Der Urknall

Wie alles begann

  1. Es geht um die Entstehung des Universums in der ersten Sekunde, die Entwicklung bis heute und darüber hinaus.
  2. Für manche Menschen ist es die Frage: "Woher kommen wir und wohin gehen wir"?
  3. Mein Text bezieht sich auf das Standardmodell, also die Lehre der heutigen Physik. Weil die Physiker die Entstehung des Universums mit der Quantenphysik und der Relativitätstheorie erklären, werden wir nach dem Vortrag nicht verstehen wie das Universum physikalisch entstanden ist, wir wissen aber dann wann und in welcher Reihenfolge die Entwicklungsschritte entstanden sind und dies ohne die Schulphysik zu bemühen.
  4. Gegen Ende des Vortrags zeige ich Ihnen einige Zitate von bekannten Physikern, die darüber Aufschluss geben, wie sich in den letzten 70 Jahren die Vorstellungen von der Materie, dem Vakuum, dem Geist und Gott gewandelt haben. Anschließend schauen wir uns einige Bilder von einfachen, aber gewöhnungsbedürftigen Quantenversuchen an, die diese neuen Vorstellungen mitgeprägt haben.
  5. Ich möchte mit den Teleskopen beginnen.
  1. Bild 1 Das Bild zeigt ein Teleskop, das den Laser ausgefahren hat. Dadurch werden die Dichteschwankungen der Luft ausgeglichen, wodurch die Bilder schärfer werden. Außerdem können mehrere Teleskope zusammen geschaltet werden, wodurch die Bildqualität gesteigert werden kann.
  2. Bild 2 Dieses Bild zeigt eine englische Doktorandin im Jahre 1967, die eine Antennenanlage aufgebaut hat. Diese Antennenanlage hat noch den Charme von Wäscheleinen. Mit dieser Anlage hat sie zum ersten Mal scharf getaktete Radioimpulse empfangen, deren Taktgenauigkeit genauer war als der Takt unserer Atomuhren. Man ging deshalb davon aus, dass sie Kontakt mit einer höheren außerirdischen Zivilisation bekommen hatte. Die Zeitungen und Rundfunkanstalten berichteten täglich, dass Menschen wieder fliegende Untertassen gesehen haben wollten. Einige behaupteten sogar, sie hätten mit Außerirdischen gesprochen. Inzwischen weiß man, dass solche taktgenauen Radioimpulse durch ausgebrannte Sterne entstehen.
  3. Bild 3 Hier sieht man eine moderne Antennenanlage, die mehr Informationen ermöglicht.
  4. Bild 4 Von der Erde kann man maximal bis zur Kosmischen Hintergrundstrahlung sehen. Man sieht dann das Universum als es 380 000 Jahre alt war. Damals bestand das Universum nur aus heißem ionisiertem Gas. Die Physiker nennen ein solches Gas Plasma. Als das Universum 470 Millionen Jahre alt war, gab es schon die ersten Galaxien. Die Abstände der Galaxien sind in dem noch jungen, kleinen Universum groß, weil es erst wenige Galaxien gab. Als das Universum 2,1 Milliarden Jahre alt war, gab es die größte Galaxiendichte. Von da ab wurden die Abstände wieder größer, weil sich das Universum schnell ausdehnte. Im Vordergrund sehen Sie einen Galaxienhaufen, der wie eine Sammellinse wirkt. Mit dieser Linsenwirkung ist es möglich, die Kosmische Hintergrundstrahlung genau zu vermessen. Die Krümmung der Lichtstrahlen durch diese Gravitationslinse ist die von Albert Einstein vorhergesagte Krümmung des Raumes durch die Masse des Galaxienhaufens. Übrigens auch Sie haben schon mal kosmische Hintergrundstrahlung gesehen. Immer wenn Sie Schnee auf dem Fernsehschirm sehen, sehen Sie Kosmische Hintergrundstrahlung. In jedem Kubikzentimeter Luft sind 300 lichtschnelle Photonen der Kosmischen Hintergrundstrahlung.
  5. Bild 5 Dieses Bild stammt aus dem Jahre 2005. Die Farbunterschiede der Kosmischen Hintergrundstrahlung zeigen Temperaturunterschiede von 1/100 000 Grad Celsius aus einer Zeit, als es noch keine Sterne gab. Zu dieser Zeit gab es nur Wolken aus Wasserstoff- und Heliumgas. Dieses Gas ist durch die noch hohe Temperatur von etwa 3 000 Grad ionisiert. Ein ionisiertes Gas besteht aus elektrisch positiv geladenen Atomen und elektrisch negativ geladenen Elektronen und wirkt undurchsichtig wie eine Nebelwand. Man kann deshalb nur auf die Kosmische Hintergrundstrahlung aber nicht weiter sehen. Das Muster der Kosmischen Hintergrundstrahlung verrät aber 3 physikalische Mechanismen, aus denen man Schlüsse bis in die erste Sekunde des Universums ziehen kann. Die Verteilung der Strahlungsunterschiede deckt sich mit der Verteilung der Galaxien. Die geringen Temperaturunterschiede zeigen, dass die Materie damals noch sehr gleichmäßig verteilt war. Die Dunkle Materie begann sich zusammenzuziehen als das Universum 50 000 Jahre alt war. Die uns allen bekannte Materie begann sich ungehindert zu Sternentstehungswolken zu verdichten als das Universum 380 000 Jahre alt war.
  6. Bild 6 Sie sehen die Verteilung der Materie im heutigen Universum und im Universum als es 380 000 Jahre alt war. Im 380 000 Jahre alten Universum gab es 63% Dunkle Materie, 12% Baryonische Materie (es ist die Materie aus der wir und unsere Umwelt besteht), 15% Photonen, die vom heißen Urknall stammten und Neutrinos, die in den 3 Minuten nach der ersten Sekunde entstanden, als die ersten chemischen Elemente Wasserstoff und Helium entstanden. Die Materie des heutigen Universums besteht zu 72% aus Dunkler Energie. Im Diagramm des frühen Universums taucht die Dunkle Energie noch nicht auf, weil ihr Anteil an der Masse des Universums noch zu gering war. Die Dichte der Dunklen Energie ist während der Ausdehnung des Universums (Vakuums) konstant geblieben und hat sich deshalb seit damals mehr als vertausendfacht. Der Anteil der Photonen taucht im Diagramm des heutigen Universums nicht mehr auf, weil die Photonen des heißen Urknalls fast ihre ganze Energie verloren haben. Die Mengen der Materie und der Dunklen Materie sind gleich geblieben. Weil es aber heute so viel mehr Dunkle Energie gibt als damals sind die prozentualen Anteile der Materie und der Dunklen Materie kleiner geworden.
  7. Bild 7 Das heutige Universum besteht zu 0,03% aus den schweren chemischen Elementen. Für die Astronomen sind alle chemischen Elemente, außer Wasserstoff und Helium, schwere Elemente. In den Schwarzen Löchern befinden sich 0,06% der Materie. In den Neutrinos stecken 0,3% der Materie. Neutrinos sind winzige Teilchen, die durch die Atome fliegen und in der Regel nicht einmal die Atomkerne treffen. In jeder Sekunde fliegen 70 Milliarden Neutrinos durch jeden Quadratzentimeter. Zur Veranschaulichung: In jeder Sekunde fliegen 70 Milliarden Neutrinos durch jeden kleinen Fingernagel, ohne dass wir etwas davon merken. Die Neutrinos, die die Erde treffen, kommen fast alle auf der anderen Seite der Erde wieder raus. Als man versuchte, die Zahl der Sonnenneutrinos experimentell zu bestimmen, konnte man nur 1/3 der von den Theoretikern vorhergesagten Anzahl messen. Es dauerte Jahre bis man erkannte, dass 2 Sorten von den 3 Neutrinosorten ihre Masse auf dem Weg von der Sonne zu uns verloren hatten. Neutrinos können ihre Masse verlieren, sie können aber auch wieder Masse erhalten. In den Sternen befinden sich 0,5% der Gesamtmasse. Die Wolken in denen neue Sterne entstehen befinden sich weitere 3% der Masse des Universums. In zehn hoch 14 Jahren werden die Sternentstehungswolken verbraucht sein. Danach gibt es keine leuchtenden Sterne mehr. Zu 96% besteht das Universum aus Dunkler Materie und Dunkler Energie.
  8. Bild 8 Diese Werte stammen aus einer Auswertung der Kosmischen Hintergrundstrahlung im Jahre 2005. Sie wurden in der Zeitschrift Sterne und Weltraum 2008 veröffentlicht. Die Genauigkeit der Parameter konnte extrem verbessert werden. Bis dahin lagen die Werte für das Alter der Kosmischen Hintergrundstrahlung in den Veröffentlichungen zwischen 6 und 20 Milliarden Jahren. Auch bei den anderen Parametern gab es nun vergleichbare Verbesserungen der Genauigkeit. Multipliziert man die Entfernung einer Galaxie mit der Hubble-Konstante, erhält man die Geschwindigkeit, mit der sich die Galaxie von uns entfernt. Man sieht, dass man auch die Dichte für die Dunkle Materie und die Dichte für die Dunkle Energie angeben kann. Die Dichte der baryonischen Materie gibt an, dass es im Weltraum pro Kubikmeter ein Atom gibt. Der Rekombinationszeitpunkt gibt den Zeitpunkt an, an dem das durch den heißen Urknall leuchtende Universum so weit abgekühlt war, dass es in ihm optisch dunkel wurde. Gleichzeitig wurde das Gas elektrisch neutral und optisch durchsichtig. Die Rotverschiebung gibt an, dass sich das Universum seit der Zeit als das Universum 380 000 Jahre alt war, um das 1091 fache vergrößert hat.
  9. Bild 9 Sie sehen eine Aufnahme aus dem Jahr 2005. Man hatte das Hubbleteleskop auf eine Stelle gerichtet, an der bis dahin noch niemand etwas gesehen hatte und belichtete 10 bis 11 Tage lang. Dies führte seit dem Jahr 1992 zum dritten, von anderen Methoden unabhängigen, experimentellen Beweis, dass es einen Urknall gegeben hat. Die schwach rot leuchtenden Galaxien sind 13 Milliarden Lichtjahre entfernt, d.h. deren Licht war 13 Milliarden Jahre unterwegs. Wir sehen heute wie diese Galaxien vor 13 Milliarden Jahren ausgesehen haben. Das Licht der großen gelben Galaxie war 5 Milliarden Jahre unterwegs. Wir können mit solchen Bildern sehen, wie sich das Universum entwickelt hat.
  10. Bild 10 Wir sehen 2 Astronauten im Weltraum bei der Reparatur des Hubbleteleskops.
  11. Bild 11 In dieser Wolke entstehen neue Sterne. Besonders deutlich wird dies an einer Stelle am Rand einer Wolke, die sich dicht neben dem hellsten Stern befindet. Dieser entstehende Stern (Protostern) in der Wolke hat schon fast alles Gas aus seiner Umgebung eingesammelt. Aus der Wolke kann er nur noch über ein schmales Band Nachschub herüberziehen. Bei einigen Sternen hat schon das Wasserstoffbrennen (Kernfusion) eingesetzt. Sie leuchten durch den Staub der Wolken. Der Staub der Wasserstoff- Heliumwolke stammt von früher explodierten Sternen. Sterne entstehen, wenn sich das Gas in der Wolke soweit abgekühlt hat, dass die Gravitationskraft (Massenanziehung) stärker ist als die Abstoßungskraft mit der sich die Atome und Moleküle voneinander abstoßen. Diese Abstoßungskraft kann man indirekt beobachten, wenn sich beim heißen Wasserkessel der Deckel hebt. Bei Abkühlung lässt diese Kraft nach. Wenn die Massenanziehung in den kalten Wolken stärker wird als die schwächer werdenden Kraftstöße der Atome und Moleküle, zieht sich das Gas zusammen. Zusammengezogenes Gas hat eine stärkere Massenanziehung, und so kann der entstehende Stern schnell wachsen. Mit der eingesammelten Masse steigt der Druck und die Temperatur im entstehenden Stern schnell an. Bei 10 Millionen Grad beginnt der Wasserstoff zu Helium zu verbrennen. Der Stern ist nun so heiß, dass kein weiteres Gas mehr in den Stern eindringen kann. Um den Stern kreist kaltes Gas, in dem der Staub zu immer größeren Klumpen zusammenpappen kann, bis letztlich Planeten entstanden sind.
