Raum-Zeit-Gefüge
im Universum
Autor: Dipl.-Ing. Johann-Marius Milosiu
Kontakt: milosiu@impecon.com
Inhalt:
1 Definitionen von Raum und Zeit als menschliche Entitätsbegriffe
1.3 Absolute
und relative Dimensionen
2 Struktureller Zusammenhang zwischen räumlichen Dimensionen und Zeit
2.1 Das
Universum geordnet durch Naturgesetze und Dimensionen
2.2 Dimensionen
als Funktionen der Zeit
3 Auswirkungen der Raum-Zeit-Verbindung auf die Erscheinungsform des Universums
3.3 Erklärung
für die „Expansion“ des Universums
3.4 Was
sind schwarze Löcher ?
3.5 Erklärung
der Lichtgeschwindigkeit
Der Raum ist die physisch existierende Umgebung
charakterisiert durch die uns bekannten Dimensionen: Länge, Breite und Höhe.
Die Erfassung des Raumes erfolgt für die Lebewesen
und insbesondere für die Menschen durch die Sinne und der Synthese der
Sinneserfassungen mit dem räumlichen Wissen sowie der Erfahrung im Intellekt.
Um in der räumlichen Umgebung sich zurecht zu
finden, hat der Mensch sich Orientierungshilfen gebildet, meistens als
Instrumente und Maßeinheiten für die quasiobjektive Raumbeurteilung.
So ist die metrische Einheit als Grundmittel
geworden, um räumliche Zusammenhänge zu beurteilen; ein Objekt hat z.B. die
Länge l vom 4 m, die Breite b von 2 m und die Höhe h von 1 m.
Die Zeit ist eine weitere, die sogenannte vierte
Dimension, unseres Universums. Sie erlaubt die Erfassung der
physikalischen Umgebung definiert durch
die ersten drei Dimensionen (l, b, h) in einer definierten Abfolge, sodass der
Begriff der Entwicklung, Fortschreitung oder ähnliches für die denkenden Wesen
oder physikalischen Prozesse erst ermöglicht wird. Wie für die Raum Dimensionen
hat sich der Mensch auch für die Zeit Orientierungshilfen gebildet und zwar
Instrumente und Maßeinheiten für die Erfassung und Beurteilung der zeitlichen Abfolge; diese sind die Uhren
und die Sekunde als Grundmaßeinheit für die Zeit.
Bei der Definition des Universums hat man sogenannte
absolute Maßeinheiten für Länge, Breite, Höhe oder Zeit aufgestellt. Wir nennen
Sie:
-
L
absolute Dimension Länge
-
B
absolute Dimension Breite
-
H
absolute Dimension Höhe
-
T
absolute Dimension Zeit.
Wir Menschen erfassen jedoch nicht die eigentlichen
absoluten Dimensionen Länge, Breite oder Höhe, sondern nur deren Auswirkungen
auf die darin eingebetteten Objekte. Anderst ausgedruckt, wir können die
Auswirkungen dieser Dimensionen sehr gut erfassen, aber diese (absoluten)
Dimensionen bleiben für uns ein abstrakter Begriff.
Wir können auch nicht sagen das wir die Zeit gesehen
oder gefühlt haben, wir können höchstens sagen, dass wir den Eindruck haben,
dass viel oder weniger Zeit verstrichen
ist.
Um dies besser zu erläutern ein Beispiel:
Unser Objekt mit l = 4 m, b = 2 m und h = 1 m hat
zum Zeitpunkt 0, der bei der Definition des Universums gegolten hat,
tatsächlich eine Länge L = 4 absolut-meter, eine Breite B = 2 absolut-meter und
eine Höhe = 1 absolut-meter. Dadurch haben wir begriffen, dass für die
absoluten Dimensionen auch eine eigene
absolute Maßeinheit gibt, während die für uns erfassbaren Maßeinheiten nur
relative Maßeinheiten sind. Da wir jedoch die Raum-Dimensionen im täglichen
Leben ja nur vergleichen wollen/müssen, können wir mit den relativen
Maßeinheiten sehr gut auskommen.
