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  2

1.1       Definition des Raums  2

1.2       Definition der Zeit 2

1.3       Absolute und relative Dimensionen  2

2      Struktureller Zusammenhang zwischen räumlichen Dimensionen und Zeit 4

2.1       Das Universum geordnet durch Naturgesetze und Dimensionen  4

2.2       Dimensionen als Funktionen der Zeit 4

3      Auswirkungen der Raum-Zeit-Verbindung auf die Erscheinungsform des Universums  6

3.1       Definition der Masse  6

3.2       Das Wesen der Gravitation  7

3.3       Erklärung für die „Expansion“ des Universums  9

3.4       Was sind schwarze Löcher ?  10

3.5       Erklärung der Lichtgeschwindigkeit 11


 

1         Definitionen von Raum und Zeit als menschliche Entitätsbegriffe

 

1.1      Definition des Raums

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.

1.2      Definition der Zeit

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.

1.3      Absolute und relative Dimensionen

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.

 

 


2         Struktureller Zusammenhang zwischen räumlichen Dimensionen und Zeit

 

2.1      Das Universum geordnet durch Naturgesetze und Dimensionen

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.

 

2.2      Dimensionen als Funktionen der Zeit

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3         Auswirkungen der Raum-Zeit-Verbindung auf die Erscheinungsform des Universums

 

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 ?

 

3.1      Definition der Masse

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2      Das Wesen der Gravitation

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?!

 

3.3      Erklärung für die „Expansion“ des Universums

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.

3.4      Was sind schwarze Löcher ?

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.

 

3.5      Erklärung der Lichtgeschwindigkeit

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.