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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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