Archiv für die Kategorie ‘FeinStoffliches’

NATuQuTAN – Teil VI, geschrieben von Magister Botanicus

Samstag, 19. August 2017

Ein holografisches Modell des Universums

Was unterscheidet das Diapositiv vom Hologramm? („Der Geschmack?“ – der Red.-Elch)

Nein, der Aufbau der Bildpunkte. Greife ich mir bei dem Diapositiv einen Bildpunkt heraus, so ist dieser Bildpunkt maximal scharf, weil er alle Informationen für den Bildpunkt enthält, er macht aber keinerlei Aussage über das Gesamtbild, da er keinerlei Informationen darüber enthält. Bei einem Hologramm, einer 3-dimensional erscheinenden Abbildung, verhält es sich prinzipiell anders. Betrachte ich hier einen Bildpunkt, so ist er maximal unscharf, da er nur wenig Informationen über sich selbst enthält, aber er kann auch eine Aussage über das Ge­samtbild machen, da in ihm prinzipiell alle Informationen über das Gesamtbild enthalten sind.

Während ich beim Diapositiv alle Bildpunkte benötige, um das Gesamtbild zu zeigen, wobei der Informationsgehalt mit Zunahme der Bildpunkte steigt, enthält ein Hologramm die Ge­samtinformation eines Bildes, wobei die Schärfe des Bildes mit Zunahme der Bildpunkte steigt. Wenn wir jetzt noch dieses Modell als dynamisch, also sich ständig verändernd, gestalten und weiterhin die Anzahl der Bildpunkte – beeinflusst von Wahrscheinlichkeiten – zwar immer kleiner werden aber beständig erhöhen, so wird das Bild des Universums ständig schärfer.

Was das heißt, liegt aus der Hand: Mit nur einem holografischen Bildpunkt ist das abgebildete Universum ein Konglomerat aus materiell nicht definierten Elementen, ein graues Rauschen sozusagen. Neuere Theorien sprechen vom sogenannten „fluktuierendem Superstring-Schaum“. Bei Heim heißt die geometrische Letzteinheit Metron, die ich hier in meinem Modell als holografisches Element gewählt habe, und sie ist in drei Sphären gegliedert. Wird die Anzahl der Metronen größer und ihre Größe geringer, kann man das etwa mit dem Anwachsen der holo­grafischen Bildpunkte vergleichen.

Es kommt damit zu materiellen Ereignisstrukturen, eben Quanten und Energie – und sozusagen mehreren klei­neren Big Bangs, allerdings im ganzen Universum. Gleich­zeitig „entsteht“ die Raumzeit und die Gravitation, kurzum, es greifen alle Natur­gesetze, die für Materie und Energie Gültigkeit haben. Doch was passiert mit weite­rem Anwachsen der Bildpunkte? Ja klar, es entstehen Atome, Moleküle, Sterne werden geboren.

Schließlich folgen Planeten und auf ihnen finden chemische Reaktionen statt, ge­bären immer kompliziertere chemische Verbindungen, Gas­hüllen und schließlich – Lebewesen! Sie fangen klein an und lassen sich nicht nur als Kohlenstoffverbindung blicken, sondern auch auf Silizium-, Bor- oder vielleicht auch auf Stickstoffbasis ist Leben möglich. Wer weiß das schon, schließlich gibt es wahnsinnig viele Planeten und wenn die Möglichkeit für Leben be­steht…

Wieder ein weiterer Sprung durch eine noch größere Zahl an Bildpunkten und die Natur­gesetze der Evolution greifen, seit Lebewesen entstanden sind. Jetzt tauchen plötz­lich Lebewesen auf, die eine einzigartige, neue Fähigkeit besitzen: auf Er­eignisse in ihrer Umwelt nicht nur instinktiv zu reagieren, sondern über diese Umwelt zu reflektieren, sich Ge­danken darüber machen.

Und wieder einen Schritt weiter, ent­wickeln diese Lebewesen eine Innen­welt, ein eigenes Universum, die jene Außenwelt spiegelt und bewertet. Schließlich können diese Lebewesen Ereignisse produzieren, die gar keinen materiellen, quantitativen Ereignisse mehr sind – sie machen sich Gedanken und haben Träume. Beides, Träume und Gedanken, sind unwiderlegbar Ereignisse, aber ohne dass es mög­lich wäre sie explizit in der Raumzeit rechnerisch zu beschreiben, sie sind tatsächlich qualitativer Natur. So, wie die anderen Prinzipen oder Wahr­scheinlichkeitsfaktoren, die ich bereits beschrieben habe, die materielle Aus­wirkungen zeigen.

Diese Wesen haben nun durch die Entwicklung eines entsprechenden Organs, sowie der da­zugehörenden intellektuellen/intuitiven Fähigkeiten, einen individuellen wie auch kollektiven Zugang zu dem großen Ideenpool und sie beeinflussen ohne Zweifel die Wahrscheinlichkeit. Sie tun das zunächst im Rahmen der Naturgesetze und den Prinzipien der Raumzeit, doch die Wahrscheinlichkeit dafür, dass auch die Grenzen von Raum oder Zeit zu durchdrungen werden können, ist sehr hoch.

