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  Vier Naturkräfte (Wechselwirkungen)  

Gravitative KraftGravitation
Starke KernkraftStarke Kernkraft
Schwache KernkraftSchwache Kernkraft
Elektromagnetische KraftElektromagnetismus

Quark-Ära

Wahrscheinlich entstanden sie in der in der Quark-Ära (10-43s bis 10-7sQuark-Ära):

In der Quark-Ära bildeten sich Quarks, Leptonen und Photonen. Bis 10-35s galt auch die „Große Vereinheitlichte Theorie“: Von der für die Planck-Ära vermuteten einzigen Wechselwirkung spaltete sich die Gravitation als Einzelkraft ab. Bei 10-35s sank die Temperatur unter 1027K. Es war wahrscheinlich die Zeit der vermuteten Inflation des Universums, einer vorübergehenden explosiven Ausdehnung des Weltalls auf das 1050fache und mehr. Jetzt trennten sich auch die starke Wechselwirkung und die elektroschwache Wechselwirkung von der vereinheitlichten Kraft. Bei 10-12s und einer Temperatur von 1015K spaltete sich die elektroschwache Wechselwirkung nochmals in die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung. Danach waren alle heutigen 4 Naturkräfte (die gravitative, die starke, die elektromagnetische und die schwache Wechselwirkung getrennt. Zum Ende waren Quarks und Leptonen unterscheidbare Teilchen. Elementarteilchen

Elementarteilchen im weiteren Sinne sind also auch diejenigen Teilchen, die die Kräfte zwischen den anderen Teilchen vermitteln: die Austauschteilchen - gemäß den vier heute im Universum vorkommenden Kräften (Wechselwirkungen) - für die gravitative Kraft (Graviton; noch nicht nachgewiesen), die starke Kernkraft (Gluonen), die elektromagnetische Kraft (Photon) und die schwache Kernkraft (intermediäre Bosonen [2 W-, 1 Z-Teilchen]).

Gemäß der theoretischen Physik müßte es auf der subatomaren Ebene auch hypothetische Elementarteilchen wie z.B. das Higgs-Teilchen (benannt nach Peter Higgs) geben, um die Elementarteilchen mit Massen zu „versehen“. Man braucht ein solches Higgs-Teilchen oder ein ähnliches Elementarteilchen, um die beiden Kernkräfte und den Elektromagnetismus, also drei der vier Naturkräfte (Wechselwirkungen) vereinigen zu können. Und für den Schub der vermuteten „Inflation“ („Inflation“) des noch sehr jungen Universums könnte auch das Higgs-Feld verantwortlich sein. Aus der Theorie folgt für die Energiedichte des Higgs-Feldes eine Äquivalenzdichte von etwa 1076 g/cm³. Unterschritt die Dichte der Energie des noch sehr jungen Universums diesen Betrag, bestimmte die Energie des Higgs-Feldes die Dynamik des Universums und entsprach einem zwar vorübergehenden konstanten, aber dennoch extrem hohen Hubble-Effekt (Hubble-Effekt). Es gibt jedoch auch andere Theorien für die Ursache einer solchen „Inflation“.

Einheitskraft, Rest-Einheitskräften, NaturkräfteEinheitskraft, Rest-Einheitskräften, Naturkräfte

Symmetriebruch bedeutet die Aufspaltung einer ursprünglich noch einheitlichen Naturkraft (Wechselwirkung) in einzelne Kräfte (Wechselwirkungen), wie schon beschrieben, wie es ja die „Theorie von Allem“ oder die „Große Vereinheitlichte Theorie“ beim Unterschreiten bestimmter kritischer Energien oder Temperaturen fordert.

 

 

Einheitskraft, Rest-Einheitskräften, NaturkräfteEinheitskraft, Rest-Einheitskräften, NaturkräfteEinheitskraft, Rest-Einheitskräften, Naturkräfte

 

Bild Bild
G.V.T. „4-Stufen-und-4-Seinsweisen-Modell der Wirklichkeit“ (auch „8-Welten-Modell“ genannt) G.V.T.

Die Naturwissenschaftler haben die Symmetrie der Naturgesetze entdeckt, und für sie werden Symmetrien des Kosmos immer wichtiger, nicht zuletzt auch deshalb, weil sie glauben, mit ihnen weitere - bisher noch unbekannte - Naturgesetze finden zu können. Wer alle Symmetrien kenne, kenne alle Naturgesetze, sagen sie.

Das, was in der Abbildung als „Anorganisches“ genannt wird, entsteht in der untersten (ersten) Evolutionsstufe (Schicht), und zwar im gesamten Kosmos (Universum, Weltall), also sowohl im Makrokosmos, der Himmelskörper-Hierarchie, als auch im Mikrokosmos, der Teilchen-Atome-Moleküle-Hierarchie. Gemäß den Erkenntnissen - zumindest den neuesten quantentheoretischen Spekulationen - der Physik entsteht Materie auf Grund von Gegebenheiten, die selbst eindeutig nicht-materieller Art sind. Demzufolge muß das Anorganische der untersten Evolutionsstufe als eine Sekundärgegebenheit aufgefaßt werden - abhängig von „seinen“ Primärgegebenheiten, nämlich seinen Existenzbedingungen.

