Mit
zwei meiner Blog-Freunde entspann sich in den letzten Tagen eine Diskussion
über naturwissenschaftliche Fragestellungen, die ich hier wiedergeben möchte.
Die Diskutanten sind Hans Diel (HD) aus Sindelfingen und Lothar Monshausen (LM)
aus Bitburg. Wie bei vielen in diesem Blog erschienenen Diskussionen stelle ich (BD) Fragen und gebe kurze Erläuterungen, wenn
ich es für erforderlich halte. Ich schicke vorweg, dass meine Fragen zwar
unterhaltsam, aber nichtsdestoweniger sinnvoll sein sollen. Entsprechend sind
auch einige Antworten mit einem kleinen Vorbehalt zu sehen. Vielleicht wären
professionelle Physiker sich bei der Beantwortung auch noch hin und wieder unsicher. Fassen
Sie es bitte als weiteren Beitrag dazu auf, Wissenschaft zu popularisieren.
BD: Da zwischen Raum und
Zeit kein prinzipieller Unterschied besteht, darf man doch fragen: Wie muss man
sich die gekrümmte Zeit vorstellen?
HD: Zunächst allgemein
zum Raumzeitkontinuum: Es stimmt, dass in der Physikliteratur die Zeit als
vierte Dimension der Raumzeit dargestellt wird. So als gäbe es prinzipiell
keinen Unterschied zwischen dieser 4. Dimension und den drei anderen
Dimensionen. Das kommt daher, dass man in dem mathematischen Formalismus zur
Darstellung der Relativitätstheorie mit 4-dimensionalen Vektoren, Matrizen und
Tensoren rechnet und bei diesen mathematischen Objekten zunächst einmal
mathematisch kein Unterschied gemacht wird zwischen der i-ten und der k-ten
Dimension. Die Gleichbehandlung wird jedoch schon in der Mathematik
aufgebrochen dadurch, dass man für das Rechnen mit den entsprechenden Vektoren,
etc. die Angabe einer 4-dimensionale Metrik benötigt und in dieser Metrik
erscheint die Zeit mit einem anderen Vorzeichen als die Raumdimensionen.
(Genauer: die Metrik der Raumzeit der Relativitätstheorie wird mit (1,1,1,-1)
angegeben.
Wenn
man nicht nur die Mathematik sondern auch die Physik betrachtet (die Mathematik
ist ja nur das Hilfsmittel), dann gibt es nach meiner Überzeugung noch einige
weitere gravierende physikalische Unterschiede zwischen Raum und Zeit.
Allerdings habe ich hier den Eindruck, dass meine Meinung nur von wenigen
Physikern geteilt wird. Ich bin der Meinung, dass man zwar von einem
Raumkontinuum sprechen kann, dass man aber, wenn man Raum und Zeit gemeinsam
physikalisch betrachtet, es immer nur Zeitscheiben (time slices) gibt. Deshalb
ist es nach meiner Überzeugung physikalisch unmöglich Zeitreisen in die
Vergangenheit durchzuführen. Es gibt noch einige weitere physikalische
Unterschiede zwischen den Raumdimensionen und der Zeitdimension auf die ich
aber hier nicht eingehen möchte.
Nun zur
gekrümmten Raumzeit: Mathematisch gesehen versteht man unter der Angabe einer
Raumkrümmung (eines Raums mit n Dimensionen,
einer Metrik und einem Koordinatensystem) die Angabe, wie man von einem Punkt
zu einem benachbarten Punkt in einer bestimmten Richtung kommt. Für die
Mathematik hat Riemann dafür den Riemann-Tensor erfunden (der sogar unabhängig
vom gewählten Koordinatensystem ist). Für die Physik ist auch hier die
Mathematik wiederum „nur“ das Hilfsmittel, nämlich das Hilfsmittel dafür, wie
ich am elegantesten beschreiben kann, wie sich ein Körper (Partikel, Auto,
Mensch, Rakete) vom Punkt A aus im Raum bewegt. Für die Bewegungen in unserer
näheren Umgebung hat sich dafür das ‚Model‘ eines (nicht gekrümmten)
Euklidschen Raumes als geeignet erwiesen. Für Schiffe, die um die Welt reisen,
ist das Modell der gekrümmten Kugeloberfläche mit Polarkoordinaten geeignet. Für
Bewegungen im Raum, in dem die Allgemeine Relativitätstheorie (und die
Gravitation) eine signifikante Rolle spielen, glaubt man, dass das allgemeinste
Modell mit dem Riemann-Tensor angebracht ist, um Bewegungen vorherzusagen, auf
die keine Kräfte wirken.