Wenn Menschen in der Lage wären, jene, die Wahrscheinlichkeit verändernden Faktoren bzw. Informationsstrukturen zu beeinflussen, dann hätte das weit­reichende Konsequenzen. Denn durch die Kontrolle seiner eigenen materiellen Er­eignisse (Handlungen), kann ein Mensch z.B. eine Uhr bauen. Ist der Mensch jedoch zusätzlich (zu diesen quantifizierbaren Ereignissen) in der Lage, auch qualitative Geschehnisse zu kontrollieren oder für sich erfahrbar zu machen, so hat er explizit Zugang zum Ideenpool bzw. zu den Wahrscheinlichkeitsrastern möglicher qualita­tiver und quantitativer Ereignisse!!!

Selbst wenn der Zugang zu diesen (Heim nennt sie) Dimensionen nur sehr spo­radisch wäre und dafür bestimmte psychische Faktoren nötig (oder zu erlernen!) sind, eines muss uns dabei klar sein: Wenn es nur einem einzigen Menschen gelingt, ein einziges Mal auf diese Art und Weise quantitative oder qualitative Ereignisse willentlich zu beeinflussen, so ist der Beweis dafür erbracht, dass dies tatsächlich möglich ist – und damit jedem Menschen grundsätzlich als Erfahrungsmöglichkeit oder Ereignisebene zur Verfügung steht.

Ende Teil VI

NATuQuTAN – Teil V, geschrieben von Magister Botanicus

Samstag, 29. Juli 2017

Einheitliche Beschreibung der materiellen Strukturen

Kleine Zwischenbemerkung

Entsprechend dem, was ich Ihnen in den letzten Kapiteln gezeigt habe, ist jede Art der Energie­übertragung in unserem Universum an ganz bestimmte Träger und deren defi­nierte Prinzipen gekoppelt und kann nicht von ihnen gelöst werden.

Es geht hier wirklich um Definitionsfragen – wenn also jemand von psychischer Energie redet, so kann er nur den materiellen Teil unserer Psyche meinen oder die Definition des Wortes bedarf einer klärenden Diskussion. Und sollte Ihnen irgend jemand demnächst mal was von „feinstofflichen und grobstofflichen Energien“ erzählen wollen, dann empfehle ich 3 Möglich­keiten der Beurteilung und einer Reaktion:

1. Er/Sie hat keine Ahnung von Physik! Sie können ihm raten, seine Definitionen für Energie und Materie zu überprüfen oder Sie finden gemeinsam andere, treffendere Definitionen für diese Begriffe, die nicht unbedingt naturwissenschaftlich-technisch besetzt sind.

2. Er/Sie ignoriert den Hinweis und faselt weiter, was schon schlimmer ist – aber maximal ist er ein Ignorant – und hier empfehle ich, ihn/sie mit geschicktem Argumentieren aufs Glatteis führen.

3. Nachdem sie nur den leisesten Hauch einer Kritik anbringen, schaut er/sie Sie weise an, nickt und sagt mit sanfter Stimme: „Um das zu verstehen muss Du noch sehr viel lernen.“ Hier ist alle Mühe vergeblich und Sie drehen sich am besten um und geht weg.

(4. Das unerquicklichste, was Ihnen passieren kann ist der Satz: „Das ist geheimes Priester­wissen!“ – der Red.-Elch)

Doch zurück zur Beschreibung der Welt der Materie und der Energie. Was ich bis jetzt erklärt habe, beschreibt, dass es materielle Letzteinheiten gibt, die auf ihre spezielle Art und Weise Träger von Energie sind. Diese Energie wird immer nur transformiert und kann nicht zerstört werden.

Auf der anderen Seite haben wir gesehen, dass es Prinzipien geben muss, die dafür sorgen, dass jede Energie ihr spezielles Trägermedium zugeordnet bekommt. Diese Trägermedien oder Prinzipen sind, wenn sie keine Energie übertragen nicht messbar – können also keine materiellen Strukturen mehr sein. Ebenso wie diese Prinzipien selbst (nennen wir sie vorerst mal Naturgesetze) keine materiellen Strukturen sein können.

(Was aber sind sie dann?! – der Red.-Elch).

Nun, ganz einfach: es sind informative Strukturen, die wahrscheinlichkeits­verändernde Charaktere besitzen !

(Häää??? – der Red.-Elch).

Eines ist klar und tatsächlich beobachtbar: Alle materiellen Strukturen unterliegen den Naturgesetzen der Materie, d.h. sie setzen z.B. einer Beschleunigung einen Widerstand entgegen (= Massenträgheitseffekt) – wir merken das, wenn wir im Auto sitzen und Gas geben. Tun wir das schnell, also setzen wir uns einer schnellen Be­schleunigung aus, merken wir, dass wir in den Sitz gepresst werden. Noch übler wird es, wenn wir diese Beschleunigung schnell abbremsen, z.B. bei einem Zu­sammenstoß (negative Beschleunigung). Der Wagen bleibt zwar stehen, aber unsere Körper bewegen sich trotzdem weiter – und der Sicherheitsgurt bekommt hier seinen physikalischen Sinn.

Die Zuordnungsprinzipien für Energien und die Prinzipien des Trägermediums, sind offensichtlich überall im Universum die selben. Sie unterliegen weder einer Be­schleunigung noch springen sie von einem Ort zum anderen. Ja, sie sind sogar zeit­lich unabhängig, denn sie sind scheinbar immer gültig – egal zu welcher Zeit der Existenz des momentan existierenden materiellen Universums.