Die vorliegende Abhandlung geht davon aus, dass die
Struktur des Universums auf 12 primäre
Dimensionen basiert. Eine Auflistung dieser oder Zusammenhänge dieser sind
nicht Objekt dieser Schifft, hier werden lediglich die ersten 4 Dimensionen
nämlich die der Länge, Breite, Höhe und Zeit berücksichtigt.
Dies ist gewiss nicht ganz richtig, aber auch so
lassen sich richtige Schlüsse ziehen, die erheblich zum besseren Verständnis
des Universums beitragen.
Dem Aufbau des Universums dienen Dimensionen und
Regeln; beide sind jedoch im Grunde universale Gesetze. Eine kleine Erläuterung
tut an dieser Stelle gut.
Die Dimensionen als Grundlage der universalen
Struktur sind nichts als Bündel von Regeln für:
-
die
Interaktionen von strukturellen Objekten (Bestandteile des Universums),
-
der
Dimensionen untereinander,
-
für
die intellektuelle Erfassung und
-
für
noch unbekannte Zwecke.
Die erwähnten Regeln zum Aufbau des Universums, sind
die uns bekannten und unbekannten Naturgesetze; sie sind auch der Grund warum
z.B. universale Konstanten (wie die Lichtgeschwindigkeit c=300000 km/s im
Vakuum) oder absolute Dimensionen existieren.
Um die Relationen der absoluten Dimensionen zu den
von uns durch die Sinne empfundenen korrespondierenden Effekte erfassen zu
können, werden wir einige einfache mathematische Hilfsmittel aufstellen.
l, b, h, t sind relative Dimensionen oder die
Auswirkungen der absoluten Dimensionen auf die von uns erfassbaren Objekte oder
der physikalischen Umgebung.
Wenn zwischen l, b, h, t keine direkte kosmogonische
Beziehung existiert, zumindest können wir dies so nicht erfassen, sind die
entsprechenden absoluten Dimensionen doch wie folgt verknüpft:
L =
funktionL (T) (1)
B =
funktionB (T) (2)
H =
funktionH (T) (3)
T = functionT (L, B, H) (4)
Dies ist etwa so zu verstehen, dass eine der
Dimensionsregel eine Überwachung der Auswirkungen einer anderen Dimension
erlaubt. Somit berücksichtigt z.B. die absolute Dimension Länge L die
Auswirkungen t der Dimension Zeit T. Dies ist möglich zu sagen, da in erster
Annäherung die Maßeinheit (Sekunde) für die absolute Dimension Zeit T gleich
ist mit der Maßeinheit für die relative Dimension t (Sekunde).
Wenn man die Auswirkungen aller anderen Dimensionen
auf L, B, H verdrängt (da nicht unbedingt notwendig in unserer Abhandlung),
kann man behaupten:
L ~ TX (5)
B ~ TX (6)
H ~ TX (7)
dass eine Proportionalität zwischen der Auswirkungen
der Dimension Zeit T hoch X und den
jeweiligen Raum Dimensionen gegeben ist. Vereinfacht ausgedruckt sind die Dimensionen für Länge, Breite oder Höhe
nicht lineare Funktionen der Zeit !
Die Schlussfolgerung ist, dass seit Anbeginn der
Zeit (t = 0), die Dimensionen von Objekten in Relation zu den ursprünglichen
Werten ständig zugenommen haben, wenn man die absoluten Maßeinheiten benutzen
würde. Weil aber unsere Maßeinheiten relativ sind, also sie ändern sich im
selben Maße wie die zu messenden Objekte, können wir dies jedoch nicht
feststellen.
X ist eine Zahl die sich mit etwas Aufwand aus der Cavendish Konstante
ableiten läst.