Zwar ist dies eine etwas befremdliche Folgerung, aber weil wir über die ordinale Seinsweise des Anorganischen, die Ordnung des Anorganischen (in der untersten Evolutionsstufe), so gut wie nichts Konkretes - wenn überhaupt etwas - wissen, widerspricht eine solche Annahme nicht den bisher bekannten Fakten. Es müssen und können nun einige Mindestannahmen über die Materie gemacht werden. Materie („Vollmaterie“) kommt als Masse- bzw. Energie-Teilchen in Raum und Zeit vor. Die Grundgegebenheiten der anorganischen Materie sind also Zeit, Raum und Masse/Energie* - in dieser Reihenfolge. Gemäß der Annahme der korrelativen Abhängigkeit der Sekundär-Gegebenheiten von ihren Primär-Gegebenheiten kann man sagen, daß die Ordnung des Anorganischen die Hierarchie der Bedingungen von Zeit, Raum und Energie/Masse (in dieser Reihenfolge „von unten nach oben“) enthält und muß selbst also zeit-, raum- und energie/masse-los sein.

Diese logische Folgerung aus den Grundannahmen des Modells stimmt mit den Annahmen der Quantenphysiker insofern überein, als diese den nicht-materiellen, die Materie gleichwohl bedingenden, Bereich für zeitlos, raumlos und masselos, aber nicht unbedingt auch für energielos halten; denn bezüglich der Energie* wird Unterschiedliches gesagt: einige glauben, in diesem nicht-materiellen Bereich existiere auch keine Energie, andere glauben, er sei voll von Energie (z.B. D. J. BohmBohm).

Quadrialistisches Weltbild

 

Quadrialistisches Weltbild
Alle vier stufigen Bereiche enthalten jeweils zwei Teilbereiche. Der gesamte erststufige Bereich, den ich das Anorganische (in der Abbildung: 1a und 1b) nenne, enthält folglich ebenfalls zwei Teilbereiche: (1a) die Ordnung des Anorganischen, die widerum die Materiegesetze (die „Naturgesetze“) enthält, und (1b) die Materie des Anorganischen, die sich nach jenen Materiegesetzen aufbaut. Die Ordnung des Anorganischen ist die Schnittstelle der ersten Evolutionststufe mit der ordinalen Seinsweise und eine „universal-kosmische Ordnung“. Die Materie des Anorganischen ist die Schnittstelle der ersten Evolutionststufe mit der materialen Seinsweise und eine „universal-kosmische Materie“. Genau wie alle vier Stufenbereiche enthalten auch alle vier Seinweisenbereiche je zwei Teilbereiche, so daß es hier Überschneidungen gibt (Abbildung). Also hat jeder Stufenbereich zwei Teilbereiche aus zwei unterschiedlichen Seinsweisenbereichen und jeder Seinweisenbereich zwei Teilbereiche aus zwei unterschiedlichen Stufenbereichen. Z.B. gehört zum 1. Stufenbereich und zum I. Seinsweisenbereich die Anorganische Ordnung (1a / Ib), gehört zum 1. Stufenbereich und zum II. Seinsweisenbereich die Anorganische Materie (1b / IIa).

Die Anorganische Ordnung (1a / Ib), der die Anorganische Materie (1b / IIa) zugeordnet ist, ist also diese noch völlig unbekannte Primärhierarchie, die die Bedingungen für die Existenz der Materie und der in dieser stattfindenden materialen Prozesse enthält; sie kann auch als die „Hierarchie materiefähiger Ordnung“ definiert werden. In der Ordnung des Anorganischen befindet sich keine Materie, sondern nur die Möglichkeit der Materie, die „Potenz“ der Materie.
Gegebenheiten (mit Selbstreferenz) in einer Evolutionsstufe (Schicht)
Ausschnitt aus dem „4-Stufen-und-4-Seinsweisen-Modell“ (): Gegebenheiten (mit und ohne Selbstreferenz [rekursiven Pfeil]) in 2 Teilbereichen eines der 4 Bereiche (Evolutionsstufen / -schichten).
Erst dann, wenn diese Potenz „aktualisiert“ wird (wodurch auch immer - z.B. durch ihre eigene Reflexivität), wird Materie existent. Die Aktualisierung der Anorganischen Ordnung ist im großen im „Urknall“ geschehen, und sie geschieht im kleinen laufend, nämlich immer dann, wenn Teilchen entstehen (und sich danach ggf. zu größeren Materiegebilden zusammenfügen). Immer auch erfolgen Deaktualisierungen der Anorganischen Ordnung, die sich in einer Entdifferenzierung der Anorganischen Materie äußern bis hin zum Verschwinden der Materie im (materiellen) „Nichts“, im „Vakuum“. Das Vakuum ist nicht wirklich „leer“. Es ist voll von der Möglichkeit, zu Materie, d.h. zu Zeit, Raum und Masse/Energie* aktualisiert zu werden (*Energie könnte auch schon vorher dagewesen, also in dieser Möglichkeit, in dieser „Potenz“ enthalten oder sogar mit ihr identisch sein - die Physiker sind sich darüber nicht einig MehrMehrMehrMehr). Man geht sogar davon aus, daß die Gegebenheiten der Anorganischen Ordnung wie jede Primärgegebenheit die Tendenz zur spontanen Selbst-Aktualisierung (Selbstreferenz; in der Abbildung als rekursiver Pfeil dargestellt) besitzen, woraus sich eine gewisse Wahrscheinlichkeit spontaner Entstehung von Materie ableiten läßt - in der Physik als „Wahrscheinlichkeitswelle(n)“ bezeichnet.  (Vgl. Lothar Kleine-Horst, Das quadrialistische Acht-Welten-Modell der Wirklichkeit, 2004 Lothar Kleine-Horst).