Mit anderen Worten unterliegen diese Prinzipien oder Naturgesetze keinen Materie­gesetzen, sondern sie selbst sind diese Gesetze bzw. ordnen bestimmte Gesetz­mäßigkeiten zu Prinzipien an, welche sich dann sozusagen in das Universum als messbare Materie wie Elektronen oder Fotonen „abbilden“.

Kurze Unterbrechung!

Diese Überlegungen sind natürlich nicht auf meinem Mist gewachsen. Sie stammen zum großen Teil von einem einzigartigen Physiker, Burkhard Heim, der 1985 ein Buch veröffent­lichte, welches den Titel hatte „Einheitliche Beschreibung der materiellen Strukturen mittels der metronisch-quantisierten Feldtheorie“.

Diese Buch machte Furore in der Fachwelt und kein Mensch – vor allem kein Physiker – war sich zunächst sicher, wie er dieses Buch beurteilen sollte. Noch dazu war es in einem Verlag erschienen, der normalerweise Literatur über „paranormale Phänomene“ oder „geistlichen Inhaltes“ herausgab. Ein prekäre Situation, wären da nicht einige der – sagen wir mal höflich – weniger ignoranten Herren auf die Idee gekommen, dass Ganze mal nachzuvollziehen.

Und siehe da! Mittlerweile hat die Theorie noch ein paar Feinheiten mehr und an den mathe­matischen Methoden musste noch ein wenig gefeilt werden, aber dafür ist sie mittlerweile eine Standardliteratur in den Bibliotheken von CERN und DESY, wenn es um die Berechnungen von Elementarteilchen geht.

Ende der Unterbrechung!

Das besondere an Heims Theorie ist der Ansatz; eben die Geschichte, dass es materielle Letzteinheiten geben muss, die nicht nur eine gewisse raum-zeitliche Stabilität aufweisen, son­dern auch quantifizierbar, also messbar sind. Zum anderen muss es aber auch qualitative (virtuelle = vorstellbare) Struk­turen geben, die ihrer­seits zwar nicht messbar, aber in ihren Auswirkungen nachweisbar sind.

Eine solche qualitative Struktur wäre das Prinzip des Fotons, wenn es keine Energie trägt. Es ist nur vorstellbar vorhanden, also virtuell, und kann zunächst nicht quanti­fiziert oder gemessen werden. Aber es ist ohne Zweifel die Informationsstruktur eines Fotons, welches als Wahrscheinlichkeit existiert.

Jetzt „tunnelt“ irgendwo im Universum ein Elektron von einem höheren auf ein tieferes Energieniveau und die Energie wird frei. Ohne Zeitverzögerung – eben weil keine raum-zeit­liche Struktur sondern virtuelles Prinzip – greift das Gesetz der Energieerhaltung und verändert die Wahrscheinlichkeit in der Umgebung des „tunnelnden“ Elektrons. Von der Wahrscheinlichkeit 0, d.h. dort ist kein Foton, springt die Wahrscheinlichkeit um auf 1, d.h. hier muss ein Foton existieren. Und tatsächlich, wie im beschriebenen Beispiel, hier ist ein Foton, welches ein Äquivalent zu dem vom Elektron abge­gebenen Energiebetrag darstellt. Für den unbedarften Be­obachter erscheint dieses Foton aus dem Nichts – was ja auch nicht ganz so falsch ist.

Eine einfache Modellbeschreibung soll die Zusammenhänge in einem Gesamtbild für sie deutlicher machen:

Nehmen wir an, dass Universum sei auf einem Diafilm abgelichtet. Solange, wie ich das Dia nicht durchleuchte, erscheint auf einer Leinwand (= der Raum-Zeit-Ebene) kein Bild. Führe ich dem System Energie zu (Licht) wird auf der Leinwand ein Bild sichtbar, die Prinzipen (das Diapositiv) werden innerhalb des Universums, inner­halb der Raumzeit abgebildet. Natürlich lässt dieses Modell keine Dynamik zu, aber zu dem dynamischen Modell kommen wir etwas später.

Heim geht davon aus, dass es verschiedene Ebenen geben muss, denen ganz be­stimmte Prinzipien oder die Manifestationen dieser Prinzipien zugeordnet sind. Da wären zunächst einmal tatsächlich stattfindende Ereignisse, welche durch 2 An­gaben quantifizierbar sind: Die Ortsangabe (Länge, Höhe, Breite) und die Zeit­angabe (wann).

Mit anderen Worten haben wir jetzt drei räumliche Dimensionen und eine zeitliche Dimension definiert, die für alle Quantitäten, also alle materiell-energetischen Er­eignisse, als Erklärungsmodell aus­reichen. Oberhalb der Zeit als Dimension, müssen aber noch weitere Dimensionen liegen, in welchen die Prinzipien der materiell-energetischen Strukturen sowie deren Zu­ordnungsprinzpien verborgen sind. Diese Dimensionen können kein Raum-Zeit-Gefüge besit­zen, weil deren Inhalte rein in­formativer (virtuelle, vorstellbarer, qualitativer) Struktur sind.