Im vorigen Abschnitt haben wir gesehen, dass die
absolute Länge proportional mit einer Potenz der Zeit ist. Wir wollen dies
interpretieren: im Jahre 10 (also eine
beliebige Zeitangabe) war die absolute Dimension Länge L größer als im Jahre 1
für ein bestimmtes Objekt. Praktisch schrumpfen die absoluten
Dimensionsmaßeinheiten kontinuirlich, bzw., die Objekte haben immer größere
absolute Dimensionen, sie wachsen ständig (absolut gesehen).
Wie wirkt sich dies auf die Masse eines Gegenstands
aus ?
Dafür müssen wir eine kosmogonisch vertretbare
Definition der Masse (also basierend auf Regeln des universellen Aufbaus)
aufstellen. So könnte man sagen, dass die Masse eine Eigenschaft der
dimensionsgebundenen Objekte ist, die einen, für die Materie des Objekts,
charakteristischen Betrag an Trägheit sicherstellt.
Eines der Grundgesetze des Universums ist die
Haftung von Trägheit an jede existierende Masse. Dies führt dazu, dass z.B.
nichts bewegt werden kann, ohne dass eine Krafteinwirkung während einer
Zeitspanne agiert.
Die Eigenschaft der Masse träge zu sein, wirkt sich
in den verschiedenen Dimensionen unterschiedlich aus; so spricht man von einer
Bewegungsträgheit für die Raumdimensionen und von einer Haftung der Masse an
die Zeit – Zeitträgheit – bezogen auf die Dimension Zeit. Bei der Zeithaftung
der Masse spielt eine Rolle sowohl die Dichte als auch die Menge an Masse eines
betrachteten Objekts.
B Objekt zum Zeitpunkt t1
Aber wenn die Masse
enthalten in den Objekten mit denen unzertrennlich verbunden ist und diese
bezogen auf die absoluten Raumdimensionen ständig im Laufe der Zeit wachsen,
entsteht doch eine absolute Bewegung einer Masse vom Zentrum zur Peripherie des
Objekts. Wir erfassen diese Bewegung nicht, da wir nur relative Dimensionen
erfassen können.
Objekt zum Zeitpunkt t2 Objekt zum Zeitpunkt t3 t3 = t2 + dt t2 = t1 + dt
Fig.1 Wachsen der Objekte, bezogen auf absolute
Maßeinheiten, im Laufe der Zeit
Für einen Beobachter B platziert auf der Oberfläche
eines Objekts, entsteht ebenfalls eine Versetzung im absoluten
Dimensionsbereich. Da diese Versetzung steigende Werte in gleichen Zeiträumen
hat, entsteht eine
Kraft FB
wie folgt
FB
= mB · ag (8)
die den Beobachter zum Zentrum des Objekts zieht.
Diese Kraft nennen wir üblicherweise Gravitationskraft.
Die Größe der Gravitationskraft ist direkt
proportional mit der Masse mB des angezogenen Beobachters und der
Gravitationsbeschleunigung ag.
Somit lässt sich sehr anschaulich das Wesen der
Gravitation erklären. Diese Begründung kann jedoch nur als Einzelfallerklärung
dienen, denn Objekte zwischen denen eine Anziehungskraft entsteht, stehen nicht
immer in unmittelbaren Kontakt. Eine kosmogonischkonforme Generalisierung für
die gravitationelle Anziehungskraft folgt.
Aus der Physik ist bekannt, dass 2 Objekte mit den
Massen m1 und m2 sich gegenseitig mit der Kraft
(9)
anziehen, wobei
kC die Gravitations- oder Cavendish-Konstante
6,67 · 10-11 m3/kg s2 und
d der Abstand zwischen den Schwerkraftzentren der Objekte
sind.
d
t1
< t2 wobei t2 = „jetzt/heute“
Fig.2 Gravitationelle
Interaktion
Die Trägheit der Masse äußert sich unterschiedlich
im Bezug auf Zeit und auf Raum (s. Abschnitt Definition der Masse); die Masse
„haftet“ an der Zeit, diese Haftung nimmt jedoch immer mehr ab, je weiter man
sich in Bereichen „älteren“ Zeiten sich befindet. Wir nennen die an Zeitschichten
haftende Masse Zeitimage der Masse.