Albert Einstein hat bis zu seinem Tod vergeblich versucht, Relativitätstheorie und Quantenmechanik in einer »Große Vereinheitlichte Theorie« (Große Vereinheitlichte Theorie) zusammenzufassen, einer Theorie, in der die 4 Naturkräfte () Ausdruck ein- und derselben »Kraft« oder Entität anzusehen seien. Mehr

„Heisenberg behauptete kurz vor seinem Tod, daß die tiefsten Ebenen der Realität nicht in Teilchen, sondern in Symmetrien bestehen.“ (F. D. Peat, Synchronizität, 1989, S. 224). »Die Auffindung einer Symmetrie ist von viel größerer Bedeutung als die Entdeckung eines bestimmten Phänomens. .... Bei ihrer Suche nach einem fundamentalen Konzept beginnen die Physiker mit einer bestimmten Symmetrie und überprüfen dann, ob die Konsequenzen, die sich daraus ergeben, mit den Beobachtungen in Einklang gebracht werden können.« (Anthony Zee, Magische Symmetrie, 1993, S. 93,121). Mehr

Kommen wir nun zu den 4 Naturkräften:

Gravitative KraftGravitative Kraft
Starke KernkraftStarke Kernkraft
Schwache KernkraftSchwache Kernkraft
Elektromagnetische KraftElektromagnetismus

NACH OBEN Gravitative Kraft (Gravitation)

Die Gravitation (Schwerkraft) ist die Eigenschaft aller materiellen Objekte, sich gegenseitig anzuziehen. Die Kraft,mit der sich 2 Massen anziehen, beschreibt das von Isaac Newton (1643-1727Isaac Newton (1643-1727)) 1666 gefundene Gravitationsgesetz, wobei F die gegenseitige Anziehungskraft der beiden Massen (m1 und m2), r ihre gegenseitige Entfernung und G die Gravitationskonstante (Gravitationskonstante) bedeutet. Dabei werden die Massen der beiden Körper in Kilogramm und die Entfernung in Meter gemessen. In Worten bedeutet das Gravitationsgesetz: Zwei Körper ziehen sich mit einer dem Produkt ihrer Massen proportionalen Kraft und dem Quadrat ihres Abstandes umgekehrt proportionalen Kraft an. Das Newtonsche Gravitationsgesetz ist die Grundlage der sogenannten Himmelsmechanik. Im strengen Sinne gilt das Gesetz nur für Massenpunkte; in der Praxis können aber auch ausgedehnte Himmelskörper, wie z.B. Sterne oder Planeten, mit diesem Gesetz erfaßt werden: Abweichungen ergeben sich in unmittelbarer Nähe dieser Himmelskörper, besonders bei einer deutlichen Abweichung von der Kugelgestalt. So muß z.B. für die Berechnung der Bahn eines Erdsatelliten auch die Abplattung der Erde berücksichtigt werden. Newton formuliert auch die Grundgesetze der Mechanik: die 3 Axiome der Mechanik (Newtonsche Axiome): 1.) Ursache der Beschleunigung eines Körpers ist eine auf ihn einwirkende Kraft, d.h. jeder Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen, geradlinigen Bewegung, solange keine Kräfte auf ihn einwirken (Trägheitsgesetz). 2.) Die Bewegungsänderung (Beschleunigung) eines Körpers ist der einwirkenden Kraft proportional und ihr gleichgerichtet (Dynamisches Grundgesetz). 3.) Die Wirkung ist stets gleich der Gegenwirkung (actio = reactio), d.h. übt ein Körper A auf einen Körper B eine Kraft F1 aus, so übt stets auch der Körper B auf den Körper A eine Kraft F2 aus, die von gleichem Betrage, aber eben entgegengesetzter Richtung ist:   F1 = - F2 (Reaktions-, Gegenwirkungs- oder Wechselwirkungsprinzip bzw. Newtonsches Wechselwirkungsgesetz).

Die Gravitation ist für die Anziehung zwischen allen Materieteilchen verantwortlich. Sie reicht, wie auch der Elektromagnetismus (Elektromagnetismus), bis ins Unendliche. Die Stärke der Gravitation ist allerdings die geringste unter allen Kräften. (Gravitation). Damit ist sie also mit der schwachen Kernkraft (Schwache Kernkraft) zusammen die schwächste Kraft. Für die Gravitation gilt die von Albert Einstein (1879-1955) 1916 begründete allgemeine Relativitätstheorie, durch die die Erkenntnisse der speziellen Relativitätstheorie auf beschleunigte Systeme ausgedehnt wurden. (Vgl. RelativitätstheorieRelativitätstheorieRelativitätstheorie). Nach Einstein sind Schwerkraft und Beschleunigung gleichwertig. Es ist für einen Beobachter innerhalb eines begrenzten Bereichs der Raumzeit unmöglich zu entscheiden, ob er eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung ausführt oder sich in einem Gravitationsfeld befindet. (Vgl. Prinzip der Äquivalenz von Trägheit und Masse). Ein abgeschlossener Beobachter kann also nicht durch Experimente herausfinden, ob er sich in einem Gravitationsfeld befindet oder außerhalb eines solchen beschleunigt bewegt. Nach Einstein ist die Gravitation nicht allein als eine Kraft anzusehen; er sah sie als eine Folge der Raumkrümmung. In der allgemeinen Relativitätstheorie stellt sich der Raum jedenfalls als Folge der Anwesenheit von Massen dar; in der Nachbarschaft einer besonders großen Masse ist die Raumkrümmung entsprechend größer und nimmt mit zunehmendem Abstand von dieser Masse ab. Die Gesamtheit aller Massen im Weltall bedingt die Gesamtkrümmung des Universums.

„Die Masse selbst ist eine Funktion der Energie (Feuer).“ (Oswald Spengler, Der Mensch und die Technik - Beitrag zu einer Philosophie des Lebens, 1931, S. 67 Spengler).

