Spekulationen statt Spekulatius

  1. Einsteins Ideen zur Gravitation fußen auf den Gedankenspielen von Poincaré und Lorentz, einem gesuchten Äther mit Stichworten wie Zeitdilatation und Längenkontraktion die notwendigen Eigenschaften abringen zu können, welche notwendig waren, um z. B. einen Ätherwind nicht nachweisen zu müssen. Einstein sah, dass die Prinzipien richtig waren, das Konzept Äther aber störend und in gewisser Weise auch unnötig sei, wenn man die gesuchten Eigenschaften dem Raum selbst zuerkennt. Der Raum müsse nur zusätzlich eine weitere Eigenschaft tragen, nämlich im Sinne der metrischen Tensor-Mathematik eine weitere Eigenschaft wie eine Intensität oder Dichte.

    • Traditionell wird das Verformen in der vierten Dimension als Auswirkung von anwesenden Massen interpretiert. Masse wird mit der Energie-Formel E = m * c² gedacht als eine Art Aggregatzustand von Energie. Energie wird hier ähnlich wie bei Ostwald als Substanz gedacht. Hier setzen Einstein, Gustav Mie und Hermann Weyl an, Masse aus der elektromagnetischen Energie entstehen zu lassen. Damit wären auch gleich beide wesentlichen Felder, das elektromagnetische Feld und das Gravitationsfeld, in einen unmittelbaren Zusammenhang gebracht.
      • Ostwald wollte philosophisch auch die res cogitans nach Descartes als Energieform mit einbeziehen, auch Schrödinger verfällt diesem Gedanken in Geist und Materie, weil er nach Wegen sucht, wie Gedanken in Taten umgesetzt werden können. Ähnlich auch Popper in Das Ich und sein Gehirn. Diesen Weg geht der Autor trotz Anhängerschaft des Kritischen Rationalismus‘ nicht mit. Mario Bunge (ein bedeutender Wissenschaftstheoretiker wie Popper) zeigte im Übrigen auf, dass Energie mitnichten philosophisch als Substanz infrage kommt.
      • Eine Schwierigkeit in jenem Denken von Energie als Substanz ist das Missverständnis, Planck habe gefordert, Energie habe eine kleinste Einheit. Damit wird ein Konzept von Diskontinuität ins Spiel gebracht, welches nun auf das Konzept Masse übertragen werden muss, es ähnelt dann einem Arbeiten mit Lego-Bausteinen, obwohl Energie prinzipiell kontinuierlich sein sollte. Tatsächlich geht es bei Planck aber um weniger: Der Austausch von Energie mittels elektromagnetischer Wellen findet nur portionsweise statt. Hier fand Schrödinger über das Konzept der Materiewellen einen Ausweg: Das Entstehen der untersuchten elektromagnetischen Wellen hat seinen Ursprung in einer besonderen Wellennatur von Elektronen, wie eine eingespannte Saite einer Geige nur ganzzahlige Schwingungen um den Atomkern herum einnehmen zu können. Der Austausch von Energie über Licht muss immer diese Hürde nehmen, damit erklärt sich, warum es ein sprunghaftes Spektrum von elektromagnetischen Frequenzen gibt. Das konnten Planck und die Physiker, die auf ihm aufbauten, nicht vor 1926 ahnen, mit 1926 änderte sich alles. Planck freute sich wie ein Kind, die Aufsätze von Schrödinger zu lesen. Schrödinger wurde Nachfolger seines Lehrstuhls in Berlin.
  2. Schrödinger nimmt später Einsteins allgemeine Relativitätstheorie zum Ausgangspunkt, er denkt sich die Materiewellen als Störung des Gravitationspotentials. Er greift Ansätze auf, welche schon Eddington, Einstein und Weyl vor 1926 ein paar Jahre lang verfolgten, das Gravitationsfeld in den Mittelpunkt zu rücken. Das elektromagnetische Feld würde durch mathematische Abhängigkeiten in Form eines „affinen“ Verhältnisses von zwei Tensoren entstehen. Schrödinger hatte zusätzlich noch den Trumpf der stehenden Wellen in der Hand, ein Konzept, welches erst 1923 mit De Broglie geboren wurde.