Wie wir anfangs bereits bemerkt haben, sind die
absoluten Maßeinheiten je größer, desto älter die Zeit gültig für die
gemessenen Objekte ist. Das Zeitimage m1(t1) des Objektes
m1 hat somit für den Beobachter von heute größere Abmessungen, denn
das System benutzt dafür die heute gültigen, kleineren absoluten Maßeinheiten.
Es ist vorstellbar, dass das Zeitimage m1(t1) einer
genügend alten Zeit t1, genau das Objekt m2 berührt; in
diesem Falle ist aber die Erklärung der Gravitation wie in der Beschreibung der
Fig.1 gegeben, gültig, und auf das Objekt m2 wirkt sich die Kraft FG
aus. Dadurch, dass immer ältere Zeitimages der Masse für die gravitationellen
Interaktionen wirken, je weiter die Objekte voneinander entfernt sind, und weil
die Zeithaftung immer schwächer wird, je älter die Zeit war, ergibt sich eine
mit dem Produkt
(10)
proportionale Anziehungskraft FG.
Ein Aspekt der etwas näher erläutert werden soll,
ist folgender. Bedingt durch die separate Trägheit der Masse in Zeit und Raum,
ist die räumliche Versetzung oder Verformung eines Objektes mit einer
einmaligen Krafteinwirkung verbunden. Dies bedeutet, dass nicht nur das
Originalobjekt, sondern auch alle seine Zeitimages im selben Maße versetzt oder verschoben wurden mit
derselben einmaligen Krafteinwirkung. Die Konsequenz dieses Aspektes hat eine
unmittelbare praktische Bedeutung. Der gravitationelle Einfluss erscheint
äußerst geeignet für eine zeitlich unverzögerte Kommunikation; es lassen sich
gravitationelle Sender und Empfänger bauen und anwenden. Der überragende
Vorteil dieser Kommunikationsart sollte an dieser Stelle unterstrichen werden:
es ist die Verzögerungsfreiheit in der Kommunikation über astronomische
Distanzen. Um diesen Vorteil richtig einschätzen zu können, sollte man sich in
Erinnerung rufen, dass eine Information übertragen mittels elektromagnetischen
Wellen, ca.6 Stunden von der Erde bis zum Planeten Pluto braucht. Ein weiterer
Vorteil der gravitationellen Kommunikation ist, dass sie ohne schädliche
Strahlung möglich ist – man denke an die zunehmend umstrittenen Strahlung der
Handys heutzutage. Die Reichweite der gravitationellen Sender- /
Empfängeranlagen erstreckt sich zwar theoretisch über sehr viele Lichtjahre,
ist aber nicht unbegrenzt; die maximalle Reichweite entspricht der räumlichen
Ausdehnung des ältesten Zeitimages des Objektes benutzt beim Senden. Angesichts
des geschätzten Alters des Universums von etwa 14 Milliarden Jahren, ergeben
sich aber wahrhaftig astronomische Reichweiten.
Eine weitere Eigenschaft der Materie sollte man an
dieser Stelle hervorheben. Auch wenn es auf dem ersten Blick paradox erscheint,
passt sich die Form der Zeitimages an die Form des Originalobjektes ohne
Zeitverzögerung an. Dies bedeutet, dass ein reelles Objekt immer seine
Zeitimages bis zu der zum Zeitpunkt Null gehende Zeit hat. Dies gilt jedoch
nicht für neu erschaffene Objekte, d.h. für Objekte die unserem Universum fremd
sind oder waren. Wahrscheinlich gibt es diese (Phantom)Objekte, aber sie können
keine Interaktionen mit den universumseigenen Objekten eingehen – Hurra, die
Esoterik hat doch nicht immer unrecht?!
Wie stellt sich ein räumliches Objekt einem
Betrachter ohne Zugriff auf absolute Maßeinheiten dar ?
