12.8.2020
Author and
Copyright: Heinrich T. Feuerbach. Publication free for Wikipedia online articles, www.wikipedia.org.
Einleitung
Wir wissen seit
Edwin Hubble (1929, „Hubbles Gesetz“), daß sich die Galaxien stetig voneinander
wegbewegen. Dies passiert mit hoher Geschwindigkeit und umso schneller, je
weiter die Objekte voneinander entfernt sind.
Diese Dynamik kam
damals sehr überraschend für die Physiker, auch für A.Einstein, welcher die
neue Erkenntnis später in seine ART einbrachte. Bis dahin ging A.Einstein von
einem statischen Raum aus. Dieser Artikel will nun belegen, daß die Bedeutung
dieser Dynamik noch wesentlich größer ist, als bisher angenommen.
Ich werde hier zeigen,
daß sowohl die Zeit als physikalische Größe, als auch die Gravitation als phys. Phänomen, ihre
Ursache in einer Dynamik haben, mit der so bisher nicht gerechnet wurde.
Ich verfolge hier einen Strömungsansatz, der die o.g. Dynamik der Raumexpansion als Strömung
auffaßt. Ich stelle mir also die Expansion des Raumes als Strömung vor, welche wörtlich
überall vorherrscht bzw. existiert. Dazu kommt, daß ich beobachtbare Kraftwirkungen jeder Art als Folge einer
Wechselwirkung von Strömungen und Widerständen betrachte.
Mit dem Strömungsansatz versuche ich die Zeit an sich zu deuten, als Folgerung einer Äquivalenz
von Zeit und Lichtgeschwindigkeit.
Danach möchte ich darlegen, wie die Gravitation als Folge dieser "Expansionsströmung" entsteht,
nämlich als Verzögerungswirkung der Masse auf diese Strömung.
Diese Annahmen erlauben eine einfache Erklärung der Gravitation als lokale Kraftwirkung, d.h., ohne Annahme
einer geheimnisvollen Fernwirkung der Gravitation als einer "Anziehungskraft", sondern vielmehr als einfacher
Unterschied der Strömungsgeschwindigkeiten auf Grund der Masse.
Weiterhin lege ich dar, dass die Zeitdilatation im Schwerefeld, etwa der Erde, keine bloße Nebenwirkung der
Gravitation ist, sondern deren Hauptbestandteil.
Die Vorstellung der Gravitation als Folge einer "Bremswirkung" auf den sich mit c in Raum und Zeitrichtung ausdehnenden
Raum bedeutet nicht weniger, als die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit anzuzweifeln. Denn "c", die Lichtgeschwindigkeit,
(manchmal auch c₀ für die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit)
betrachte ich in den Darlegungen unten als variabel und abhängig vom Energie/Masse-Verhältnis eines jeden Punktes
im Raum-Zeit-Kontinuum.
Ich betrachte die Lichtgeschwindigkeit als etwas Absolutes. Ich bin davon überzeugt, daß die Relationen der Geschwindigkeiten
von Körpern ein Fundament haben, was eben der (lokalen) Lichtgeschwindigkeit entspricht.
"Absolut" impliziert aber nicht auch "Konstant".
Weiterhin werde ich darlegen, daß die berühmte Gleichung E=m*c² einer universellen Form von potentieller
Energie entspricht, in welcher das bisher übliche E=m*g*h nur ein Sonderfall ist.
Weiterhin, daß das Gesetz der Energieerhaltung aus der Mechanik entsprechend für m*c² gilt, also die Summe
aus kinetischer und potentieller Energie konstant ist, bei Gleichsetzung der potentiellen Energie mit m*c² .
Dementsprechend ist das Maximum an kinetischer Energie eines jeden Körpers durch m*c² begrenzt.
Mit dem Strömungsansatz ergibt sich auch die Möglichkeit einer Definition der Zeit als der Expansion des Raumes:
Eine Sekunde (auf der Erde) ist demnach die Expansion des Raumes um weitere 299792458 Meter.
Insbesondere bei Angaben zu Distanzen im Weltall und Zeitvergleichen über astronomische Entfernungen weit in die
Vergangenheit des Universums sollte man sehr vorsichtig sein, da die wesentlich früheren Zustände des Universums
schwer mit denen des heutigen Universums vergleichbar sind.
Wer nun denkt, daß die Annahme einer Veränderlichkeit der Lichtgeschwindigkeit nach A.Einstein abwegig ist,
sollte bedenken, daß in der speziellen Relativitätstheorie (1905) von einer Konstanz der Lichtgeschwindigkeit nur in einem
unbeschleunigten System die Rede ist. Das Gravitationsfeld ist aber ein beschleunigtes System.