  12. Bild 12 Dieses Bild zeigt wie ein Stern, von der Größe der Sonne, in einer sehr kalten Gaswolke entsteht. Mit dem über einer spiralförmigen Bahn zusammenstürzenden Gas, steigt im Zentrum der Druck und damit die Temperatur. Zuerst wird das glühend heiße Gas ionisiert. Bei einer Temperatur von 10 Millionen Grad zündet der Wasserstoff und verbrennt zu Helium. Das Heliumbrennen der Sonne dauert etwa 10 Milliarden Jahre. Ist der unter hohem Druck stehende Wasserstoff verbraucht, stürzt das verbliebene Gas in einer Sekunde zusammen. Durch den dann entstehenden Druck wird eine Temperatur erreicht, bei der das Helium zu Kohlenstoff verbrennt. Im Zentrum brennt eine Kugel aus Helium zu Kohlenstoff, und durch die gestiegene Temperatur auch noch außen eine Schale Wasserstoff (mit einer geringeren Dichte) zu Kohlenstoff. Nun bläht sich der Stern auf. Nach 5 Milliarden Jahren erreicht die Ausdehnung der Sonne die Erdbahn. Wenn dann der Brennstoff verbraucht ist, stürzt der Stern zu einem Weißen Zwerg zusammen. Ein Weißer Zwerg ist so groß wie die Erde, hat aber einige 100 000 mal mehr Masse als die Erde. Bei Sternen, die größer sind als die Sonne, können alle chemischen Elemente bis zum Eisen durch das Schalenbrennen entstehen. Chemische Elemente, die schwerer als Eisen sind, können nur in zusammenstürzenden Sternen entstehen.
  13. Bild 13 Links oben sehen Sie etwas von der Sonne. Sie hat 330 000 mal mehr Materie als die Erde. Daneben stehen vier Planeten mit einer festen Oberfläche: Merkur, Venus, Erde, Mars. Dann folgen die Gasplaneten: Jupiter, Saturn, Uranus, und Neptun. Weiter außen im Kuipergürtel befinden sich die Planetoiden Pluto und Charon. Die Planeten unterscheiden sich in Größe, Aufbau und Aussehen deutlich voneinander. Im unteren Teil des Bildes erkennt man die Planetenabstände zur Sonne. Die Planetenabstände zur Sonne werden, vom Merkur ausgehend, nach einer mathematischen Reihe immer größer. Auffallend ist, dass ein Planet zwischen Mars und Jupiter fehlt. Die Erde und der Mond sind durch einen Zusammenstoß von 2 Planeten entstanden. Die schmuddeligen Eisbrocken im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter haben mit dem Zusammenstoß der 2 Planeten nichts zu tun. Der Asteroidengürtel ist entstanden, weil im Kuipergürtel Eisbrocken zusammengestoßen sind. Nach den Zusammenstößen fliegen diese Brocken entweder in das Weltall davon oder in Richtung Sonne. Der Jupiter schickt dann diese in Richtung Sonne fliegenden Brocken auf eine Kreisbahn um die Sonne und beschützt so das innere Sonnensystem vor vielen Einschlägen.
  14. Bild 14 Dieses Bild gibt eine Übersicht über das äußere Sonnensystem. Innen die Sonne mit ihren Planeten, darum der Kuipergürtel und im Abstand von einem Lichtjahr die Ortsche Wolke. Die Brocken in dem Kuipergürtel stammen aus der Entstehungszeit des Sonnensystems. Sie sind nicht, wie die Planeten, durch Einschläge von außen verändert. Deshalb sind sie für die Forschung von besonderem Interesse. Anmerkung: Der Zeichner hat leider die Pfeile vertauscht.
  15. Bild 15 Hier sieht man einen Weißen Zwerg mit seiner abgestoßenen Wolke. So wie dieser Stern wird auch unsere Sonne in 5 Milliarden Jahren enden. Wenn der Brennstoff im Innern verbraucht ist, endet die Kernfusion. Das Feuer erlischt, der Wärmedruck ist weg, das Innere des Sterns stürzt mit bis zu 70 000 km pro Sekunde zusammen. Dabei kommen sich die Teilchen so nahe, dass bei schwereren Sternen die starke Atomkraft die Teilchen festhalten kann, wobei alle Atome, die schwerer als Eisenatome sind, entstehen können. Das Gas federt nach dem Zusammenstoß nach außen. Dabei wird es durch die neu entstandenen Neutrinos stark beschleunigt. Genau in der Mitte vom Bild befindet sich der Weiße Zwerg. Er ist noch sehr heiß und strahlt sein abgestoßenes Gas an. Das abgestoßene Gas hat schon viel Weltraumgas zusammengeschoben, und am äußeren Rand können später wieder viele Sterne entstehen. Für einen Astronom ist ein Weißer Zwerg Weltraumasche, für andere ist er ein Diamant mit etwas Sauerstoff. Für einen Chemiker ist er eine gigantische Bombe mit einer Sprengkraft von 1027 Wasserstoffbomben, dessen Licht auch noch in 139 Jahren zu sehen sein wird.
  16. Bild 16 Wo der Pfeil im linken Bild ist, war ein Stern, der 1987 explodierte. Das rechte Bild wurde einige Wochen später gemacht. Der Stern ist explodiert und wird heller als eine ganze Galaxie. Wenn dies mit der Sonne passiert, strahlt die Sonne in jeder Sekunde mehr Energie ab als in den 10 Milliarden Jahren zuvor. Die Sternenexplosion von 1987 war die erste Sternenexplosion, die man mit allen verfügbaren Instrumenten beobachten konnte.
  17. Bild 17 Was bleibt nach der Sternenexplosion bei unterschiedlich großen Sternen übrig? Bei Sternen, die nach der Explosion noch mehr als 1/15 der Sonnenmasse haben und weniger als das 1,5 fache der Sonnenmasse, werden zum Weißen Zwerg. Sterne, bei denen mehr als das 1,5 fache und weniger als das 3 fache der Sonnenmasse übrig bleibt, werden zum Neutronenstern. Bei Sternen, bei denen mehr als 3 Sonnenmassen übrig bleiben, entsteht ein Schwarzes Loch. Ein Weißer Zwerg hat die Größe von der Erde, aber einige 100 000 mal mehr Masse. Der Neutronenstern hat noch mehr Masse, aber nur noch einen Radius von 10 km. Bei einem Schwarzen Loch ist die Gravitationskraft (Anziehungskraft) auf die Photonen so groß, dass die mit 300 000 km pro Sekunde wegfliegen wollenden Photonen ins Schwarze Loch gezogen werden. Deshalb erscheint diese Stelle schwarz.
  18. Bild 18 Was passiert mit den Atomen von Weißen Zwergen, Neutronensternen und Schwarzen Löchern? Das Volumen eines Atoms wird durch die äußeren Elektronenbahnen bestimmt. Bei Weißen Zwergen ist die Gravitationskraft so stark, dass die Elektronenbahnen eingedrückt werden. Es befinden sich dann immer 2 Elektronen in einer Kammer nahe dem Atomkern. Diese Kammern stabilisieren den Stern, und der Stern bleibt zunächst bei weiterer Erhöhung der Gravitationskraft stabil. Bei einem Neutronenstern wird auch die stabilisierende Kraft der Kammern überwunden. Die negativen Elektronen werden in die elektrisch positiven Atomkerne gedrückt und machen diese elektrisch neutral. Im Schwarzen Loch stürzen auch noch die Atomkerne ein. Die Stoffmenge ist weg, aber die volle Gravitationskraft (Massenanziehungskraft) bleibt erhalten.
  19. Bild 19 Dieses Bild zeigt einen Stern, der zu einem Neutronenstern mit einem Radius von 10 km zusammengestürzt ist. Dabei hat er eine hohe Drehzahl erreicht. Solche Sterne können sich in einer Sekunde zigmal um die eigene Achse drehen. Liegt die Magnetachse quer zur Drehachse, können die an den Magnetpolen austretenden elektromagnetischen Wellen im Weltraum einen Kreis beschreiben. Immer, wenn ein solcher Strahl auf die Erde gerichtet ist, können wir einen elektrischen Impuls messen. Die englische Doktorandin hat 1967 als Erste solche Impulse gemessen. Damals glaubte man, weil der Takt der Impulse genauer war als der Takt der Atomuhren, dass sie Kontakt mit einer höheren, außerirdischen Zivilisation aufgenommen hat. Damals berichtigten Zeitungen und Rundfunkstationen fast täglich, dass Menschen wieder fliegende Untertassen gesehen haben wollten. Einige "Beobachter" wollten auch mit außerirdischen Personen gesprochen haben.
  20. Bild 20 Das Bild zeigt noch eine einfache Darstellung von einem Schwarzen Loch. Gelangt etwas in den schwarzen Bereich, ist es für immer verschwunden. Das rotierende Gas um das Schwarze Loch ist einer starken Anziehungskraft ausgesetzt. Dadurch entstehen eine starke Reibung und eine sehr hohe Temperatur in dem Gas. Knapp die Hälfte der Gasmaterie wird dabei in Strahlung umgesetzt, der Rest fällt letztlich ins Schwarze Loch.
  21. Bild 21 In diesem Bild ist auch ein Schwarzes Loch versteckt. Das kreisende heiße Gas ist ionisiert und wirkt wie ein elektrischer Strom, der Magnetfelder erzeugt. Dadurch wandert ein Teil des Gases, außerhalb des Schwarzen Lochs, zu den Polen der Drehachse und wird von dort mit fast Lichtgeschwindigkeit, in den Weltraum zurückgeschossen. Solche Jets entstehen auch bei jungen Sternen.
  22. Bild 22 Das Bild zeigt einen Quasar im Schnitt, damit man das Schwarze Loch im Innern erkennen kann. Direkt darum befindet sich die Akkretionsscheibe und außen ein leuchtstarker Gasring. Solche Objekte eignen sich wegen ihrer großen Helligkeit besonders gut für die Erforschung des frühen Universums.
  23. Bild 23 Wenn zwei Sterne oder auch zwei Schwarze Löcher in der oben abgebildeten Weise umeinander kreisen, können mächtige Gravitationswellen entstehen.
  24. Bild 24 In der Mitte, im blauen Bereich, befindet sich ein Schwarzes Loch.
  25. Bild 25
  26. Bild 26 Sie sehen ein Bild von der Sternenexplosion aus dem Jahre 1987. Die Ringe sind durch den gleichen Effekt entstanden, den Zigarrenraucher benutzen, wenn sie Ringe in die Luft blasen. In der Physikvorlesung hat man einen mit weißem Rauch gefüllten Karton, der auf einer Seite ein kleines Loch hat. Wenn man auf die gegenüberliegende schlägt, treten an an dem Loch solche Ringe heraus.Hier ist das Gas von der Sternenexplosion in eine andere Gaswolke gestoßen. Die im Labor gefundenen Naturgesetze gelten im ganzen Universum.
  27. Bild 27 Hier sehen Sie einen Stern, der sich mehrmals aufbläht und zusammenstürzt. Nach solchen Zusammenstürzen können jedes Mal, der Reihe nach, schwerere chemische Elemente erbrütet werden. In den Brennphasen können alle chemischen Elemente bis zum Eisen erbrütet werden. Die chemischen Elemente, die schwerer sind als Eisen, entstehen beim letzten Zusammensturz schwerer Sterne. Dann nähern sich die Protonen so weit, dass die Starke Atomkraft sie festhalten kann. Auf kurzer Entfernung ist die Starke Atomkraft stärker als die elektrische Abstoßungskraft der Protonen. Halten wir noch einmal fest: In den ersten 3 Minuten des Universums entstanden nur die 2 leichten chemischen Elemente Wasserstoff und Helium. Alle chemischen Elemente, die schwerer als Helium aber nicht schwerer als Eisen sind, wurden in den ruhigen Brennphasen der Sterne erbrütet. Alle schwereren chemischen Elemente entstehen beim letzten Zusammensturz schwererer Sterne.
  28. Bild 28 Der Ameisen-Nebel ist ein explodierender Stern. Man sieht schön die Stoßfronten der Gaswolken.
  29. Bild 29 Schöne Nebel. Diese Bilder faszinieren die Hobbyastronomen und die Astronomen, wenn sie sie mit ihren großen Fernrohren betrachten. Sie werden erst richtig schön, wenn man sie stark vergrößert.
  30. Bild 30 Von diesen Nebeln gibt es mehr als man zählen kann.
  31. Das nächste Bild

