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Einleitung

Vereinheitlichung der Physik


Die hier entwickelte fraktale Quanten-Fluss-Theorie soll einen Rahmen schaffen, in dem die gesamte Physik aus einem allgemeinen Prinzip heraus erklärt wird. Bisher scheint es noch nicht gelungen, eine vereinheitlichte Physik zu beschreiben. Dies zeigt sich zum Beispiel darin, dass die beiden heute gültigen Haupttheorien der Physik noch nicht zusammen gebracht werden konnten. Beide erscheinen bisher als nicht zu vereinheitlichen. Bei den Haupttheorien handelt es sich zum einen um die Quantenfeldtheorie. Diese beschreibt die Physik der Elementarteilchen und der aus ihnen gebildeten Atome. Zum anderen handelt es sich um die Allgemeine Relativitätstheorie. Mit ihr wird die Gravitation der Gestirne beschrieben; der Planeten, Sonnen und Galaxien. Aus ihr folgt auch die Existenz der Schwarzen Löcher. Beide Theorien sind ausgiebig anhand von Beobachtungen getestet und stimmen mit diesen in den meisten Fällen sehr genau, und im Fall der Quantenfeldtheorie sogar extrem genau, überein.,

Doch besonders im Fall der Allgemeinen Relativitätstheorie wird seit vielen Jahrzenten immer deutlicher, dass etwas nicht stimmt: Die Gravitation scheint Eigenschaften zu haben, die nicht vollständig durch die Allgemeine Relativitätstheorie beschrieben werden. Denn die gravitative Anziehung innerhalb und zwischen den Galaxien erscheint oft stärker, als sie sich aus der Masse ergibt, die man in den Galaxien beobachtet. Viele Physiker nehmen daher an, dass in den Galaxien mehr Masse existiert, als man direkt beobachten kann, die sogenannte Dunkle Materie. Bisher ist allerdings noch überhaupt nicht klar, ob sie existiert und, wenn ja, woraus diese unsichtbare Materie besteht. Andere Physiker gehen so auch davon aus, das nicht unsichtbare Materie für das Phänomen der Dunkle Materie verantwortlich ist. Sie meinen vielmehr, dass die Gravitationsgesetze der Allgemeinen Relativitätstheorie nicht korrekt sind und korrigiert werden müssen. Aber es gibt auch noch einige andere Probleme mit der heutigen Physik, die ich in der Einleitung nicht alle weiter vertiefen möchte. Nur auf das ›Problem der Zeit‹ komme ich gleich noch an dieser Stelle zu sprechen, weil es in meinen Augen einen Schlüssel zur Vereinheitlichung darstellt.

Doch wie kann das Problem des Phänomens der Dunklen Materie und die anderen Probleme gelöst werden? Viele Physiker meinen, dass für die Lösung dieser Probleme ein entscheidender Schritt notwendig ist: Genau wie ich denken sie, dass ein allgemeines Prinzip der Physik gefunden werden muss. Dieses neue allgemeine Prinzip oder diese neue ›Theorie von Allem‹ (Theory of Everything, TOE) muss die beiden Haupttheorien zu einer Theorie zusammenfassen, sprich vereinheitlichen. Hinter der Vereinheitlichung der Physik steht die Hoffnung, dass sich durch sie automatisch eine Erklärung des Phänomens der Dunklen Materie ergibt. Und auch die Lösung der anderen Probleme sollte so sichtbar werden.

