Uwe Bussenius Raum, Zeit und Gravitation

Uwe Bussenius
Raum, Zeit und Gravitation
Der freie Fall
1. Kritik der Relativitätstheorie im Falle ihrer Anwendung auf den freien Fall
Als Beispiel soll ein Stern gewählt werden, dessen Masse so groß ist, daß sich ein
Neutronenstern gebildet hat, also ein festes Zentrum mit einer extremen Dichte. Dem Modell
nach bildet jede Masse ein endliches ihr zugehöriges Gravitationsfeld mit dem Radius Ra.
SRT
[1/s]
ART
SRT·ART
Lasse ich gedanklich eine Atomuhr der Masse vom Rande
des G-Feldes Masse auf dieses
zufallen, was wird passieren? Die potentielle Energie der Uhr setzt sich in kinetische Energie um.
Wir beobachten in unsrer Galaxie, daß die Gestirne sich in etwa tangential auf Kreisbahnen um
das Galaxienzentrum herum bewegen, also ermitteln wird die Kreisgeschwindigkeit
in Bezug auf den Abstand Stern-Ra aus der potentiellen Energie. Diese beträgt
Mit
als endlichen Größen ist auch
eine endliche Größe.
Unterstellen wir, die Energie der Masse setzt sich zusammen aus
, dann
beträgt die Ruhenergie der Uhr am Rande
des G-Feldes der Masse M nach Sicht der Physik
, die Hälfte sei
, die andere Hälfte
. Die Uhr kann nur mit ihrer eigenen
mit der Masse M wechselwirken, also kann sie maximal die Energie
in kinetische
Energie Ec umsetzen. Dies wäre der Fall, wenn sie am Neutronenstern ankommt.
Für kinetische Energie gilt
Da am Rand
die Uhr die Kreisgeschwindigkeit
aufweist, folgt
Geht man davon aus, daß der Neutronenstern einen Eigenradius von
aufweist, weil auch
ein solcher Stern aus
und
aufgebaut ist, dann wird die Geschwindigkeit nicht
erreicht, aber sie wird eine sog. relativistische Höhe annehmen, die setze ich mal mit
an.
Und nun wende ich diesen Wert auf die SRT an:
mit
·m0
Das bedeutet, die Uhr hätte jetzt eine 3-fach höhere Gesamtenergie als ihre Ruhenergie bei
Beginn des freien Falles. Dies ist eindeutig falsch, denn betrachtet man das System
als
geschlossenes System, dann kann der Neutronenstern nur die
auf die Umwandlung der
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potentiellen in kinetische Energie der frei fallenden Uhr liefern, damit beträgt die maximale
Umwandlung potentieller in kinetische Energie des Systems
.
Und noch eine weitere Unstimmigkeit der Relativitätstheorie, soweit sie auf den freien Fall
angewendet wird:
Sekundendefinition:
Als Referenzschwingung wurde die Resonanzfrequenz eines Caesium-Atoms (Cs 133) zwischen
den beiden hyperfeinen Leveln festgelegt. Aus dieser hochkonstanten Resonanzquelle mit einer
Resonanzfrequenz von 9.192.631.770 GHz wird die Sekunde abgeleitet.
Meterdefinition:
Heute ist das Meter definiert als die Strecke, die Licht im Vakuum in 299 792 458·s-1 zurücklegt.
Nach der SRT ändert sich die Frequenz eines Oszillators:
Nehme ich jetzt wieder die relativistische Geschwindigkeit von
an, also für den Fall, daß
die Uhr sich in unmittelbarer Nähe eines Neutronensterns auf einer Umlaufbahn befände, dann
bedeutete dies, daß die Ausgangsfrequenz der Uhr im Ruhzustand am Radius Ra des G-Feldes
auf den Wert
zurückgegangen wäre. Da nun das Meter an
eine feste Resonanzfrequenz gebunden ist und letztere bei zunehmender Geschwindigkeit
abnimmt, gleichzeitig aber
postuliert wird, wird bei Erhöhung der
Kreisgeschwindigkeit
das Meter immer länger, das hieße, daß bei zunehmender
Geschwindigkeit die Uhr in Meter gemessen immer kleinere Distanzen zurücklegte. Das ist ein
Widerspruch in sich, daß bei Erhöhung der Geschwindigkeit die in einer Sekunde zurückgelegte
physische Streck abnimmt. In radialer Richtung auf den Neutronenstern zu betrachtet würde der
Raum immer größer, je dichter sich die Uhr dem Stern annäherte.