    Das nächste Bild zeigt die Entstehung des Universums vom Urknall bis heute nach dem Urknallmodell der heutigen Physik. Es geht dabei um die Beschreibung, wie das heutige Universum aus dem "Nichts" entstanden ist. Das Bild vom Urknallmodell bedarf deshalb einer etwas ausführlicheren Vorbereitung. Wir werden uns deshalb die fundamentalen Unterschiede von der alten Schulphysik und der neuen Physik anschauen. Die alte Physik begann mit Kopernikus um 1500. Er entdeckte, dass nicht die Erde, sondern die Sonne im Mittelpunkt des Planetensystems steht. Wieder 100 Jahre später entdeckte Kepler mathematische Formeln, mit denen die Planetenbahnen genau zu berechnen sind. Damit stand fest: das Universum ist auch berechenbar. Keplers Zeitgenosse Galilei entdeckte die mathematischen Formeln für frei fallende Körper und vieles mehr. Wieder 100 Jahre später legte Newton 1687 die Grundlagen für die Schulphysik fest. Nun galt: Die Zeit fließt immer gleichmäßig, sie hat keinen Anfang und kein Ende. Der Raum ist, wie die Zeit, eine konstante Größe. Den Raum hat es immer gegeben und ihn wird es immer geben. Die Materie kann man immer weiter teilen, bis zu den Atomen, und die Naturgesetze der Materie bleiben immer die Gleichen. Alle 3 Annahmen wurden von den Physikern in den dreißiger Jahren des vorigen Jahrhunderts aufgegeben. Wir wollen nicht übersehen, Newtons Physik ermöglichte die erste technische Revolution, das Maschinenzeitalter und großen Wohlstand. Durch diese großen Erfolge glaubten die Physiker, sie hätten die Welt entschlüsselt und es gäbe nichts Neues mehr zu entdecken. Man hielt sich für aufgeklärt. Die Physiker wollten ihre Söhne nicht mehr Physik studieren lassen, weil man annahm, in der Physik seien keine Lorbeeren mehr zu vergeben. Im Jahre 1900 schloss der preußische König sogar die Patentämter. Ebenfalls im Jahre 1900 entdeckte Max Planck, dass Licht nicht gleichmäßig fließt. Licht fließt in Energiepaketen, in Quanten. Dadurch stieß Max Planck ein neues Fenster zur Physik auf. Im Jahre 1905 veröffentlichte Albert Einstein die spezielle Relativitätstheorie. Damit stieß auch er ein neues Fenster zur Physik auf. Die Physik kennt heute 3 Bereiche. Jeder Bereich hat seine eigenen Naturgesetze, die in den 2 anderen Bereichen keine Gültigkeit haben.