Der Mensch ist so ein Beobachter, denn er hat nur
die Möglichkeit zu messen mit ebenfalls (absolut gesehen) ständig und synchron
wachsenden Maßeinheiten. Für den Menschen ist das o.a. „Wachsen“ der Objekte
also nicht direkt erfassbar.
Wie sieht unser Beobachter Mensch jedoch ältere
Bilder von Objekten ?
So ein „Objekt“ wäre z.B. eine Galaxie die 1 Million
Lichtjahre von ihm entfernt ist. Der Beobachter unterliegt bei seiner
Beobachtung den Auswirkungen der absoluten Raum Dimensionen die vor einer
Million Jahre gegolten haben; ein absoluter Meter von damals ist
vielleicht X-Mal größer als einen
absoluten Meter von heute und so sieht der Beobachter ein sehr großes Objekt. Je weiter das Objekt vom Beobachter entfernt
ist, desto älter ist das Bild das zu ihm kommt und das Objekt wirkt desto
größer je weiter er entfernt ist. Da wie wir gesehen haben, die Relation
Raum-Zeit von einer Potenz der Zeit beeinflusst wird, ist die gesehene Größe
des Objekts eine Potenz der Entfernung zum Beobachter. Aber auch die
Geschwindigkeit eines weit entfernten Objektes ist vom Zeitpunkt betroffen,
wann die Bewegung stattgefunden hat, denn die Entfernungen unterliegen der
vorher beschriebenen Dilatation, während die Zeiteinheit unverändert bleibt.
Dies erklärt warum die Astronomen weit entfernte
Galaxien als sehr schnell sich entfernende Objekte empfinden und warum diese
Objekte scheinbar immer schneller sich bewegen, je weiter sie vom Beobachter
entfernt sind.
Um sicher zu gehen, dass der o.a. Efekt auch richtig
verstanden wird, folgt hier eine weitere Detailierung. Das Bild eines Objektes
mit den Abmessungen l1 = 4 m, b1 = 2 m, h1 = 1
m gebildet vor z.B. 1 Million Jahren, also in einer Entfernung von 1 Million
Lichtjahren, ist fuer uns als aktuelles Bild zu sehen. Die uns übermittelten
optischen Eindrücke basieren jedoch auf universale Systemeigenschaften. Das
System benutzt jedoch heute im Vergleich zu der 1 Million Jahre zurückliegenden
Vergangenheit sehr klein gewordene absolute Maßeinheiten. Diese werden jedoch
vom System benutzt um uns „heute“ die Bilder von „damals“ zur Verfügung zu
stellen. Dies ergibt, dass die Abmessungen l2, b2, h2
die wir sehen, um ein vielfaches größer sind als 4 m, 2 m, 1 m und zwar
im folgenden Verhältnis:
l2 = l1
· tX (11)
b2 = b1
· tX (12)
h2 = h1
· tX (13)
Dabei wird durch t die Zeitspanne zwischen das
Entstehen des Bildes und die Betrachtung dieses bezeichnet. X ist die Potenz
für die Einwirkung der Zeit auf die Dimensionen, wie bereits in (5), (6) und
(7) benutzt.
Hier wird versucht aufgrund der bisherigen
Betrachtungen eine natürliche Erklärung für die schwarzen Löcher zu liefern.
Bei der Definition der Masse haben wir gesehen, dass
die Trägheit die Grundeigenschaft der Materie darstellt. Diese Eigenschaft ist
uns durch die Sinne direkt begreiflich, wenn wir materielle Objekte im 3
dimensionalen Raum betrachten. Aber diese Eigenschaft der Masse, träge zu sein,
hat entscheidende Auswirkungen auf die objektbezogene Zeit. Konnte man sagen,
dass die Masse die Zeit träge macht !
