Exposé herunterladen - Ein Exposé von DH Lenz
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Ist der Sternenhimmel ein Rückwärts-Lichtkegel der Galaxis Milchstrasse im Raum-Zeit-Universum? ( Exposé von D.H. Lenz ) Inhalt – Gliederung: Seite 1, Ausgangsposition und Grundlagen der astronomischen Beobachtungen 1.1 Erde und Sonnensystem als Teil der Galaxis Milchstrasse 1.2 Maßeinheit Lichtjahr (Ly) für Zeiten und Entfernungen 1.3 was sagen uns die eintreffenden Lichtstrahlen? 2. Zusammenstellung der Messwerte von selbst-strahlenden Objekten im RZU 2.1 Messwerte von Objekten innerhalb der Galaxis Milchstrasse 2,2 Messwerte von Objekten (Galaxien) ausserhalb der Galaxis Milchstrasse 3. Auswertung der astronomischen und kosmologischen Messwerte zur Entwicklung eines neuen Modells des Raum-Zeit-Universums (RZU) 3.1 Wissenschaftliche Meilensteine und physikalische Basis des RZU-Modell 3.2 Die HUBBLE-Konstante H als Grundlage für die Berechnung der räumlichen und zeitlichen Entwicklung des RZU in Modell 1 und 2 3.3 Grafische Darstellung des Raum-Zeit-Universum (RZU) für Modelle 1 und 2 im zwei-dimensionalen Kugelschnitt-Großkreis 3.4 Zeitliche und räumliche Abfolge der Entwicklungszonen im RZU ab Ur-Knall im zwei-dimensionalen Kugelschnitt-Großkreis 3.5 Auswertung der grafischen Darstellung des RZU 4, Zusammenstellung des Rückwärts-Lichtkegels für die Galaxis Milchstrasse 4.1 Konstruktion eines Rückwärts-Lichtkegels für Objekte von 1 Mia Ly bis 13 Mia Ly Entfernung ab Erde 4.2 Vergrößerung des Rückwärts-Lichtkegels für Objekte von 2 Millionen Ly bis 1 Milliarde Ly Entfernung ab Erde 4.3 der Rückwärts-Lichtkegel innerhalb der Galaxis Milchstrasse 4.4 Sinn und Aussagekraft des Rückwärts-Lichtkegels ab Galaxis Milchstrasse 1 1 2 2 3 3 5 6 6 9 12 13 14 15 16 18 19 20 5. Kosmologische Interpretation und Zusammenfassung 22 6. Literatur-Verzeichnis 23 --- 1 --- Ist der Sternenhimmel ein Rückwärts-Lichtkegel der Galaxis Milchstrasse im Raum-Zeit-Universum? ( Exposé von D. H. Lenz ) 1. Ausgangsposition und Grundlagen der astronomischen Beobachtung 1.1 Erde und Sonnensystem als Teil der Galaxis Milchstrasse Beobachtung und Vermessung der selbststrahlenden Objekte am Himmelszelt (Licht-, Röntgen- oder Radio-Strahler) erfolgen ab Erde, in bekannter Weise durch terrestrische Observatorien, Satelliten-gestützte Groß-Teleskope (z.B.Hubble-) oder Spezial-Missionen und Raumsonden im Orbiter (WASP, Kepler, Cobe- ). Die Erde umkreist den kleinsten FIX-Stern SONNE im mittleren Abstand von ca. 150 Millionen Km im Laufe eines ERD-Jahres ( aE = ca. 31,5 Millionen sec ) auf der Ekliptik mit einer Achsenverschiebung von ca 23.5 ° zum Himmelsäquator. So entstehen im Jahresverlauf die Jahreszeiten mit den wechselnden STERNBILDERKonstellationen unseres Sternenhimmels, die im Himmels-Koordinatensystem positioniert sind. Bild 1: aktuelle Himmels-Ansicht im April 2009: Fix-Sterne und Sternbilder 4 Trabanten des Sonnensystems und Milliarden Lichtpunkte von selbst-strahlenden Objekten in sehr weiter Entfernung Die SONNE selbst ist eine große, glühende Gaskugel mit innerer Kernfusion; ihre Masse ist ca. 300000 mal schwerer als die der Erdkugel, und sie ist Mittelpunkt des SONNENSYSTEMS, dessen räumliche Ausdehnung mit ca. 2 Lichtjahren (Ly) angenommen wird. Bild 2 (Lit.4/S.79) Das SONNENSYSTEM (S) ist eingebettet in einem Seitenarm der Spiral Galaxis Milchstrasse und folgt einer Eigenumdrehung S der Galaxis in ca. 234 Millionen Erdjahren. „In dieser Position verwehrt der Sternenstaub im Spiralarm den Blick in der Ebene der Galaxis, erlaubt aber einen Blick zu beiden Seiten der Ebene“. Die Ausmaße der Galaxis MW werden mit ca. 100000 x 30000 Ly2 angenommen. -- 2 -1.2 Maßeinheit Lichtjahr ( Ly) für Zeiten und Entfernungen Die astronomische Maßeinheit für Entfernungen ist das Lichtjahr (Ly). Dies entspricht einer Wegstrecke (Km), die das Licht (die Lichtphotonen) mit der universalen Lichtgeschwindigkeit c = 300000 Km/sec in der Zeit eines Erdjahres (d.h. in 31,5 Millionen Sekunden) zurücklegt. Daraus folgt: 1 Ly entspricht einer Wegstrecke von ca. 10 Billionen Km = 1013 Km 1 Ly entspricht einer Lichtlaufzeit von 1 Erdjahr Das bedeutet: a. allein die Wegstrecke 1 Ly ist so groß, dass eine heutige, moderne Raumsonde bei einer Geschwindigkeit von 64000 Km/h die Strahlungsquelle erst nach ca. 17000 Jahren Flugzeit erreichen würde!! Ein realer Besuch mit fotografischen Oberflächen-Aufnahmen von Objekten