Da die Gravitation eine Antiexpansionskraft ist, also gegen die Expansion wirkt, sie bremst, eine Kraft des Schrumpfens ist, muß sie einer Kraft der ständig wachsendem Expansion unterlegen sein, denn wir wissen ja nun, daß das Universum nicht schrumpft, sondern expandiert und seine Expansiosgeschwindigkeit sogar immer mehr beschleunigt. Wenn es richtig ist, daß hierfür nur die Dunkle Energie verantwortlich ist, dann muß sie entweder ein Dunkler Elektromagnetismus oder eine Kraft sein, die bei den Abspaltungsprozessen der Kräfte aus der ursprünglichen Einheitskraft (Einheitskraft) übrig geblieben ist: eine Rest(-Einheits)kraft also.

Und was wäre, wenn die Gravitation „anders“ wäre? Was wäre, wenn ...?

NACH OBEN Starke Kernkraft

Die starke Kernkraft hat nur eine geringe Reichweite: 0,0000000000001 cm (Reichweite). Das entspricht in etwa dem Durchmesser eines Atomkerns. Die starke Wechselwirkung bindet die Atomkerne und hindert die Protonen im Kern trotz ihrer gleichen elektrischen Ladung am Auseinanderfliegen. Trotzdem können bei vielen Kernprozessen mehrere Teilchen herausfliegen. So entstehen z.B. beim Beschuß von Uran 238 (Vgl. Graphik) durch ein a-Teilchen insgesamt 20 Protonen und 35 Neutronen, während sich der ursprüngliche Atomkern zunächst in Wolfram 187 (Vgl. Graphik) verwandelt. (Verschiedene Kernprozesse). Als Austauschteilchen dienen der starken Kernkraft die Gluonen (vgl. ElementarteilchenElementarteilchen).

Und was wäre, wenn die starke Kernkraft „anders“ wäre? Was wäre, wenn ...?

NACH OBEN Schwache Kernkraft

Die schwache Kernkraft kontrolliert den radioaktiven Zerfall einiger Atomkerne und den Zerfall der Neutronen in Protonen, Elektronen und Neutrinos. Ein freies Neutron zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa 10,25 Minuten in ein Proton, in ein Elektron und in ein Antineutrino. Sogar Protonen gelten, zumindest langfristig, als nicht stabil: 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 Jahre Halbwertszeit (Halbwertzeit), wird spekuliert. Auch die eigentlichen Elementarteilchen (Elementarteilchen) zeigen weitgehend einen Zerfall - Ausnahmen: Elektron, Neutrino, Up-Quark, Down-Qurak. Diese dürften stabil sein. Zerfallserscheinungen zeigen auch praktisch alle zusammengesetzten Teilchen, also die Mesonen und Baryonen. (Elementarteilchen). Die „Stärke“ der schwachen Kernkraft ist ungefähr um 5 Tausendstel kleiner als die der starken Kernkraft (Starke Kernkraft). Und die Reichweite der schwachen Kernkraft beträgt gerade mal 1 Tausendstel eines Atomkerndurchmessers, ist also ebenfalls mikrig.

Und was wäre, wenn die schwache Kernkraft „anders“ wäre? Was wäre, wenn ...?

NACH OBEN Elektromagnetische Kraft (Elektromagnetismus)

Der Elektromagnetismust ist, um es ganz einfach zu sagen, zuständig für elektrischen Strom, für Strahlung, die sowohl Licht und Wärme als auch Leben und Tod bringt, und für Magnetismus, der die äußere Bindung und Anziehungskraft schafft: Elektromagnetismus hat unendliche Reichweite. Elekromagnetische Strahlung ist eine Wellenstrahlung, bei der sich magnetische und elektrische Felder ausbreiten, die sich in Raum und Zeit periodisch verändern; sie steht im Gegensatz zur Korpuskularstrahlung (Teilchenstrahlung), obwohl die Physik durch den Dualismus Welle-Korpuskel zeigen konnte, daß einer Wellenstrahlung bei bestimmten Experimenten Teilchencharakter und umgekehrt einer Korpuskularstrahlung Wellencharakter zukommt. Für die Wellenstrahlung gibt man die Wellenlänge oder auch die Frequenz an; beides hängt zusammen durch die Beziehung Wellenlänge = Lichtgeschwindigkeit / Frequenz (also: l = c / v). Siehe: Elektromagnetisches Spektrum (Elektromagnetisches Spektrum). Dank des Elektromagnetismus gibt es in unserem Universum Licht, Strahlung, Wärme, die Wirkung auf geladene Teilchen, das bedeutet auch Chemie, also Atome, Elemente, Moleküle u.s.w., bedeutet weiterhin Biologie, also Leben. Das Photon (g), ein Elementarteilchen, ist das Austauschteilchen für die elektromagnetische Wechselwirkung und repräsentiert als Lichtquant die kleinste Energiemenge einer elektromagnetischen Strahlung. Die Ruhemasse und die elektrische Ladung eines Photons ist Null, dagegen beträgt der Spin (Drehimpuls eines ElementarteilchensElementarteilchen) +1 oder -1. Im Gegensatz zu den anderen Elementarteilchen besitzt das Photon kein Antiteilchen. Durch die Gleichung  E = h • v  wird die Energie eines Photons angegeben, wobei  das Planksche Wirkungsquantum  ( Plancksches Wirkungsquantum )  und  die Frequenz der Strahlung bedeutet. Die jüngsten Forschungen zeigten, daß im Kosmos sämtliche Formen elektromagnetischer Strahlung erzeugt werden. Doch nur ein Teil gelangt durch die Atmosphäre bis zum Erdboden und kann damit von hier aus untersucht werden. Im wesentlichen gibt es nur zwei „Fenster“ (Fenster), durch die die bodengebundene Astronomie in den Raum „sehen“ kann: das „Optik-Fenster“ und das „Radio-Fenster“.