Nun, dem aufmerksamen Beobachter müsste klar sein,
dass der Zeitablauf durch die Masse beeinflusst wird, in diesem Falle kann man
sagen, dass je mehr Masse auf ein begrenztes Volumen existiert, desto träger
verlauft die Zeit im entsprechenden Wirkungsbereich. Aufgrund der Überlegungen
im Abschnitt 2 ergeben sich somit Unterschiede zwischen Objektdimensionen im
Bereich größerer Massen als bei Abwesenheit dieser. Weil die Zeit im Bereich
größerer Massen langsamer abläuft als bei Abwesenheit dieser, sind auch die
absoluten Dimensionen der Objekte kleiner. Das Bild das uns das System darüber
ermöglicht, ist jedoch aktuell und nicht alt, wie beim Beispiel vom Abschnitt
3.3. Dies bedeutet, dass uns das System tatsächlich kleinere Dimensionen der
Objekte im Bereich großer Massen vermittelt. Der Beobachter der sich im Bereich
großer Massen aufhält, unterliegt jedoch demselben Effekt, so dass ihm dies
nicht bewusst werden kann.
Wenn jedoch die Massenansammlung gewisse Größenordnungen
überschreitet, werden andere Effekte aktiv, die zur Entartung der darin
enthaltener Materie beitragen. Dies ist der Fall bei kollabierenden Sternen, wo
die uns geläufige Materiestruktur nicht mehr besteht.
Durch Anziehung von weiteren Materieteilen werden
diese Ansammlungen von Masse in Laufe der Zeit immer größer und lassen andere
universale Regel sichtbar wirken. Eine Uhr platziert in so einer Umgebung würde
sehr lange brauchen um den Ablauf einer Sekunde zu zeigen; die Sekunde dort
entspricht u.U. 1000 Jahren im „normalen“ Teil des Universums. Da die
Lichtgeschwindigkeit wie wir wissen begrenzt ist, muss für den externen
Beobachter eine sehr lange Zeitspanne verstreichen bis das Licht den kurzen Weg
zum Verlassen der Massenansammlung bewältigen kann (anderst ausgedruckt, das
Licht braucht z.B. 1000 Jahre des externen Beobachters um eine Sekunde bezogen
auf die Umgebung der Massenansammlung zu bewältigen, also eine Strecke von
300.000 km zu durchlaufen). Dies führt dazu, dass ab einer gewissen Menge an
aggregierter Materie, nicht mal das Licht die Materieansammlung praktisch
verlassen kann. Wenn dieser Zustand erreicht ist, redet man von einem schwarzen
Loch.
Wir wissen dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
ca. 300.000 km/s beträgt. Die Bilder die uns das universelle System zur
Verfügung stellt, können uns nur mit dieser Geschwindigkeit erreichen. Seit
langem wurde mathematisch bewiesen, dass materielle Objekte diese
Geschwindigkeit nie erreichen können; der Kraftaufwand für die Beschleunigung
der Objekte steigt, je näher man sich dieser Geschwindigkeitsgrenze nähert.
Nachdem wir die Zusammenhänge aus den vorigen Abschnitten kennen, sollten wir
versuchen zu verstehen, warum diese Begrenzung existiert.
Jedes massehaltige Objekt hat seine Zeitimages die
allen vorhandenen Zeitschichten eigen sind. Wenn ein Objekt bewegt wird,
bewegen sich synchron auch alle seine Zeitimages. Dies führt mit zunehmender
Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit zu einer Verdichtung der Zeitimages in
Bewegungsrichtung; der auf dieser Weise entstandene Zeitdruck fuhrt, für das
sich bewegende Objekt, zu einer Änderung der Eigenzeit, diese verläuft
langsamer / träger. Ein objektgebundener Beobachter unterliegt dieser langsam
verlaufenden Zeit, aber er kann dies nicht feststellen; für ihn gibt es keine
Geschwindigkeitsbegrenzung. Für einen praktisch unbewegten Beobachter, stellt
sich das ganze jedoch anderst vor; er merkt dass das beschleunigte Objekt sich
immer langsamer der Lichtgeschwindigkeitsgrenze nähert.