außerhalb des Sonnensystems bleibt daher ausgeschlossen. b. Je länger die Lichtlaufzeit Ly , umso mehr verschiebt sich die GLEICHZEITIKEIT zwischen den Ereignissen am Ort A (Quelle) und am Ort B (Beobachter) !! c) während der Lichtlaufzeit Ly (in Erdjahren) kann sich die Quelle vom Ort A mit einer orts-spezifischen Eigengeschwindigkeit v in einer vorgegebenen Richtung auf einer Strecke x fort bewegen !! Unsere Beobachtungen und Messungen am Sternenhimmel gehen weit über das Sonnensystem hinaus und erfassen im wesentlichen OBJEKTE in folgenden Entfernungsbereichen: (Tab. 1 ) Objekte gemäß NGC, Messier In Galaxy Milchstrasse Fixsterne Stern-Nebel Kugel-Stern-Haufen Andere Galaxien Frühe Objekte im Kosmos Astronomische Entfernungs- Bereiche in Ly Ly in Erdjahren Ly in km 4 bis 4000 Ly 1500 bis 10 000 Ly 10 000 bis 100 000 Ly 180 000 bis 800 Mio Ly 1 Mia bis 13 Mia Ly 4 x 1013 bis 4x 1016 km 1,5 x 10 16 bis 1017 Km 10 17 bis 1018 km 1,8 *1018 bis 8 * 1021 Km 1* 1022 bis 13* 1022 km 1.3 Was sagen uns die eintreffenden Lichtstrahlen? Die beim Beobachter eintreffende elektro-magnetische Wellenstrahlung („Sternen“-Licht) geht immer von einer OBJEKT – Quelle aus, die infolge von innerer Kernfusion selbststrahlend ist und deren Größe bzw. Masse immer ein Vielfaches unserer Sonne beträgt. Durch geeignete Analyse der eintreffenden Strahlung können Aussagen über den Zustand der ObjektQuelle zum Zeitpunkt der Aussendung relativ genau, wenn auch unter Berücksichtigung angemessener TOLERANZ-Bereiche erlangt werden:( Tab.2) -- 3 -Tab.2: Analyse der eintreffenden elektro-magnetischen Strahlen ____________________________________________________________________________________ --- Oberflächen-Atmosphäre : Spektralanalyse auf H,He,Li,N,C,Fe --- Oberflächen-Temperatur (K) : Vergleich mit rel. nahen, bekannten Objekten. Helligkeitsklasse (mag) z.B. Stern Sirius oder Cepheiden --- Entfernung zum Objekt: Vergleich der Strahlungs-Intensität (scheinbare „m“ zu maximaker „M“ Helligkeit) mit der von bekannten Objekten--- (Lit.5/Kap.3.6) --- Position im HimmelsKoordinatensystem: Geradlinige Verlängerung des eintreffenden Lichtstrahls --- relative, radiale Geschwindigkeit (v): Langzeitmessung des Doppler-Effekt, d.h. über Rotoder Blau-Verschiebung der Wellenlänge in Abhängigkeit von der Entfernung in Ly (vergl.: HUBBLE-Konstante) (Lit. 5/ Kap. 4.3.2.) 2. Zusammenstellung der Messwerte von selbststrahlenden-Objekten im RZU ( NGC-, SAA-, Messier-Kataloge; Internet: NASA, ESA, Hubble) (Lit.6.8) 2.1 Messwerte von Objekten innerhalb unserer Galaxis Milchstraße Für jeden Beobachter sind die sog. FIX-Sterne in Entfernungen von 4 bis ca. 4000 Ly wegen ihrer besonderen Helligkeit auch ohne optische Hilfsmittel als Lichtpunkte gut zu erkennen. Tab. 3 : Selbststrahlende Masse-Objekte (FIX-STERNE) innerhalb der Galaxis Milchstrasse ____________________________________________________________________________________ Fixsterne Entfernung ab Erde (Selbst-Strahler) Lichtzeit (Ly) Oberfl.Temp. K Bemerkung im Sternbild ========================================================================== Alpha-Centaurus Sirius Capella Wega Canopus Arcturus Neutronenstern Polarstern Antares Betelgeuze Aldebaran Rigel 4,4 8,6 42 25 312 36 500 431 603 427 65 772 5800 9300 5000 9800 7500 4400 schwarz 3400 3400 4100 11000 sonnen-ähnlich hellster Stern Centaurus großer Hund Fuhrmann heller Stern Leier Carina roter Riesenstern Bootes sehr kompakt , von ESA/ Rosat-Progr. Orientierungs Hilfe kleiner Bär Skorpion roter Riesenstern Orion roter Riesenstern Stier Doppelstern Orion ____________________________________________________________________________________ Schon seit jeher sind ihre Positionen im Himmels-Koordinatensystem ziemlich konstant (= fixiert), so dass sie gruppenweise in sog. STERNBILDERN zusammengefasst wurden. Die Sternbilder erscheinen dem Beobachter scheinbar als Abbildung in einer Entfernungsebene, tatsächlich aber befinden sich die Einzelsterne in sehr unterschiedlichen Entfernungen , Größen und Helligkeitsgraden. -- 4 -Bild 3 zeigt als Beispiel das Sternbild ORION mit den zugehörigen 8 Fix-Sternen: Hinter den Sternbildern , d.h. in noch größerer Entfernung , sind innerhalb unserer Galaxis MILCHSTRASSE mit Teleskopen noch weitere energiereiche, strahlende Materieansammlungen zu erkennen, deren Ausdehnung bis zu 30 Ly erreichen und deren Masse das zig-tausendfache der Sonne betragen kann: (Tab.4) (LIT. 