenannte „Galaxien-Super-Haufen").

Am Schlusspunkt der Inflation sind dann alle acht Dimensionen vollständig entfaltet, es beginnt (ab hier) die „Phase 3", das Universum in der uns bekannten Form.

Es wird noch ein paar Millionen Jahre dauern bis sich aus den Gaswolken in den Randbereichen der voids Sterne und Galaxien bilden können (und das Universum so zum ersten Mal „durchsichtig" wird).

Aber, alle Zutaten für das künftige Universum liegen bereit und das junge Weltall hat noch Äonen vor sich, die es durchmessen darf.

Unsere (inzwischen) lieb-gewonnene primordiale Inflation hat übrigens ein solch über alle Maßen riesiges Universum erzeugt, dass man (mit gutem Gewissen) davon ausgehen kann, dass unser Kosmos, falls er seit dem Beginn der Phase 3 tatsächlich noch weiter expandierte, nur noch ein klein bisschen größer wurde!

Da nun das Weltall (wie gerade angedeutet) so ziemlich genau am Anfang der Phase 3 durchsichtig wurde, kann das früheste Licht, das von makroskopischen Objekten wie Sternen oder ganzen Galaxien ausging, nur maximal 15 Milliarden Jahre lang unterwegs gewesen sein, denn just soo alt scheint die Phase 3 in etwa zu sein.

Auch mit den stärksten Teleskopen können wir also allerhöchstens nur diese 15 Milliarden Jahre weit (zurück) blicken! Unser Universum „blähte sich jedoch in Phase 2 sehr, sehr viel weiter „auf als bloß diese paar Milliarden Lichtjahre!

Und genau deswegen können wir leider auch nur einen mini-mini-winzigen TEIL des Gesamt-Universums wahrnehmen (per Sternenlicht, meine ich).

Andererseits vermögen wir aber auch, mit jedem einzelnen Tag, der vergeht, genau einen Licht-Tag tiefer ins All hinein zu blicken !

Es müssten nun allerdings schon Äonen über Äonen vergehen, bis wir, wenigstens im Prinzip, in der Lage wären, einen umfassenden Sektor des Universums mit Teleskopen zu untersuchen.

(Also zumindest die Vergangenheit dieses Ausschnitts des Universums)

Verblüffenderweise steht der oben geschilderte primordiale Effekt der Dimension 6 (das Energie-Tunneln) im krassen Widerspruch zur einfachen Formulierung des „Zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik". (Echt!)

Dies lässt sich im Grunde nur durch die absolute Notwendigkeit der primordialen Monoton-Verhüllung erklären. Jene scheint von so fundamentaler Natur zu sein, dass die anderen bekannten „Gesetze der Physik" sich dem unterwerfen müssen.

Darüberhinaus ist der Einfluss der Dimension 6 wohl auch für die lange Stabilität der Ph3 mit verantwortlich. Es wäre nämlich durchaus vorstellbar, dass inzwischen ein weiterer Phasenübergang (nach Ph 4) stattgefunden hätte, wenn nicht ständig via Dimension 6 Energie aus unserem Ph 3-Universum austunneln würde (genauer gesagt, nach