    1. Der erste Bereich ist der Bereich der großen Dimensionen. Dazu gehören große Geschwindigkeiten, wie die Lichtgeschwindigkeit. Ebenfalls dazu gehören große Räume, die in Millionen und Milliarden Lichtjahren gemessen werden. Außerdem gehören dazu große Massen, wie Galaxien und Galaxienhaufen. Dieser Bereich wird mit den 10 mathematischen Grundgleichungen der Relativitätstheorie erforscht.
    2. Dieser Bereich ist der Bereich der mittleren Dimensionen. Es ist der Bereich der Voreinsteinphysik, der Schulphysik. Dieser Bereich ist leicht zu verstehen, weil der Verstand auf Sinneserfahrungen zurückgreifen kann.
    3. Der dritte Bereich ist der Bereich der kleinen Dimensionen. Dazu gehören die Moleküle, Atome, Atomteilchen und die übrigen Quantenteilchen. Dieser Bereich ist besonders schwer zu verstehen, weil diese Naturgesetze völlig anders sind als die Gesetze der Schulphysik. Die Gesetze der Quantenphysik gleichen den Gesetzen geistiger Abläufe. Vergleiche die Zitate von Nummer 53.

    Die zweite technische Revolution, und unser heutiger Wohlstand basiert auf allen drei Bereichen der Physik. In einem Navigationsgerät, das wir als Autofahrer so gerne benutzen, stecken Anwendungen der Speziellen Relativitätstheorie, der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenphysik. Auch das Universum erklären die Physiker mit den Gesetzen aller drei Physikbereiche. Man kann deshalb nicht an einem Abend oder in einem Monat die Entstehung des Universums verstehen, man kann aber wissen, was die Wissenschaftler erkannt haben, und das ist spannend genug.

    1. Bild 31 Bild vergrößert in neuem Fenster öffnen
      Das Bild zeigt das Urknallmodell. Dieses Weltbild beginnt im Zeitpunkt Null und zeigt die Entwicklung der Welt bis heute. Dem Bild liegt ein logarithmischer Maßstab zugrunde. Die linke Seite stellt stark gedehnt die erste Sekunde dar, die rechte Seite die anschließenden 13,7 Milliarden Jahre. Die Zeit fließt von links nach rechts. In der Senkrechten sind die 3 Raumdimensionen dargestellt. Ganz links haben wir den Urknall. Manche Menschen sprechen hier vom Schöpfungsgedanken. Für den winzigen Zeitraum vom Zeitpunkt Null bis zur 10-43 Sekunde kennen wir die Physik nicht. Von der 10-43 Sekunde bis zur 10-34 Sekunde dehnt sich das winzig kleine Universum langsam aus. In der 10-34 Sekunde bis zur 10-32 Sekunde wurde das Universum durch quantenmechanische Kräfte schlagartig ausgedehnt. Manche Physiker meinen diese Phase, wenn sie vom Urknall sprechen. Zu Beginn dieser Phase war das Universum kleiner als ein Elektron, und am Ende der Phase war es einige Milliarden Lichtjahre groß. Das Universum war sehr heiß, und nach einem Phasenübergang konnte aus der heißen Gammastrahlung Materie und Antimaterie entstehen. Materieteilchen konnten sich in Antimaterieteilchen, und Antimaterieteilchen konnten sich in Materieteilchen umwandeln. Zunächst gab es gleichviele Materie- und Antimaterieteilchen. Durch die Abkühlung ging die Umwandlung in eine Richtung langsamer als in die andere Richtung. Nach der ersten Millionstel Sekunde konnten die Antimaterie und die Materie einen günstigeren Energiezustand einnehmen und verstrahlten zur Kosmischen Hintergrundstrahlung. Weil es zu dieser Zeit ein Milliardstel mehr Materie als Antimaterie gab, blieb ein Milliardstel der Materie übrig. Aus diesem winzigen Materierest ist das heutige Universum entstanden. Weil bei der Verstrahlung keine Antimaterie übrig blieb, gibt es heute keine Sterne aus Antimaterie. Nach der ersten Sekunde war das Universum so weit abgekühlt, dass sich in den nächsten 3 Minuten die ersten 2 leichten chemischen Elemente (Wasserstoff und Helium) bilden konnten. Das Universum bestand nun aus einem heißen ionisierten Gas, dass die Physiker Plasma nennen. Nach 380 000 Jahren war das Universum so weit abgekühlt, dass aus dem Plasma elektrisch neutrales Gas werden konnte. Die elektrisch positiv geladenen Atomkerne konnten nun die negativ geladenen Elektronen einfangen. Dadurch wurde das Universum optisch durchsichtig. Gleichzeitig war das Universum so weit abgekühlt, dass es im Universum dunkel wurde. Hell wurde es im Universum erst wieder, als nach 100 bis 200 Millionen Jahre nach dem Urknall die ersten Sterne aus Wasserstoff und Helium entstanden. Das Symbol rechts am Rand sagt aus, das Universum hat einen Anfang (Spitze). Der nach außen umgekrempelte Rand bedeutet, das Universum dehnt sich beschleunigt aus und fällt nicht mehr zusammen. Ein sich immer wieder neu entfaltendes (Wiedergeburt) und immer wieder zusammenfallendes Universum, wie es die Buddhisten annehmen, ist physikalisch nicht mehr vorstellbar.
    2. Bild 31-2

      Entwicklungsstadien des Universums: Die Vermessung der Hintergrundstrahlung durch den Satelliten WMAP ergab diese grafische Darstellung. Durch die hochempfindlichen Messgeräte des Satelliten konnte der Zeitpunkt, an dem die Entkopplung der Materie und der Energie stattgefunden hat, festgelegt werden. Zudem konnten die Expansionsrate, die Materieverteilung und das Alter des Universums genauer bestimmt werden.

      In diesem zweiten Bild fehlen die Berechnungen zur ersten Sekunde. Dafür erkennt man besser die Dunkle Epoche. Außerdem zeigt diese räumliche Darstellung, im rechten Viertel der Darstellung eine Erweiterung des Trichters. Diese Erweiterung des Trichters bedeutet, das Universum dehnt sich seit 5 Milliarden Jahren beschleunigt aus und es fällt nicht mehr zusammen.