6.5) Fotometrische Auswertung und digitale Aufbereitung der Beobachtungen lassen vermuten, dass in diesen Bereichen Sternen-Population stattfindet, wo Rote Riesensterne zerfallen, neue Sterne entstehen, oder ausbrennen, und wo Gravitations-Kollisionen Verschmelzung, Jet-Strahlen , Staub und Asche erzeugen. Nachdem diese Objekte einerseits in die Eigen-Drehbewegung der Galaxis um ihr Zentrum eingebunden sind, ist andererseits die noch vorhandene Objekt-Geschwindigkeit in Richtung der Kugel-Ausdehnung im RZU zu beachten. Deshalb sei gefragt: -------- Sind die Sternbilder von heute ein Abbild der Nebel vor 7000 Erdjahren? -------- Sind die Nebel vor 10000 Erdjahren ein Abbild der Sternhaufen vor 50000 Erdjahren? -- 5 -2.2 Messwerte von Objekten (Galaxien) außerhalb unserer Galaxis Milchstrasse (FREMDE GALAXIEN und KOSMOS-Objekte) In Bild 4 ist das Sternbild „Großer Wagen“ durch die deutlich sichtbaren 7 Fixsterne zu erkennen. Zusätzlich soll das Bild aufzeigen, dass sich nur mit leistungsstarken Teleskopen , weit außerhalb unserer eigenen Galaxis Milchstrasse , noch viele fremde GALAXIEN in Entfernungen bis zu vielen Millionen Ly entdecken lassen. Fremde Galaxien können in allen Sternbildern mit Entfernungen bis zu 800 Mio Ly entdeckt werden; sie sind mit Katalognummern sowie Namen gekennzeichnet und vielfach in bearbeiteten Computer- Bildern sichtbar dargestellt ( s.Internet). In den vergangenen Jahrzehnten konnten die Beobachtungsgrenzen bis in den KOSMOS ausgedehnt werden, und man hat KOSMOS-Objekte im Bereich von 1 bis zu 13 Milliarden Ly entfernt lokalisiert (Tab 5): Diese Objekte stammen aus einer sehr frühen Zeit unseres Raum-Zeit-Universum (RZU) und sind Anlass zu der Annahme, dass der sog. UR-KNALL zeitlich noch weiter als 13 Milliarden Ly ( = Erdjahre) entfernt angenommen werden muß. (Lit.5/ Kap.3.6 und S.143) -- 6 -- 3. Auswertung der astronomischen und kosmologischen Meßwerte zur Entwicklung eines neuen Modells des Raum-Zeit-Universum (RZU) 3.1 Wissenschaftliche Meilensteine und physikalische Basis für die Modelle 1 und 2 In Tabelle 6 werden einige der wichtigen wissenschaftlichen Forschungsergebnisse für Mikround Makro-Kosmologie aufgezählt: Tab 6: Etwa um 1950 postulieren A.Einstein, G.Lemaitre und F.A.Hubble bei einem Treffen den Begriff „UR-KNALL“ (Singularität) für den Beginn unseres Raum-Zeit-Universums (RZU), basierend auf einer höchst energetischen Strahlungsquelle nach E = m * c2 und anschließender, kugelförmiger Ausdehnung der Strahlung in den drei-dimensionalen Kugel-Raum des RZU (Ballon-Theorie)-. (Lit.3/S.170; 5/S.143; ) Ab 1955 wird das neue Weltbild über ein dynamisches , endliches Raum-Zeit-Universum von der Wissenschaft und den Religionen anerkannt. Die Entdeckung der sog. Kosmischen Hintergrundstrahlung mit heute noch einer RaumTemperatur von 2,7 K gilt als Ausläufer der Primärstrahlung beim Ur-Knall, die mit der konstanten Lichtgeschwindigkeit c bei allen Temperaturen festzustellen ist. (Lit.3/S.174) Für den Ur-Kall sind wissenschaftlich folgende Anfangsbedingungen festgelegt: die kleinste max.Wellenlänge = 3 * 10 –33 cm die höchste Frequenz f = 10+43 sec-1 die höchste Temperatur T = 10+32 K die höchste Photonen Energie E = 4 * 10+28 eV die kleinste Zeit t = 10-43 sec (= Nullzeit) Bild 5 zeigt den Zusammenhang der masselosen, elektro-magnetischen Strahlungswellen ab UR-KALL mit den zugehörigen Temperaturen (K) und Photonen-Energien (eV). -- 7 -Alle elektro-magnetischen Wellen haben in allen Bezugssystemen universal die Lichtgeschwindigkeit c = 3 * 10 10 cm/sec . Das Produkt aus Frequenz f (sec-1 ) und maximaler Wellenlänge Lamda ( cm ) ist immer gleich c. (Bild 5) : (Lit. 5/Kap.4.4.) Der Kurvenverlauf in Bild 5 zeigt , wie die im normalen Leben bekannten Radio-, Mikrowellen-, Licht- , Röntgen- und Gamma-Strahlen immer kurzwelliger, energiereicher und heißer werden. Im höchst Energie-Bereich über 1012 eV setzt die moderne Forschung über die Bildung von sog. ELEMENTAR-TEILCHEN ein, die den noch gesuchten Übergang von Strahlungsenergie ( E ) in Materie mit Masse (m) einleiten ( Forschung CERN und LHC). Nach dem UR-Knall , (der im unsichtbaren Wellenbereich liegt), ist der ZEIT-Ablauf von großer Bedeutung . Das soll Bild 6 deutlich machen: (Lit.3/S.162/3 ; Lit.5/Kap.4.4.6;:Lit.4/S.86) Den Zeitablauf im Raum-Zeit-Universum müssen wir notwendigerweise in Erdmaßen beschreiben, wie sec, min, h, d, Erdjahre, Ly. ( Wir kennen keine Universum-Zeit). -- 