BD: Krümmt nur Masse den
Raum oder auch Energie? Im ersten Falle würde jede Atomexplosion den Raum
glätten? Außerdem wird durch dunkle Masse oder dunkle Energie alles ziemlich
verwaschen.
Krümmungstrichter der Raumzeit
am Beispiel Sonne
HD: Physikalisch
korrekt: Energie krümmt den Raum und Masse ist eine Form von Energie. Eine
Atomexplosion hat dabei insofern nur wenig Auswirkung auf die Raumkrümmung, als
vor der Explosion die freigesetzte Energie schon in Form von Masse vorhanden
war. Dunkle Energie und Dunkle Masse sind nur Namen für etwas wofür man keine
Erklärung hat.
BD: Wann, wie und warum
kippt ein Massepartikel über den Rand eines Krümmungstrichters im
Raumzeit-Kontinuum? Ist es überhaupt erlaubt, dies zu fragen?
HD: Das Bild eines
Krümmungstrichters, ähnlich einem Wasserfall, ist in der Literatur beliebt,
aber irreführend. Wenn schon Krümmungstrichter, dann ist einer, der nur ganz
allmählich abfällt (ohne klaren Rand), realistischer.
BD: Ändert sich während
des Falles eines Partikels das umgebende Raumzeit-Kontinuum? Die Massen
verschieben sich ja gegenseitig.
HD: Meine Behauptung (die
auch in einem neueren Paper [1] von mir steht) ist, dass die Fortpflanzung der
Raumkrümmung schon bei dem sich bewegenden Partikel anfängt. Allerdings ist der
Effekt so gering, dass er höchstens für quanten-physikalische Vorgänge eine
Rolle spielt. Erst in der Aggregation sehr vieler Partikel wird er für
gravitative Effekte interessant.
BD: Wenn Gravitation keine Kraft ist, dann darf
ein fallendes Partikel keine Beschleunigung erfahren. Stimmt das auch bei
Newtons Apfel? Sind Fallgeschwindigkeit und Aufpralleffekt immer die gleichen,
egal ob ein Gegenstand aus 1 oder 1000 Meter Höhe fällt? Ich würde lieber von
einem Liegestuhl als von einem Hochhaus fallen.
HD: Die Physik sagt: Der
fallende Apfel wird nicht durch die Gravitation beschleunigt, sondern durch den
gekrümmten Raum. Die Physik sagt aber auch: Gravitation ist gekrümmter Raum. Nach
Newton und der Relativitätstheorie hängt die Fallgeschwindigkeit von der
zurückgelegten Strecke und Zeit ab. Exakt: Die Körper erfahren eine konstante
Beschleunigung.
BD: Wieso kann ein Raum
'beschleunigen'? Ich dachte, dazu bedürfe es immer einer 'Kraft'. Der gekrümmte
Raum verfügt plötzlich über so etwas wie eine Kraft, auch wenn Physiker dieses
Wort vermeiden. Beim Schleuderstuhl beschleunigt doch nicht der Sessel, sondern
ein Explosiv unter ihm. Einstein hat also die Gravitation nicht wirklich 'erklärt',
sondern nur eine (weitere) Eigenschaft der Gravitation angegeben. Sie bringt
den Apfel zu Fall und krümmt den Raum. Ich lerne immer wieder dazu.
HD: Ja, die Physiker der
Relativitätstheorie mögen es nicht, wenn gesagt wird, dass der fallende Apfel
seine Beschleunigung durch eine Kraft bekommt. Das Wort ‚Schwerkraft‘ müsste
längst aus unserem Sprachschatz verbannt sein.
