Frühjahrstagung der DPG 2017 / Universität Bremen
Referat vor der Arbeitsgruppe Philosophie der Physik (AG Phil) 8.2 am 15. März 2017

es standen 30 Minuten zur Verfügung


Die gesicherten Befunde zur Gravitation und Kosmologie


"Wir dürfen das Weltall nicht einengen,
um es den Grenzen unseres Vorstellungsvermögens anzupassen,
wie der Mensch es bisher zu tun pflegte.
Wir müssen vielmehr unser Wissen ausdehnen,
so daß es das Bild des Weltalls zu fassen vermag."
(Francis Bacon 1561 - 1626)

Zitat zu Beginn und am Schluss gebeamt:
"Einstein als Aufsicht in einer Klausur in Princetown.
Ein Student meldet sich:
"Herr Professor, das sind ja die selben Fragen wie im vorigen Semester!"
"Haha, die Fragen sind wohl dieselben.
Aber die Antworten sind diesmal andere!"
(Fundstelle: Jürgen Neffe/Einstein. Eine Biographie)

Abstract

"Gerade in Zeiten, in denen die Physik nicht einmal fünf Prozent des Universums zu beschreiben scheint, während der Rest im Dunklen liegt, kann es lohnen, die Grundlagen einer Wissenschaft auf den Prüfstand zu stellen und zu revidieren." (Meinard Kuhlmann, Juni 2016 im "Physik Journal") - Bevor man damit beginnt, halte ich es für wichtig sich klar zu machen, was es abseits aller Ideologie und Hypothesen an gesicherten Befunden zur Gravitation und Kosmologie heute bereits gibt. Wie ich zeigen kann, dürften diese Befunde und ihre Konsequenzen ausreichend sein, um mit Hilfe der Quantenphysik, deren Potential nutzend, ein kosmologisches Weltbild von großer Einfachheit, Klarheit und Schönheit zu entwerfen. Auf diesem Weg wird durch die Quantenphysik die Einheit der Physik wieder hergestellt und der Stillstand in der Theoretischen Physik überwunden, den der amerikanische Physiker Richard Feynman "die Melancholie des 20. Jahrhunderts" nannte.

Hinweise
In den Nachbemerkungen finden Sie Erläuterungen zum Energieerhalt, Aussagen zur "Dunklen Materie", die nun kein Geheimnis mehr ist, und zur Verschränkung bei den Atomen und den chemischen Elementen als wichtigen Beitrag zur Einheit der Physik. Im Ganzen zeigt das Referat auf, "was die Welt im Innersten zusammenhält." (Goethe, Faust 1)


"hypotheses non fingo" (Hypothesen denke ich mir nicht aus)
(Isaak Newton 1643 - 1727)
Referat

Liebe Kolleginnen, liebe Kollegen, verehrte Anwesende,
aus der Ankündigung ist ersichtlich, dass es hier um zwei Themenkomplexe geht, auch wenn sie ineinander übergehen. Ich werde zuerst die gesicherten Befunde zur Gravitation projizieren und vortragen. Dann haben wir ca. 5 Minuten Zeit, um über die einzelnen Punkte zu diskutieren. Danach trage ich Ihnen meine Sicht der Kosmologie vor einschließlich meiner Gedanken zur Einheit der Physik. Dann haben wir wiederum ca. 5 Minuten Zeit zu diskutieren, weil ich Ihnen anschließend noch einige Schlussbemerkungen vortragen möchte. Bei der Diskussion bitte ich Sie auf meine Argumente einzugehen und nicht Konzepte anderer Autoren ins Feld zu führen. Die sind hier nicht das Thema. Damit Sie meine Überlegungen auch anderen Orts prüfen und diskutieren können, habe ich ein Paper vorbereitet, das ich zur Entnahme herumgehen lasse. Eine englische Fassung steht ebenfalls zur Verfügung und liegt hier vorn.