8 -Der Ur-Knall beginnt bei 10 -43 sec , höchster Temperatur und höchster Energie. Die Literatur gibt an, daß anschließend ein rasanter Temperatur-Absturz stattfand T T T T T T = = = = = = 10+23 K 10+15 K 10+10 K 10+9 K 6000 K 18 K nach 10 -30 nach 10 -10 nach 10 0 nach 180 nach 10+13 nach 1 * sec sec sec = 1 Sekunde Erdzeit sec = 3 Minuten sec = 300000 Erdjahre 10 9 Erdjahren = 1 * 10 9 Ly Die Vorgänge bis etwa 300000 Erdjahre nach dem Ur-Knall liegen im Dunkeln, d .h. sie finden im nicht sichtbaren Wellenbereich statt ( vergl. Bild 5). Die räumliche Ausdehnung entspricht zu dieser Zeit etwa einem Kugelradius R R = 300000 (Jahre) x c (km/ sec) x 31,5 * 106 (sec) R = ca. 3 * 10 18 km Erst ab diesem Zeitpunkt treten die elektro-magnetischen Wellen als Lichtstrahlen auf, lassen aber analytisch noch keine Aussagen über entstehende Materie-Teilchen zu. Offenbar verläuft die weitere , räumliche Ausdehnung der Energie bis etwa 1 Milliarde Erdjahre lang mit Lichtgeschwindigkeit c. Der Kugelradius R des Raum-Zeit-Universums erreicht ab Ur-Knall nach 1 Milliarde Erdjahren R = 10 9 (Jahre) x R = 10 22 km c (km/sec) x 31,5 * 106 (sec) oder 10 9 Ly Erst nach etwa 1 Milliarde Erdjahren entstehen Masse-Teilchen , Plasma, glühende Gaswolken, Kernfusion und Materie mit Gravitationsfeldern. Gemäß den physikalischen Gesetzen war zu erwarten, daß mit der Entkopplung von Energie und Masse die Ausdehnungs-geschwindigkeit v auf jedem Kugelradius masse-abhängig und kleiner als die Lichtgeschgwindigkeit c werden muss. (Lit. 5/S.11) Wie in Bild 6 angedeutet, trennen sich ab etwa 1 Milliarde Erdjahre die zeitliche (altersmäßige) und die räumliche (streckenmäßige) Entwicklung des Raum-Zeit-Universums (RZU) Die Alterszeit ergibt sich aus der Lichtgeschwindigkei t c Die räumliche Ausdehnung folgt der variablen Objekt- und Entfernungs- abhängigen Ausdehnungsgeschwindigkeit v gemäß HUBBLE-Konstante MODELL 1 MODELL 2 -- 9 -3,2 Die HUBBLE-Konstante H als Grundlage für die Berechnung der räumlichen und zeitlichen Entwicklung des RZU in Modell 1 und 2 Die Zusammenhänge hat F.A. HUBBLE untersucht und in der sog. „Hubble-Konstanten H“ manifestiert. In den letzten Jahrzehnten wurde der Wert H wissenschaftlich überprüft und abgesichert: (Lit. 5/S. 9,11 und 145) Nach heutigem Stand lautet der Mittelwert der Hubble-Konstante H Km H = 72 ----------------------sec * Mpc (Lit.6.3 und Lit.5/S.145) ( +/- 2) Zur Umrechnung werden eingesetzt 1 Mpc = 3,261 * 106 Ly 1 Ly = 1 aE (Erdenjahr) = 31,5 * 106 sec 1 Ly = 1013 Km (!) c = 3* 105 * 31,5 * 106 = 1013 Km/aE so wird dabei ist Km H = 700 -----------------aE * Ly als Mittelwert Ly = Objekt-Entfernung ab Erde aE = Zeit-Intervall a´ in Erdjahren Die Ausdehnungsgeschwindigkeit v der beobachteten Materie-Objekten ist an den Ort der Strahlungsquelle (also an die Entfernung in Ly ab Erde) gebunden. v obj = Ly * 700 km/a E d.h. v ist umso größer je weiter das Objekt von der Erde entfernt ist , also je näher es am Anfang des RZU liegt. Die Entwicklung unseres Raum-Zeit-Universums (RZU) ist zwingend nach 2 Kriterien zu unterscheiden: Modell 1 : beschreibt das zeitliche Alter des RZU in Milliarden Ly, mit der konstanten Lichtgeschwindigkeit c der masselosen, elektro-magnetischen Strahlung; dann wird v = c und damit c RZU- Alter = ---------700 = ca. 14,3 * 109 Ly oder Erdjahre ( Lit. 5/S.15 ) Modell 2 : beschreibt die reale, streckenmäßige Ausdehnung des RZU in Milliarden km gemäß Hubble- Konstante H und der variablen Ausdehnungsgeschwindigkeit v der beobachteten Masse-Objekte. (Bild 7) -- 10 -Bild 7: Dargestellt wird die RZU-Ausdehnung in Abhängigkeit von der Zeit ab 1 Mia bis 14,3 Mia Erdjahre: links: die geradlinige Entwicklung nach Modell 1 mit v = c zum Alter 14,3 Mia Jahre rechts: der reale, radiale Ausdehnungsverlauf in 1022 Km ( ! ) basierend auf den genannten Objekt- Messwerten (Ly ab Erde) und deren für den Ausstrahlungsort errechneten Geschwindigkeit v' nach Modell 2 (Anm.: 1 Ly = 1013 km 1 Mia Ly = 10 9 * 1013 km = 10 22 Km ) Wie ersichtlich, verflacht die Ausdehnungskurve mit zunehmendem RZU Alter, der Verlauf bleibt aber positiv. Das RZU ist endlich. (Lit. 5/Kap. 4.2.3.) Zur Berechnung der realen, radialen RZU- Ausdehnung werden die genannten und gemessenen Objekte gedanklich auf einen einzigen Kugelgradienten in zeitlicher Reihenfolge verlegt , und willkürlich auch mögliche Zwischen-Zeitintervalle a´ anderer Objekte eingefügt ( Tab.7 ) Auf diese Weise können zahlreiche Objektgeschwindigkeit v` mit den zugehörigen Zeit-Intervalle a´ zu partiellen Wegstrecken r´ errechnet werden. Die Summe aller r´ ergibt die heute erreichte reale Raum-Ausdehnung RRZU RRZU = ca. 7,63 * 1022 Km ( Anm.; (siehe Tab.7) werden die Zwischen-Zeitintervalle weiter verringert, so geht R gegen 7,0 * 10 22 Km!) -- 11 -Tabelle 7: Tabelle 7 macht deutlich : 1.