Nachweise der Veränderlichkeit der Lichtgeschwindigkeit sind nicht einfach; Aber in einem "Gedankenexperiment"
kann man sich dies erklären. Das Experiment beschreibe ich weiter unten.
In meinem strömungstheoretischen Ansatz bin ich übrigens nie auf Widersprüche zur Relativitätstheorie
gestoßen.
Hinweis: Die gegen Ende des Artikels aufgelisteten vier Postulate sind Neu, stammen von mir und beinhalten kein
fremdes Urheberrecht. Die wesentlichen neuen Gedanken, welche ich unter Anderem zur Gravitationstheorie
hiermit beitragen möchte, sind unterstrichen.
1.
Was
ist Zeit?
Stellen wir uns die Entstehung des Universums als eine einzige, gewaltige
Expansion vor, so gehen wir von einem ständigen Größenwachstum aus. Das heißt,
das Volumen des Raumes, seiner drei Dimensionen, nimmt ständig zu. Wenn aber
der Raum selbst wächst, sein Volumen, muß es einen Bereich geben, in den der
Raum „hineinwachsen“ kann. Da wir hier die Raumdimensionen an sich betrachten,
unabhängig davon, was sich darin befindet, muß es mindestens eine übergeordnete
Dimension geben, etwas höherdimensionales, in das sich der expandierende Raum
hinein ausbreiten kann. Um nicht zu spekulieren, aber auch weil es zunächst
ausreicht, um das Phänomen der Zeit und andere Phänomene zu erklären, gehe ich hier
von nur einer weiteren Dimension aus, ohne aber die Möglichkeit der Existenz
weiterer Dimensionen anzuzweifeln.
Ich behaupte, daß dieser Expansionsvorgang des Raumes in die vierte
Dimension genau der „Zeit“ entspricht, daß also „Zeit“ ein dynamischer
Vorgang ist. Und daß dieser Vorgang keineswegs linear ist, wie oft
angenommen (siehe dazu die NASA-Graphik auf Wikipedia), sondern nichtlinear.
Daß die Zeit nichts weiter ist, als die Ausdehnung des Raumes mit
seinen drei Dimensionen in die vierte Dimension: Dies erklärt, warum wir diese
vierte Dimension nicht aktiv nutzen können, uns darin nicht beliebig bewegen
können: wir sind darin „mitgezogen“, daher haben wir hier keinen Freiheitsgrad
wie im Raum.
Die nächste, ganz entscheidende Überlegung zur Erklärung der Zeit und in der
Folge weiterer Phänomene wie der Gravitation, ist die Annahme, daß sich der
Raum mit Lichtgeschwindigkeit (der Vakuumlichtgeschwindigkeit, ) in die vierte Dimension ausdehnt. Dazu kommt es auch in Raumrichtung zu einer Ausdehnung mit c.
Dies ist eine für alle weiteren Überlegungen und Berechnungen ganz wesentliche Annahme, wie ich im Folgenden
noch zeigen werde.
Ich gehe also von einer Äquivalenz von Zeit und Lichtgeschwindigkeit aus.
Darüberhinaus gehe ich davon aus, daß sich das Licht selbst, wie alle
elektromagnetischen Wellen, nicht eigenständig ausbreitet, sondern sich mit
dem sich ausdehnenden Raum passiv mitbewegt, sowohl im Raum als auch in der
Zeit, mit jeweils Daraus
ergibt sich für die Dynamik des Raumes
. Und in Folge dessen, daß die Ausbreitung
des Lichtes genau die Ausdehnung des Raumes am jeweiligen Ort widerspiegelt,
kann das Licht als Marker für den jeweiligen Zustand des Raumes im
Vierdimensionalen gesehen werden. Dazu kommt die Antivalenz von potentieller Energie und
kinetischer Energie mit m
als
potentieller und (angenähert)
als
kinetischer Energie.
2.
Erklärungen, welche sich aus den unter 1. getroffenen Annahmen ergeben
a.
Warum
braucht das Licht kein Medium, um sich auszubreiten („Äther“)?
Das Licht wird vom sich ausdehnenden Raum „mitgezogen“. Daher erklärt sich
seine Geschwindigkeit. Das Licht bewegt sich dabei mit sowohl entlang der Zeit wie entlang des
Raumes.
b.
Warum
ändert sich die Lichtgeschwindigkeit weder mit der Geschwindigkeit der Lichtquelle
noch des Lichtempfängers?