Licht ist also eine elektromagnetische Wellenstrahlung, zu der das vom Auge aufnehmbare und auch das vom Auge nicht aufnehmbare Licht zählt (Elektromagnetisches Spektrum). Eine große Zahl der Eigenschaften des Lichts kann durch seinen Wellencharakter erklärt werden, vor allem auch die Polarisation (Polarisation), die Interferenz (Interferenz) und die Refraktion (BrechungBrechung). Einige andere Eigenschaftem sind aber nur verständlich, wenn man annimmt, daß das Licht wie auch andere elektromagnetische Schwingungen aus Teilchen (PhotonenPhotoeffekt) besteht. Zu diesen nur auf dieser Grundlage verständlichen Erscheinungen zählt vor allem der Photoeffekt (). Der Wellen- und Teilchencharakter des Lichts kann durchaus nebeneinander verstanden werden. Gelöst werden diese Schwierigkeiten durch die Quantentheorie, die von Max Planck (1858-1947Max Planck) 1900 aufgestellt und später von anderen Physikern, insbesondere von Werner Heisenberg (1901-1976Heisenberg), weiterentwickelt wurde. Die von Albert Einstein (1879-1955Einstein) 1905 begründete spezielle Relativitätstheorie schuf einen neuen Zeitbegriff für die Physik: die Zeit wird nicht mehr durch die Drehung der Erde definiert, sondern durch die Geschwindigkeit des Lichts (ca. 300 000 km/s). Diese Zeit wird in der formaltheoretischen Betrachtung mit dem Raum so verknüpft, daß sie zusammen mit den drei Raumdimensionen einen vierdimensionalen Raum (KontinuumKontinuum) aufspannt. Als Koordinate büßte die Zeit ihre Absolutheit ein, wurde zu einer nur „relativen“ Zahl in einem Bezugssystem. Eine den Tatsachen der gesamten Physik angemessene Raum-Zeit-Auffassung war gefunden worden. Eine weitere Folgerung aus der speziellen Relativitätstheorie ist die Äquivalenz von Masse (m) und Energie (E), so daß E = mc² ist (Äquivalenzprinzip).

Was im Licht liegt, muß der Mensch erkennen, und über diese (Welt-) Anschauung hinaus ist es nach Heidegger (1889-1976) und Sloterdijk (*1947Sloterdijk) notwendig, „daß man darüber nachdenkt, wie das Licht und die Dinge zusammenkommen, anders gesagt, man soll die Lichtung als solche meditieren. Die Lichtung ist gleichsam der weltgebende Blitz. .... Aber wer direkt in ihn schaut, wird geblendet. .... Die Menschen ... sollen den Blitz bedenken und sich in seinem Licht selber als die Unheimlichen fürchten lernen. .... Der Mensch kennt sich selber noch gar nicht, weil er noch nie richtig nach sich selbst gefragt hat. Wenn er sich konventionell als animal rationale definiert, fügt er nur zwei scheinbar vertraute Größen zusammen: Er bildet sich ein, zu wissen, was Tiere sind, und er glaubt zu verstehen, was die Ratio ist, und indem er die beiden Trivialitäten addiert, meint er zu guter Letzt, er habe Übersicht hergestellt und sei bei sich zu Hause.“ (Peter Sloterdijk, Die Sonne und der Tod, 2001, S. 113-114 Sloterdijk).

Elektromagnetisches Spektrum
KS GS RS UV IV UV IIIUV IIUV IViolettBlauGrünGelbOrangeRotIR IIR II IR IIIIR IVMWRWLW
Kosmische StrahlungGamma-StrahlungRöntgen-Strahlung

Ultraviolett

Sichtbar

Infrarot

MikrowellenRadiowellenLängstwellen
 
bis
10–4
nm
10–5
bis
10–1
nm
10–3
bis
10
nm
10
bis
100
nm
100
bis
200
nm
200
bis
300
nm
300
bis
380
nm
380
bis
420
nm
420
bis
480
nm
480
bis
560
nm
560
bis
580
nm
580
bis
630
nm
630
bis
780
nm
780
bis
1500
nm
1500
bis
6000
nm

6000
bis
40000
nm

40000
bis
1 Mio.
nm
106
bis
109
nm
109
bis
1014
nm
ab
1014
nm
 
– Das elektromagnetische Spektrum reicht von den unendlich kurzen Wellen der kosmischen Strahlung bis zu den unendlich langen Wellen –
Elektromagnetisches Spektrum
‹– Nanometer –›
Je kürzer eine elektromagnetische Welle, desto stärker die Wirkung der Strahlung. Bei den längeren Wellen wird meistens die Frequenz angegeben - schwingt die Welle pro Sekunde z.B. nur einmal, so schwingt sie mit einem Hertz (1 Hz). Bei den kürzeren Wellen wird meistens die Energie angegeben, die ein Strahlungsteilchen (sprich: Photon) transportiert; diese Energie ist nämlich gleich der Frequenz der Strahlung multipliziert mit der vom deutschen Physiker Max Planck** entdeckten Naturkonstante, dem Planckschen Wirkungsquantum ( Plancksches Wirkungsquantum ). Als Energieeinheit benutzt man das Elektronenvolt (eV).

Und was wäre, wenn der Elektromagnetismus „anders“ wäre? Was wäre, wenn ...?

NACH OBEN
Wenn die 4 Naturkräfte unseres Universums anders wären, wenn sie z.B. nur minimal anders eingestellt wären, dann wäre unser Universum vielleicht gar nicht entstanden, jedenfalls hätte es sich so, wie wir es mittlerweile kennen, nicht entwickeln können. Was wäre, wenn ...? Was wäre, wenn ...?Was wäre, wenn ...?Was wäre, wenn ...?Was wäre, wenn ...?