--- weil kein linearer Zusammenhang von RZU-Alter (Spalte 2) und der realen Ausdehnung R (Spalte 6) besteht, können die Objekte real nicht auf einem einzigen, gleichen Kugelgradienten liegen. 2.--- jedes Objekt in Spalte 1 ist definiert durch die Entfernung ab ERDE (in Ly) und befindet sich auf einem eigenen Kugelgradienten ( eigene „Weltlinie“) mit der in Spalte 6 angegebenen radialen Ausdehnung R ab UR-KNALL (in 1022 km) . 3.---aus 2) ergibt sich, daß in einem Großkreis-Kugelschnitt des RZU jedes Objekt positioniert werden kann und die Konstruktion eines Rückwärts-Lichtkegels (Rwlk) möglich ist. ( siehe Kapitel 4 ) 4.---die reale RZU-Ausdehnung in den letzten 100 Millionen Ly (oder Erdjahren) (also von Alter 14,2 bis 14,3 Milliarden Ly heute) beträgt nur noch: a´ = (7,6297 - 7,6290) * 10 22 km = 7 * 1018 km = 7 * 105 Ly (!!) 5.---Die Ausdehnungsgeschwindigkeit v hat sich stark vermindert; sie bleibt aber noch lange erhalten. Das Raum-Zeit-Universum ist endlich. 6.-- die heute sichtbaren , vorhandenen Massen im Bereich der Galaxis Milchstrasse müssen sich in einer begrenzten, äußeren Rand- Zone des RZU befinden ( Ballon-Theorie). 7.---Mit einer realen Ausdehnung R = 7,63 * 1022 Km wäre die Kugeloberfläche O des Raum-Zeit-Universums O RZU = ca. 730 * 1044 km2 oder ORZU = ca. 730 * 1018 Ly2 Es wäre Platz für viele Milliarden weiterer Galaxien! --- 12 --3.3 Grafische Darstellung des Raum-Zeit-Universum (RZU) für Modelle 1 und 2 im zwei-dimensionalen Kugelschnitt-Großkreis Als Vorlage für einen Schnitt durch die RZU-Kugel mit Radius R dient das Muster der Jahresringe in einem Baumstamm ( dendro-chronologische Darstellung )( Bild 8) Im Zentrum liege der „Ur-Knall“, die Jahresringe bedeuten: nach links: Alter gemäß Modell 1 nach rechts: radiale Ausdehnung R gemäß Modell 2 Bild 9 soll einen Gesamt-Überblick zur Entwicklung des RZU ab Urknall bis heute geben: Die Entwicklungsszonen sind farbig unterlegt und sowohl chronologisch (linke Hälfte) als auch ausdehnungmäßig (rechte Hälfte) eingepasst. Die Galaxis Milchstrasse (mit der Beobachtung ab Erde) ist heute in der äußeren Randzone angekommen und dort in der NO-Ecke von Bild 9 angedeutet. Unsere Galaxis hat ab Ur-Kall auf ihrem Kugelgradient ( =ihrer Weltlinie) alle Entwicklungsstufen durchlaufen: d.h. // kumulierte Massenbildung // Sonnensystem + Trabanten // Evolution auf Erde // Galaxis heute nach ca. 6 nach ca. 9,5 nach ca. 12,3 nach ca. 14,3 Mia Ly bei R = ca. 3 * 1022 km Mia Ly bei R = ca. 5 * 1022 km Mia Ly bei R = ca. 6,5 * 1022 km Mia Ly bei R = ca. 7,6 * 1022 km (Lit.6.6) viele andere Galaxien sind auf ihren Weltlinien ebenso gewachsen und heute in der Randzone. --- 15 --- 4. Zusammenstellung des Rückwärts-Lichtkegels (RwLk) für unsere Galaxis Milchstrasse In der Literatur wird erwähnt, daß der Blick ab Erde in den Sternenhimmel rückwärts , d.h. in die Vergangenheit , gerichtet ist. Zu erkennen sind Milliarden von Lichtpunkten, deren Lichtquellen unterschiedlich weit entfernt und einige bis in die Zeit nahe dem Ur-Knall zu orten sind. Wie dargelegt, hat sich das Raum-Zeit-Universum (RZU) im Laufe des Alters von 14,3 Mia Ly (oder Erdjahren) nur um 7,63 * 1022 Km radial streckenmäßig ausgedehnt, weil sich nach dem Übergang von Strahlung zu Materie die Ausdehnungsgeschwindigkeit v abnehmend geändert hat; gleichzeitig tritt mit zunehmender Massen-Gravitation eine direkte Beeinflussung der Lichtstrahlen ein. ( Bild 15 ) Lit.4/S.48 und 6.7 Lit 5/S. 142 Die hier angedeutete Kegelform ist auch in der Praxis zu erwarten. (siehe Kapitel 4.1) Außerhalb der Kegel--Mantelfläche sind keine Beobachtungsmöglichkeiten gegeben, d.h. wir können nur eingegrenzt das sehen, was der Sternenhimmel im Jahresverlauf zeigt. Die Weltlinie unserer Galaxis ist die Mantel-Mittellinie vom Ur-Kall bis heute R = 7,63 * 1022 km ! -- 16 --4.1 Konstruktion eines Rückwärts-Lichtkegels für Objekte von 1 Mia bis 13 Mia Ly Entfernung ab Erde In Bild 16 werden die aus Tabelle 5 bekannten, frühen kosmischen Objekte in einem zweidimensionalen RZU-Kugelschnitt der