Der Urknall kontra Lichtermüdung
The Big Bang
versus the aging of light
English Text Version
1. Einleitung
Der allgemein anerkannte Stand der Wissenschaft Kosmologie geht heute (2019) davon aus, dass das Weltall infolge eines Urknalls aus einem winzigen Raum mit riesiger Materiedichte entstanden ist. Nach dem Urknall hat es sich auf die heutige Größe ausgedehnt und dabei verschiedene Stadien der Materieentwicklung durchlaufen.
Man geht weiter davon aus, dass sich das Weltall weiterhin schnell ausdehnt.
Einzelne Fakten der Materieentwicklung unter bestimmten Verhältnissen sollen hier nicht angezweifelt werden, aber gab es einen Urknall wirklich?
Wenn alle seriösen Wissenschaftler, davon ausgehen, dass die Urknalltheorie stimmt oder zumindest keiner zu widersprechen wagt, ist das ein deutliches Indiz, dass diese Theorie stimmen könnte.
In der Geschichte der Wissenschaft gibt es aber zahlreiche Beispiele, dass sich ganze Generationen von seriösen Wissenschaftlern letztlich doch korrigieren mussten.
Hier soll nur ein ganz einfaches eher zum Schmunzeln anregendes Beispiel gebracht werden. 100 Jahre lang mussten die Kinder reichlich Spinat essen, weil angeblich Spinat wegen seines hohen Eisengehalt sehr gesund sei. In der wissenschaftlichen Auflistung der Mineralien im Gemüse wurde der Fehler gemacht, dass getrocknete Gemüse mit erntefrischen verglichen wurden, in Wirklichkeit ist der Eisengehalt im Spinat eher gering. Spinat ist nicht gesünder als andere Gemüsearten.
Alle seriösen Wissenschaftler, auch Ärzte haben den falschen Fakten vertraut. Keiner hat dem widersprochen. Dies ist nur ein einfaches Beispiel, aber derer gibt es viele in allen Bereichen der Wissenschaft.
Eine Autorität stellt eine Hypothese in den Raum und keiner wagt zu widersprechen, entweder um sich nicht unangenehmen Anschuldigungen auszusetzen oder weil sie es nicht besser wissen.
Untersuchen wir nun die Argumente zum Urknall.
2. Stand der Forschung
Der aktuelle Forschungstand der Astrophysik geht davon aus, dass sich das Weltall kontinuierlich ausdehnt. Die Expansion des Weltalls wird durch die Rotverschiebung von Licht entfernter Sterne begründet. Je weiter ein Stern entfernt ist, desto größer wird die Verschiebung der Spektrallinien in den roten Bereich. Spektrallinien sind exakt durch die Emission oder Absorption der Strahlung der einzelnen Elemente definiert.
Für die Rotverschiebung kann es folgende Ursachen geben
- Der Dopplereffekt durch relative Bewegung Sender - Empfänger
- Überwindung von Gravitation, dabei wird Energie der Strahlung an die Gravitation abgegeben und die Frequenz der Strahlung reduziert
Aus der allgemeinen Rotverschiebung aller Sterne gegenüber der Erde in Abhängigkeit von ihrem Abstand wird geschlussfolgert, dass sich das Universum kontinuierlich ausdehnt, und zwar umso schneller, je weiter die Sterne entfernt sind.
Um das zu erklären, geht man in dieser Theorie davon aus, dass das Weltall vierdimensional ist, d.h. es dehnt sich ähnlich der Oberfläche eines Luftballons beim Aufblasen aus, da die gleichmäßige Ausdehnung sonst nicht erklärbar wäre.
In der zeitlichen Rückverfolgung kommt man zu dem Punkt, dass es einen Urknall gegeben haben muss, in dem das Universum winzig klein zusammengepresst war. Nach dem kosmologischen Standardmodell (Lambda-CDM-Modell) ereignete sich der Urknall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren. In diesem Zustand muss die Plank-Dichte überschritten worden sein und die Relativitätstheorie kann nicht gelten. Weiter wird geschlussfolgert, dass die Expansion des Weltalls irgendwann zum Stillstand kommt, das Universum sich wieder zusammenzieht und schließlich im Urknall endet und dann neu beginnt. Im Urknall sollen Materie, Raum und Zeit nicht existieren.
Zur Berechnung der Vorgänge wird weiter eine dunkle Materie angenommen, die bisher nicht erklärbar ist, aber für den Zusammenhalt des Universums rechnerisch notwendig wäre.
Einzelne Wissenschaftler folgern, dass es, wenn das Universum tatsächlich vierdimensional und endlich ist, Paralleluniversen geben muss, weiter wird über Verbindungen dieser Universen durch Wurmlöcher spekuliert.
Die Urknalltheorie ist durch die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenfeldtheorie in Teilen erklärbar, aber beide Theorien sind nicht miteinander vereinbar.