Nur, warum hat man bisher keine vereinheitlichte Physik gefunden oder diese ersonnen? Es gibt schon verschiedenste Versuche, eine Vereinheitlichung der Physik zu erreichen. Die bekanntesten sind sicher die Stringtheorie und die Schleifen-Quantengravitation. Doch niemandem ist es bisher gelungen, die Vereinheitlichung erfolgreich abzuschließen. Denn alle Versuche, die beiden Haupttheorien unter einen Hut zu bekommen, in ein gemeinsames Prinzip einzufügen oder gar in ein gemeinsames Formelwerk zu integrieren, sind bisher gescheitert. Problematisch ist dabei offensichtlich, dass die Quantenfeldtheorie und die Allgemeine Relativitätstheorie ein unterschiedliches Verständnis von Zeit haben, was allgemein als ›Problem der Zeit‹ bezeichnet wird. Für meinen Ansatz des neuen Prinzips der Physik spitze ich einen bestimmten Aspekt dieses Problems in einer Erweiterung von Albert Einsteins Gedankenexperiment einer Lichtuhr zu. In der erweiterten Lichtuhr werden sowohl die Schwingungen (Reflexionen) der Photonen zwischen den Spiegeln der Lichtuhr als auch die inneren Schwingungen der Photonen, der Lichtteilchen, in Bezug auf die Stärke der Gravitation berücksichtigt. Hierdurch drückt sich das unterschiedliche Zeitverständnis in einem vermeintlichen Widerspruch aus, weil beide Formen der Schwingung sich in Bezug auf die Änderung der Gravitation und des Zeitverlaufs gegenläufig verändern. Bei zunehmender Gravitation wird nach den Beobachtungen der Lauf der Zeit langsamer, jedoch die innere Schwingung der Photonen aufgrund ihrer sich erhöhenden Energie schneller. Dabei sollte nach allgemeinem Verständnis doch jede Form der Schwingung bei langsamer laufender Zeit in Zeitlupe ablaufen, sich also ebenfalls verlangsamen. Diesen vermeintlichen Widerspruch bezeichne ich nachfolgend kurz als das eigentliche ›Problem der Zeit‹. Es scheint so, dass eine Lösung dieses Problems gefunden werden muss, um die Vereinheitlichung zu vollziehen.

Die Quanten-Fluss-Theorie bietet eine Lösung des ›Problems der Zeit‹. Alle anderen problematischen Varianten zum unterschiedlichen Zeitverständnis der beiden Haupttheorien erledigen sich aus meiner Sicht damit. Eine Lösung des Problems scheint mir nur dann möglich, wenn einige Dogmen der heutigen Physik aufgegeben werden. Die beiden eben beschriebenen Schwingungen stehen demnach mit zwei senkrecht zueinander orientierten, also ortogonalen Bewegungskomponenten der Feinstruktur der Elementarteilchen in Verbindung. Die hier vorgeschlagene Lösung wird aus einem neuen naturphilosophischen Prinzip entwickelt, dem Existenzprinzip der Elementarteilchen, kurz Existenzprinzip. Das Existenzprinzip stellt einen Zusammenhang zwischen der strukturellen Existenz eines speziellen dynamischen Systems von Teilchen, seiner inneren Wechselwirkung und zwei unterschiedlichen Aspekten von Zeit her. So ergibt sich auch ein Zusammenhang zwischen dem Chaos und der Ordnung eines Systems und den beiden unterschiedlichen Aspekten der Zeit. Dadurch bekommt man ein neues Verständnis von Raum, Zeit, Licht, Materie und des Vakuums sowie des Kosmos. Dieses Verständnis liefert eine grundlegende Basis zur Beschreibung eines allgemeinen Prinzips der Physik.

Um das Existenzprinzip und im weiteren Verlauf auch das fraktale Existenzprinzip zu formulieren und damit letztendlich das ›Problem der Zeit‹ und die anderen Probleme zu lösen, benötigt man bestimmte Annahmen, Hypothesen: Elementarteilchen und jedes andere Objekt der Physik sind aus kleineren Teilchen aufgebaut, haben also immer eine innere, dynamische Struktur. Elementarteilchen sind selber Licht oder lichtähnlich oder sie sind aus dem Licht ähnlichen Struturen aufgebaut, so auch das Vakuum. Das Licht und die lichtähnlichen Teilchen und Strukturen bewegen sich aus bestimmter Perspektive mit konstanter Geschwindigkeit. Die Eigenschaften aller Teilchen und die des Vakuums entspringen deren dynamischer Struktur. Es gibt Hinweise in der heutigen Physik, die diese Hypothesen begründet erscheinen lassen: So liefert das Gedankenexperiment der Lichtuhr durch seinen prinzipiellen Aufbau und die Übertragung seiner Schlussfolgerungen zum Verständnis der Zeit auf sämtliche Materie durch Einstein einen Hinweis auf eine innere, dynamische Struktur der Elementarteilchen aus Sicht der Relativitätstheorie. Die Relativitätstheorie enthält demnach ein verborgenes, implizites Elementarteilchenmodell. Die Perspektive der Abzählinterpretation auf die Heisenbergsche Unschärferelation liefert einen Hinweis auf die innere, dynamische Struktur der Elementarteilchen aus Sicht der Quantenphysik. Begreift man beide Strukturen als zwei Struktur-Ebenen der Elementarteilchen, so ergibt sich der Lösungsansatz des ›Problems der Zeit‹, und so dann auch die Vereinheitlichung der Haupttheorien.