zugehörigen Ausdehnungs-Strecke R ab Ur-Knall zugeordnet. Für die Objekt-Entfernung in Ly ist der Ausgangspunkt die Erde (in Sonnensystem und Galaxis). Für die Objekt-Ausdehnung R in km ist der Ur-Knall der Ausgangspunkt. Bild 16: Für jedes Objekt ergeben sich 2 Schnittpunkte außerhalb der Weltlinie unserer Galaxis. Diese Schnittpunkte markieren den Standort der Lichtquelle auf einem eigenen Kugelgradienten ( eigene Weltlinie) , auf dem das Objekt mit der zugehörigen Ausdehnungsgeschwindigkeit v weiter in Richtung RZU-Randbereich wandert und heute auch dort angekommen ist. Auf der Weltlinie unserer Galaxis ist markiert, zu welchem Zeitpunkt und bei welcher Ausdehnung ab Ur-Kall die Galaxis (G) und das Sonnensystem (S) entstanden sind und ab wann die Evolution auf der Erde (E) eingesetzt hat. (Lit.6.6) Das nachfolgende Bild 17 zeigt die o.g. Situation , aber in räumlicher Perspektive. --- 17 --Bild 17: Die räumliche Darstellung zeigt, dass die verschiedenen Objekte jeden Standort auf dem Umfang des zugehörigen Breitenkreises einnehmen können. Die Lichtstrahlen (rot) verlaufen geradlinig innerhalb des Kegels vom Standort zum Beobachter. Der Kegelmantel (grün) wird durch den Umfang ( Durchmesser) aller Breitenkreise gebildet. Zu Objekten außerhalb des Rückwärts-Lichtkegels gibt es keinerlei Kontakt mehr. Die Breitenkreise sind identisch mit dem zugehörigen Kegel-Grundkreis (= Isotropie)! (Lit.5/ S.145 und Kap. 4.5.) Die riesigen Ausmaße des RZU werden deutlich dadurch, dass selbst ein Objekt Nr. 6 mit einer Entfernung von 1 Milliarde Ly schon vergleichsweise „nahe“ an der Kugel-Randzone liegt. Darin liegt auch der Grund dafür, dass der Rückwärts-Lichtkegel für die Entfernungen unter 1 Milliarde Ly vergleichsweise stumpf endet. Deshalb wird der Rückwärts-Lichtkegel im nachfolgenden Kapitel 4.2 für den RZU-Randbereich stark vergrößert; die Objekte für den Entfernungsbereich unter 1 Milliarde Ly bis zu 2 Millionen Ly werden deutlicher dargestellt. --- 18 --4.2 Vergrößerung des Rückwärts-Lichtkegels für Objekte von 2 Millionen Ly bis 1 Milliarde Ly ab Erde Bild 18: Die RZU-Ausdehnung beträgt ab Urknall: für Objekt MXO1 mit 1 Milliarde Ly Entfernung R = 7,5800 * 1022 km für Objekt 3C405 mit 800 Millionen Ly Entfernung R= 7,5940* 1022 km für Objekt NGC1232 mit 300 Millionen Ly Entfernung R= 7,6220 * 1022 km für Virgo-Haufen M31 mit 50 Millionen Ly Entfernung R= 7,6290 * 1022 km für Andromeda Galaxy mit 2 Millionen Ly Entfernung R = 7,6297 * 1022 km Mit den genannten Objekt-Entfernungen (Ly) ergeben sich auch hier im 2-dimensionalen KugelschnittGroßkreis zwei Schnittpunkte für die Objekt-Standorte. In der räumlichen Darstellung ist der zugehörige Breitenkreis mit seinem Radius rB eingezeichnet. Die Objekt- Standorte liegen auf dem Umfang der Breitenkreise mit einem Abstand r B von der Weltlinie der Galaxis Milchstrasse entfernt. Die Grundfläche der Breitenkreise ist identisch mit der Kegel-Gundfläche (es liegt Isotropie vor) ! Deshalb gilt: Die Analyse der Objekt-Lichtstrahlen kennzeichnet gleichzeitig auch den Entwicklungszustand unserer Galaxis, die sich im Mittelpunkt der zugehörigen Breitenkreise befindet. Die Kegel-Mantelfläche ( grün ) begrenzt auch hier den einsehbaren Sichtbereich ab Erde, d.h. die genannten Objekte sind inzwischen in Richtung RZU-Randbereich weiter gewandert und liefern keine Lichtstrahlen mehr zu uns. --- 19 --4.3 Der Rückwärts-Lichtkegel innerhalb der Galaxis Milchstrasse Bild 19: Alle eintreffenden Lichtstrahlen von Orten auf dem Umfang der Breitenkreise innerhalb der Galaxis bewegen sich im Gesamt-Verbund mit der Galaxis: einerseits mit einer vergleichsweise geringen, radialen Ausdehnungsgeschwindigkeit v weiter in die RZU-Zukunft andererseits aber auch im Rahmen einer Eigendrehung der Galaxis um ihr Zentrum innerhalb von 234 Millionen Erdjahren (vergl. Bild 2 ). Diese Lichtstrahlen gehören fest zum Sternenbild, denn sie werden von bestehenden und noch sichtbaren Kernfusions-Strahlungs-Quellen ausgestrahlt: Fixsterne (rot) Stern-Nebel (grün) Stern-Haufen (blau) von 4 bis 4000 Ly Entfernung von 1500 bis 10000 Ly Entfernung von 10000 bis 100000 Ly Entfernung Die extra-galaktischen Galaxien, wie die große Magellanwolke und die uns relativ nahe Andromeda Galaxis ( siehe Tab. 4), haben Standorte auf eigenen Kugelradien (Weltlinien) und sind inzwischen auch in der RZU-Randzone (als Nachbarn unserer Galaxis Milchstrasse) angesiedelt (vergl. Bild 