Ein Außenbeobachter, der das System
aus der Ferne betrachtet, wird feststellen, daß
sich die Geometrie des Raumes nicht ändert unabhängig von der Lage der Uhr. Also muß das
Postulat
falsch sein, die Lichtgeschwindigkeit kann keine Konstante sein.
Die einzig gangbare Lösung, diese Widersprüche aufzulösen, besteht meiner Überzeugung nach
in der konsequenten Anwendung des Energieerhaltungssatzes, der Beachtung des Prinzips
sowie der Einführung einer empirisch ja schon nachgewiesenen veränderlichen
Lichtgeschwindigkeit
unter Beibehaltung der euklidischen Raumgeometrie, so daß ein Meter
unabhängig vom Meßort ein Meter bleibt. Dies erfordert, das Vakuum als ein der jeweiligen
Masse äquivalentes Gravitationsfeld zu betrachten, wobei die Felddichte vom Außenrand
zum Zentrum hin zunimmt. Bezogen auf den senkrechen freien Fall gälte dann, bezogen auf den
Schwarzschildradius :
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Vernachlässigt man
wegen
Radius einen Zeitgangverlust von
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, dann würde die Uhr bei Erreichen dieses
aufweisen. Dies stimmt von der Tendenz
her mit der Beobachtung überein, nach der eine unter erhöhter Gravitation stehende Uhr ihren
Zeitgang verlangsamt. Beträgt
, dann stimmt auch der Energieerhaltungssatz
wieder, weil in
die Uhr die Frequenz
und die Energie
aufweist und im Radius
die Hälfte der Uhrenenergie
, die in
als potentielle Energie vorlag, in kinetische
Energie umgewandelt wurde und die Energie
proportional zur Frequenz ist, wenn
man das Licht als Analogon heranzieht.
Für die SRT gilt
, rechnet man mit einer relativistischen Geschwindigkeit
nahe dem Schwarzschildradius , dann ergäbe sich hier ein Wert von
. Das bedeutet, eine Atomuhr verlangsamt ihren Zeitgang sowohl aufgrund sich
verstärkender Gravitation als auch aufgrund sich erhöhender Umlaufgeschwindigkeit.
All diese Berechnungen beruhen auf der Annahme von
. Nun gibt es aber
Versuche der Physik, die belegen, daß sich die Lichtlaufzeit zwischen A und B bei gleicher
Entfernung verändert, wenn sich die Gravitation zwischen A und B ändert, der beste Beweis ist
hier der Radarechoversuch Shapiros aus dem Jahre 1970, der nun schon mehrfach experimentell
bestätigt wurde.
Ein zweiter Hinweis auf eine Veränderung der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist das Ergebnis
der vorangegangenen Berechnung, die zeigt, daß das Meter sich vergrößert, wenn eine Atomuhr
ihren Zeitgang verlangsamt. Das kann nur Unsinn sein, denn wenn man das System
als
geschlossenes System betrachtet, dann ändert sich dies nicht bei Lageveränderung der Uhr,
sofern man Energieerhaltung zugrunde legt. Wenn für den Außenbeobachter des Systems A-B
sich unabhängig von der Lage der Uhr vom Volumen her gesehen nichts ändert, dann kann die
Laufzeitverzögerung nur auf einer Veränderung der Lichtgeschwindigkeit im G-Feld beruhen,
denn sonst müßte das System A-B seine Ausdehnung verändern, je näher die Uhr der Masse
kommt.