Zum Beispiel: „was wäre, wenn die Massenverhältnisse anders wären ?  Wenn beispielsweise das Elektron schon bei seiner Entstehung nach dem Urknall geringfügig schwerer ausgefallen wäre, auf alle Fälle aber schwerer als der Massenunterschied zwischen Neutron und Proton?  Hätte sich das Universum unverändert entwickeln können?  Ganz im Gegenteil ! Dann wären nicht die Protonen, sondern die Neutronen die stabilen Teilchen geworden, weil die Protonen sofort nach ihrer Entstehung die freien Elektronen eingefangen und sich in Neutronen und Neutrinos verwandelt hätten. Aus diesen Elementarteilchen lassen sich jedoch keine Atome, keine Elemente aufbauen. Entstanden wäre eine elektrisch neutrale Welt ohne Ladungen, nur Neutronen und Neutrinos, eine Welt ohne Planeten und natürlich auch ohne Leben. Das Universum wäre sehr eintönig geblieben. Vielleicht wären Sterne entstanden, allerdings nur Neutronensterne, kleine, einige zig Kilometer große, immens kompakte Materiekugeln, von denen ein Teelöffel voll etwa einige hundert Millionen Tonnen wiegt. Doch diese Sterne würden das Universum in völliger Dunkelheit belassen, da sie nicht im sichtbaren Bereich des Spektrums leuchten. Daß all das nicht geschehen ist, daß wir vielmehr in einem so vielfältig strukturierten Universum leben, verdanken wir der Tatsache, daß in unserer Welt die Elektronenmasse eben kleiner ist als die sowieso schon sehr geringe Massendifferenz zwischen Neutron und Proton.“ (Harald Lesch, Big Bang, zweiter Akt, 2003, S. 388Lesch).

„Als Nächstes wollen wir die Neutronen- und Protonenmasse ein wenig verändern. Da der Massenunterschied zwischen diesen beiden Teilchen so klein ist, sind etwa eine Sekunde nach dem Urknall rund sechsmal so viele Protonen vorhanden wie Neutronen, so daß nach der Entstehung der ersten Elemente (primordiale Nukleosynthese) die Materie in unserem Universum im Wesentlichen zu 75 Prozent aus Wasserstoff und zu 25 Prozent aus Helium besteht. Wäre das Neutron nur zehn Prozent schwerer, so hätten sich fast nur Protonen, also Wasserstoffkerne gebildet. Wäre dagegen das Neutron genauso schwer wie das Proton, so hätte es gleich viele Neutronen und Protonen gegeben, und am Ende der primordialen Nukleosynthese wäre lediglich Helium übrig geblieben. Sterne hätten sich aber in jedem Fall bilden können. Bei nur aus Wasserstoff bestehenden Sternen wäre Helium eben etwas später beim Wasserstoffbrennen entstanden. Dagegen hätte bei reinen Heliumsternen das für das Leben so wichtige, lang andauernde Wasserstoffbrennen gar nicht stattgefunden. Die Sterne hätten sich bedeutend schneller entwickelt, und ihre dramatisch verkürzte Lebenszeit hätte nicht ausgereicht, um das Leben während seiner langen Entwicklungsphase kontinuierlich mit Energie zu versorgen. Und nicht zu vergessen: Es gäbe kein Wasser, denn ohne Protonen können keine Wassermoleküle gebildet werden, und ohne Wasser ist Leben nicht möglich. Somit verbleibt noch die Frage: Was wäre, wenn sich das Massenverhältnis von Neutron und Proton genau umgekehrt verhielte, wenn das Proton schwerer wäre als das Neutron?  Alles hätte sich mit genau entgegengesetztem Vorzeichen abgespielt. Eine Sekunde nach dem Urknall wären sechsmal mehr Neutronen als Protonen vorhanden gewesen, und die primordiale Nukleosynthese hätte zu einem Universum mit 25 Prozent Helium und 75 Prozent Neutronen geführt. Im Prinzip hätte sich das Universum gar nicht so sehr verändert. An die Stelle der Protonen wären Neutronen getreten und umgekehrt. Auch Sterne hätten sich bilden können, in denen statt Wasserstoff eben Neutronen zu Helium verbrannt würden. Der wesentliche Unterschied ist jedoch bei den Prozeßzeiten der Kernfusionreaktionen zu suchen: Da die Neutronen elektrisch neutral sind, fänden sie wesentlich schneller zusammen als die sich abstoßenden Protonen. Wie bei reinen Heliumsternen wären auch diese Sterne bereits verlöscht, noch ehe das Leben sich hätte aufrappeln können.“ (Ebd., S. 388-389Lesch).

„Bisher haben wir nur mit den Teilchenmassen gespielt. Wären die Auswirkungen ähnlich dramatisch, wenn wir die Skalen der vier Grundkräfte verstellen?“  (Ebd., S. 389-390Lesch).