Würden die Besatzungen zweier Raumschiffe die Lichtgeschwindigkeit zwischen
sich messen, so würden sie keine Änderung der Lichtgeschwindigkeit
feststellen, egal wie schnell sie sich aufeinander zu oder voneinander wegbewegen
würden. Dies liegt daran, daß die Lichtgeschwindigkeit nicht von den Körpern
(den Raumschiffen) und deren Geschwindigkeit, sondern nur von der
Ausdehnungsgeschwindigkeit des die Körper umgebenden Raumes abhängt. Und dies
ist ja .
Also mit
sowohl in Raum-, als auch in Zeitrichtung.
c.
Warum
altert ein Raumfahrer weniger stark als seine auf der Erde zurückgebliebenen
Mitmenschen?
Je schneller sich das Raumschiff und damit auch die Besatzung desselben bewegt,
desto relativ langsamer ist die Raumausdehnung entlang der Zeitachse, der
vierten Dimension, für das Raumschiff und seine Besatzung. Die Besatzung
entkommt also der Zeitströmung umso mehr, je schneller sie sich bewegt. Daraus
ergibt sich gegenüber den „unbewegten“ Menschen auf der Erde ein
Zeitunterschied.
d.
Warum
benötigte es unendlich viel Energie, um sich mit Lichtgeschwindigkeit
fortzubewegen?
Energie ist das Produkt aus Leistung und Zeit. Je schneller ich mich bewege,
desto langsamer vergeht die Zeit für mich; um nun eine noch größere
Geschwindigkeit zu erreichen, benötige ich noch mehr Leistung; da die Zeit beim
Beschleunigen aber „weniger“ wird, wird trotz höherer Leistung die
Energiesteigerung immer schwächer ausfallen, je schneller ich bereits bin.
Daher ist die Zeit selbst, also die Lichtgeschwindigkeit, die Obergrenze.
Daraus ergibt sich die Antivalenz von Körpergeschwindigkeit und Lichtgeschwindigkeit.
Auch ist die Summe von potentieller und kinetischer Energie
eines Körpers immer gleich, also konstant. Dies ist die Antivalenz von
potentieller Energie und kinetischer Energie. Je mehr kinetische Energie ein
Körper hat, desto geringer ist die verbleibende potentielle Energie des Körpers
und umgekehrt, je mehr potentielle Energie ein Körper besitzt, desto langsamer
bewegt er sich.
3.
Die
Ausdehnung des Raumes als Kraftströmung
Jede Kraftwirkung, die
wir wahrnehmen, hat eine Kraftströmung zur Ursache. Damit es zu einer
Kraftwirkung, einer Energieumwandlung von einer Form in eine andere, kommen
kann, muß aber auch ein Widerstand zu einer solchen Kraftströmung vorliegen.
Wenn wir nun eine ständige Kraft bemerken, muß auch eine ebenso ständige
Kraftströmung und ein ebenso ständiger Widerstand dazu als Ursache vorliegen.
Die Gleichung lautet daher: Kraft ist gleich Kraftströmung mal Widerstand.
Wichtig ist dabei, dass die Strömung zunächst eine konstante Geschwindigkeit aufweisen kann, während
das Ergebnis aber eine Beschleunigung des "Widerstandes", also hier der Masse, ist. Die Geschwindigkeit der Strömung wird dabei geringer.
Die Kraftströmung selbst kann unsichtbar sein. Ich behaupte nun, daß die Dynamik des Raumes, eine
solche Kraftströmung ist.
Bisher habe ich in
dieser Abhandlung nur den Raum selbst in seiner Dynamik betrachtet. Im
Folgenden schauen wir auf die im Raum vorhandene Masse. Dabei ist meine
Vermutung, daß die Masse nach dem Urknall dadurch entstand, daß am Anfang die
Ausdehnung unendlich schnell gewesen wäre, wenn nicht Masse entstanden wäre.
Eine unendlich schnelle Ausdehnung wäre nicht möglich; daher ist die Energie
des Urknalls teilweise in Masse kondensiert. Man muß dabei auch bedenken, daß
"Energie" das Produkt aus Masse und dem Quadrat einer Geschwindigkeit ist;
Dies kann das Quadrat der Geschwindigkeit einer Masse sein, dann handelt es sich um kinetische
Energie, ich möchte diese Energieform als "kinetische Kraftströmung" bezeichnen.
Oder es handelt sich um c², dann ist das Produkt von diesem Geschwindigkeitsquadrat und Masse
eine potentielle Energie.