Die Theorie vom Urknall wurde in der Vergangenheit immer weiter ausgebaut, um sie zu beweisen. Weitere komplizierte Komponenten wurden hinzugefügt und mehrere Untertheorien erarbeitet. Bisher konnte zu keiner Theorie ein schlüssiger Beweis erbracht werden.
Dagegen hat die Winkelvermessung des Universums mit großer Genauigkeit ergeben, dass der Raum nur dreidimensional sein kann (Dreiecke haben bekanntlich Winkelsummen von 180 Grad, außer auf einer Kugeloberfläche, in der 4. Dimension wären die Winkel analog der Dreiecke auf der kugelförmigen Erdoberfläche größer).
Im Folgenden soll eine These eine weitere Möglichkeit der Rotverschiebung aufzeigen, und damit verschiedene Theorien überflüssig machen.
3. Eine alte These: Licht kann altern
In Wikipedia lesen wir:
https://de.wikipedia.org/wiki/Lichterm%C3%BCdung
Lichtermüdung, auch Photonenalterung, ist eine physikalische Hypothese, die aufgestellt wurde, um die bei weit entfernten Himmelskörpern auftretende kosmologische Rotverschiebung in Übereinstimmung mit einem statischen Universum zu erklären. Als Ursache wurde ein Energieverlust der Photonen des Lichts auf dem Weg von der Quelle zum Beobachter in Erwägung gezogen, für den jedoch kein überzeugender physikalischer Mechanismus angegeben werden konnte.
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts fand Max Planck die Formel E=h*f , die Grundlage der Quantenphysik. Sie besagt, dass elektromagnetische Wellen in unteilbaren Paketen kommen, und je höher die Frequenz der Welle ist, desto mehr Energie besitzen die Pakete. Demzufolge würde Licht, das Energie verliert („ermüdet“), seine Frequenz nach Rot verschieben.
Der Astronom Edwin Hubble entdeckte 1929, dass sich das Licht von Galaxien umso mehr nach Rot verschiebt, je weiter sie von uns entfernt sind. Wenn die Galaxien sich während der Messung vom Messgerät entfernten, ist eine solche Verschiebung zu erwarten.
Fritz Zwicky bot im gleichen Jahr wie Hubble eine alternative Deutung dieser Beobachtung an, nämlich dass Licht proportional zu der zurückgelegten Entfernung Energie verliert.[2] Er vermutete zunächst, dass eine „Gravitationsreibung“, eine Wechselwirkung mit der Materie über Schwerkraft, dafür verantwortlich sein könne. Auch der Physiker Robert Andrews Millikan lobte die Eleganz dieser Idee in einem Brief vom 15. Mai 1952 an Grote Reber: „Ich stimme mit Ihnen überein, dass die Hypothese der Lichtermüdung einfacher und weniger irrational ist.“[3]
Im Gegensatz zur Urknalltheorie würde die Theorie der Lichtermüdung auf ein statisches Universum hindeuten. (Das Konzept eines statischen Universums darf nicht mit der Steady-State-Theorie verwechselt werden, da nach letzterer die Rotverschiebung wie in der Urknalltheorie mit der Expansion des Raumes begründet wird.)
Verschiedene Mechanismen zur Erklärung der Lichtermüdung wurden vorgeschlagen, beispielsweise als Streueffekt (Compton-Effekt), als Nebenwirkung der Quantenmechanik von de Broglie[4] oder LaViolette[5].
In Wikipedia wird weiteres dazu aufgeführt, auch warum man die These der Lichtermüdung heute ablehnt.
Eine einleuchtende Begründung für Lichtermüdung wurde damals nicht gefunden.
4. Die Begründung zur Lichtermüdung
Am 11. Februar 2016 gaben Wissenschaftler den ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen aus dem laufenden LIGO-Experiment bekannt.
Gravitationswellen sind eine Energieform, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortpflanzt.
Lichtquanten sind auch Energie, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortpflanzt. Die Energie des Photons ist gleich Planksches Wirkungsquantum mal Frequenz.
Die Energie ist e=m*c2, bzw. die Masse ist m=e/ c2 oder beim Photon m= h*f/ c2.
Damit hat das Photon eine Masse, und da es eine Masse hat, hat es auch ein Gravitationsfeld.
Das wurde bereits von Einstein vorhergesagt und schon 1919 experimentell durch die Lichtablenkung an Sternen bewiesen.
Da sich das Photon mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, ist das Gravitationsfeld kegelförmig, ähnlich einem Überschallkegel, da sich ja das Gravitationsfeld auch mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Damit erzeugt es auch eine Gravitationswelle.
Machscher Überschallkegel (Quelle: Wikipedia)
Da eine Gravitationswelle Energie ist, muss das Photon Energie abgeben, wodurch sich die Frequenz des Lichtes verringert, es kommt zu einer Rotverschiebung.
Diese Art der Rotverschiebung ist also nur von der Zeitdauer der Bewegung des Photons abhängig, hier Lichtermüdung genannt.