Als weiterer, zentraler Bestandteil des allgemeinen Prinzips stellen sich Symmetriebrüche heraus, die durch grundlegende Wechselwirkungen hervorgerufen werden und aus denen durch die Herstellung neuer Symmetrien weitere Wechselwirkungen folgen. Bei den Symmetriebrüchen handelt es sich um Asymmetrien, die sich in der Struktur der Teilchen und im Vakuum ergeben. Die grundlegende dynamische Struktur und deren Wechselwirkung breitet sich in Form der Oberfläche eines Kausalitätskegels(Verweis) aus, an dessen Spitze sich ein lichtähnliches Teilchen befindet. Diese Kausalitätskegel verbinden sich durch ihre Wechselwirkung zu den bekannten Elementarteilchen und bilden so auch das Vakuum. Die Wirkung eines Elementarteilchens auf seine Umgebung, als Wirkung der Kausalitätskegel seiner Struktur, entspricht quantitativ seiner Gravitation, wie gezeigt wird. Es handelt sich um die erste mir bekannte, gelungene Formulierung der Quantengravitation, die erst im Rahmen der Quanten-Fluss-Theorie möglich wird. Die weiteren Einzelheiten der Struktur der Elementarteilchen führen zunächst qualitativ zu den übrigen, heute bekannten Wechselwirkungen der Physik.

Die wiederholte, fraktale Anwendung des Existenzprinzips liefert ganz neue Einblicke in die Struktur der Schwarzen Löcher und unseres Kosmos. Es zeigt sich eine bisher unbekannte fraktale Struktur unseres Universums.

Auf der nachfolgenden Seite »Neue Physik« wird das neue Prinzip der Physik aus der Lösung des ›Problems der Zeit‹ entwickelt. Beim Prinzip der Physik handelt es sich nicht um eine geschlossene „Weltformel“. Vielmehr werden einige Formeln der heute gültigen Physik aus diesem Prinzip hergeleitet und es werden die Grenzen ihrer Gültigkeit aufgezeigt. Durch die Erkenntnis der grundlegenden Struktur ergeben sich neue Formeln, mit denen sich die Gültigkeitsgrenzen erweitern lassen und die so dabei helfen, bisher unerklärte Phänomene besser zu durchdringen und so eine Perspektive zu bekommen, diese beschreiben zu können.

