Naturkonstanten, Dunkle Energie und Dunkle Materie    zum Teil  >     2 

In Atomkernen wechselwirken starke Kernkräfte mit elektrischen und schwachen Kräften. Die Schwerkraft hat ebenfalls repulsiv wirkende Gegenkräfte. Das sind die Trägheitskräfte und die rätselhafte Kraft, die erst bei größeren Distanzen über die Gravitation dominiert, um dann die Expansion des Universums zu beschleunigen.

Peter Pohling

von Peter Pohling

 

 

Grundelemente der vereinheitlichten Kräfte-Struktur sind einige, an einer Hand abzählbare Fundamental-Konstanten. Aus diesen wenigen universellen Konstanten setzen sich die über hundert gemessenen Naturkonstanten wie ein Puzzle zusammen. Deshalb sind fast alle Naturkonstanten abgeleiteten Konstanten und haben eine innere Struktur. 1900 waren zwei fundamentale Konstanten bekannt: Die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit c und das Wirkungsquantum h. In den Gravitationstheorien von Newton und Einstein sind Gravitationskonstanten konstante Faktoren. 1899 postulierte Max Planck die innere Struktur der Gravitationskonstante G. Das Postulat lieferte die Planck-Länge von etwa 10-34 m. Sie ist die Längenkonstante der Gravitation und die Untergrenze des Mikrokosmos. Im aktuellen Standardmodell der Teilchenphysik spielt die Gravitation mit ihren gravitativen Ladungen, den Massen, nur eine „Nebenrolle“. Die Teilchenmassen werden gemessen und in das Standardmodell implantiert. Das ist ein klares Manko. Abhilfe schafft das LHC-Elektronmodell, das in meinem 2013 erschienenen Buch
"Durchs Universum mit Naturkonstanten" erstmals vorgestellt wird. Das komplexe Kosmos-Konstanten-Modell vereinigt die schwachen, die starken und die elektrischen Kräfte konsistent mit den kinetischen, den gravitativen und den symmetrischen Kräften. Die elektrischen, die gravitativen und die symmetrischen Kräfte (der Dunklen Energie) haben eine unbegrenzte Reichweite. Die Kernkräfte und die Trägheitskräfte haben dagegen ein variables Abstandsverhalten. Für die Berechnung der Elektron- und Positron-Massen wird eine zweite Längenkonstante des Kosmos benötigt. Das ist der nach Niels Bohr benannte atomare Radius, die Längenkonstante der kinetischen Grundkraft. Die kinetischen Kräfte, die bei atomaren, thermischen, irdischen und kosmischen Dynamiken wirken, können wie die elektrischen Kräfte sowohl anziehend als auch abstoßend wirken. Deshalb werden die durch ihre dualsymmetrische Struktur verwandten Kräfte im LHC-Elektronmodell einheitlich Elementarkräfte genannt. Damit wird der Unterschied zu den Superkräften betont, die nur attraktiv oder repulsiv wirken. Für die genaue Berechnung der Proton- und Antiproton-Massen wird erstaunlicherweise nur die Feinstrukturkonstante α benötigt. Diese von Arnold Sommerfeld eingeführte dimensionslose Konstante ist die dritte fundamentale Konstante des LHC-Elektronmodells. Sie verringert, d.h. sie reduziert die kosmische Vakuum-Lichtgeschwindigkeit c in die atomare Geschwindigkeit αc.
Die Längenkonstanten der Kräfte gliedern den Kosmos in Segmente:
1. In den Mikrokosmos, der von Längenkonstanten der gravitativen und kinetischen Kräfte begrenzt wird,
2. in den sich anschließenden Mesokosmos
und
3. in den Makrokosmos, der von Längenkonstanten der symmetrischen und elektrischen Grundkraft begrenzt wird.
Das LHC-Elektronmodell liefert die Längenkonstanten des Makrokosmos aus Potenzen von h und c. In Analogie zu der Längen-Intention von Planck mit der gravitativen Feldkonstante G sowie h und c ergibt sich die elektrische Längenkonstante le mit der elektrischen Feldkonstante ε0 sowie h und c. Die elektrische Elementarlänge ist um den Faktor 10 000 genauer als die Planck-Länge. Die Obergrenze des Makrokosmos beträgt 1038 m. Diese unvorstellbar große Distanz induziert eine veränderte Sichtweise auf die kosmischen Strukturen des Alls im Makrokosmos. Das soll ein Vergleich verdeutlichen: Die Größe des Makrokosmos verhält sich zum Universum wie das Universum zur Größe von Sonnensystemen.