5. Schlussfolgerungen
Aufgrund der geschilderten These, falls sie richtig ist, kann die Expansion des Weltalls nicht mehr durch die Rotverschiebung erklärt werden.
Weiterhin ergibt sich als Schlussfolgerung, dass, falls das Universum unendlich ist, kein Licht aus beliebiger großer Entfernung detektiert werden kann, da die Frequenz des Lichtes und damit seine Energie letztlich gegen Null geht. Wenn angenommen wird, dass die Lichtalterung genau mit den gemessenen Rotverschiebungen übereinstimmt, kann es sein, das unser normaler Beobachtunghorizont bei 13,8 Milliarden Lichtjahren endet, das Universum aber dreidimensional und unendlich ist.
Weiterhin kann vermutet werden, dass die 3 Kelvin Hintergrundstrahlung des Weltalls damit in Zusammenhang steht.
Ein weiterer Effekt ergibt sich, wenn man ein Schwarzes Loch im Weltall betrachtet, aus dem kein Licht entweichen kann. Das Licht kann schon entweichen, ist aber in der Frequenz letztlich so gering, dass es nicht mehr wahrgenommen wird. Weiterhin gibt es keine Erklärung für die Lebensdauer eines Schwarzen Lochs. Es müsste mit der Zeit sämtliche Materie aufsaugen. Mit o.g. These könnte erklärt werden, dass sich ein Schwarzes Loch durch Abgabe von Gravitationsenergie mit der Zeit doch auflösen kann.
Wenn Licht Gravitationswellen auslösen kann, so können es auch andere bewegte Teilchen, sie müssten also abgebremst werden.
Die Gesamtzahl der Gravitationswellen im Universum muss sehr hoch sein, es ist ein Gravitationswellenrauschen zu vermuten.
Ungeklärt ist, was mit der Energie wird, die sich in den Gravitationswellen befindet. 2016 wurden Gravitationswellen detektiert, d.h. die Energie der Wellen wurde zum Teil im Detektor in eine andere Energieform umgewandelt. Es ist also möglich, dass die Energie von Gravitationswellen in anderen Formen umgewandelt wird, also in Bewegung anderer Massen.
Durch die hier dargelegte These ist auch die Existenz der Dunklen Materie für die Berechnung des Universums nicht mehr erforderlich.
Die genannten Effekte sind bisher nicht berücksichtigt worden, da es sich um sehr kleine Energiemengen handelt, die nur mit enormem technischem Aufwand, wenn überhaupt zu messen sind. Daher sind sie bei der sonstigen Messung von Energien im Einzelfall messtechnisch zu vernachlässigen. Die gesamte Energie in Gravitationswellen scheint aber im Universum sehr hoch zu sein.
6. Praktischer Beweis
Der Nachweis der Richtigkeit dieser Theorie wird aufgrund der geringen Energiemengen schwierig.
Wenn sich das Weltall wirklich so schnell ausdehnt, muss nach einiger Zeit eine Änderung des Abstands von Sternen oder Galaxien beobachtbar sein, d.h. die Änderung der Rotverschiebung muss messbar werden. Möglicherweise wird das erst nach 100 oder 1000 Jahren tatsächlich deutlich messbar.
Ist eine Änderung des Abstands der Sterne in allen Richtungen nicht nachweisbar, so ist das ein Indiz dafür, dass die vorliegende Theorie richtig sein könnte.
7. Philosophische Überlegungen
Das gesamte Weltall folgt Gesetzen, die miteinander und gegeneinander wirken. „Jede Kraft erzeugt eine gleichgroße Gegenkraft“ sagen die Physiker. „Jede Bewegung erzeugt eine Gegenbewegung“ sagen Philosophen. „Alles was entsteht ist wert, dass es zugrunde geht“ sagt Goethe philosophisch.
Der Untergang der gesamten Materie in schwarzen Löchern kann wohl nicht das Ende sein. Ebenso ist die Entstehung der Welt durch einen Urknall samt seinem Untergang im Urknall, in der Unendlichkeit gesehenen, also einen kurzen Augenblick später, philosophisch nicht einleuchtend.
Schon vor 100 Jahren diskutierte man den Weltall-Wärmetod, also die allmähliche Angleichung aller Temperaturen. Die Theorie ist für ein abgeschlossenes System richtig, wenn man er nur thermodynamisch betrachtet. Auch wenn das sehr lange dauern würde, nehmen es manche Philosophen als Beweis für die Unvermeidbarkeit des Weltunterganges.
Doch wenn Zeit und Raum unendlich sind, macht der Urknall keinen Sinn.
8. Fazit
Falls die Rotverschiebung von Licht entfernter Sterne durch Lichtermüdung bewiesen werden kann, müssen wesentliche Theorien zum Verständnis des Weltalls überdacht werden.
9. Der Autor
Wer ernsthaft zu den Fragen Stellung beziehen möchte, kann eine Email an
senden.
14.2.2019