Georg Christoph Lichtenberg, 1742 - 1799, Mathematiker und erster deutscher Professor für Experimentalphysik im Zeitalter der Aufklärung schrieb: "Man muss etwas Neues machen, um etwas Neues zu sehen." Neu - nach meiner Kenntnis - ist die hier folgende Auflistung der gesicherten Befunde zur Gravitation und Kosmologie, dabei der Vorgehensweise der Quantenphysik folgend, in Disziplin nicht überprüfbare Aussagen zu unterlassen - aber auch den Mut, vorurteilsfrei die notwendigen Konsequenzen zu ziehen. Auch wenn viele Physiker heute auf dem Gebiet der immer erfolgreicher werdenden Quantenphysik mitarbeiten, fällt es nicht wenigen schwer, sie innerlich zu akzeptieren, weshalb es an Schwung zur der Erweiterung ihrer Konzepte fehlt. Mal sehen, in wieweit Sie mir zu folgen bereit sind. Hier also eine Zusammenfassung dessen, was wir von der Gravitation aus Erfahrung definitiv wissen und soliderweise sagen können:

I. Gravitation und Quantenphysik  - auch gebeamt
1. Die Gravitation existiert;
2. Gravitation ist nicht abschirmbar, was bereits ein wichtiger Hinweis auf ihre Vorrangigkeit und Eigenart ist;
3. von einem Teilchen, einem Körper ausgehend, verteilt sie sich als Schwerefeld gleichmäßig im Raum;
4. jedes Objekt besitzt Gravitation und jedes unterliegt ihr;
5. beim Fallen im Schwerefeld kommt es nur auf dessen örtliche Stärke und resultierende Richtung an, nicht jedoch auf die Eigenschaften des Fallenden;
6. das Verhältnis von Masse/Energie (= der physikalischen Menge) eines Objekts und der Stärke seiner ihm zugehörenden Gravitation ist konstant d.h. Trägheit und Schwerewirkung sind komplementäre Aspekte jeder Materie;
    - auch für diesen Punkt folgt die Begründung sogleich:
7. was wir im Zeitalter der Quantenphysik nämlich ebenfalls noch wissen können: auch die Gravitation ist ein Verschränkungsphänomen, verursacht vom Big Bang des von uns bewohnten Kosmos, weshalb sich alle seine Teile als eines verhalten und sie zueinander hinstreben lässt, wie die Beobachtung es uns lehrt - es bedarf keiner Fakten, die man erst mühsam suchen muss!
8. als Verschränkungsphänomen ist sie ohne Zeitfaktor;
9. das Schwerefeld ist so von Anfang an am Ort seines Wirkens, muss weder erst durch den Raum eilen, noch ihn zuvor "krümmen" oder ähnliche Fernwirkungen;
10. denke ich jedoch, dass die Reichweite des Schwerefeldes eines Objekts durch das Plancksche Wirkungsquantum begrenzt ist, d.h. ein Feld kann sich nicht beliebig verdünnen.
Dieser Umstand trägt zu der zunehmend beschleunigten Ausdehnung des Kosmos bei, erkennbar an der immer schnelleren "Flucht" seiner Quasare und Galaxien, die bereits durch die Ausdünnung des Schwerefeldes im intergalaktischen Raum unvermeidlich ist.

Es gibt also nicht nur kein Problem zwischen der Gravitation und den Teilchen,
ganz im Gegenteil:
erst die Quantenphysik macht uns die Gravitation und den Kosmos verständlich

Und das ist m.E. alles, was wir im Sinne des moderaten Positivismus der Quantenphysik, der sich auf experimentell gefestigte Befunde stützt, von der Gravitation definitiv wissen und soliderweise sagen können und das ist auch alles, was wir zu wissen brauchen, was aber auch verstanden sein will. Alle darüber hinaus gehende Sachannahmen zur "Erklärung" der Gravitation halte ich für freie und wie ich denke entbehrliche Erfindungen.
Nachfrage zur Eröffnung der Diskussion: Was ist daran falsch und was gibt es daran nicht zu verstehen?