    • Schrödinger suchte nach ähnlichen Verhältnissen wie Maxwell sie entdeckte, um Magnetismus und Elektrizität durch ein orthogonales Verhältnis zusammenwachsen zu lassen. So solle auch hier ein orthogonaler Tensor zu identifizieren sein.
    • Genau betrachtet gibt es wohl viele mögliche Lösungen, aber nur wenige Lösungen erfüllen physikalisch bedeutsame Zusammenhänge wie Invarianzen. Man findet erste Erwähnungen 1943, die Idee feiert also gerade seinen 75. Geburtstag. Schrödinger hinterlässt ein Buch mit dem Titel Space-Time Structure (1950), es handelt sich um Vorlesungsmanuskripte. Er stand eine Zeit lang mit Einstein im Briefkontakt, aber jener gab ein Interview, in welchem Ideen Schrödingers negativ erwähnt wurden, daraufhin geriet man in einen Streit, man schreib sich nicht mehr und Schrödinger verlor die Lust an weiteren Forschungen in diese Richtung.
    • Mit Tensoren rechnet man auch, wenn es um Dichte-Unterschiede in Materialien geht, welche eine Spannung im Material verursachen. Mit dem Blick auf die Ideen von Anaximenes ist dies ein denkbarer, aus der Sicht des Autors durchaus rationaler Ansatzpunkt, aus einem Einen das Werden von Vielem ableiten zu können, weil die Grundsubstanz (ein unspezifisches Kontinuum, das Apeiron) ohne logische Widersprüche unverändert bleiben darf.
    • Masse: Das Konzept der Vierdimensionalität mit Dichte-Eigenschaften sei versuchsweise Grundlage für das Denken von Massen. Ein dichter Zustand (oder ein lokales Feld-Extrema) repräsentiere eine Korpuskel.
    • Atome: Der weniger dichte Raum um einen dichten Kern herum könnte auch als ausgleichender Raum gedacht werden. Der Bereich der Elektronenhülle kann also die Verdichtung neutralisieren. Eine „Überdehnung“ ist ebenso denkbar, geschaufeltes Loch und Hügel gleichen sich aus.
    • Wenn viele solcher ausgeglichenen Atome sich nah aneinander befinden, kann das Konzept der Ausgeglichenheit durchbrochen sein, die ausgleichenden Atomhüllen (Elektronenschale) vereinigen sich, das System ist weniger neutral. Zulasten der Umgebung außerhalb des Systems: Ein Planet, ein Mond und eine Sonne verformen das Gravitationsfeld, weil die Atomkerne im Verbund mit vielen anderen Atomen nicht vollständig ausgeglichen sind.
  3. Ein teilchenloses Modell ist befreit von Aussagen zu Aufenthaltswahrscheinlichkeiten oder auch von Unbestimmtheits- bzw. Unschärferelationen. Der Weg ist offen, ohne Diskontinuitäten oder Teilchen ohne Existenz vor der Messung in der Physik arbeiten zu dürfen. Ein entscheidender Befreiungsschlag.
    • Der Wechsel des „metaphysischen Paradigmas“ als Axiom wirkt wie eine harte Falsifikation für alle Theorien, welche sich nicht von der „Teilchen-Metaphysik“ lossagen. Namentlich erwähnt die QED und die QFT. Auch Strings und Membranen sind nur entstellte Teilchen.
    • Die vierte Dimension ist nach Einstein gleichgesetzt mit der Zeit. In einem dichteren Zustand des Raums sei die Zeit gedehnt. Der Autor schlägt vor, sich das Verhältnis einfacher zu denken: Die nicht wahrnehmbare Dichte-Dimension wird für uns messbar durch seine Auswirkungen auf das Licht. Das Licht benötige zum Durchqueren einer dichteren Raumregion mehr Zeit (aber hat immer Lichtgeschwindigkeit, die Dichte ist sozusagen ein zusätzliches Tal, welches durchquert werden muss). Neben dem Licht sind auch die vierdimensionalen Schwingungen von außen betrachtet verlangsamt, z. B. werden Halbwertszeiten von Atomen gedehnt.