  32. Bild 32 Sie sehen eine Luftaufnahme vom größten, von Menschen erbauten, Teilchenbeschleuniger. Nebenan befindet sich der Genfer Flughafen. Der große Beschleunigungsring hat eine Länge von 27 km. Der kleine Beschleunigerring misst 6 km. Zuerst werden die Teilchen im kleinen Ring vorbeschleunigt und gelangen dann im großen Ring auf die geplante Endgeschwindigkeit. Man kann gleichzeitig Teilchen rechts und andere Teilchen links herum beschleunigen und dann in einem der 4 Labore aufeinandertreffen lassen.
  33. Bild 33 Die Beschleunigungsringe sind 50 bis 150 Meter unter der Erde, um sie vor störender Strahlung zu schützen.
  34. Bild 34 Sie sehen einige von den tonnenschweren Beschleunigungsmagneten des 27 km langen Ringbeschleunigers. Im Innern des Beschleunigungsrings befinden sich zwei Hochvakuumröhren, in denen elektrisch geladene Teilchen störungsfrei beschleunigt werden können. In den 4 Laborräumen können die Teilchen frontal aufeinander treffen.
  35. Bild 35 Es werden die 4 Grundkräfte gezeigt, die alles entstehen ließen und bis heute erhalten. Wenn man die 4 Grundkräfte zurückverfolgt, vereinigen sie sich schließlich zu einer Superkraft. Für die Erklärung dieser Superkraft wird noch nach einer Physik gesucht, die aus der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie bestehen soll. In der schon erwähnten 10-43 Sekunde spaltet sich die Gravitationskraft ab. Es entsteht Raum und Zeit. Während der quantenmechanischen Ausdehnung (Urknall) spaltet sich die Starke Atomkraft ab. Kräfte werden in der Quantenphysik auch Wechselwirkung genannt und mit WW bezeichnet. Die Gluonen der Starken Atomkraft halten in den Atomkernen die elektrisch positiv geladenen Protonen zusammen. Die Starke Atomkraft ist auf kurzen Abständen im Atomkern stärker als die elektrische Abstoßungskraft und kann deshalb die Atomkerne zusammenhalten. Die Elektroschwache Kraft spaltet sich eine Billionstel Sekunde nach dem Anfang in die Elektromagnetische und in die Schwache Atomkraft auf. Die Schwache Atomkraft kann Protonen in Neutronen und Neutronen in Protonen umwandeln. Diese Kraft spielt eine Rolle bei der Kernfusion und bei der Kernspaltung. Beide Atomkräfte haben nur eine kurze Reichweite und spielen deshalb nur in den Atomkernen eine Rolle.
  36. Bild 36 Schematische Darstellung einer Supernova.
  37. Bild 37 Karte der Milchstraße.
    Nun kommen wir zu einigen schönen Bildern. Die roten Sterne sind alte Sterne, die blauen sind junge Sterne.
  38. Bild 38 Wir sehen links eine elliptische und rechts eine Spiralgalaxie. Die elliptische Galaxie kann man mit einem Bienenstock vergleichen, der um seine Königin fliegt. Spiralgalaxien haben oft einen Kern, der wie eine elliptische Galaxie aussieht. Solche Kerne sind durch Zusammenstöße von 2 oder mehr Galaxien entstanden. Bei den Zusammenstößen wird ein Teil des Gases verdichtet und es entstehen neue Sterne. Der andere Teil wird mit einem Teil der Sterne in den Weltraum geschleudert. Die anderen Sterne fangen sich gravitativ in einer Schlangenform, die sich langsam zu einer Linsenform zusammenzieht.
  39. Bild 39 Diese Galaxie ist ein schöner Sonderfall. Hier wurde eine Spiralgalaxie genau senkrecht von einer anderen Galaxie in der Mitte getroffen. Bei der Annäherung wurden die Sterne und das Gas der Spiralgalaxie durch die Massenanziehung nach innen gezogen. Bei dem Eindringen der zweiten Galaxie verdichtete sich das Gas. Es entstanden viele neue blaue Sterne, die nach außen gedrückt wurden.
  40. Bild 40 Mit diesem Bild erklärt man gerne wie sich das Universum ausgedehnt hat. Man malt Galaxien auf den Luftballon und bläst ihn auf. Dann sieht man wie sich die Galaxien auseinander bewegen. Gehen wir in das Jahr 1925 zurück. Damals entdeckte der junge Hubble, zur allgemeinen Überraschung, mit einem neuen Fernrohr, dass es außer der Milchstraße noch weitere Galaxien gibt. Man nannte sie Welteninseln. Im Jahre 1929 entdeckte er zusätzlich, dass sich alle Galaxien von der Milchstraße weg bewegten. Eine Galaxie, die 20-mal weiter weg ist als eine nahe Galaxie, bewegte sich auch 20 mal schneller weg als die nahe Galaxie. Man hatte sehr schnell eine einfache mathematische Formel gefunden, mit der man berechnen konnte, mit welcher Geschwindigkeit sich die anderen Galaxien von unserer Galaxie wegbewegen. Dazu kam, dass man erkannte, von jeder anderen Galaxie bewegen sich auch alle anderen Galaxien weg. Es schien, dass jede Galaxie im Mittelpunkt des Universums steht. Das konnte nicht sein. Die Lösung war, die Galaxien bewegen sich nicht. Das Universum dehnt sich nur aus und nimmt die Galaxien mit. Zuerst nahm man an, das Universum dehnt sich nur durch den Schwung des Urknalls aus. Seit 1990 wissen wir, das Universum dehnt sich durch die Dunkle Energie seit 5 Milliarden Jahren beschleunigt aus und wird nicht mehr zusammenstürzen. Wenn sich die Galaxien voneinander weg bewegen, dann müssen sie früher zusammen gewesen sein. Es kam schnell der Gedanke auf, es müsse einen Urknall gegeben haben. Bald erkannte der ukrainische Physiker George Gamov, dass es sogar einen heißen Urknall gegeben haben muss. Er sagte voraus, dass es vom heißen Urknall noch eine kosmische Hintergrundstrahlung geben muss. Er "schätzte" die Temperatur dieser Strahlung auf 5 Grad Kelvin. Gemessen wurde später 2,7 Grad Kelvin. Dann wurden verstärkt die Nebel untersucht, in den neue Sterne entstehen. Sie bestanden aus etwa 75% Wasserstoff und etwa 25% Helium, sowie etwas Beryllium und etwas Lithium. Mit der Häufigkeit der Isotope und Photonen passte alles zum heißen Urknall. Es folgten weitere Bestätigungen des heißen Urknallmodells. Daraufhin wurde das heiße Urknallmodell von den Physikern 1948 als Standardmodell in die Lehre aufgenommen. Nun ging eine kleine Gruppe von Physikern auf die "Barrikaden". Sie waren stolz darauf, dass die Physiker die ersten Naturwissenschaftler waren, die Gott aus der Wissenschaft ausgeschlossen hatten, und sie wollten ihn nicht wieder herein lassen. Denn allen war klar, dass Urknallmodell ist ein Schöpfungsmodell und dann gibt es einen Gott. Die Gegner des Urknallmodells machten schnell einige physikalische Annahmen, die nicht schnell zu widerlegen waren, und sie bauten damit ein neues Weltmodell. Wieder sollte das Universum keinen Anfang und kein Ende haben. Im Großen und Ganzen sollte alles statisch sein. Es wurde heftig gestritten. Im Jahre 1990 wurde der COBE-Satellit gestartet. Nach zweijähriger Datenauswertung ging der Leiter des Forschungsprojekts vor die Presse und sagte: Wenn man die Datenauswertung betrachtet ist es so, als würde man Gott direkt sehen. Das Urknallmodell war zum ersten Mal experimentell bestätigt. In den folgenden Jahren wurde das Urknallmodell mit verschiedenen Methoden bestätigt. Die Gegner des Urknallmodells sagten nun, wenn es einen Urknall gegeben hat, dehnt sich das Universum aus. Die Massenanziehung stoppt die Ausdehnung und zieht es anschließend in einem Punkt zusammen. Dann verschwindet das Universum in einer Singularität, und es kann dann anschließend neu entstehen. Der Vorgang kann sich beliebig oft wiederholen ohne einen Gott. Im Jahre 2000 kippte auch dieses Modell, denn man konnte mit Weißen Zwergen beweisen, dass sich das Universum seit 5 Milliarden Jahren beschleunigt ausdehnt und nicht mehr zusammenstürzen kann.
  41. Bild 41 Dies ist ein Weißer Zwerg. Er hat von einem Nachbarstern Gas herüber gezogen. Wird der Druck auf den Weißen Zwerg zu groß, explodiert der Weiße Zwerg in 2 Sekunden und setzt die unvorstellbare, aber berechenbare Energie von 1027 Wasserstoffbomben frei. Mit solchen Objekten kann man feststellen, dass das Universum sich seit 5 Milliarden Jahre beschleunigt ausdehnt. Zurzeit nimmt das Universum richtig Fahrt auf.

    Mit diesem Bild lässt sich auch erklären, wie Planeten entstehen. Geht man davon aus, es handelt sich hier um einen jungen Wasserstoff brennenden Stern der zweiten oder dritten Generation, so kann man erkennen, wie im kalten Gas der Staub zu Planeten zusammenpappt.
  42. Bild 42 In Gegenden ohne künstliches Licht kann man so die Milchstraße am Himmel sehen. Wie ist das möglich, ist die Erde doch ein Teil der Milchstraße?
  43. Bild 43 Schaut man in die Richtung, wo sich das Zentrum der Milchstraße befinden muss, sieht man nur angestrahlten Staub. Man kann nur unter den angegebenen Winkeln aus der Milchstraße hinaussehen. Mit bloßem Auge sieht man maximal 6 000 Sterne.
  44. Bild 44 Im optischen Bereich sieht man den angestrahlten Staub der Milchstraße. Der Raum zwischen den Sternen ist nicht leer. Es gibt Staub, Gammastrahlung, aufgeheizten Staub, elektrische und magnetische Felder, Kosmische Hintergrundstrahlung und Hintergrundstrahlung, Neutrinos, Dunkle Materie und Dunkle Energie.
  45. Bild 45 Sie sehen die leuchtenden Sterne der Milchstraße.
  46. Bild 46 Die Gammastrahlung in der Milchstraße.
  47. Bild 47 Aufgeheizter Staub in der Milchstraße.
  48. Bild 48 Magnetische und elektrische Felder in der Milchstraße.
  49. Bild 49 Alle Objekte sind heißer als 10 Millionen Grad. Im Zentrum um das große Schwarze Loch gibt es besonders große kurzlebige Sterne.
  50. Bild 50 Um die leuchtende Scheibe einer Galaxie gibt es weitere Sterne, die um die Scheibe der Galaxie kreisen. Im Halo der Galaxie befindet sich hauptsächlich Dunkle Materie. Alles ist eingebettet in der Dunklen Energie.
  51. Bild 51.1 Das sind alles Schwarze Löcher.