II. Kosmologie  - auch gebeamt
Ebenso wie sich die Quantenphysik auf experimentell gesicherte Befunde stützt, so sollte sich auch die Kosmologie auf unbestreitbare Tatsachen und deren Konsequenzen stützen. Diese sind:
1. Gravitation und kosmische Fliehkraft existieren.
2. Es gilt das Gesetz von der Erhaltung der Energie. (Erhalt bedarf keiner Begründung)
3. Der Kosmos expandiert - bei Zusammenhalt seiner Untereinheiten.
4. Er expandiert notwendig immer schneller, weil sich mit seiner Ausdehnung die Gravitation im intergalaktischen Raum verdünnt (wodurch sich die kosmische Fliehkraft immer mehr durchsetzt).
5, Jede Wirkung hat eine Ursache (aber nicht jede Existenz, wie z.B. die des Universums).
6. Ursache der kosmischen Fliehkraft muss eine kosmische Megaexplosion gewesen sein - der sog. Big Bang.
7. Ursache der kosmischen Megaexplosion muss eine zusammenströmende Materie/Antimaterie sein, die bei genügender Dichte Antimaterie/Materie erzeugt.
8. Wenn es also außerhalb und vor unserem Kosmos notwendig etwas gegeben haben muss, damit er entstehen konnte, dann ist spätestens an dieser Stelle die Unterscheidung von Kosmos und Universum geboten, um verständlich argumentieren zu können.
9. Das Universum ist ohne Grenzen in Raum und Zeit - was sollte ihm Grenzen setzen? Daher kann es auch nur ein Universum geben. In ihm kann es unzählige Kosmen oder andere Erscheinungen geben.
10. Die Megaexplosion ist sowohl die Ursache der kosmischen Fliehkraft, als auch deren Widerpart: der Gravitation. Im Moment der Megaexplosion wurde alle betroffene Materie durch Verschränkung Eines, weshalb sie sich ständig wieder vereinen will, woran sie jedoch von den Fliehkräften gehindert wird.
11. So wie Erde und Mond in ihrem Bahnverhalten eine Einheit bilden, sind sich verschränkte Teile und Körper subatomar nicht fern, weshalb auch die Gravitation instantan wirkt.
Bei Beachtung der gesicherten Befunde zur Kosmologie ergibt sich der Rest von selbst.

Zur Einheit der Physik
So wie Newton um 1680 die Gemeinsamkeit zwischen dem Fallen eines Apfels und dem Kreisen der Planeten entdeckte,
Faraday um 1830 durch Entdeckung des Elektromagnetismus Elektrizität und Magnetismus zusammenführte,
so wird es Zeit, Gravitation und Verschränkung in Einem zu sehen und dadurch der Physik eine neue Richtung zu geben.
Auf diesem Weg wird durch die Quantenphysik die Einheit der Physik wieder hergestellt und der Stillstand in der Theoretischen Physik überwunden,
den der amerikanische Physiker Richard Feynman "die Melancholie des 20. Jahrhunderts" nannte.

Nachfrage zur Eröffnung der Diskussion: Was ist daran falsch und was gibt es daran nicht zu verstehen?
Schlussbemerkungen  - nur vorgetragen
Die Gravitation als ein quantenphysikalisches Verschränkungsphänomen anzusehen, beim Big Bang entstanden und ohne Zeitfaktor, widerspricht zwar der gewohnten Denkweise vieler Menschen, doch handelt es sich um keine willkürliche Annahme, sondern
1. ist sie aufgrund der gesicherten Befunde zwingend,
2. erledigt sie alle Erklärungsprobleme, die Kosmologen mit der Gravitation haben und
3. ergibt seine Beachtung ein kosmologisches Weltbild, das in seiner Einfachheit, Klarheit und Schönheit physikalisch nicht übertroffen werden kann, und das zudem
4. von großer Ehrlichkeit und Ernsthaftigkeit ist, sollen doch einzig die gesicherten Befunde und was aus ihnen zu schließen ist gelten, um deren vorurteilsfreies Verständnis man sich jedoch redlich bemühen muss, wobei Ihnen meine hier vorgetragenen Argumente als Denkanstöße dienen sollen, mit denen Sie es einfach mal probieren sollten, wie weit Sie mit ihnen kommen.
5. Und das gilt ganz generell: Theorien die im Widerspruch zu gesicherten Befunden stehen sind zwangsläufig falsifiziert.
6. Was noch zu sagen ist: Die Ausrede, dass die Relativitätstheorie trotz vieler Probleme mangels einer Alternative nicht aufgegeben werden kann, gilt nun nicht mehr.* Aber natürlich könnte man auch sagen, wie Recht Einstein doch wieder gehabt hat mit seiner Überzeugung, dass es keine Fernwirkungen gibt - weil es eben keiner Fernwirkungen bedarf, da alle Dinge - entgegen unserer beutegreiferischen Sehgewohnheit auf das Einzelne - substantiell eins sind. Die Rolle des Beobachters zu verstehen heißt eben auch, das zu verstehen. (Himmelskörper sind sich nicht "fern" - wir sehen sie nur so.)
7. Und wenn es so etwas wie Gravitationswellen tatsächlich gibt, dann sind sie vielleicht der gemeinsame Herzschlag (der Puls) aller Dinge.