  4. Neben der Geschlossenheit einer stehenden Welle (vierdimensional stehend schwingend, also auch in die Dichte-Dimension hinein) sei der Gedanke der Stabilität der Schwingung von weiterem Interesse, insbesondere bei Überlagerungen von mehreren stehenden Wellen. Diese Stabilität habe Ähnlichkeiten zu den Attraktoren in der Chaostheorie. Es gibt Zustände, welche sehr instabil sein können, die kleinste Störung führt zu vollkommen unberechenbaren Ergebnissen (Indeterminismus), aber es gibt auch sehr stabile Zustände, bei welchen auch größere Störungen weiterhin gleiche Ergebnisse liefern.
    • Das Standardmodell der Physik zeige die verschiedenen Arten auf, einen stabilen Zustand darzustellen. Wobei bei den Quarks das Interferenz-Konzept von Wellen schon angelegt ist und bei Gell-Mann auch am Anfang seiner Überlegungen stand.
    • Stabile Schwingungen können recht unerwartet sein. Ein gutes Beispiel können die Neutrinooszillationen sein. In aktueller Sprechweise eine seltsame Umwandlung von Neutrino-Unterarten, hier lediglich eine besondere Art von stabiler Schwingung.
    • Ein instabiler Zustand sei sichtbar bei der Kernspaltung. Hier sei die Schwingung des Atomkerns in einem gewissen Grad instabil. Typisch für das Zerbrechen eines solchen schwingenden Haufens: Er teilt sich fast in gleich große Teile.
    • Da die Elektronenhülle im Bild der Materiewelle das Raumgebiet um einen Kern darstelle, verfügt der zerfallene Kern automatisch über die passende Elektronen-Hülle, klassisch gesprochen: die passende Anzahl von Elektronen.

    • Radioaktiver Zerfall: Das Maß an Instabilität bestimmt die Halbwertszeit. Abtrennen einer „störenden“ Menge als Helium, als Elektron oder Positron.
    • In gewisser Weise passt zu diesem Spiel von Stabilität auch der Begriff der Selbstorganisation.
  5. Wechselwirkung von Licht mit Materie: Der Wechsel einer stehenden Welle (z. B. Elektronenhülle um den Atomkern) von einer Frequenz in eine höhere oder niedrigere hat einen Stoß im umgebenden Feld zur Folge (beim Rechnen mit affinen Abhängigkeiten sicherlich wesentlich komplexer zu denken). Umgekehrt kann das Treffen einer solchen Stoßwelle auf eine stehende Welle von der Art, wie die, die eine solche Stoßwelle erzeugen kann, bewirken, dass die stehende, vierdimensionale Welle um einen Atomkern die Frequenz erhöht. Der erhöhte Schwingungszustand ist instabiler als der Schwingungszustand zuvor, das System springt (Quantensprung) wieder in den ursprünglichen Zustand zurück und emittiert wieder eine Stoßwelle.
  6. Elektronen: De Broglie und Lorentz dachten sich (wie der frühe Schrödinger) die Elektronen als Wellenpakete auf schwingenden Bahnen um den Kern herum kreisend (analog dem Bohr’schen Atommodell). Lorentz argumentierte jedoch, Wellenpakete tendierten dazu, sich mit der Zeit aufzulösen. De Broglie sah dies als unwiderlegbares Gegenargument und rückte von dem Konzept Materiewelle ab, um sich dem Weg Bohrs und Heisenbergs zuzuwenden. Schrödinger hingegen wendete ein, man müsse nach Schwingungen suchen, welche dauerhaft ihre Form beibehalten.
    • Der Autor mag beim Licht an Solitonwellen denken, welche dauerhaft ihre Form behalten und mit Einsteins Forderung konform gehen, die Energie von Licht müsse wie eine Korpuskel unterwegs sein. Elektronen um den Kern sollen nicht wie freie Elektronen betrachtet werden, sondern den Gesamtzustand einer Elektronenhülle darstellen.