Heim nannte diese beiden Dimensionen Entelechie und Äon – ich habe sie für mich mit „Ideenreservoir“ = Äon und „Kritik“ = Entelechie bezeichnet, weil ich so ihre Funktionen besser beschreiben konnte. Denn im „Ideenreservoir“ existieren alle Möglichkeiten, alle Er­eignisprinzipien, die jemals in einem Universum stattfinden können. In der Dimension „Kritik“ werden die Prinzipien der aktuell stattfindenden Ereignissen bewertet und anhand der Zuordnung von Wahrscheinlichkeiten im Rahmen der Naturgesetze der Raumzeit neu bewertet.

Die philosophischen Hintergründe oder evt. religiöse Konsequenzen einer solchen Be­trachtungsweise möchte ich hier noch nicht diskutieren.

Doch ein kurzer Einschub: Es darf allerdings an dieser Stelle nicht der Eindruck ent­stehen, dass hier ein „deterministischer“ (vorherbestimmter) Plan verfolgt würde, oder eine Art starres Kochrezept für das Universum, wo alles und jedes vorbe­stimmt ist. Es gibt zwar bestimmte Prinzipien und Naturgesetze, die (noch) nicht außer Kraft gesetzt oder manipuliert werden können. Aber nur die Art der Naturgesetze oder Prinzipien sind es, die für die Raumzeit determiniert sind.

Alle stattfindenden Ereignisse unterliegen immer einem Wahrscheinlichkeitsraster – was bedeutet, wenn mir ein Glas aus der Hand fällt, ist es sehr wahrscheinlich, dass es zerbricht. Aber es ist eben nicht sicher! – wie wir alle sicher aus Erfahrung mit ähnlichen Situationen und ähnlichen Gegenständen wissen.

Aus diesen Betrachtungen heraus müssen wir also unser Modell mit dem Dia modi­fizieren, denn dieses Modell würde eine solche Welt mit determinierten Ereignissen beschreiben. Also greifen wir zur modernen Fotografie und wenden uns dem Holo­gramm zu.

Ende Teil V

NATuQuTAN – Teil IV, geschrieben von Magister Botanicus

Samstag, 17. Juni 2017

Die Paarbildung („Wie schööön!“ – der Red-Elch)

Nun kommen wir zu einem Effekt im Bereich der Quantenphysik, der mich persön­lich immer am meisten fasziniert hat, der Paarbildung. Behalten wir während der Beschreibung des Vor­ganges im Kopf, dass es Prinzipien oder Naturgesetze gibt, die überall im Universum gleiche Gültigkeit zu haben scheinen.

Lassen Sie uns jetzt gedanklich in die Nähe eines Atomkernes reisen. Welches Element dieser Atomkern darstellt oder wie viel Protonen oder Neutronen er hat, ist nicht so wichtig. Wir halten an einem Punkt, an welchem sich das sogenannte „Coulomb-Feld“ des Atomkernes ausbreitet und wirksam ist. Es ist – vereinfacht ausgedrückt – eine Art elektrisches Feld, welches jedem Atomkern zugeordnet ist und durch intraatomare Prozesse aufgebaut wird.

Nehmen wir weiterhin an, wir würden dieses Atom jetzt mit einer sehr energie­reichen Gamma-Strahlung bestrahlen bzw. mit sehr energiereichen Fotonen durch­dringen wollen. Solange wir das Coulomb-Feld meiden, passiert gar nichts. Wenn aber der Gamma-Fotonen-Strahl in den Bereich dieses Feldes kommt und bestimmte energetische Voraussetzungen erfüllt sind – nämlich das die Energie der Fotonen mindestens ein Äquivalent von 1.022 MeV hat (Mega-Elektronen-Volt = Energie­einheit der Elektronenenergie) – dann geschieht es:

Es erscheinen plötzlich 2 Quanten mit Ruhemasse – einfach so, scheinbar aus dem Nichts – die sich mit genau gleicher Geschwindigkeit diametral voneinander ent­fernen. Und jedes diese beiden Quanten trägt eine Ladung von 0.511 MeV!

Antimaterie und Energieerhaltungssatz

Was ist passiert?

Zunächst mal sollte gesagt werden, dass die 2 Quanten, die hier entstanden, ein negativ gela­denes Elektron und ein positiv geladenes Elektron, ein sogenanntes Positron, sind. Sie haben beide die gleichen Eigenschaften wie alle Elektronen, nur das eine davon hat ein positive elek­trische Ladung, das macht es so besonders. Während das negative geladene Elektron davon ­schwirren kann und sich wie ein normales Elektron verhält, muss das positiv geladene Elektron höllisch aufpassen, das es keinem negativ geladenen Elektron über den Weg läuft.

Aus der Schule können wir uns noch dunkel erinnern, das sich die gleichnamigen Pole eines Magneten abstoßen, sich die ungleichnamigen Pole aber anziehen. Nun, das ist bei dem Elek­trischen Feld nicht anders wie bei dem Magnetischen – und ein positives Elektron zieht ein negativ geladenes Quant seiner Art (nicht magisch, sondern physikalisch) an!

Und wenn dass passiert, dann rummst es gewaltig! Beide Teilchen sind auf der Stelle ver­schwunden, aber dafür ist ein Gamma-Quant, ein Foton entstanden, welches genau die Energie von 1.022 MeV hat.