*noch vorgetragene Erläuterung zu Pkt. 6 der Schlussbemerkungen:
Im Heft der MPG "MaxPlanckForschung" vom März 2013 schrieb Thomas Bührke: "Bekanntestes Beispiel einer dieser Alternativen zu Einsteins Gravitationstheorie dürfte wohl die sogenannte MOND-Theorie (Modifizierte newtonsche Dynamik) des israelischen Physikers Mordehai Milgrom sein. Der hatte bereits vor dreißig Jahren das newtonsche Gravitationsgesetz so abgeändert, dass es die Rotation von Spiralgalaxien ohne die Annahme der hypothetischen Dunklen Materie erklärt." Newton Gravitationsgesetz gilt streng genommen nur für zwei Körper, was bei seiner Berechnung von Planetenbahnen ausreichend genau war, jedoch nicht für Vielkörpersysteme, weshalb es weiterentwickelt werden muss, scheitert es doch in der Regel schon am Dreikörperproblem.

    Ich danke Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit.

Autor:
Helmut Hille, Heilbronn
FV DD, Mitglied der AG Phil


Nachbemerkungen

Energieerhalt: In der Diskussion zeigte sich, wie sehr es auf das richtige Verständnis des Gesetzes von der Erhaltung der Energie ankommt, weshalb ich es auch gleich als Pkt. 2 der Befunde zur Kosmologie aufgeführt hatte. Eine Physik, die nicht auf Erhaltungssätzen gründet, ist keine Wissenschaft, weil es ihr an Kriterien mangelt. Beim Big Bang sind in meiner Sicht zwei Kräfte zugleich entstanden: die kosmische Fliehkraft und die Gravitation, wobei die Größe der Gravitationskonstante wahrscheinlich in irgendeinem Verhältnis zum Ausmaß des Big Bang steht. Und weil beide Kräfte von Anfang an zusammen existieren, zeigen sie sich überall und für alle Zeit als die Resultierende der örtlichen Stärke beider miteinander ringenden Kräfte, wie sie nachts jedermann vor Augen hat. (Als Gegenentwurf werden seit Jahrzehnten dagegen winzigste frei erfundene Gravitationseffekte für Milliarden Dollar in der Grauzone von Messtoleranzen mühsamst gesucht.) Verdünnt sich die Gravitation im Raum infolge der zunehmende Abstände der Körper, insbesondere beobachtbar bei Galaxien und Quasare, setzt sich die immer noch wirkende kosmische Fliehkraft im Großen zwangsläufig immer mehr durch, weshalb es zur beschleunigten Ausdehnung des Kosmos kommt. Und weil eben wegen des Energieerhalts gilt, dass Materielles von sich aus in seinem Zustand bleibt, erlahmt es auch nicht bei der von uns gesehenen Bewegung, von der viele Kosmologen in der Vergangenheit selbstbezogen mitfühlend ausgegangen sind, auf die auch einer der Diskutanten entschieden bestand, obgleich "die Bewegung" von Unbelebten einzig im Anschauungsraum des Beobachters existiert, wenn er Objekte in Beziehung setzt. Für sich jedoch verharren Körper ohne Zeitfaktor von sich aus in ihrem Zustand! (Newton, 1. Axiom) Was gibt es daran und was gab es daran nicht zu verstehen? Kann etwas selbstverständlicher sein, als dass es ohne Ursache keine Wirkung gibt!