BD: Existiert Raum, auch
wenn er leer ist, d.h. wenn sich keine Massepartikel in ihm befinden? Kann
Raum, der einmal existierte, spurlos verschwinden?
HD: Große Teile des Raums
bestehen aus Vakuum. Das Vakuum enthält keine Massenpartikel. In dem Modell,
das ich in dem erwähnten Paper beschrieben habe, kann Raum, der einmal
entstanden ist, nicht mehr verschwinden. Ich weiß nicht, ob es Physiker gibt,
die zu dieser Frage eine ausgeprägte Meinung haben.
BD: Können mehrere
'Fetzen' von Raum gleichzeitig und nebeneinander existieren? Man kann auch
Blasen, Inseln oder Wolken dazu sagen.
HD: Spätestens hier wird
es wichtig zu sagen, auf welche Theorie, Meinung (= Interpretation der Theorie)
oder Realität man sich bezieht. Wenn man nur von der Allgemeinen
Relativitätstheorie ausgeht, ist alles Mögliche möglich (z.B. Zeitreisen in die
Vergangenheit, Wurmlöcher, Singularitäten, mehrere Universen, und auch Ihre
Beispiele). Ich bin jedoch davon überzeugt, dass die Lösungsmenge, die die
Einsteinsche Gleichung erlaubt, noch zu groß ist. Ich habe schon erwähnt, dass
ich nicht glaube, dass Zeitreisen in die Vergangenheit theoretisch möglich
sind. Ein anderes Beispiel (welches ich auch in meinem Paper anbringe) ist
meine Aussage, dass die pure Relativitätstheorie nicht genügend einschränkend
ist, so dass man daraus alleine kein kausales Modell für die Raumzeitdynamik
ableiten kann. Umgekehrt, verbietet die Relativitätstheorie möglicherweise Lösungen,
die eine weiter entwickelte Theorie vielleicht erlaubt.
Eine
weitere Einschränkung der Antwort zu Ihrer Frage ergibt sich, wenn man nicht
nur die Theorie betrachtet, sondern die Frage auch auf unser Universum (von dem
man annimmt, dass es aus einem Urknall entstanden ist) bezieht. In diesem Fall
sehe ich die mögliche Existenz von Blasen, Wolken und Inseln im Raum noch viel
weniger als Möglichkeit. Zusatzbemerkung: Ich schreibe in meinem Paper an zwei
Stellen auch von „islands of non-accumulated space“. Dabei beziehe ich mich auf
Inseln bzgl. der Akkumulation von Raumkrümmungsänderungen.
BD: Können mehrere
Raumzeit-Fetzen innerhalb eines Universums bestehen? Oder schafft bzw. verlangt
jeder Fetzen ein eigenes Universum?
HD: Ich glaube das habe
ich oben mit beantwortet.
Komet Shoemaker-Levy,
Endphase
BD: Der Komet
Shoemaker-Levy rutschte offensichtlich gemütlich, d.h. zwei Jahre lang, den vom
Planeten Jupiter gebildeten Raumzeit-Trichter hinunter, bis er in einem 'grauen
Loch' zerschellte. Bei einem Schwarzen Loch wäre alles etwas dramatischer
verlaufen. Der Komet umkreiste offensichtlich zunächst das Zielloch, das wie
ein riesiges Maul wirkte. Es war der Trichter, der rotierte. Uns erschien es
genau umgekehrt. Der Komet zerbrach bereits, ehe er in den Gasmantel fiel. Was
bewirkte das Zerbrechen? Waren es Scherkräfte (nicht mit Schwerkraft zu
verwechseln) oder querverlaufende Raumtrichter? Oder war es ein chemischer
Verursacher, etwa zu viel Feuchtigkeit im Umkreis von Jupiter? (Wie allseits
bekannt, war der Gott Jupiter ja kein Weinverächter!)