    • Stromfluss bzw. Elektronenfluss sei nur eine Art Ausgleichs-Strömung in einem Potentialgefälle, eine Vereinheitlichungstendenz solcher Felder „einen ausgeglichenen Zustand einzunehmen“. Keine Bewegung von Elektronen-Teilchen.
  7. Doppelspaltexperiment
    • Zunächst sei erwähnt, dass mit von Laues Experiment zu Interferenzen mit „echten Teilchen“ (Elektronen, nicht mehr nur Licht) hätte allen klar sein müssen, dass das Konzept Teilchen und Korpuskel nicht der richtige Weg sind. Der späte Einstein äußert dies auch in einem Brief an Schrödinger: Es gehe wohl kein Weg daran vorbei, sich gedanklich von Teilchen vollständig lösen zu müssen, nur ein Kontinuum von Feldern bliebe als realistisches Material zur physikalischen Diskussion wirklich übrig.
    • Im Doppelspaltexperiment liegt der Witz darin, dass einzelne „Teilchen“ das Gitter durchqueren und sich Interferenzmuster so ergeben, als würde das „Teilchen“ nur sich selbst als Interferenzpartner haben. Ein teilchenloses Modell ist hier weniger verwunderlich: Eine fortpflanzende Verdichtung hat eine räumliche Ausdehnung, welche z. B. der Größe des Abstandes der Gitterspalten entspricht. Zudem schwingt diese Verdichtung. Der Autor vermutet, dass die notwendige Ablenkung bereits unmittelbar am Doppelspalt vollzogen wird und die Korpuskel (schwingende Verdichtung) dann wieder den üblichen geraden Weg nimmt (vor allem nicht im Sinne Bohrs als Kollaps am Detektor-Schirm).
  8. Teilchenbeschleuniger: Das Beschleunigen des „Protons“ entspricht einer weiteren Verdichtung, wir sagen, die Masse nimmt zu. Das Zusammenprallen entspricht dem Treffen zweier „Tropfen“ (oder modern gesprochen: zweier Paintball-Geschosse), wir sehen ein Zerspritzen, wobei die Spritzer „selbstorganisierend“ dazu tendieren, stabile Schwingungen einzunehmen, welche im Wesentlichen „Teilchen“ des Standardmodells entsprechen.
  9. Spin: In einem Forum für Fragen der Physik wurde der Autor auf eine Spekulation aufmerksam, der Spin könne anschaulich eine Verwirbelung darstellen.
  10. Casimir-Effekt: Ursache sind keine Quantenfluktuationen (welche in der Theorie auf die faktisch falsifizierte Unbestimmtheitsrelation aufbauen), sondern die nahen Elektronenhüllen, welche dazu tendieren, einen gemeinsamen Zustand einzunehmen.
    • Klassisch gesprochen nehmen sie einen energetisch besseren Zustand ein. Im Sinne von stabilen Schwingungen „stören sich“ die nahen Elektronenhüllen, das Schwingungssystem passt sich („selbstorganisierend“) an und dabei ziehen sich die Platten räumlich an.
  11. Wenn hier schon der Gedanke im Mittelpunkt steht, Masse sei eine Art Verdichtung im vierdimensionalen Gravitationsfeld, dann stellt sich die Frage, was zu dieser Verdichtung führt.
    • Die Umkehrung dieser Fragestellung löst das Rätsel: Am Anfang stehe der verdichtete Zustand, der unverdichtete Zustand sei der spätere Zustand. Wie bei Anaximenes entspannt sich quasi die Luft, also hier der Raum. Das geschähe fortwährend. Jedes einzelne Atom löst seine Verdichtung auf (extrem langsam, vergleiche Zeitdilatation bei großer Raumkrümmung). Der Effekt: Aus einer bestimmten Perspektive entsteht neuer Raum (metaphysisch betrachtet ist es noch immer ein einziger Raum, nur in unterschiedlichen Dichte-Graden).
    • Raum-Ausdehnung ist in diesem Gedankenspiel also kein Geheimnis, sondern im Grundkonzept mit einbezogen. Analog zu dem Satz „Es werde Licht“ kann man zu den entstehenden unverdichteten Raumgebieten sagen: „Es werde Nichts“.