18). --- 20 --4.4 Sinn und Aussagekraft des Rückwärts-Lichtkegels ab Galaxis Milchstraße Der Rückwärts-Lichtkegel der Galaxis Milchstraße gilt nur für den extra-galaktischen Entfernungsbereich ( über 100000 Ly) und erfasst nur Objekte, die auf einer eigenen Weltlinie , also auf einem eigenen Kugelgradienten, positioniert sind! Die Verbindung der Objekt-Standorte zwischen Ur-Knall und Beobachtungsstelle Erde ist ein äußerer KEGELMANTEL , der die Grenze des einsehbaren Bereiches im RZU bildet. Die Mittellinie des Kegels ist die WELTLINIE der Galaxis, von der keinerlei Lichtstrahlen aus der Vergangenheit vorhanden sind. Die Form des gesamten Rückwärts-Lichtkegels entsteht aus den objekt-abhängigen Breitenkreisen, d.h. vom Breitenkreis Radius rB . Dieser Wert zeigt den realen Streckenabstand zwischen Objekt und der Galaxis auf der Weltlinie . Wegen der Isotropie entspricht der Objekt-Zustand auch dem Entwicklungs-Zustand der Galaxis Milchstrasse bei M. Bild 20 zeigt, wie die Breitenkreis- Radien für jedes Objekt im Rückwärts-Lichtkegel ermittelt werden: Bereits in Tabelle 7 wurde im Modell 2 für die extra galaktischen Objekte von 0,5 bis 13,3 Mia Ly Entfernung ab Erde der Zusammenhang mit der zugehörigen, realen Ausdehnungsstrecke ( km ) aufgezeigt. Die nachfolgende Tabelle 8 übernimmt auf der linken Seite die schon bekannten Daten; auf der rechten Seite werden die Werte für Breitenkreis-Radius rB , die Winkelgrade und die auf der Weltlinie von der Galaxis erreichte , reale Ausdehnungsstrecke aufgeführt: --- 21 --Tabelle 8: Bild 21 zeigt die grafische Auswertung: Dargestellt wird nur die Hälfte eines Rückwärts-Lichtkegels . Die Mantel-Mittellinie entspricht der x-Achse und zeigt den radialen Ausdehnungsradius R von etwa 0,5 bis 7,63 * 1022 km. Für die bezeichneten 15 Objekte ist auf der y-Achse der Breitenkreis-Radius r B in Abhängigkeit von der Entfernung (Ly) ab Beobachtungsstelle (Erde) abzulesen. --- 22 --Der Rückwärts-Lichtkegel erlaubt folgende Aussagen: -- Der Rückwärts-Lichtkegel unserer Galaxis gilt für extra- galaktische Objekte , also für Entfernungen ab ca. 150000 Ly ab Erde, und kennzeichnet die Entwicklungsstufen jeder Galaxis . -- gemäß Modell 1 zeigt die Strahlungsgerade mit v = c das RZU-Alter mit 14,3 Mia Jahren. Bis 1 Mia Ly nach dem Ur-knall bleibt die masselose Ausdehnung 1 * 1022 km. -- ab Objekt „Lala“ wird der Einfluss von Masse (aus Energie ) deutlich sichtbar; die Ausdehnungsgeschwindigkeit v vermindert sich nach Modell 2. Die gesamte radiale RZU-Ausdehnung bis heute beträgt 7,63 * 1022 km. -- alle beobachteten, selbststrahlenden Objekte wandern auf eigenen Weltlinien in Richtung RZU-Randbereich, wo sie heute als Galaxien stehen und nicht sichtbar sind. -- Der Breitenkreis-Radius rB erreicht im Zeitraum zwischen 7 bis 8 Mia Jahre nach dem Ur-knall maximale Werte um ca. 2,5 * 1022 Km. -- In diesem Zeitraum wird heute das Bestehen der Galaxis Milchstrasse angenommen, bei einer realen, radialen Ausdehnung auf der Weltlinie von ca. 4 * 1022 km. -- Die Objekte, die von der Erde aus in einer Entfernung von 6 bis 7 Milliarden Ly geortet werden, entsprechen dem zugehörigen Zustand unserer Galaxis . -- Objekte unter 6 Milliarden Ly entfernt, zeigen schnell kleiner werdende Radien r B , ermöglichen einen Vergleich mit der Weiterentwicklung unserer Galaxis und sind heute im RZU-Randbereich angekommen und nicht mehr sichtbar. -- Innerhalb der Galaxis sind wegen der abnehmenden, radialen Ausdehnungsgeschwindigkeit v und der galaktischen Eigenrotation die sichtbaren Massen einschließlich der interstellaren Materie nach wissenschaftlicher Ansicht zu gering, um durch Gravitation, Neubildung von Massen aus Kernfusion oder Kollision den Zusammenhalt des Ganzen zu sichern. Deshalb soll die Galaxis noch unsichtbare ENERGIE (in Form von Schwarzen Löchern oder sog. dunkle Materie) enthalten, die vielleicht noch ab Ur-Knall „mit gewandert“ ist (?). -- Die Lichtsrahlen aus dem inneren Bereich unserer Galaxis (Sternenhimmel ) gehören zur Galaxis und nicht zum Rückwärts-Lichtkegel. -- Form und Aussagen des Rückwärts-Lichkegels können allgemein und für jede andere, beliebige Galaxis angenommen werden, weil deren Beobachter ebenfalls selbst-strahlende Objekte in den hier genannten Entfernungen ab ihrem Standort ermitteln und einen praktisch ähnlichen Rückwärts-Lichtkegel erstellen könnten. -- Für die Form des Kegelmantels als Eingrenzung des Sichtbereiches ist nur