(„Jetzt sind alle Klarheiten restlos im Dunkel verschwunden!“ – der Red.-Elch)

Dann also wieder zurück zu Prinzip und Energie – als Erstes, das Prinzip eines jeden Quanten­zustandes ist überall im Universum dasselbe. Ist also der energetische Rahmen gegeben (hier die Bestrahlung mit Gamma-Quanten), wirkt eines dieser Prinzipien und es entsteht ein Paar ungleich geladener Quanten, die jetzt jedes für sich genau die Hälfte der Energie des Gamma-Quants tragen (= Energieerhaltungs­satz, Energie geht nicht verloren, sie kann nur trans­formiert werden).

Aber ein weiteres Prinzip greift hier ebenfalls ein, nämlich, dass immer nur gleich­zeitig ein positiv und ein negativ geladenes Teilchen entstehen kann, Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen. Wieder sehen wir, dass die Energie des Fotons er­halten bleibt während das Foton selbst anscheinend vernichtet ist. Aber ein Prinzip ist kein materieller Zustand, es wird erst dann wieder wahrnehmbar, wenn Positron und Elektron zusammenstoßen und die Energie sich wieder einem ihm äquivalenten Prinzip, per Grundgesetz („?, äh, wie bitte?“ – der Red.-Elch), sorry, per Naturgesetz zugeordnet wird. Und prinzipiell geht die Materie – Antimaterie / Teilchen – Anti­teilchen – Erzeugung mit jedem Quant (Proton, Neutron etc.), aber der Energie­aufwand ist beachtlich.

Einstein und Energieäquivalenz von materiellen Strukturen

Damit ich Ihnen nun auch mal ein paar Formeln präsentieren kann, weil man mit denen so wunderbare Spielchen treiben kann, hier nun die ersten Zwei davon, die aber im Laufe des Textes noch an Wichtigkeit zunehmen werden:

1. E = m * c2

2. E = h * c

Die erste Formel beschreibt das Masseäquivalent der Energie, d.h. wie viel Energie z.B. bei der „Zerstörung“ eines Elektrons frei wird. Wobei wir ja vorher festgestellt haben, dass nur die materielle Messbarkeit des Elektrons verschwindet, sein Prinzip nicht – und dass sich die frei­werdende Energie ein geeignetes Trägerprinzip sucht.

Betrachten wird also mal was dabei heraus kommt, wenn wir das mit nur einem einzigen Elektron tun würden. Die spezifische Masse eines Elektrons beträgt unge­fähr 9.1 x 10-31 kg. Doch jetzt muss diese Masse mit dem Quadrat der Licht­geschwindigkeit multipliziert werden – und dieser Wert beträgt ca. 3 x 1036. Das be­deutet, das 100.000 kg.m2/s2 oder 100.000 Joule (Einheit für Arbeit) freigesetzt werden könnten. Eine Energiemenge, die reicht, wenn sie in Hebelkraft umgesetzt würde, einen Kleinwagen ca. 10 m über den Erdboden zu heben!!! – und dies in einem so winzigen Masseteilchen. Das heißt aber auch, dass bei der „Zerstörung“ eines Positrons und eines Elektrons – unser Beispiel aus der Paarbildung – 182.000 Jaule freigesetzt werden und der Kleinwagen bereits eine Höhe von 20 m erreichen würde.

Wenn wir uns dann überlegen, was passiert, wenn ein ganzes Molekül Antimaterie auf ein Molekül Normalmaterie trifft – kommt es – im wahrsten Sinne des Wortes – zu einer Explo­sion, die jede Menge -Quanten freisetzt. Diese energiereiche Strahlung oder Lichtquanten können – wie die bei der Explosion einer Plutonium­bombe freigesetzten -Strahlung – tödlich wirken.

Warum sie das sind, folgert aus der nächsten Formel, nämlich dem Energie­äquivalent einer Strahlung. Die Formel bedeutet, dass die Energie einer Strahlung gleich einer Kosmischen Konstante ist (dem sog. „Planck´schen Wirkungsquantum [h]), welche multipliziert wird mit der Lichtgeschwindigkeit die wiederum vorher durch die Frequenz (= Wellenlänge) der Strahlung zu teilen ist.

Hier ist gleich zu sehen, dass niedrig frequente Strahlung oder Lichtquanten mit einer großen Wellenlänge weniger Energie tragen können wie hochfrequente Fotonen. Denn je kleiner der Wert unter dem Bruchstrich wird, um so größer wird das Produkt aus h und c, eben der Energiemenge. Und jetzt stellen wir uns vor, wir setzen die aus unserem Beispiel mit dem Elektron und dem Positron bekommene Energie von ca. 200.000 Joule in diese Formel ein.

Dann erhalten wir eine Wellenlänge, die genau jenem Gamma-Quant entspricht, welches ent­standen ist. Das ist sog. „harte“ -Strahlung, die so energiereich ist, dass sie aus einem Molekül der Erb­masse eines Menschen Elektronen heraus schießen kann, wenn sie darauf trifft! Und was dass bedeutet, vor allem, wenn nicht nur ein solches Quant entsteht, sondern – wie bei der Explosion einer Plutoniumbombe – un­zählige, das wissen wir seit Hiroshima und Nagasaki leider nur zu genau!

Ende Teil IV

NATuQuTAN – Teil III, geschrieben von Magister Botanicus

Samstag, 27. Mai 2017

Die Dualität von Welle und Teilchen

Was, zum Geier, heißt das? Haben wir nicht irgendwo mal gehört, dass Radiowellen elektro­magnetische Strahlung sind – und die durchdringen ja schließlich sogar Wände, wie sollen dass denn nun plötzlich Teilchen sein? Teilchen, die Wände durchdringen?