Das Geheimnis der Dunklen Materie ist gelüftet. Da astronomische Geschwindigkeitsmessungen es immer mit der Resultierenden aus Gravitation und Fliehkraft zu tun haben, können reine Gravitationsgleichungen den Phänomenen nicht gerecht werden. In die Gleichungen gehört ein Faktor für die Fliehkraft aufgenommen, der mit dem Abstand zur großräumig gravitierenden Materiemenge wächst. Das gilt nicht nur für die Expansion des Kosmos, sondern offensichtlich auch für die Rotation von Galaxien. Im Newsletter vom März 2017 von pro-physik.de wird gemeldet, dass Messungen an "sechs massereichen Galaxien im fernen Universum" zeigten, dass "die Außenbereiche dieser fernen (kompakten) Galaxien langsamer rotieren als die inneren Regionen." Bei zeitlich nahen ausgedehnten Galaxien dagegen ist es umgekehrt. Diese sind eben schon so weiträumig, dass sich die immanente Fliehkraft außen stärker bemerkbar macht. Um Einsteins Gravitationsgleichung beibehalten zu können, hat man eigens eine "Dunkle Materie" ersonnen, die das Phänomen der schnelleren Rotation erklären soll, das jedoch einfach nur die Folge der Energieerhaltung der den kosmischen Objekten immanenten Fliehkraft ist und keiner außeren und weiteren Begründung bedarf. Aus diesen Überlegungen ging die neue Datei (I/C10) "Lob des Energieerhalts. Das Requiem für dunkle Energie und Materie" auf WEGE DES DENKENS hervor. (Englisch: "The Requiem for Dark Energy and Dark Matter" in WAYS OF THINKING.) In der (I/C10) nachfolgenden Datei (I/C11) habe ich die Gedanken zum Energieerhalt nochmals vertieft. Beide Dateien unbedingt lesen!

Anmerkung: Bei den von mir verfolgten Vorträgen in Bremen bemerkte ich als großes Manko das Fehlen einer Definition des Begriffs, mit dem jeweils argumentiert wurde, z.B. mit den Begriffen Leben und Zeit, weshalb das Vorgetragene wenig erhellend war. Da müsste ich mir eigentlich auch selbst einen Vorwurf machen, weil ich nicht zuvor gesagt habe, was mit Verschränkung gemeint ist. Aber 1. darf ich bei einer DPG-Tagung das Wissen darüber bei Physikern und Studenten der Physik voraussetzen und 2. hätte es meine Systematik gestört, wenn ich gleich mit dem Kern meiner Befunde begonnen hätte. Darüber hinaus könnte es aber auch sein, dass der Begriff der Verschränkung infolge seiner nunmehr umfassenderen Bedeutung erweitert werden muss, wie wir gleich sehen.

Noch einmal zur Einheit der Physik
Was mir im Nachhinein noch eingefallen ist, ist die Frage, ob nicht auch Atome und chemische Elemente als verschränkte Einheiten angesehen werden können, ebenfalls mit Hilfe gewaltiger Energien entstanden, den Supernovä, so dass in der Teilchentheorie auf die rein hypothetischen Gluonen als verbindende Kräfte verzichtet werden kann. Bei der im Umlauf befindlichen Gravitationstheorie sind es wiederum rein hypothetische Gravitonen, die für die Wechselwirkung sorgen würden. Die als notwendig angesehenen Stellvertreter sind also schon da und die Verschränkung erklärt uns ihre Bedeutung: sie zeigt, was die Welt im Innersten zusammenhält! Wenn wir es so sehen, wäre die Einheit der Physik durchgehend wieder hergestellt.

© HILLE 2017
27.03.2017 Nachfrage und ©; 29./31.03.2017 Nachbemerkungen neu; 01.04.2017 dort zur "Dunklen Materie" sowie das "Nachwort", jetzt "Hinweis" oben; 05.04.2017 Hinweis auf neue Datei (I/C10) und (I/C11); 30.04.2017 Zitat aus Faust; 05./09.09.2017 Systematik der Nachbemerkungen nachgebessert