Die Obergrenze des Mesokosmos, in dessen mittleren Bereich, der habitablen Zone, sich Leben entwickeln kann, ist das geometrische Mittel zwischen Obergrenze des Mikrokosmos und Obergrenze des Makrokosmos. Die als Symmetrielänge bezeichnete Obergrenze des Mesokosmos, ist die gesuchte Längenkonstante der symmetrischen Grundkräfte. In Analogie zur atomaren Feinstrukturkonstante α nenne ich den neuen dimensionslosen Quotienten benachbarter Längenkonstanten Grobstrukturkonstante φ. Der Zahlenwert ergibt sich auch aus der Wurzel von kinetischer zu elektrischer Elementarlänge. Die Grobstrukturkonstante ist etwas kleiner als 10-24. Diese zweite universelle dimensionslose Zahl φ hat für die „Mächtigkeit“ unseres Universums und des viel größeren Alls eine herausragende Bedeutung. Denn φ ist wie α ist eine Brechungskonstante. Die Grobstrukturkonstante bricht nur die Ladungen der anziehend bzw. abstoßend wirkenden Superkräfte. Das sind einerseits die gravitativen und die starken Ladungen der attraktiv wirkenden Superkraft und andererseits die schwachen und die symmetrischen Krümmungsladungen der repulsiv wirkenden Superkraft. Aus der Symmetriebrechung resultieren die schwache Kernkraft mit begrenzter Reichweite und die im Makrokosmos agierende symmetrische Kraft mit unbegrenzter Reichweite. Während die nukleare Komponente bei kleinsten Distanzen sich als stärkste Kraft erweist, dominiert die andere symmetrische Komponente, die Dunkle Energie, bei großen Distanzen die Weiten des Alls. Der reziproke Wert der fundamentalen Symmetrielänge liefert den „fast euklidischen“ Raum. Die unglaublich geringe Krümmungsladung ks ergibt mit h und c erstaunlich exakt die Eigenschaften der rätselhaften Dunklen Energie, die Energiedichte und Einsteins kosmologische Konstante Lambda. Die bisher geheimnisvolle Dunkle Energie ist nunmehr kein Rätsel mehr, sondern weiter nichts als das Skalar-Feld der repulsiv wirkenden Kraftkomponente unbegrenzter Reichweite.
Die Grobstrukturkonstante verbindet die Segmente des Kosmos. Diese Verhältniskonstante macht uns Struktur und Mächtigkeit des Kosmos zugänglich, verständlich. Das All und die Kräfte werden quantifiziert, zusammenhängend und einfach berechenbar. Die Großen Zahlen von Paul Dirac und Arthur Eddington ergeben sich damit faszinierend simpel aus den beiden Strukturkonstanten. Die Symmetriebrechung der Superladungen durch die extrem kleine Zahl φ erklärt uns das Zustandekommen der gemessenen winzigen Partikelmassen aus dem „Rohstoff“, der ungebrochenen Planck-Masse.
Aber es wird noch ein weiteres Rätsel der Materie gelöst. Zur Erklärung der beobachteten kosmischen Geschwindigkeiten in Galaxien-Haufen und in Galaxien wurde im vergangenen Jahrhundert die Existenz von dunkler, nichtleuchtender Zusatzmaterie postuliert. Diese rätselhafte Dunkle Materie beschäftigt die Theoretiker und Experimentatoren nun seit über 40 Jahren. Da drängt sich die Frage auf: Was leisteten und leisten heute Naturkonstanten heuristisch bei unverstandenen physikalischen Phänomenen? Dazu nur wenige Beispiele aus der Geschichte der Physik und aus der Gegenwart:
1. Die Gravodynamik mit Newtons G ersetzte die Epizykel-Theorien.
2. Die Thermodynamik mit Boltzmanns k verdrängte den Wärmestoff Phlogiston.
3. Bewegte Elementarladungen e ersetzten das elektrische Fluidum.
4. Die fundamentale Symmetrielänge lserklärt das Rätsel der Dunklen Energie.
5. Das verallgemeinerte Trägheitsgesetz mit DG benötigt keine Dunkle Materie.