Ja, genauso ist es. Und genau an diesem Problem schien sich auch schon Albert Einstein die Zähne auszubeißen. Einmal verhielt sich eine bestimmte Sorte von Quanten, also Licht, wie eine Welle, war also in der Lage feste Materie zu durch­dringen. Bei einer anderen Versuchsanordnung verhielten sich diese Quanten wie Teilchen und wurden von fester Materie z.B. zurückgeworfen oder absorbiert.

Mittels einer komplizierten mathematischen Operation konnte Einstein allerdings im Jahre 1929 den Beweis antreten, das alle Quanten gleichzeitig Welle und Teilchen sind – es kommt nur darauf an, wie man die Versuchsanordnung aufbaut. Deswegen wurde auch der Begriff „Quant“ genutzt – ein Quantum Energie, welches gemessen und quantifizierbar wird, wenn eine abgegrenzte Portion Energie a) sich fortbewegt und auf ein anderes Quant b) trifft und mit ihm Energie austauscht.

Energieübertragung zwischen Quanten

Um vorheriges Beispiel deutlicher zu machen – jeder von uns kennt zumindest das Prinzip des Murmelspiels. Nehmen wir unsere bunten, verschieden großen Murmeln aus dem Kapitel zuvor und legen sie vor uns hin (Elementarteilchen bzw. Quanten mit Ruhemasse). Jetzt denken wir uns eine weitere Murmel dazu, die ständig in Bewegung ist, ohne unterlass herumrollt (z.B. ein Lichtquant ohne Ruhe­masse). Wenn sie an eine der anderen Murmeln stößt, tauscht sie Bewegungsenergie mit dieser Murmel aus, d.h. die angestoßene Murmel bewegt sich ent­sprechend der Stärke des Anstoßes und ihrer eigenen Masse.

Liegen nun die Murmeln in einer ganz bestimmten Anordnung – bilden sie etwa eine Gasse oder eine Barriere – sind die Auswirkungen verschieden sein. Denn trifft die sich be­wegende Murmel die Gasse, so passiert mit den anderen nichts – stößt sie gegen eine Barriere, die massiv genug ist, überträgt sich ihre Energie komplett auf die anderen Murmeln oder aber sie prallt ab.
Fotonenspiele

In der Physik kann unser Murmelspiel wie folgt beschrieben werden: Ein Foton, also ein Lichtquant, bewegt sich auf ein Elektron zu, welches sich um den Atomkern be­wegt. Nehmen wir weiterhin an, dass die Energie dieses Fotons genau so groß ist, um das Elektron in einen höheren energetischen Zustand zu versetzen. „Verfehlt“ das Foton das Elektron, passiert gar nichts. Trifft das Foton das Elektron genau, muss es die Energie des Fotons absorbieren – und passieren zwei Dinge gleichzeitig:

1. Das Foton verschwindet! („Wohin?“ – der Red.-Elch)

2. Das Elektron „springt“ („Wie?“ – der Red.-Elch) von einer Kreisbahnebene in die nächst höhere, da sein energetischer Zustand nicht in diese Kreisbahn gehört. Jedoch ist dieser neue Zustand, in welchem sich das Elektron befindet, instabil!

Die Fragen des Red.-Elch sind berechtigt, aber es kommt noch besser! Was denken Sie, passiert, wenn betreffendes Elektron – was verschiedene quantenphysikalische Gründe haben kann – wieder auf seine „alte“, im zugeordnete und stabile Ebene zu­rückspringt?

Es entsteht ein neues Foton! („Woher?“ – der Red.-Elch)

An dieser Geschichte und wie sie zu erklären sei, habe viele Quantenphysiker fast ihr Leben lang gearbeitet. Die Modellvorstellung für das „Wohin“ und „Woher“ des Fotons, die Physiker als Erklärungsmöglichkeit benutzen, beschreibt die Fotonen nun als virtuelle – also lediglich vor­stellbare – Teilchen.

Nur vorstellbar deswegen, da sie ja eine imaginäre – d.h. nicht vorhandene – Ruhe­masse besitzen und sich nur über ihre Bewegungsenergien definieren und quantifi­zieren lassen. Gibt ein Foton seine Energie vollständig an ein anderes Quant ab, wird es vollständig virtuell! Denn es bleibt keine Energie mehr übrig, um festzustellen ob es noch existiert. Es verliert damit seine Stoff­lichkeit und damit seine Eigenschaft, Materie zu sein.

Obwohl das virtuelle Prinzip des Fotons selbstverständlich erhalten bleibt und – wenn die Bedingungen stimmen (wie das obige Beispiel mit dem Elektron zeigt!) – auf dieses virtuelle Prinzip wieder Energie übertragen werden kann und es damit materiell als Foton wieder nachweisbar wird.

Bei dem Beispiel mit den Murmeln würden wir eine weitere Murmel hinzufügen wollen, die wir uns zunächst nur vorstellen, ohne sie wirklich in der Hand zu halten (virtuelles Prinzip). Jetzt bewegen wir unseren Arm (fügen dem System Energie zu), so wie wenn wir auf eine der existierenden Murmeln unsere gedachte Murmel wer­fen wollten.