Ein dritter Hinweis auf die Veränderung der Lichtgeschwindigkeit ist ein Bose-EinsteinKondensat, in dem sich bei Durchleitung von Licht dessen Laufzeit ganz deutlich verlängert. Was
passiert bei der Herstellung eines BEK? Hier wird ein Gas bis nahe an den absoluten Nullpunkt
0K (-273°C) abgekühlt, nach dem Gasgesetz für ideale Gase hätte das Gas dann “kein“ Volumen
mehr. Die Gasmoleküle werden folglich ein sehr enggedrängtes Volumen füllen, wobei sie aber
ihr gemeinsames Gravitationsfeld, das ja nahezu ausschließlich von der Kernmasse bestimmt
wird, beibehalten. Wird nun Licht dicht an diesem kalten Kern vorbeigeleitet, dann passiert dort
das, was in geringem Maße beim Radarechoversuch gemessen wird, nämlich eine von der
Gravitationsfelddichte abhängige Lichtgeschwindigkeit, je energiedichter das Gravitationsfeld,
desto langsamer die LG.
Nun gibt es noch ein weiteres Experiment, mit dem man das Phänomen der Abnahme der
Lichtgeschwindigkeit in einem G-Feld bei Annäherung an das Feldzentrum indirekt bestätigt.
Leitet man Licht im G-Feld der Erde von oben nach unten, mißt man eine Verkürzung der
Wellenlänge, eine Blauverschiebung. Was passiert einer Wasserwelle, die gestaucht wird? Sie
verkürzt sich und verliert dabei Energie, welche sie auf das stauende Medium überträgt. Licht ist
Impulsträger, wird es gest ucht verringert sich λ und ein Teil des I pulses übertr gt sich uf
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das G-Feld, in dem diese Stauchung erfolgt. Verläßt das Licht das G-Feld wieder, wird es wieder
beschleunigt, aber es hat einen Teil seiner Energie an das durchquerte G-Feld übertragen, weil
aufgrund der Feldkrümmung
des (sphärischen) G-Feldes die Lichtbahn gebeugt wird und
damit eine Impulsablenkung stattfindet. Letzteres ist in aller Klarheit beobachtbar bei sog.
Gravitationslinsen, also sehr massereichen Gestirnen.
Es gibt also mehrere deutliche Indizien dafür, daß das Postulat
und damit auch die
im Falle ihrer Anwendung auf den freien Fall.
falsch ist
1) Gilt Energieerhaltung, dann kann die Uhr ihre Gesamtenergie
mittels des freien
Falles nicht erhöhen, sie kann nur ihre potentielle in kinetische Energie umwandeln.
2) Die Vergrößerung des Meters aufgrund des Rückgangs der Oszillationsfrequenz eines
Atoms, welches als Sekundenmaßstab verwendet wird, verändert nicht den physischen
Raum. Ein geschlossenes System ändert seinen Energieinhalt nicht und damit auch nicht
sein Volumen, wenn sich die Energieverteilung innerhalb des Systems verändert.
3) Wird in einem offenen System ein Gravitationsfeld von einer Atomuhr durchquert, dann
findet auch hier eine Zeitdilatation statt, wobei aber die Uhr wegen der Wechselwirkung
mit dem Feldzentrum (Materie) des jeweiligen G-Feldes Energie abgibt, was bei großen
Massen (Erde-Mond) in Form von Gezeitenverlusten nachweisbar ist. Ist das Universum
als offen anzusehen, dann hat es keine Außenbegrenzung, damit verliert jede
Energieform, die das Vakuum durchquert, aufgrund von Wechselwirkungen kinetische
Energie, womit auch das Postulat verlustloser Ausbreitung elektromagnetischer Wellen
im Vakuum als falsch anzusehen ist.
4) Bezieht man diese Erkenntnis auf Licht, dann ist die Reichweite einer Lichtquelle
begrenzt, da das Licht mit zunehmender Reisedauer Energie verliert und damit
rotverschoben wird. Wir haben als Beobachter unserer Außenwelt folglich nur eine
begrenzte optische Eindringtiefe in das uns umgebende Universum, die Annahme eines
endlichen expandierenden Universums ist damit hinfällig.