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Fußnoten

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1. (Primärliteratur einfügen!)
Internet:
Vgl. Wikipedia, Quantenfeldtheorie.
2. Vgl. Fließbach, Allgemeine Relativitätstheorie.
Vgl. Harrison, Kosmologie, Kap. 8 Allgemeine Relativitätstheorie, S. 253—290.
Vgl. Born, Die Relativitätstheorie Einsteins, Kap. VII. Die allgemeine Relativitätstheorie Einsteins, S. 266—324.
Vgl. Einstein, »Die Grundlagen der allgemeinen Relativitätstheorie«.
Internet:
Vgl. Wikipedia, Allgemeine Relativitätstheorie.
3. Bezüglich der QFT:
Vgl. Greene, Das elegante Universum, Kap. 5 Notwendigkeit einer neuen Theorie, S. 145—160, hier S. 149—153.
Sekundärliteratur:
Vgl. Nicolai, »Auf dem Weg zur Physik des 21. Jahrhunderts«, S. 31.
Vgl. Musser, »Hatte Einstein doch recht?«, S. 64.
Vgl. Smolin, »Quanten der Raumzeit«, S. 55—56.
Internet:
Vgl. Eidemüller, Die Tür ins Dunkle Universum.
4. Bezüglich der ART:
Vgl. Greene, Das elegante Universum, Kap. 3 Von Krümmungen und Kräuselwellen, 72—107, hier S. 106.
Sekundärliteratur:
Vgl. Börner, »Die Dunkle Energie und ihre Feinde«, Alternative Gravitationstheorien, S. 43.
Vgl. Bergia, »Einstein«, Kap. Einsteins Erbe, S. 94—103.
Vgl. Smolin, »Quanten der Raumzeit«, S. 56.
5. (Primärliteratur einfügen!)
Vgl. Lesch, Kosmologie für helle Köpfe, Kap. II. Dunkle Materie, Verborgene Materie, S. 23—30.
Sekundärliteratur
Vgl. Gast, »WIMP, wo bist du?«, S. 50.
Vgl. Kroupa, »Das SMK auf dem Prüfstand«, S. 22.
Vgl. Milgrom, »Gibt es Dunkle Materie?«, S. 34—36.
Internet:
Vgl. Eidemüller, Wie wirft man Licht auf Dunkle Materie?.
Vgl. Wikipedia, Dunkle Materie, Indizien für die Existenz Dunkler Materie.
6. (Primärliteratur einfügen!)
Vgl. Lesch, Kosmologie für helle Köpfe, Kap. II. Dunkle Materie, Was ist Dunkle Materie? S. 42—43.
Sekundärliteratur
Vgl. Kroupa, »Das SMK auf dem Prüfstand«, S. 22—23.
Vgl. Milgrom, »Gibt es Dunkle Materie?«, S. 34—36.
Internet:
Vgl. Eidemüller, Wie wirft man Licht auf Dunkle Materie?.
Vgl. Eidemüller, Die Tür ins Dunkle Universum.
Vgl. Wikipedia, Dunkle Materie.
7. (Primärliteratur einfügen!)
Vgl. Lesch, Kosmologie für helle Köpfe, Kap. II. Dunkle Materie, S. 15—90.
Sekundärliteratur:
Vgl. Moskowitz, Dunkle Materie wird exotischer
Vgl. Kroupa, »Das SMK auf dem Prüfstand«, S. 22.
Vgl. Wolschin, »Dunkles Orakel zur Dunklen Materie«.
Vgl. Börner, »Die Dunkle Energie und ihre Feinde«, S. 43.
Vgl. Musser, »5 Ziele für die Raumfahrt«.
Vgl. Pössel, »Der Kosmos im Computer«.
Vgl. Lublinski, »Die Jagt nach der Dunklen Materie«.
Vgl. Atwood, »Ein Fenster zum heißen Universum«, S. 36.
Vgl. Milgrom, »Gibt es Dunkle Materie?«.
Internet:
Vgl. Eidemüller, Wie wirft man Licht auf Dunkle Materie?.
8. (Primärliteratur einfügen!)
Vgl. Lesch, Kosmologie für helle Köpfe, Kap. II. Dunkle Materie, MOND, S. 85—89.
Sekundärliteratur:
Vgl. Wikipedia, Modifizierte Newtonsche Dynamik.
Vgl. Kroupa, »Das SMK auf dem Prüfstand«, S. 31.
Vgl. Milgrom, »Gibt es Dunkle Materie?«, S. 36—41.
9. Vgl. Greene, Das elegante Universum.
(Weitere Primärliteratur einfügen!)
Sekundärliteratur:
Vgl. Kiefer, »Auf dem Weg zur Quantengravitation«, hier S. 42—43.
Vgl. Bousso, »Die Landschaft der Stringtheorie«.
Internet:
Vgl. Max Planck Institute for Gravitational Physics, »Relativität und Quanten«, Stringtheorie.
Vgl. Wikipedia, Stringtheorie.
10. (Primärliteratur einfügen!)
Sekundärliteratur:
Vgl. Kiefer, »Auf dem Weg zur Quantengravitation«, hier S. 40—41.
Vgl. Giesel, »Loop-Quantengravitation«.
Vgl. Smolin, Die Zukunft der Physik, Kap. 15 Die Physik nach der Stringtheorie, S. 322—347, hier S. 334—342.
Vgl. Smolin, »Quanten der Raumzeit«.
Vgl. Weinberg, »Eine Theorie für alles?«, hier S. 27.
Internet:
Vgl. Max Planck Institute for Gravitational Physics, »Relativität und Quanten«, Schleifen-Quantengravitation.
Vgl. Wikipedia, Schleifenquantengravitation.
11. (Primärliteratur einfügen!)
Vgl. Smolin, Die Zukunft der Physik, Kap. 15 Die Physik nach der Stringtheorie, S. 322—347, hier S. 343.
Sekundärliteratur:
Vgl. Kiefer, »Auf dem Weg zur Quantengravitation«, hier S. 34, 41.
Vgl. Smolin, »Quanten der Raumzeit«, hier S. 56, 63.
12. (Primärliteratur einfügen!)
Internet:
Vgl. Pössel, »Von der Lichtuhr zur Zeitdilatation«.
Vgl. Wikipedia, Zeitdilatation, Zeitdilatation durch relative Bewegung, Lichtuhr.
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Stand 07. Mai 2017, 14:00 CET.