    Gott und die Physiker

    Warum glaubten die Physiker vor 200 Jahren, dass es keinen Gott gibt und warum ist das heute anders.

    Die Physiker glaubten, dass es die Zeit, den Raum und die Materie schon immer gab und immer geben werde. Damals hatten sie die Formeln für die Massenanziehung und die Fliehkraft bei der Drehbewegung entdeckt. Wenn beide Kräfte gleich groß sind, führt dies zu einer stabilen Planetenbahn. In kreisrunden Planetenbahnen steht die Anziehungskraft senkrecht auf der Bewegungsrichtung des Planeten. Dies bedeutet, der Planet kann theoretisch ohne Antriebsenergie unendlich lang um den Stern kreisen. Dies war neu, denn alle Bewegungen auf der Erde waren nur durch Energiezufuhr aufrecht zu erhalten. Alles laufe im Universum wie ein Uhrwerk ab. Alles lief schon immer und von selbst. Man hielt sich zu dieser Zeit für aufgeklärt und glaubte, man werde nach kurzer Zeit dieses statische Universum vollkommen verstehen können. Damit war für einen Schöpfer kein Platz mehr in diesen physikalischen Vorstellungen.

    Heute wissen die Physiker, dass der Schöpfer ein ganz großer Meister ist und dass es uns eigentlich nicht geben dürfte. Die Feinabstimmungen, die für unsere Existenz nötig waren, kann man mathematisch bestimmen, aber sie übersteigen jede Vorstellungskraft. Heute gehen die Physiker davon aus, dass der Schöpfer an den 4 Stellschrauben, an den 4 Grundkräften, die das Universum entstehen ließen und bis heute erhalten, nicht im Geringsten drehen kann, ohne dass das menschliche Leben ausgelöscht wird.

    Wir wissen heute, dass die Zeit, der Raum und die Materie, wie sie die Schulphysik versteht, einen Anfang haben, und dass dies alles vergehen wird. Die Quantenphysiker haben aber das quantenmechanische Informationssystem der Materie, den Urgrund von allem entdeckt und glauben deshalb an ein Leben nach dem Tod (siehe die Zitate).

    Die folgenden Zitate von namenhaften Physikern zeigen Erkenntnisse der neuen Physik. Leser, ohne Vorkentnisse der neuen Physik, können nach den Zitaten auf die weiteren Bilder verzichten. Die Bilder ab Nr. 54 zeigen einfache physikalische Versuche, die aber an einem Tag oder in einem Monat nicht zu verstehen sind. Es handelt sich hier um gewöhnungsbedürftige Naturgesetze, für die Wissenschaftler lange gebraucht haben, bis sie damit umgehen und das Universum erklären konnten. Die physikalischen Versuche geben auch nur einen Blick auf die neue Physik, mit der die Erklärung der Welt und die zweite technische Revolution möglich wurden, die unseren heutigen Wohlstand möglich machte.

    Um die Ergebnisse der neuen Quantenphysik näher zu bringen, wie sie in den nebenstehenden Zitaten zum Ausdruck kommen, werde ich gleich einige einfache, aber sehr gewöhnungsbedürftige, Quantenversuche besprechen. Es geht dabei um das "Internet" des Universums (des Vakuums) und das Kleinod der Physik, die Unschärferelation und die Wellenmechanik der Quantenphysik. Mit den neuen Erkenntnissen dieser Versuchsbeschreibungen können wir auch tief in die Atome schauen und uns noch mal vertiefend den Urknall anschauen.

    Gewöhnungsbedürftig war einst auch die Relativitätstheorie. Wenn man mal die Mathematik weglässt, geht es bei Albert Einstein darum, dass die Zeit, der Raum und die Materie sich unter experimentellen Bedingungen so ändern können, wie sich Tag und Nacht ändern. Zeit, Raum und Materie konnten deshalb aus dem "Nichts" entstehen. Die gewöhnungsbedürftigen Quantenversuche zeigen wie Materie aus dem "Nichts" entsteht. Sie zeigen auch das Informationssystem der Materie. Die Materieteilchen zeigen in den physikalischen Versuchen, dass jedes Materieteilchen vom augenblicklichem Zustand aller anderen Materieteilchen weiß, ohne die Möglichkeit zu haben, Informationen auszutauschen. Ebenso zeigen die physikalischen Versuche, dass die Teilchen auf die Beobachtung durch den Experimentator reagieren. Die Teilchen können während eines physikalischen Versuchs ihren Zustand ändern. Aus Materie kann Information (Geist) und aus Information Materie werden. Es geht aber noch haarsträubender zu. Die Physiker haben gelernt, Materie und Information können sich in einen dritten Zustand umwandeln, in eine Möglichkeit, die sich beim Auftreffen auf eine Wand als Materie oder als Information entpuppt. Schauen Sie sich mal selbst die neuen Naturgesetze an! Sie sind wirklich sehr gewöhnungsbedürftig. Physikstudenten brauchen einige Jahre, bis sie sich an die neuen Naturgesetze gewöhnt haben. Heute geht es nur um einen Einblick in die neuen Naturgesetze, um unser Bild von der Welt auf den neusten Stand zu bringen.

  52. Bildkopien Nr. 52 und Nr. 53

    Prof. Lesch: Als die Physiker die steile Felswand der Erkenntnis erklommen hatten, erblickten sie zu ihrem großen Erstaunen oben direkt hinter dem Grat der Felswand die Theologen. Die Theologen saßen dort schon seit Jahrhunderten.


    Die geheime Physik des Zufalls – Quantenphänomene und Schicksal (Rolf Froböse, 2008)

    Gott und die Atomphysiker

    Der Dialog, Teil 5: Wo ist Gott?

    "Der erste Trunk aus dem Becher der Naturwissenschaften macht atheistisch, aber auf dem Grund des Bechers wartet Gott."

    (Werner Heisenberg)

    "Materie an sich gibt es nicht. Es gibt nur den belebenden, unsichtbaren Geist als Urgrund der Materie mit dem geheimnisvollen Schöpfer, den ich mich nicht scheue, Gott zu nennen."

    (Max Planck)

    "Auf der anderen Seite aber entsprechen diese Eigenschaften des Geistigen haargenau denjenigen Charakteristika, die die äußerst rätselhaften und wunderlichen Erscheinungen der Quantenwelt auszeichnen."

    Auf Professor Dr. Hans-Peter Dürr, ehemaliger Leiter des Max-Planck-Instituts für Physik in München, bin ich in einem vorausgegangen Kapitel bereits kurz eingegangen. Dürr vertritt heute die Auffassung, dass der Dualismus kleinster Teilchen nicht auf die subatomare Welt beschränkt, sondern vielmehr allgegenwärtig ist. Mit anderen Worten: Der Dualismus zwischen Körper und Seele ist für ihn ebenso real wie "Welle-Korpuskel-Dualismus" kleinster Teilchen. Seiner Auffassung nach existiert auch ein universeller Quantencode, in dem die gesamte lebende und tote Materie eingebunden ist. Dieser Quantencode soll sich über den gesamten Kosmos erstrecken.

    Konsequenterweise glaubt Dürr – auch aus rein physikalischen Erwägungen – an eine Existenz nach dem Tode. In einem Interview (siehe Literatur im Anhang) erläutert er dies wie folgt:

    "Was wir Diesseits nennen, ist im Grunde die Schlacke, die Materie, also das was greifbar ist. Das Jenseits ist alles Übrige, die umfassende Wirklichkeit, das viel Größere. Das, worin das Diesseits eingebettet ist. Insofern ist auch unser gegenwärtiges Leben bereits vom Jenseits umfangen. Wenn ich mir vorstelle, dass ich während meines diesseitigen Lebens nicht nur meine eigene Festplatte beschrieben habe, sondern auch immer etwas in dem geistigen Quantenfeld abgespeichert habe, gewissermaßen im großen Internet der Wirklichkeit, dann geht dies ja mit meinem körperlichen Tod nicht verloren. In jedem Gespräch, das ich mit Menschen führe, werde ich zugleich Teil eines geistigen Ganzen. In dem Maße, wie ich immer auch ein Du war, bin ich, wie alles andere auch, unsterblich."