5) Ohne Expansion kein Urknall, der Leser mag daraus seine eigenen Schlüsse ziehen.
2. Mechanistische Betrachtung eines Neutronensterns.
Materie bildet sich nach bisheriger Erkenntnis aus Wasserstoff, der über seine gravitierende
Wirkung Sonnen bildet, in denen dann mittels eines Fusionsvorganges die leichteren Elemente
entstehen, bis Sonnen aufgrund ihrer G-Felder durch weiteren Materiezufluß so groß werden
können, daß sie als sog. Supernovae explodieren und sich durch die dabei entstehen Drücke
Elemente bis hin zu den schwersten bekannten Elementen formen.
In der Sternenentwicklung durchläuft eine Sonne den Weg über einen Neutronenstern, also
einen Körper, dessen Dichte¹⁾ so hoch ist, daß sich die
nur noch als Drehimpuls
darstellen kann. Solch ein Körper weist damit eine Drehachse auf mit der Folge, daß sich sein
Gravitationsfeld ebenfalls um diese Achse dreht.
Geht man von der Gesamtenergie
² aus, dann betragen
und
jeweils
. Wenn jetzt ein Neutronenstern rotiert, dann kann die Rotationsgeschwindigkeit an
seinem Feldaußenrand
im Äquatorbereich maximal erreichen, sie fällt dann zu den Polen
hin ab.
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Ein Teilchenfeld , welches vom Äquatorrand
des G-Feldes dieses Sternes frei fallend auf
den Stern zufällt, wird damit als Folge des drehenden G-Feldes in eine spiralförmige Fallinie
gezwungen, es fällt damit schräg mit seiner maximalen Geschwindigkeit in das Feldzentrum der
Masse , also hier in den Neutronenstern. Die tangentiale Beschleunigung des Teilchenfeldes
durch das drehende Feld der Masse
bildet aufgrund des Verdrängungseffektes virtuelle
Energie
, welche der kinetischen Energie
des Teilchenfeldes entspricht,
letzteres gewinnt scheinbar an Energie.
Betrachtet man den Extremfall, wenn die gesamte potentielle Energie (
) in
kinetische Energie umgewandelt ist, kann man aus der bereits entwickelten Umlaufgleichung
folgende Aussage treffen:
Der Drall des Teilchenfeldes
ermittelt sich aus der Gleichung
Die Energie ergibt sich aus
Die Energiedichte des Feldes
it
nimmt von außen nach innen im Verhältnis
und
und
zu
f lgt
Damit beträgt die Energie des frei fallen Teilchenfeldes
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Ein Neutronenstern dreht sich demnach nur sehr langsam, da seine Feldumlaufgeschwindigkeit
am Außenrand Ra maximal betragen kann. Aber Teilchen, die von außen nach innen fallen,
werden wegen der hyperbolisch ansteigenden Felddichte EDR ständig auch radial beschleunigt,
so daß sie spiralförmig fallen und im Nahbereich des Neutronensterns um diesen einen Wirbel
bilden. H t dieser Wirbel “Löcher“ und falls der Neutronenstern noch leuchtet, dann dringt Licht
durch den Wirbel nach außen, man spricht dann von einem Pulsar.
Statt mit dem Drall zu rechen kann man hier auch die Methode meiner abgewandelten
Relativitätsbeziehung für frei fallende Körper anwenden:
Die sich bildende virtuelle Masse entspricht immer der eigenen kinetischen Energie, so daß man
im Extremfall, wenn die gesamte potentielle in kinetische Energie umgewandelt wurde, aus der
bereits entwickelten Umlaufgleichung folgende Aussage treffen kann.
und
Wobei die Physik bis heute
annimmt. Setze ich jetzt für den Fall, daß das Teilchen
die Geschwindigkeit von maximal am Radius
annimmt, dann folgt
Nun kann man den Quotienten
wegen
vernachlässigen
Diese Gleichung allein nützt mir nichts, ich muß sie zur Energiegleichung umformen.