Und tatsächlich, aus unserer Hand rollt eine Murmel – sozusagen die Manifestation der Bewegungsenergie, die dem Prinzip folgt, welches wir als Regel festgelegt haben. Nein, nein, wir sind noch nicht im magischen Teil unserer Über­legungen angekommen!

Es scheint tatsächlich und naturwissenschaftlich nachweisbar eine virtuelle oder vor­stellbare Ebene von Prinzipen zu geben, die überall im Universum den selben Regeln folgt. Bestimm­bare und erforschte Energieübertragungsmechanismen („Länger ging´s wohl nicht?“ – der Red.-Elch) werden ganz bestimmte Prinzipien zu­ordnet oder umgekehrt, auch wenn diese Prinzipien nicht materieller Natur sind – sondern den Charakter eines Naturgesetzes haben.

Der Tunneleffekt

So auch die Sache mit dem „springenden“ Elektron. Natürlich springt das Elektron nicht auf eine andere Bahn, das darf es nicht, denn es kann sich nur entweder in der einen oder in der anderen Kreisbahn um den Atomkern befinden.

Auch hier konn­ten experimentelle Studien und mathematische Überlegungen klarmachen, wie die Elektronen das hinkriegen, Physiker haben das den „Tunneleffekt“ genannt.

Die Elektronen scheinen auf der einen Kreisbahn zu verschwinden, um im gleichen Moment auf der anderen Bahn wieder aufzutauchen. Sie scheinen damit die materielle Bezugsebene zu ver­lassen und gleichzeitig ihren Platz – nur an anderer Stelle – wieder einzunehmen. Hier wird offensichtlich Energie (die des Elektrons plus der Energie des Fotons an der alten Stelle) einem Prinzip (dessen des Platzes, wo es sich aufhalten darf) zugeordnet, während im anderen Fall die Zuordnung eines Prinzips (des virtuellen Fotons) zu einer Energie (die das abwärts-bahn­wechselnden Elektron abgab) war.

Ende Teil III

NATuQuTAN – Teil II, geschrieben von Magister Botanicus

Samstag, 01. April 2017

Physikalische Grundlagen

Definition von materiellen Letzteinheiten

Was ist Materie? Nun…

…allein um nur diese Frage erschöpfend beantworten zu können, gibt es eine unüber­schaubare Menge von Fachbüchern. Ich möchte versuchen, Ihnen diese Grundbegriffe um die es hier bei dieser Definition geht, mit den einfachsten Mitteln zu erklären. Denn diese Defini­tionen brauchen wir später wieder für die ganzheit­liche Betrachtung der Welt.

Als erstes sollten wir uns darauf einigen, dass es tatsächlich materielle Letzteinheiten gibt, was nichts anderes heißt, dass es definierte Teilchen gibt, die nicht mehr geteilt werden können – und da geht es schon los!

Diese Letzteinheiten setzen sich selbstverständlich aus weiteren Einheiten zu­sammen, die mit den Bezeichnungen Quarks, Gluonen (oder Leimteilchen), Flavor´s (oder Geschmacksteilchen) und anderen, noch exotischeren Namen belegt wurden. Diese „Teilchen“ sind experimentell nachgewiesen und existieren tatsächlich – dies soll hier nicht in Abrede gestellt werden. Und rein theoretisch wäre es möglich, dass sich diese Teilchen wiederum aus anderen, noch kleine­ren Teilchen, zusammen­setzen würden usw. usf.

Jedoch nicht in ihrer Eigenschaft tatsächlich Materie oder materielle Letzteinheiten sein zu können!i Quarks, Gluonen oder Flavor`s können nur unter extremsten Be­dingungen und nur künstlich erzeugt werden, z.B. im deutschen Elektronen­sychrotron (DESY). Sie kommen in unserer Welt als frei beobachtbare Zustände der Materie nicht vor! Um es bildhafter zu machen:

Stellen Sie sich bitte vor, alle materiellen Letzteinheiten wären bunt angemalte Murmeln, kariert, uni, gepunktet, geblümt („Hä?“ – der Red.-Elch). Es gibt dann zwar viele unterschied­liche Murmeln (= nicht mehr teilbare Materieteilchen), aber der Lehm aus dem sie gemacht sind (= die Zusammensetzung der intraatomaren Strukturen, Quarks, Gluonen ect.) ist der Gleiche!

Was wären also diese materiellen Letzteinheiten? Es sind z.B. die Kernteilchen eines Atoms, die Elementarteilchen genannt werden. Es gibt mittlerweile einen richtigen und auch so be­zeichneten „Teilchenzoo“, in dem sich vielfältige Vertreter der Elementarteilchen tummeln und mit Namen Leptonen, Hadronen, Neutrinos usw. bezeichnet werden.

Wir wollen uns aber nicht weiter als nötig in die komplexe Welt der Elementar­teilchen und der physikalischen Beschreibungen begeben. Jeder Stoff egal ob fest, flüssig oder gasförmig, besteht aus Molekülen. Diese sind aus Atomen aufgebaut, und deren Baustoff wiederum sind die Elementarteilchen. Wir wollen bei den be­kanntesten dieser Teilchen bleiben.