    "Ich denke, die Wissenschaft ist heute so weit, diese Frage mit "ja" beantworten zu können. Höchstwahrscheinlich ist es so, dass seit dem Urknall große Teile des Kosmos wie durch ein unsichtbares Band miteinander verbunden sind. Das ist das Prinzip der Verschränkung, das ja inzwischen auch experimentell bestätigt wurde"

    "Ja – und keiner hat es besser als Prof. Dürr, als einer unserer renommiertesten Kollegen auf den Punkt gebracht, indem er sagt, dass unser gegenwärtiges Leben bereits vom Jenseits umfangen ist. Allerdings wehre ich mich gegen den Begriff Geister, das geht irgendwie in Richtung Gespenst und führt auf die falsche Fährte. Diese Art der Kommunikation kommt über den Quantenzustand der Seele zustande, und dieser ist für mich genauso real wie der leibliche Körper."

    "Lieber Alfred, die Grundlage des Lebens ist molekular. Moleküle sind Quantensysteme und existieren in Quantenzuständen. Und über den kosmischen Code gibt es ein universelles Organisationsprinzip, das schließlich zur Evolution führte. Anders ausgedrückt: Der Kern der Evolution basiert nicht auf der natürlichen Auslese von Genen, sondern vielmehr auf den Wellenfunktionen von Quantenzuständen, die sich mit ihren gespeicherten Informationen unter anderem in den ersten Genen verwirklicht haben."

    "Das mache ich gerne – aber lass mich zum Schluss noch einmal auf Prof. Dürr zurückkommen. Für ihn ist Quantenphysik in Form der Wellenmechanik auch ein Schlüssel zur Unsterblichkeit."


  53. Bild 52 Ein Schwarzes Loch hat Licht von anderen Galaxien auf eine Kreisbahn gezwungen.
  54. Bild 54

    Sie sehen ein Modell von einem schweren Atom. Wenn zwischen den Elektronenbahnen Dunkle Energie auftaucht, werden die Bahnen verformt. Dadurch ändert sich die Frequenz, und dies kann man messen. Nun kommen wir erstmals zur Unschärferelation. Elektronen kann man auf eine höhere Umlaufbahn anheben und wenn sie zurückfallen, senden sie ein Photon aus. Man hat versucht, dies zu beobachten. Solange man beobachtet, geschieht nichts. Sobald der Beobachter sich herumdreht, geschieht es. Vorsicht mit dem gesunden Menschenverstand, wir kommen zu den Gesetzen der neuen Physik.

    Zu der Dunklen Energie mehr bei der Nr. 56 und 57 bis 60. Mehr zu dem Informationssystem bei den Nr. 61 bis 66. Vergleichen Sie auch Zitate von Nr.52.