Eine wichtige Betrachtung zur Dynamik
des Raumes, Der
Raum verfügt über drei Dimensionen, aber effektiv wird von diesem
Potenzial an Freiheitsgraden immer nur ein Freiheitsgrad genutzt: Jeder
Körper, aber auch elektromagnetische Wellen usw. haben zu jedem Zeitpunkt stets
nur eine, konkrete, Richtung. Dies ist die Raumrichtung. Z.B. hat ein
Lichtstrahl zu jedem Zeitpunkt eine Raumrichtung und gleichzeitig die
Zeitrichtung. Daraus ergibt sich für Licht das
.
Das Licht bzw. die „Photonen“ bewegen sich nicht selbständig wie kleine Projektile, sondern werden
mit dem Raum in seiner Ausdehnung mitbewegt.
Stellen wir uns den sich in die vierte Dimension ausdehnenden Raum als eine Art
von vierdimensionaler Kugel vor, so ist der dreidimensionale Raum, in dem wir
uns befinden, die Begrenzung dieser „Kugel“. Während eine gewöhnliche Kugel von
einer Oberfläche begrenzt wird, so wird diese vierdimensionale Kugel von einem
Raum begrenzt, dem „Oberraum“. Im Innern der Kugel ist der Hyperraum, rein
vierdimensional.
Alle Masse befindet sich im Oberraum. wirkt sich nun als Kraftströmung auf die Masse
aus. Die sagittal, also
als Verlängerung des Radius der vierdimensionalen Kugel, sowie transversal wirkende
Kraftströmung kann sich nun in der Masse nicht so stark ausbreiten, wie ohne
Masse, da die Masse die Ausdehnung des Raumes bremst. Die Masse stellt
also einen Widerstand zur Kraftströmung
dar. Die Folge ist, daß
verlangsamt wird.
Dieser Stroemungswiderstand hat die berühmte, von Einsteins "Gummituch"-Modell her bekannte "Delle" im Raum zur Folge.
Die Lichtgeschwindigkeit ist also keineswegs immer konstant, sondern hängt vom Verhältnis der Masse zur
Energie am jeweiligen Ort ab:
Je mehr Energie an einem Ort,
desto stärker ist die Raumdynamik; je größer die Masse, desto schwächer ist
sie.
Wir können uns die berühmte Formel A.Einsteins
als Ohmsches Gesetz des Universums vorstellen: E entspricht der Spannung, m dem
Widerstand und dem
Strom:
(Spannung ist das Produkt aus Widerstand und Stromstärke)
Die in der Masse gespeicherte Energie ist also eine potentielle Energieform und
abhängig von der jeweiligen Raumdynamik, in der die Masse eingebettet ist.
Es gibt nun unterschiedlich dichte Masse; dementsprechend hat Masse auch mehr
oder weniger großen Widerstand gegenüber der Raumdynamik. „Normale“ Masse, wie
etwa die der Erde, ist mit ihrer Dichte eher wie ein weitmaschiger Zaun für den
Wind, also ein relativ kleiner Widerstand in der Ausdehnung des Raumes.
Die Masse mit ihrem jeweiligen Widerstand führt nun zu einer „Delle“ in der
Raumdynamik, der Raumzeit. Diese Delle entspricht einer Verzögerung und ist
vierdimensional. Man kann sich dies aus dem Alltagsbeispiel so vorstellen: Ein
Blech ist selbst zweidimensional; wenn es aber eine Delle hat, so ist die Delle
selbst bereits dreidimensional.
Damit hat nun jeder Gegenstand je nach seiner Energie-Masse-Verteilung eine
mehr oder weniger starke Raumzeitdelle um sich herum und in seinem Innern,
welche im Prinzip unendlich weit reicht, aber ihre Hauptwirkung im Bereich
eines Radius hat (bei Kugelform von der Oberfläche aus gesehen). Danach
verläuft eine „Knie“-Form der Delle über ca. acht weitere Radien, um dann stark
abzuflachen.
Eine wichtige Eigenschaft der Raumzeit ist, daß jeder Punkt im Raum seine
eigene Zeitachse besitzt, also eine eigene, gerade Verbindung vom Punkt des
Urknalls zu sich hin.
4.
Gravitation
- warum es keine Fernwirkung der Schwerkraft gibt
Die Erläuterungen oben
zeigen, welchen Einfluß der Widerstand der Masse auf die Raumdynamik hat. Dies
ist zunächst rein geometrisch. Wie nun zuvor erläutert, führt aber jeder
Widerstand zu einer Kraftströmung auch zu einer Kraftwirkung und
Energieumwandlung. Beispiele hierfür sind der elektrische Strom, welcher in
einem el.Widerstand die Wärmewirkung herbeiführt, also eine Energieumwandlung.