der ermittelte Objekt-Standort im RZU massgebend. Ein Einbinden der Lichtstrahlen ab Ur-Knall als „Masse-Gravitation“ (vergl.Bild 15) durch die Masse-Bildung auf der Weltlinie ist nicht realistisch. -- Der für Erd-Beobachter sichtbare Sternenhimmel enthält alle notwendigen Informationen für einen Rückwärts-Lichtkegel der Galaxis Milchstrasse im Raum-Zeit-Universum. --- 23 --5. Kosmologische Interpretation und Zusammenfassung a) Das Sonnensystem mit etwa 2 Ly Durchmesser ist eingebettet in einem Spiralarm der Galaxis Milchstrasse. Von der Erde aus ist nur ein eingegrenzter Blick in den intergalaktischen Raum möglich, der im Verlauf eines Erd-Jahres durch den „Sternenhimmel“ und die wechselnden Stern-Konstellationen (Sternbilder) gegeben ist. b) der Sternenhimmel zeigt unzählige, selbst-strahlende Objekte mit Kernfusion (z.B. Fixsterne) als hell leuchtende Lichtpunkte. Die ausgesandten Lichtstrahlen (Photonen-Quanten) erreichen den Beobachter mit Lichtgeschwindigkeit c und geben durch Analyse Hinweise auf Größe, Helligkeit, Oberflächen-Temperatur, Eigenbewegung und Entfernung der Lichtquelle. c) Wissenschaftliche Erkenntnisse und moderne Forschung mit terrestrischen und satellitengestützten Teleskopen, sowie Raumsonden-Missionen haben im letzten Jahrhundert die Beobachtungs -Entfernungen im Sternenhimmel nicht nur innerhalb der Galaxis sondern auch extragalaktisch bis in kosmische Bereiche erweitert. d) Die gesammelten und katalogisierten Messdaten sind unter Berücksichtigung entsprechender Toleranzen Grundlage für die heute anerkannte Theorie, daß unser Weltall mit einer Singularität (Ur-Knall, E = m * c2 ) begonnen hat, um sich anschließend bei abnehmender Temperatur in Kugelform (Ballon-ähnlich) in RAUM ( radiale Strecke) und ZEIT ( Erdjahre) als UNIVERSUM bis heute zu entwickeln (RZU) . e) In 2 Modellen wird die Theorie gefestigt: --- Modell 1 : basiert auf einer konstanten Ausdehnungsgeschwindigkeit v = c (in km/a) und den gemessenen Objekt-Entfernung ab Erde (in Licht-Zeit Ly) als elektro-magnetische, masselose Strahlung. Das Alter des Raum-Zeit-Universum beträgt heute ca. 14,3 Millarden Erdjahre. --- Modell 2 : berücksichtigt in einer begrenzten Anfangszeit die noch unbekannten Vorgänge beim Übergang von Strahlen-Energie in Materie m (Forschung CERN mit v nahe c) ; ab ca 1 Milliarde Erdjahre nach Ur-Knall beginnt Bildung von Masse (Objekte), und die radialeAusdehnungsgeschwindigkeit v wird variabel als Funktion der Hubble-Konstanten H. Die reale, radiale Ausdehnung des RZU beträgt heute ca. 7,63 * 1022 km. f) Das Raum-Zeit-Universum dehnt sich verlangsamt weiter aus, bleibt also positiv. Die Galaxis Milchstraße ist auf ihrer Weltlinie heute im RZU-Randbereich positioniert. g) Die Zusammenführung von RZU-Modell 1 und Modell 2 ergibt für den Erd-Beobachter einen sog. RÜCKWÄRTS-LICHTKEGEL , in dem jedes Objekt einen Standort auf einer eigenen Weltline einnimmt; die Umhüllung aller Standorte bildet eine Kegel-Mantelfläche, die eine absolute Grenze des einsehbaren Sichtfeldes darstellt. Jedes extragalaktische Objekt hat sich bis heute auf seiner Weltlinie weiter entwickelt, ist als eigene Galaxis in der RZU-Randzone angekommen und für den Erdbeobachter nicht mehr sichtbar. h) Der Rückwärts-Lichtkegel ist offenbar eine Art Ahnen-Galerie für die Entwicklungs-stadien aller Galaxien. Die Vorfahren sind nicht mehr da, wo wir sie zu sehen glauben. Das Innere des RZU ist leer; die Zwischenräume und Abstände der Galaxien in der RZU-Randzone sind groß und leer. i) in allen Galaxien sind die sichtbaren Massen und damit die Gravitation zu gering, so daß als Ausgleich zusätzlich vorhandene „ dunkle“ Energie (schwarze Löcher) angenommen wird. --- 24 -- Literatur Verzeichnis: 1. Brockhaus für Naturwissenschaft und Technik 2. D.Filkin : Stephen Hawking´s Universum Heyne Verlag 1997 3. J.Bublath: Geheimnis unseres Universums Droemer Verlag 1999 4. Stephen Hawking Universum in der Nussschale 5/2001 5. P. Schneider Extragalaktische Astronomie und Kosmologie Springer Verlag 2006/2008 6. Internet-Adressen: 6.1 www.einstein-online.info/de/einsteiger/spezRT 6.2 www.einstein-online.info/de/einsteiger/allgRT 6.3 www.abenteuer-universum.de/diverses/hubble 6.4 www.abenteuer-universum.de/kosmos/masse 6.5 www.abenteuer-universum.de/galaxien 6.6 www.usm.uni-muenchen.de/people/lesch/lesch (Vortrag Basel) 6.7 www.physicsnet.at/SRT/scriptum/lichtkegel 6.8 www.wikipedia Kataloge, Sternbilder