  55. Bild 55 Dieses Bild zeigte ein Professor der alten Experimentalphysik im Fernsehen. Er behauptete, es gibt Teilchen, die schneller als Licht sind, und alle Physiker der neuen Physik widersprechen ihm. Was sehen wir? Er hat im Versuch 2 dreieckige Prismen aufgebaut. Dann schaltet er links oben eine Lampe ein. Das Licht wird nach links unten reflektiert. Es kommt aber auch etwas Licht rechts unten an. Er macht den Luftspalt zwischen den Prismen mal schmal und mal breit, und immer braucht das Licht von der linken zur rechten Seite die gleiche Zeit. Er zieht daraus den Schluss, es muss Teilchen geben die schneller als Licht sind. Was hat er übersehen? Im Vakuum steckt sehr viel Energie. Machen wir aus dem Bild einen neuen Versuch. Wir ersetzen die optischen Prismen durch dreieckiges Halbleitermaterial, wie es in der Elektronik verwendet wird. Dazwischen befindet sich Isoliermaterial. Nun schließen wir an dem linken Dreieck den Minuspol einer Spannungsquelle an. Wir sehen wie die Elektronen vom Minuspol über das linke Dreieck, den Isolator und das rechte Dreieck zum Pluspol der Batterie wandern. Es gibt ein Problem. Die Elektronen haben selbst viel zu wenig Energie, um den Isolationswiderstand überwinden zu können. Sie leihen sich vom Vakuum kurzzeitig Energie. In der Physik gilt der Satz. Je mehr Energie aus dem Vakuum entliehen wird, umso schneller muss sie zurückgegeben werden.
  56. Bild 56 Hier taucht dauerhafte Materie aus dem Vakuum auf. Zum Experiment. In einer Vakuumröhre eines Teilchenbeschleunigers wird mit sehr hoher Geschwindigkeit ein Schwefelatom auf eine Goldplatte geschossen. Es schießen nach dem Zusammenstoß alle in der Quantenphysik erdenklichen Teilchen davon, aber es sind keine Teilchen vom Schwefelatom und von der Goldplatte dabei. Zum Hintergrund. Aus dem Vakuum entstehen überall im Raum Fluktuationen aus positiver Energie. Zurück bleibt im Vakuum negative Energie, die einen negativen Druck erzeugt. Dieser Druck zieht die Fluktuationen sofort wieder zurück und vernichtet sie. Werner Heisenberg sagte einmal, wenn man Billionen mal schärfer und Trillionen mal schneller sehen könnte, könnte man diese Fluktuationen sehen. Aber warum sind die Fluktuationen nicht wieder im Vakuum verschwunden? Der negative Druck fordert die ausgeliehene Energie zurück. Aber in diesem Fall wurde die Energie aus dem starken Feld des Beschleunigers zurückbezahlt. Dadurch wurden die Vakuumfluktuationen zur dauerhaften Materie. Die Wirkung der Vakuumfluktuationen kann man mit dem Casimirversuch messen. Als Albert Einstein 1940 mit George Gramov in Amerika spazieren ging und Gramov ihm erzählte, dass nach seiner Formel E= mc2 aus der Vakuumenergie Sterne entstehen könnten, war Einstein über diese neue, fundamentale Erkenntnis so erregt, dass er ausflippte, die Selbstkontrolle verlor, auf der Straße ein Freudentänzchen aufführte und beinah angefahren wurde. Einige Autofahrer hatten große Mühe, einen Unfall mit ihm zu vermeiden.
  57. Bild 57 Beim Casimirversuch werden in einem Vakuum 2 kleine Platten zusammengedrückt. Zwischen und außerhalb der Platten gibt es die Vakuumfluktuationen.
  58. Bild 58 Alle auftauchenden Teilchen haben auf Grund ihrer Doppelnatur auch eine Wellenlänge. Alle Teilchen, die mit einer ganzen Schwingung oder mit dem Vielfachen der Schwingung genau zwischen die Platten passen, haben eine normal lange Lebensdauer.
  59. Bild 59 Die Teilchen zwischen den Platten werden zwischen den Platten hin und her gespiegelt. Alle Wellen, die für den Plattenabstand zu kurz oder zu lang sind, werden so reflektiert, dass sich die positiven und die negativen Anteile überlagern. Dadurch werden diese Teilchen vorzeitig ausgelöscht.
  60. Bild 60 Es treffen nun mehr Teilchen mit ihren Kraftstößen auf die Außenflächen als auf die Innenseiten. Dadurch werden die Platten zusammengedrückt. Eine vermutete Massenanziehung der Platten scheidet aus. Sie ist viel zu schwach.
  61. Bild 61 Mit den nächsten 6 Bildern kommen wir wieder zur Heisenbergschen Unschärferelation, dem Kleinod der Physik. Manche sprechen auch vom Internet des Universums. Diese kleinen Teilchen, aus denen das Universum besteht, hinterlassen alle im Universum Spuren. Sie wissen alle voneinander, und reagieren sofort ohne Begrenzung durch die Lichtgeschwindigkeit. Manchmal beginnen solche Teilchen wirklich als Teilchen, wandern dann als Welle und kommen doch als Teilchen an. Ein anderes Mal sieht es so aus, als wandert eine Welle. Der veränderte Versuchsaufbau zeigt, es wandert doch ein Teilchen, und schließlich erkennt man, es wanderte keine Welle, auch kein Teilchen, es wanderte nur eine Möglichkeit von beiden Zustandsformen. Erst am Zielort, dem Auffangschirm entscheidet sich die Möglichkeit, ob sie als Welle oder als Teilchen in Erscheinung tritt. Schauen sie sich selbst in aller Ruhe die Versuche an, und zeigen Sie Verständnis, wenn ein Physikstudent nach dem ersten Semester das Studium schmeißt. Wir fangen einfach an. Von links kommt ein Photon mit sehr viel Energie. Im Kristall (C) entstehen daraus 2 Photonen. Ein Photon nimmt den Weg nach oben, das andere Photon nimmt den Weg nach unten. Beide Photonen werden bei m gespiegelt und wandern zum Kristall b. Dort vereinen sich die Photonen wieder und kommen gemeinsam am oberen Messgerät (d 1) als Welle an. Die nächsten 2 Photonen kommen bei d2 an. Beide Messgeräte werden im Laufe der Zeit gleich oft angesteuert.
  62. Bild 62 Wieder kommt von links ein Photon, dass in 2 gleiche Photonen geteilt wird. Das untere Photon gelangt zum Polarisator (p), der das Photon nur in eine festgelegte Ebene ausrichtet. Das Photon in der oberen Bahn macht die Drehung zeitgleich mit, auch wenn die 2 Photonen bereits räumlich so weit auseinander sind, dass auch die Lichtgeschwindigkeit nicht ausreichen würde, um eine Botschaft zu übertragen. Zwischen den Photonen gibt es keine Verständigungsmöglichkeit. Deshalb spielt die Lichtgeschwindigkeit keine Rolle. Die Photonen wissen über das "Internet des Universums" voneinander sofort Bescheid. Wir lassen den Versuch weiter laufen, nehmen aber erst einmal die 2 Polarisationsfilter (s) rechts raus. Der Experimentator kann, wegen der Polarisation erkennen, welche Bahn welches Photon genommen hat. Deshalb vereinigen sich die 2 Photonen nicht mehr im Kristall (b). Beide Photonen kreuzen den Kristall (b) nur, und kommen getrennt als Teilchen an den Messgeräten (d) an. Jetzt setzen wir die 2 Polarisationsfilter (s) ein, nach dem die Photonen den Kristall (b) passiert haben. Für den Experimentator werden dadurch die Wege der 2 Photonen verschleiert. Die Photonen kommen wieder zusammen als Welle an, obwohl nach früheren Erkenntnissen vor den Filtern (s) Teilchen unterwegs waren. Es gibt hier keine objektive Beobachtung wie in der Schulphysik. Der in der Voreinsteinphysik so erfolgreiche Determinismus hat hier in der Quantenmechanik seine Gültigkeit verloren.
  63. Bild 63 In diesem Versuch werden aus einem Photon 4 Photonen bei b1, a und b gemacht. Solange die Photonen von i1 und i2 zusammengeführt werden, kann der Experimentator nicht erkennen, welchen Weg die anderen, an den Messgeräten ankommenden Photonen genommen haben. Die Photonen an b2 vereinigen sich und kommen gemeinsam als Welle an einem der Messgeräte an. Stellt man einen Schirm in die Bahn von i1, kann der Experimentator bestimmen, welchen Weg die an den Messgeräten d1 und d2 ankommenden Photonen genommen haben. Diese Photonen kommen deshalb einzeln als Teilchen und nicht mehr gemeinsam als Welle an. Die Teilchen wissen, was mit den anderen Teilchen passiert.
  64. Bild 64 Bei diesem Versuch ist es wichtig, dass die Lichtquelle nur eine Frequenz abstrahlt, sonst verwischt alles durch Überlagerung. In der Trennwand ist nur ein Spalt geöffnet, und auf dem Schirm erscheint nur ein heller Streifen. Die Photonen fliegen jetzt geradlinig als Teilchen durch den Spalt zur Trennwand.
  65. Bild 65 Bei 2 offenen Spalten erscheinen auf dem Schirm nicht 2 Streifen, sondern viele Streifen, das typische Wellenmuster. Hier kommen nicht Teilchen, sondern Informationen an.
  66. Bild 66 Ersetzen wir den Lichtstrahl durch einen Elektronenstrahl. Elektronenstrahlen werden z.B. in den alten Fernsehapparaten erzeugt und auf den Schirm nach vorne beschleunigt, wo das Fernsehbild entsteht. Elektronen haben im Gegensatz zu den Photonen eine Masse. Wir erhalten mit den Elektronen die gleichen Bilder wie mit den Photonen. Nun lassen wir die Elektronen nacheinander einzeln aus der Elektronenquelle austreten. Jedes Elektron geht gleichzeitig durch beide Spalten und trifft dann an einer Stelle auf dem Schirm auf. Man kann auch 3, 4 und mehr Spalten aufmachen, und jedes einzelne Elektron geht gleichzeitig durch alle Spalten und trifft dann an einer Stelle auf den Schirm. Man kann sagen, wo sich das Elektron mit welcher Wahrscheinlichkeit befindet, aber nicht, wo es sich wirklich befindet. Wenn der Betrag für die Höhe der Schwingung in der mathematischen Formel Null ist, weiß man, dort kann das Elektron nicht sein. Je größer der Betrag ist, umso wahrscheinlicher ist es, dass sich das Elektron dort befindet. Das winzig kleine Elektron tritt an der Elektronenquelle aus einer winzigen Öffnung, geht in voller Breite durch alle Spalten gleichzeitig und trifft dann an einer Stelle auf den Schirm. Beim Eintreffen des Elektrons bricht die Welle des Elektrons zusammen. Diese Unschärferelation gilt als Kleinod der Physik und lässt Schlüsse zu, wie sie schon in den genannten Zitaten angeklungen sind. Bringt man Teilchenzähler an den zwei Spalten an, fliegen die kleinen Elektronen wieder als Teilchen auf geraden Bahnen zum Schirm. Die Wellennatur der Elektronen geht durch die Beobachtung verloren. Wie Bild Nr. 63 zeigt, reicht eine indirekte Beobachtung. Wir sind an einer Stelle angekommen, wo uns die Alltagserfahrung und die Schulphysik nicht mehr weiterhelfen. Die Meßergebnisse zeigen uns Ergebnisse, die näher an der Wirklichkeit sind, als es unserer Vorstellungsvermögen mag. Nun wird es wieder etwas leichter. Wir schauen jetzt tief in die Atome und gehen dann mit neuen Erkenntnissen kurz zum Urknall zurück.
  67. Bild 67 Wir gehen vom Wassertropfen aus und sehen bei D, im Außenbereich des Protons Vakuumfluktuationen. Dadurch entstehen 2 elektrische Felder. Ein Feld besteht zwischen dem Kernbereich des Protons und den negativen Fluktuationen. Ein zweites Feld besteht zwischen den positiven Fluktuationen und dem außen kreisenden Elektron (nicht eingezeichnet). Dadurch wird das Elektron von der positiven elektrischen Ladung des Protons abgeschirmt.
  68. Bild 68 Bei E sehen sie die Gluonen der starken Atomkraft. Durch sie können die positiv geladenen Teilchen der Atomkerne zusammengehalten werden. Das W-Boson ist ein Teilchen der schwachen Atomkraft. Es bezieht aus dem großen Energievorrat des Vakuums seine Masse.
  69. Bild 69 Auch noch das linke Bild kann man durch den größten Teilchenbeschleuniger erkennen. Das rechte Bild ist bis heute noch Theorie.

  70. Bild 70
    Mit unseren neuen Kenntnissen schauen wir noch einmal auf den Urknall. In der 10-43 Sekunde entsteht Raum und Zeit. In diesem Raum treten Fluktuationen auf, die aus dem Vakuum hervortreten. Es herrscht ein Überdruck an Fluktuationen. Von der 10-34 bis zur 10-32 Sekunde wird das winzige Universum von quantenmechanischen Kräften gepackt und um den Faktor 1050 ausgedehnt. Weil bei der Ausdehnung die Dichte der Fluktuationen gleich blieb, hat auch die Zahl der Fluktuationen um den Faktor 1050 zugenommen. Es gibt nun 1090 Teilchen aus den das ganze sichtbare Universum entstanden ist. Bis zum Ende dieser Ausdehnungsphase bestand ständig die Gefahr, dass das Universum augenblicklich zusammenfällt und im Nichts verschwindet. Erst nach dem Ende des Urknalls, durch einen Phasenübergang, erhielt das Universum seine zeitliche Beständigkeit. Aus den 1090 Teilchen entstanden die 1022 Sterne des Universums. Das sind mehr Sterne als es Sandkörner auf der Erde gibt.



Bildnachweis und Quellenangaben

Spektrum der Wissenschaft Verlag - Sterne und Weltraum


Spektrum der Wissenschaft Verlag - Spektrum Dossier


Malcolm S. Longair - Das erklärte Universum


Stephen Hawking - Kurze Geschichte der Zeit


CERN (Centre Européen de Recherchés Nucléaires), Genf


Stephen Hawking - Das Universum in der Nußschale


Telepolis spezial - Heise Zeitschriften Verlag


Serge Brunier - Das Universum


Daniel Fischer und Hilmar Duerbeck - Das Hubble-Universum


Lars Lindberg Christensen, Davide de Martin, Raquel Yumi Shida - Kosmische Kollisionen



Wie die Welt entstand: www.wie-alles-begann.info



Valid XHTML 1.0 Strict