Jupiter, Einschlag von Bruchstück des Kometen
HD: Ich kenne die
Geschichte mit dem Kometen Shoemaker-Levy nicht. Ich vermute aber, dass es sich
hierbei um einen abgeschwächten Vorgang handelt im Vergleich zu dem, den man
bei Schwarzen Löchern annimmt, nämlich: Wenn ein ausgedehnter Körper in ein
Schwarzes Loch (oder zu einem sehr massereichen Himmelskörper) fällt, dann
wirken auf diesen Körper umso extremere Schwerkräfte, je näher er dem Zentrum
des Schwarzen Lochs kommt. Die Schwerkräfte sind an den verschiedenen Stellen
des fallenden Körpers unterschiedlich stark (an der unteren Seite stärker als
an der oberen Seite, am horizontalen Rand geringer als in der Mitte). Die ist
vergleichbar den durch den Mond verursachten Gezeitenkräften und führt zum
Zerbröseln des Körpers.
LM: Diese Überlegungen
sind wirklich "schwere Kost", aber interessant ̶ besonders
warum der Komet erst "zerbrochen" ist und dann in einem Trichter aufgesogen
wurde. Vor etwa zwei Milliarden Jahren sind solche Ereignisse doch oft
vorgekommen. Wieso werden diese Kometen mit Wassereis und festen Steinobjekten
sofort in Gas umgewandelt? Das kann ich mir nicht so leicht vorstellen.
![](https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhTRVE1BzgDp3cmUnX9b3pDtcGdbMN319XHxvzNR7M1R-Gd_1YgOu4G6ZxIAJ6tBUYtfMU1hFoos8X9dbo27bqMg2wX67DkN_MELn56Kv2O870qv1w2xLlDAGP4XqVex514wj_wkNu2tbuX/s400/jupiter_int.jpg)
Jupiter, Innerer Aufbau
Ich
habe da meine eigene Theorie, die ja auch nicht zu beweisen ist. Der Planet
Mars hatte früher auch eine Atmosphäre und dieser hat heute noch Wasser, aber
nur kleine Monde. Alle "inneren" Planeten haben einen
Eisen-Nickel-Kern. Bei den sogenannten Gasriesen soll also alles nur aus Masse
und Druck bestehen. Dann könnte das Raumschiff "Enterprise"
theoretisch mitten durch den Jupiter fliegen ohne festes Material zu
durchqueren. Auch die NASA oder ESA reden immer noch von Gasriesen und haben wohl
auch keine plausible Erklärung für die Gravitation parat.
BD: Jupiter wird als
Gasplanet bezeichnet, weil er zum weitaus größten Teil aus gasförmigem Material
besteht, vorwiegend aus Wasserstoff und Helium. Er hat aber einen Gesteinskern,
der 20 Erdmassen entspricht und vorwiegend aus schweren Metallen besteht wie
Blei und Uran. Seine große Anziehungskraft verdankt er diesem relativ kleinen
Kern. Eine eingefügte Tabelle zeigt einige Zahlenvergleiche von Erde, Mars,
Jupiter und Saturn.
Vergleich von vier
Planeten
Gestern
bewunderten Millionen Amerikaner ein Jahrhundertereignis, nämlich die ‚Große amerikanische
Sonnenfinsternis‘,
eine totale Abdeckung der Sonne durch den Mond. Man kann heute bereits genau
vorhersagen, wann ein solches Ereignis wieder eintreten wird. Einen
Kometeneinschlag von der Art des Shoemaker-Levy können wir nicht vorhersagen.
Ob ein ähnliches Himmelsereignis je wieder von Menschen beobachtet werden kann,
ist fraglich.
Zusätzliche Referenz
1. Diel, H.D.: A model of spacetime dynamics with
embedded quantum objects. 2017 (zur Veröffentlichung eingereicht)
Hartmut Wedekind schrieb:
AntwortenLöschenOrt und Zeit: zeitgleich und gleichzeitig. Das ist unterschiedlich in der Bedeutung. Zwei Schiläufer, die hintereinander laufen, kommen zeitgleich oder mit gleicher Zeit ins Ziel. Zwei Schiläufer beim Parallelslalom können gleichzeitig ins Ziel kommen. Dann sind sie auch zeitgleich. Das Umgekehrte gilt nicht: wenn zeitgleich, dann noch lange nicht gleichzeitig.