Beginnen wir mit der schwächsten, der Gravitation. Diese Kraft besitzt eine unendliche Reichweite, ihre Stärke nimmt jedoch mit dem Quadrat der Entfernung ab. Die Gravitation bewirkt, daß sich zwei Körper gegenseitig stets anziehen, und zwar mit einer Kraft, die proportional ist zum Produkt der beiden Massen. Der Parameter, der die Gravitation bestimmt, ist die so genannte Gravitationskonstante G, eine der Naturkonstanten. Daß die Gravitation die schwächste unter den vier Grundkräften ist, liegt in erster Linie an der Kleinheit dieser Konstanten. Sie ist dafür verantwortlich, daß die Sterne so riesengroß sind. Unsere Sonne, ein absoluter Durchschnittsstern, hat eine Masse von rund 2 x 1030 Kilogramm und einen Durchmesser von gerundet 1,4 Millionen Kilometern. Da sie aufgrund dieser gewaltigen Masse über einen entsprechend großen Vorrat an Wasserstoff verfügt, dauert das Wasserstoffbrennen auch entsprechend lange. Sterne dieser Größenordnung verharren etwa zehn Milliarden Jahre in der Phase des Wasserstoffbrennens. Wäre die Gravitationskonstante größer, so würde bereits eine geringere Sternmasse ausreichen, um den Druck und die Temperatur im Sterninneren auf die Werte ansteigen zu lassen, die für das Wasserstoffbrennen nötig sind. Der Stern wäre folglich kleiner und seine Lebensdauer entsprechend kürzer. Eine um den Faktor zehn größere Gravitationskonstante würde die Lebensdauer unserer Sonne auf etwa zehn Millionen Jahre verkürzen! ... Mit einem Muttergestirn, das bereits nach etlichen zig Millionen Jahren das Wasserstoffbrennen einstellt, wäre die Erde, vorausgesetzt sie hätte sich überhaupt entwickeln können, mit Sicherheit ein toter Planet geworden. Natürlich können wir die Skala für die Gravitationskraft auch in die andere Richtung drehen und G noch kleiner machen, als es ohnehin schon ist. Zunächst würden die Sterne noch größer und massereicher. Aber die Planeten würden vermutlich - je nachdem wie stark die Masse des Sterns im Verhältnis zur Verringerung von G zunähme - in immer geringerem Abstand um die Sterne kreisen und wären somit in einem viel höheren Maße der Strahlung der Sterne ausgesetzt. Verringert man G noch weiter, so kommt man schnell an einen Wendepunkt, an dem es im gesamten Universum überhaupt keine Sterne, keine Planeten und keine Galaxien mehr geben würde. Schuld daran ist die Ausdehnung des Universums. Ab einer gewissen unteren Schwelle für G wäre die ausdünnende Wirkung der Expansion auf die Materie dem Bestreben der Gravitation, die Materie zu Sternen und Galaxien zusammenzuballen, überlegen, und das Universum bliebe auf ewig strukturlos.“ (Ebd., S. 390-391Lesch).

„Im Gegensatz zur Gravitation ist die Reichweite der schwachen Kernkraft außerordentlich klein und hauptsächlich auf den Bereich des Atomkerns beschränkt. Diese Kraft ist verantwortlich dafür, daß sich Quarks, die Bausteine der Nukleonen, untereinander umwandeln können. Ein Beispiel ist der so genannte b-Zerfall, wobei ein Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino zerfällt. Das Wesentliche ereignet sich dabei im Inneren des Neutrons, wo sich eines der beiden Down-Quarks spontan in ein Up-Quark umwandelt. Erinnern wir uns: Dieser Prozeß war verantwortlich dafür, daß im frühen Universum das anfängliche Verhältnis von sechs Protonen auf je ein Neutron binnen weniger Minuten auf sieben zu eins verschoben wurde. Heute ist der Beta-Zerfall die Ursache für die Umwandlung der radioaktiven Elemente in stabile Atome. Im Zusammenhang mit unseren Betrachtungen zur speziellen Einstellung der Parameter unseres Universums ist jedoch der so genannte inverse Beta-Zerfall von Bedeutung, bei dem die Vorgänge in umgekehrter Richtung ablaufen: Aus einem Proton und einem Elektron entstehen ein Neutron und ein Neutrino. Besonderen Einfluß hat diese Reaktion auf das Geschehen in massereichen Sternen. Wie wir schon wissen, brechen diese Sterne am Ende ihres Lebens unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammen, wobei die Elektronen in die Protonen hineingepreßt werden und der Stern in einer Supernova vom Typ II explodiert. Die dabei entstehenden Neutronen formen im Zentrum einen Neutronenstern, und eine ungeheure Menge Neutrinos rast durch den Sternrest nach außen. Insbesondere diese Neutrinos sind es, die den Stern so stark aufheizen, daß er bei der Explosion nahezu seine gesamte Masse mit all den erbrüteten schweren Elementen ins All hinausschleudert. Bei einer veränderten schwachen Kernkraft gäbe es keine Supernovae und somit auch keine schweren Elemente zum Aufbau von Planeten und den komplexen Molekülen, aus denen sich die belebte Materie zusammensetzt. Die besondere Rolle der Neutrinos beruht darauf, daß sie nur über die schwache Kernkraft mit Materie wechselwirken. Diese Wechselwirkung ist so gering, daß eine etwa ein Lichtjahr dicke Bleimauer nötig wäre, um sie zu stoppen. Aber genau das ist der entscheidende Punkt bei einer Supernova-Explosion. Das Ausmaß der Neutrino-Wechselwirkung mit Materie ist exakt so eingestellt, daß es in den engen Spielraum paßt, in dem es zu einer Supernova-Explosion kommen kann. Bei einer etwas geringeren Wechselwirkung gäben die Neutrinos bei ihrem Weg aus dem Stern zu wenig Energie an die Sternhülle ab, so daß die Materie nicht entsprechend aufgeheizt und der Stern folglich nicht explodieren würde. Wäre die Wechselwirkung etwas stärker, so könnten die Neutrinos den Stern gar nicht verlassen, sondern würden gleich bei ihrer Entstehung im Kern stecken bleiben. Dabei würde zwar der Kern erhitzt, aber aufgrund der hohen Kerndichte käme es zu keiner Explosion. Auch hier zeigt sich wieder, daß scheinbar geringfügige Nuancen das Universum zu dem haben werden lassen, was es heute ist.“ (Ebd., S. 391-392Lesch).