Die drei wichtigsten Vertreter dieser Gattung möchte ich Ihnen gleich vorstellen: Das elektrisch neutrale Neutron und das elektrisch positive Proton – der Stoff, aus dem die Atomkerne sind. Während diese beiden fast die gleiche Masse haben, um­kreist den Kern das, mit wesentlich geringerer Masse ausgestattete, Elektron. Je nach der Anzahl der Protonen haben im Normalfall die Atome genau die gleiche Anzahl an Elektronen, wobei die Neutronen in ihrer Zahl variieren können. Die verschie­denen Varianten eines be­stimmten Elementes nennt man dann Isotope. Von der elektrischen Ladung her gleichen sich somit Elektronen und Protonen aus und das Atom ist – normalerweise – in einem stabilen Zustand.

Weiterhin – sagen wir mal flapsig und im klassischen Sinne – umläuft den Atomkern das Elektron (oder mehrere Elektronen, je nach Element) in einer elliptischen Um­laufbahn. Diese Kreisbewegung hört niemals auf, nicht einmal in der Kälte des Welt­raumes. Allerdings gibt es nur ganz bestimmte Bahnen, auf welchen Elektronen den Atom­kern umlaufen können – und die dürfen auch nur mit Elektronen in einer ganz bestimmten Anzahl oder in bestimmten Zuständen besetzt sein.

Ganz wichtig ist auch noch, dass Elektron, Proton und Neutron eine sogenannte Ruhemasse haben, d.h. auch wenn sie sich nicht bewegen, haben sie eine Masse. Wie gesagt, normaler­weise ändert sich an dem stabilen Zustand des Atoms nichts, aber durch eine Zufuhr von Energie, die, in welcher Form auch immer, von Außen in ein Atom gelenkt wird, passieren dann abgefahrene Sachen…


Die Definition von Energie

Energie ist jede Form der bewegten Materie!

Als ein Beispiel möchte ich hier die elektrische Energie anführen. Diese Energie wird von Elektronen, den negativ geladenen Teilchen der Atomkerne übertragen. Lassen Sie uns dafür mal in das Kupferkabel eines normalen Haushaltstoaster schauen (Energiefresser!!! – der Red.-Elch), der an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen ist. Toaster aus – kein Stromfluss, Toaster an – Strom fließt.

Und mittels der Begriffe, die ich benutzt habe, ist auch schon das Prinzip, welches hinter der elektrischen Energie steht, erkennbar. Elektrische Energie im Stromnetz, ist wie Wasser, das in ein Röhrensystem geschüttet wird. Macht man dann eine Röhre auf und gießt man oben immer nach, fließt das Wasser.

Nur dass es hier im Kupferkabel die Elektronen sind die Fließen und die Elektronen dies nur tun, weil Kupfer die besondere Eigenschaft hat, ein guter Leiter für freie Elektronen zu sein. Lassen wir also unsere Elektronen in die feinen Glühdrähtchen fließen, die sich im Toaster befinden: Wieder soll Wasser als Modell herhalten. Hatten wir vorher einen dickes Rohr, so ist es jetzt ein Röhrchen, eine haarfeine Kapillaren, durch die das Wasser durch muss. Wenn ich auf das ganze Röhren­system auch noch Druck ausübe, so knallen die Wassermoleküle ständig gegen die Wände des Röhrchens.

Die Elektronen machen das Gleiche, sie geben ihre Bewegungsenergie, die sie von einem Kraftwerk bis in den Toaster gepumpt haben, an den dünnen Draht ab. Dessen Atome nehmen diese Energie auf und die Moleküle des Drahtes fangen ebenfalls an, sich zu bewegen. Nur sie können nicht weg, sie sind in der festen Struktur des Kupferdrahtes eingefangen. Also begin­nen sie damit, hin und her zu schwingen, immer schneller und schneller, um die aufgenom­mene Bewegungs­energie wieder abzugeben. Von außen betrachtet beginnt dadurch der Draht sich zu erwärmen und schließlich zu glühen. Die schwingenden Moleküle des Kupfer­drahtes geben ihrerseits die Bewegungsenergie an die Luftmoleküle weiter. Hinzu kommt, dass Lichtenergie freigesetzt wird in Form von Hitze- oder sog. Infrarot­strahlung.

Ich könnte jetzt endlos weiter machen, wie sich durch die Wärme die chemische Zusammen­setzung des Brotes im Toaster ändert oder dass die erwärmte Luft aus dem Toaster austritt, und zu Erhöhung der Gesamtwärmemenge des Universums beiträgt (die Physiker sagen dazu „…die Entropie wird gesteigert…“

Doch ich möchte Ihnen noch ein anderes Beispiel vorstellen, vor allem weil hier Teil­chen ins Spiel kommen, die keine Ruhemasse besitzen. Einfacher ausgedrückt, wenn diese Teilchen jemals zur Ruhe kommen, sind sie nicht mehr nachweisbar bzw. haben ihre Bewegungs­energie komplett an andere Teilchen übertragen.

Die Fotonen, jene Teilchen, die elektromagnetische Energie transportieren, sind solche Teilchen ohne Ruhemasse. Elektromagnetische Energie oder Strahlung ist z.B. sichtbares Licht, Wärmestrahlung, kann auch Infrarotlicht oder in Form von Rönt­genstrahlung auftreten. Fotonen heißen auch Licht­quanten – ein Begriff den ich ab jetzt benutzen werde, der er beschreibt genau das, was sie sind: eine Portion elektromagnetische Strahlung.

Ende Teil II