Ortsgleich: Zwei Körper können konkret nicht ortsgleich und zeitgleich sein. Gleichortig: Zwei Körper können hintereinander gleichortig sein.
Man erkennt den fundamentalen Begriff der zeitlichen Parallelität, die begriffsbestimmend ist. Die Ortsparallelität (zwei parallele Geraden) konstituiert die Euklidsche Geometrie (mit der Senkrechten zusammen). Die Geometrie (Landmessung), die hat es mit Formen zu tun, geht der Chronometrie (Zeitmessung) voran.
Man studiere Protophysik (die Diskussion bei Wikipedia ist heftig), ein neues Thema. Protophysik ist messtechnisch und an einem systematischen Aufbau der Physik interessiert und kollidiert nicht, meines Wissens, mit der klassischen Physiklehre.
Lothar Monshausen aus Bitburg schrieb:
AntwortenLöschenDie Grafik vom Querschnitt des Planeten Jupiter bestätigt meine eigene Theorie, dass im Planet "Jupiter" ein "Kern" mit Schwermetallen existiert, sonst wären die Entstehungstheorien unseres Sonnensystems nicht zu erklären.
Gerard Peter Kuiper, eigentlich Gerrit Pieter Kuiper (* 7. Dezember 1905 in Harenkarspel; † 24. Dezember 1973 in Mexiko-Stadt) war ein US-amerikanischer Astronom niederländischer Herkunft. Er hatte für die Entstehung für dieses "Trümmerfeldes" im sogenannten "Kuipergürtels" das "Durchpflügen" mit sehr vielen Kollisionen mit mehr oder weniger festen Himmelskörpern vor Milliarden Jahren mit den jungen Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, die sich wegen der Sonnengravitation nähern, diesen "Meteoriten-Kometengürtel" begründet.
Weil der von der Astronomischen Gesellschaft zurückgestufte "Zwergplanet Pluto" nicht in das Konzept der Himmelsmechanik gehört, wurde dieser zurückgestuft. Es gibt heute jedoch auch Unstimmigkeiten, da bei dieser Abstimmung nur relativ wenige führende Astronomen und Wissenschaftler ihre Stimme abgegeben haben. Dafür spricht allerdings der Durchmesser von nur 2374 km, also viel kleiner als unser Mond.
Eien mögliche Erklärung für die Nickel-Wasserstoff- Fusion findet ihr ie das Buch von Mada Albis : “ Eine kleine Modifizierung der speziellen Relativitätstheorie“
AntwortenLöschenHerausgegeben von : Tredition Verlag.
Außerdem im Buch : Die kleine Modifizierung der speziellen Relativitätstheorie und das neue Gravitationsgesetz.
Ausschnitte aus diesem Buch :
AntwortenLöschen“Wenn ein Lichtstrahl von einem Medium, in dem seine Geschwindigkeit höher ist, in ein anderes, in dem es sich langsamer verbreitet, durch geht, kommt es zur Brechung des Lichtstrahles. Das könnte beispielsweise Luft und Wasser sein. Im Wasser verbreitet sich das Licht nämlich langsamer als in der Luft“.
“In einem stärkeren Gravitationsfeld, laut der ART geht die Zeit langsamer, was bedeutet, dass die Lichtgeschwindigkeit VL , (wenn sie Frequenzabhängig ist) in solchem Fall kleiner ist. Haben wir hier etwa eine Erklärung für die Ablenkung des Lichtes im Gravitationsfeld? Und zwar die gleiche, wie bei der Lichtbrechung, auch wenn die Ursachen dafür verschieden sind“.
“ Auf Grund der Zeitdilatation ist das obere Teil eines Photons schneller als das untere, das sich näher der Erde befindet, Das Photon zeichnet, ähnlich wie ein Panzer, dessen Caterpillaren unterschiedlich schnell drehen, eine Kurve“.
“Man könnte also die Ablenkung des Lichtes alleine! durch die Zeitdylatation im Gravitationsfeld erklären“.