In meinem Buch "Durchs Universum mit Naturkonstanten - Abschied von der Dunklen Materie" - werden mit den fundamentalen Konstanten h und c die Grundkräfte ergänzt, sortiert und klassifiziert. Durch die Einordnung der Dunklen Energie gibt es drei Grundkräfte mit unbegrenzter Reichweite und durch die Einordnung der kinetischen Elementarkraft gibt es drei Grundkräfte mit begrenzter Reichweite.
Der letzte Satz rüttelt gewaltig an jahrhundertealten Denkgewohnheiten, da das zweite Axiom von Newton und die relativistische Formulierung der Gravitation durch Einstein für große Feldstärken und Beschleunigungen in unserem Planetensystem exzellent bestätigt sind. Das ist völlig richtig und das kann auch nicht anders sein. Aber bei millionenfach größeren Distanzen und bei geringen Feldstärken bzw. Beschleunigungen können die Kosmologen die gemessenen Geschwindigkeiten, die beobachteten Lichtablenkungen und das frühe Klumpen der Materie immer nur mit einer Zusatzannahme erklären - mit dem Phänomen einer nichtleuchtenden dunklen Materie. Aber Dunkle Materie wird zur Vorhersage der Beobachtungen nicht mehr benötigt, wenn mit einer Denkgewohnheit, einem Physik-Klassiker, gebrochen wird:
Denn im Gegensatz zu den Gravitationskräften haben die Trägheitskräfte ein variables Abstandsverhalten. Die Newton-Dynamik ist nur ein Grenzfall. Sie ist begrenzt auf – in kosmischen Maßstäben - relativ kleine Räume, wie z.B. auf Planetensysteme oder auf massive schwarze Löcher. In Abhängigkeit von der Größe der Masse der Sonnensysteme, der Galaxien oder der Galaxien-Haufen geht der bestens bekannte Newton-Bereich mit wachsenden Entfernungen r in einen Übergangsbereich über, der sich auf etwa zwei Zehnerpotenzen erstreckt. Aus der universell wirkenden Gravitationsflussdichte DG und den System-Massen ergeben sich die gut beobachtbaren Übergangsradien RWI von Sonnensystemen, von Galaxien und von Galaxien-Haufen. Etwas außerhalb von RWI hat die verallgemeinerte Zentrifugalkraft mit 1/r2 das gleiche Abstandsverhalten an wie die Gravitationskraft. Dadurch werden die Geschwindigkeiten und die Lichtablenkungen unabhängig vom Abstand des Objekts und des Lichts. Noch besser: Damit können die Gezeitenkräfte die Galaxien und die Cluster nicht zerreißen! Den Bereich mit den konstanten Lichtablenkungen und Geschwindigkeiten nenne ich zu Ehren von Mordehai Milgrom Milgrom-Bereich. Milgrom hatte bereits 1983 in dem MOND-Modell die beobachteten Geschwindigkeiten phänomenologisch mit einer Beschleunigungskonstante erklärt. Die Milgrom-Konstante von 10-10 m/s2 und die Gravitationsflussdichte DG ergeben sich im LHC-Elektronmodell unmittelbar aus der Masse des Elektrons und aus der atomaren Längenkonstante, also aus sehr gut bekannten genauen Naturkonstanten. Damit zeigt sich einmal mehr, wie eng die Größen des Mikrokosmos mit der Dynamik des Universums real verbunden sind. Der Übergangsradius unseres Sonnensystems liegt mit 3,31•1014 m ganz deutlich innerhalb des Sonnensystem-Horizonts. Der Astrometrie-Satellit Gaia wird die Geschwindigkeiten größerer Objekte auch im Bereich der Oortschen Wolke vermessen. Der Dresdner Astrometrie-Experte Sergei A. Klioner ist mit seinem Team maßgeblich an dem Gaia-Projekt beteiligt. Wir Dresdner Freizeit-Astronomen der Palitzsch-Gesellschaft warten gespannt auf die Messergebnisse von Gaia. Damit kann ein neues Zeitalter der Kosmologie beginnen.


© 2015 Peter Pohling

Dieser Artikel erschien im Informationsblatt der Palitzsch-Gesellschaft Jg. 16 (2015) Nr. 2

 


Literatur: Dipl.-Ing. Peter Pohling:
Durchs Universum mit Naturkonstanten – Abschied von der Dunklen Materie
erschienen 2013

 

Kontakt: peterpohling@freenet.de

www.naturkonstanten.de

 

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