„Analysieren wir nun noch die starke Kernkraft. Wie bei der schwachen Kernkraft reicht ihr Einfluß nicht über den Radius der Atomkerne hinaus. Wäre die Reichweite auch nur um wenige Millimeter größer, so würde die gesamte Materie im Universum zu riesigen Atomkernen zusammengezogen, die keine Ähnlichkeit mehr hätten mit den Elementen, aus denen unsere Welt aufgebaut ist. Doch das ist noch nicht alles! Daß es überhaupt Leben geben kann, beruht unter anderem auch darauf, daß die starke Kernkraft nur auf die Nukleonen, die Protonen und Neutronen, wirkt, nicht aber auf Elektronen. Das ist ein Glücksfall, denn andernfalls würden die Elektronen mit hineingezogen in den Strudel der Bildung riesiger Atomkerne, und alle Chemielaboratorien könnten von heute auf morgen zusperren, weil es nämlich gar keine Chemie mehr gäbe. Die chemische Wechselwirkung unter den Atomen, der Aufbau von Molekülen aus den Elementen, beruht ja gerade auf dem gegenseitigen Austausch von Elektronen beziehungsweise darauf, daß sich zwei an der Bindung beteiligte Atome ein oder mehrere Elektronen teilen. Doch wenn es gar keine Elektronen mehr gäbe, wäre auch der »Leim« verschwunden, der die Atome zu Molekülen zusammenfügt.“ (Ebd., S. 392-393Lesch).

„Die elektromagnetische Kraft ist für das Aussehen des Universums von ähnlicher Bedeutung. Wie auch bei der Gravitation ist deren Reichweite im Prinzip unendlich groß. Da sie jedoch nur auf elektrisch geladene Teilchen wirkt, eine Ansammlung gleich vieler positiver und negativer Ladungen nach außen aber elektrisch neutral ist, ist ihre Wirkung in der alltäglichen Welt auf geringe Entfernungen beschränkt. Im Gegensatz zur Gravitation, die alle Massen nur zusammenziehen will, wirkt sie sowohl anziehend als auch abstoßend. Im Atom ist sie für die Bindung der negativ geladenen Elektronen an den positiv geladenen Kern zuständig. Im Atomkern scheint sich jedoch ihre Wirkung zu einem Problem auszuwachsen. Denn mit Ausnahme des Wasserstoffs vereinigen alle Elemente mehrere positiv geladene Protonen in ihren Kernen, die sich eigentlich abstoßen und zum Auseinanderfallen des Atoms führen müßten. Doch die Kerne fallen nicht auseinander, weil die starke Kernkraft dem entgegenwirkt und die Nukleonen zusammenhält. Damit Atomkerne stabil bleiben, muß also die starke Kernkraft der elektromagnetischen Kraft überlegen sein, aber wiederum nicht so sehr, daß die Kerne nicht doch noch, beispielsweise bei der Kernspaltung, aufgebrochen werden können. Wieder kommt es auf die richtige Balance der Kräfte an. Schon bei einer auf die Hälfte verringerten starken Kernkraft würden nahezu alle Kerne instabil, und bei einer Einschränkung auf ein Viertel der aktuellen Kraft fielen sie spontan auseinander. Das Gleiche würde passieren, wenn die starke Kernkraft unverändert bliebe, dafür aber die elektromagnetische Kraft ungefähr um den Faktor 10 stärker wäre. Die elektromagnetische Kraft findet sich aber auch auf einem Gebiet, wo man ihren Einfluß auf den ersten Blick nicht vermuten würde: nämlich dem Licht. Licht ist eine elektromagnetische Welle und transportiert somit Energie. Das trifft natürlich nicht nur für den Bereich des sichtbaren Lichts zu, sondern ganz allgemein für das gesamte elektromagnetische Spektrum. Dem Transport von Energie durch Strahlung begegnen wir überall im Universum, beispielsweise bei den Kühlprozessen der interstellaren Gas-, Staub- und Molekülwolken. Bevor dort Sterne entstehen können, muß die Temperatur der Wolken erst auf einen Wert abfallen, bei dem der Gasdruck in der Wolke der Gravitation nicht mehr die Waage halten kann. Ohne die Strahlungskühlung gäbe es keine Sterne. Doch auch nach seiner Geburt kann ein Stern auf den Mechanismus des Energietransports durch Strahlung nicht verzichten, denn er muß die in seinem Inneren frei werdende Fusionsenergie in Form von Licht wieder loswerden. Wenn das nicht möglich wäre, würde es den Stern zerreißen, sobald die ersten Kernreaktionen stattfänden. Auch bei Sternen, die ihre Energie nicht durch Strahlung, sondern wie in einem Topf mit kochendem Wasser durch das Aufsteigen heißer Blasen, die so genannte Konvektion, nach außen leiten, kann die Energie von der äußersten Sternhülle, der Photosphäre, nur durch Strahlung abgegeben werden.“ (Ebd., S. 393-394Lesch).

NACH OBEN
So wie Elektromagnetismus und Gravitation mit ihrer unendlichen Reichweite für Mikro- und Makrobereich zuständig sind, so auch „Feuer“ (Feuer) und „Erde“ (Erde); so wie schwache Kernkraft und starke Kernkraft „nur“ für den Mikrobereich (Atomkern) zuständig sind, so auch „Luft“ (Luft) und „Wasser“ (Wasser).

 

NACH OBEN

© Hubert Brune, 2001 ff. (zuletzt aktualisiert: 2014).

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