Vergleiche ich jetzt die kinetischen Energien, dann ergibt sich bei
folgende Beziehung
Derart berechne ich die gesamte kinetische Energie
, mit der
mechanistischen Methode nur die
der Feldes . Im Gegensatz zur Relativitätstheorie
bleibt hier der Energieerhaltungssatz und das Prinzip
erhalten, ein frei fallendes
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Teilchen kann in einem geschlossenen System nur seine eigene
im
Zusammenwirken mit der reactio des Feldes, in dem es fällt, in Bewegungsenergie umsetzen.
Frage in Bezug auf den Schwarzschildradius:
Der Radius
ist proportional zur feldbildenden Masse M, wobei jedoch ein Feldinhalt mit dem
Radius
anwächst. Hier paßt die Proportionalität nicht zum Energieinhalt eines
Massezentrums , so daß der
nur eine mathematische Größe ohne physische Bedeutung
darzustellen scheint.
.
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Berechne ich das Volumen SR
π der Sonne, multipliziere es mit der Anzahl der Sonnen der
Milchstraße und vergleiche dieses Volumen mit dem Volumen SR*
π , das sich ergäbe, wenn
sich alle Sonnen der Galaxie zu einem schwarzen Loch zusammenschlössen, dann unterscheiden
sich diese beiden V lu in u einen F kt r
⁰. Wenn eine Masse ein endliches G-Feld
aufweist, dessen Volumen seiner Masse proportional ist, dann gilt die Beziehung
Damit kann die Wirkung nicht proportional SR sein, denn sonst müßte gelten
Eine technische Bedeutung des Schwarzschildradius SR ist mir nicht bekannt, er dient
anscheinend nur zur mathematischen Ermittlung der Umwandlung potentieller in kinetische
Energie.
Akkretionsscheibe
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Im Nahbereich eines Neutronensterns ist die Beschleunigung frei fallender Teilchen in
tangentialer Richtung schon so stark angestiegen, daß bei sog. relativistischen
Geschwindigkeiten
die virtuelle Masse das Teilchen auch in Richtung Zentrum
zusätzlich beschleunigt, das Teilchen stürzt in einer starken Abwärtsbewegung auf den
Neutronenstern und wird in diesen integriert. Da es im Stern, der ja nur sehr gering rotiert,
abgebremst wird, verliert das Teilchen seine virtuelle Energie
, welche als
energetischer Überschuß über die Pole des Sterns, an denen die Gravitation am geringsten ist,
wieder in Form von Jets ausgestoßen wird.
Ein Neutronenstern, nimmt er aus der Akkretionsscheibe Energie auf, gibt davon einen Teil
wieder über die Jets ab, so daß ein Beobachter bei dem einem eutr nenstern Jets wahrnimmt,
bei einem anderen nicht, weil die Energiezufuhr ja nicht kontinuierlich, sondern wohl eher
sporadisch erfolgt. Aber da alle im gravitierenden Bereich eines Neutronensterns befindlichen
Teilchen in spiralförmigen Fallkuven auf das Zentrum zustürzen, nimmt ein solcher Stern
ständig an Energie zu, bis er irgendwann selbst aus dem Gleichgewicht gerät und sich selbst
zerstört. Wie groß ein Neutronenstern werden kann vermag ich nicht abzuschätzen, aber die
Energiedichte¹⁾ in einem solchen Gebilde hatte ich schon vor Jahren in etwa abgeschätzt:
wobei die beiden Werte darauf beruhen, daß ein Feldkern oszilliert. Der im gegenwärtigen
Modell ermittelte Wert von
den höchsten Wert
stellt einen Mittelwert dar. Nehme ich
, dann liege ich bei etwa
, eine Dichte nicht
allzuweit entfernt vom Wert der Physik, die hier eine Massendichte von
annimmt. Also auch hier scheint mein Modell ganz gut zu Schätzwerten der Physik zu passen.
Uwe Bussenius, Saarbrücken, den 20.11.2013
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