Oder ein Wasserstrom, welcher in einem Kraftwerk eine Turbine in Drehung
versetzt und damit el. Spannung erzeugt.
Die Raumdynamik als Strömung in vier Dimensionen mit Lichtgeschwindigkeit führt
beim Wechselwirken mit Masse ebenfalls zu einer Kraftwirkung, welche wir
allgemein als „Schwerkraft“ bezeichnen. Um diese zu verstehen, halten wir uns
kurz vor Augen, welche (geometrischen) Auswirkungen dieser Massewiderstand im
Raum hat: Im Bereich bis zu einem Radius Entfernung von der Erdoberfläche (ca.
6000 km) ist die Raumdynamik um den Körper, hier als Beispiel die Erde, relativ
stark verzögert. Das bedeutet konkret, daß die Dynamik von auf
der Erdoberfläche am Geringsten ist (wenn man nur den Raum oberhalb der
Erdoberfläche betrachtet und die Vorgänge im Innern der Erde außer Acht läßt).
Senkrecht nach Oben nimmt die Dynamik dann zu. Das heißt, daß sowohl in
Raumrichtung als auch in Zeitrichtung senkrecht nach oben die
Lichtgeschwindigkeit zunimmt. Betrachten wir von nur
den Zeitanteil, so können wir diesen mit Hilfe der modernsten Atomuhren, den
optischen laserbasierten Uhren, auch messen: So kann man in der Nähe der
Erdoberfläche bei nur 33 cm Höhenunterschied einen Zeitunterschied von etwa 90
Nanosekunden auf 79 Jahre feststellen. (Experiment des amerikanischen NIST Instituts.)
Umgerechnet auf kürzere Zeiträume bedeutet dies eine ca. um den Faktor 1 +
schnellere Zeit am oberen Meßpunkt gegenüber dem unteren Meßpunkt.
Da sich hierbei die Einheit "Sekunde" wegkürzt, erhalten wir einen einheitenlosen Faktor,
den "Dehnungsfaktor" der Zeit in der Gravitation.
Der Zeitdehnungsfaktor, welchen ich nenne, beträgt in diesem Beispiel daher
1,0000000000000000361. Die Höhenauflösung solcher Atomuhren liegt im
Zentimeterbereich.
Über solche Zeitmessungen im Gravitationsfeld der Erde lassen sich also recht
genaue Höhenmessungen durchführen. Dies alles ist als „gravitative
Zeitdilatation“ bekannt. Meine Behauptung, die ich hier belegen werde, ist, daß
diese „gravitative Zeitdilatation“ keineswegs nur ein Nebeneffekt, sondern der
Haupteffekt der Gravitation ist. Die Änderung des Raumes, sozusagen die
„gravitative Raumdilatation“ kommt natürlich als zweite Komponente der
Gravitation hinzu.
Man kann sich dies so vorstellen: Je mehr Masse an einem Ort, desto relativ langsamer (also im Vergleich zu Orten
mit weniger Masse) dehnt sich der Raum dort aus. Damit existiert bei größerer Masse relativ weniger
Raum als bei geringerer Massekonzentration. Im Extremfall des schwarzen Lochs findet gar keine Raumexpansion
mehr statt; damit hört dort nicht nur die Zeit auf, auch der Raum ist auf Null gesetzt.
Vergleicht man dieses Extrembeispiel des schwarzen Lochs mit dem einer Reise in einer fast lichtschnellen Rakete,
so zeigt sich die Antivalenz von Körpergeschwindigkeit und (relativer) Lichtgeschwindigkeit. Denn so, wie
für die Raumfahrer die Zeit bei "fast" Lichtgeschwindigkeit der Rakete quasi zum Stehen kommt,
so kommt die Zeit auch durch die Masse, wenn sie sich auf beliebig kleine Abmaße konzentriert, zum "Stehen".
Ich halte übrigens die Vorstellung über schwarze Löcher, daß diese alle umgebende Masse
in sich aufsaugen, für falsch; richtig ist wohl, daß der Raum selbst "umgebogen" wird und zwar in Richtung
Zentrum des schwarzen Lochs, was damit die umgebenden Massen allmählich in den Zustand des schwarzen Loches
überführt. Die Zeitachsen in der Nähe eines solchen "Loches" werden dort um 90 Grad umgeknickt.
Woher kommt nun die
Kraftwirkung im Gravitationsfeld?