MEIN UNIVERSUM WIE ICH ES SEHE

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3 Hans-Erich Braune MEIN UNIVERSUM WIE ICH ES SEHE Eine kritische Betrachtung für Normalverbraucher

4 novum publishing gmbh Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie. Detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Alle Rechte der Verbreitung, auch durch Film, Funk und Fern sehen, fotomechanische Wiedergabe, Tonträger, elektronische Datenträger und auszugsweisen Nachdruck, sind vorbehalten. ISBN Lektorat: Mag. Barbara Büchel Umschlagfoto: Sdecoret Dreamstime.com Umschlaggestaltung, Layout & Satz: novum publishing gmbh Innenabbildungen: Hans-Erich Braune (13) Die vom Autor zur Verfügung gestellten Abbildungen wurden in der bestmöglichen Qualität gedruckt. Gedruckt in der Europäischen Union auf umweltfreundlichem, chlor- und säurefrei gebleichtem Papier.

5 Inhaltsverzeichnis Einleitung... 9 Teil Die frühe Kosmologie Beginn der Neuzeit Die Expansion des Weltalls Fluchtgeschwindigkeit Versuch, den Hubble-Parameter mit der vermeintlichen Beschleunigung der Expansion des Universums zu verbinden Kein Doppler-Effekt Teil Die Zeit Der Raum Von der Rotverschiebung zum Urknall Das Alter des Universums Der sichtbare Horizont Expansion experimentell beweisbar? Rotverschiebung Erklärungsmodelle Entfernungsmessung Teil Von der Expansion zum Urknall Der gekrümmte Raum Der Hubble-Parameter neu interpretiert Untersuchung der Gleichung zur Rotverschiebung Wie wird die Rotverschiebung proportional zur Entfernung? Teil Erste Schlussfolgerungen Die Gravitationslinse

6 Der gespannte Raum meine Definition Meine Auslegung Zweite zusammenfassende Übersicht Raumspannung und Gravitation als Dualität der Masse Gekrümmter absoluter Raum? Modellvorstellung zum flachen Universum Raumspannung gleich Dunkle Energie? Und die Dunkle Materie? Zusammenfassung dieses Erklärungsversuchs Dunkle Energie Was wusste Hubble? Widerspruchsfreiheit Grundsätze Grenzen der Erkenntnis Schlussfolgerung Ausblick Konsequenzen Nachwort Anhang Der Hubble-Parameter als Gefängnis Anhang Kritische Stimmen zum Thema Urknall und Expansion und Ansätze zu besseren Erklärungen Literaturverzeichnis

7 In memoriam Dr. Wilhelm Riemenschneider ( )

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9 Einleitung Der Büchermarkt ist voll von populärwissenschaftlichen Büchern zum Thema Astronomie und Universum. Mit größtem Interesse habe ich mich bemüht, die dort aufgezeigten Erklärungen des Universums gedanklich nachzuvollziehen. Und ich fand es anfangs spannend, was da alles oft nur auf minimalem Hintergrund als gewaltiges Gedankengebäude aufgebaut wurde, das sich heute als sogenanntes Standardmodell (als Soll ) der Kosmologie präsentiert. Aber was ist eigentlich die Basis für dieses immense Gedankengebäude? Die Basis fast aller Informationen über den fernen Weltraum gewinnen wir doch im Wesentlichen nur in Form von Licht bzw. von für uns unsichtbarer Strahlung, die auf ihrem langen Weg von fernen Galaxien durch das expandierende Universum nach heutiger Lehre eine Rotverschiebung erfahren soll. Es geht also letztlich um die Frage nach dem Wesen des Universums. Das erfassen zu wollen, dürfte ein äußerst schwieriges Unterfangen sein. Man meinte und meint immer noch, mit einer einzigen Weltformel das Universum als Ganzes beschreiben zu können. Wenn überhaupt, dann kann man sich diesem Thema nur in kleinen Teil-Schritten nähern. Mittlerweile gibt es aber auch einige kritische Stimmen bezüglich dieser ganzen Wissenschaft, sei es Robert B. Laughlin (Nobelpreis) mit seinem Titel Abschied von der Weltformel, sei es Arthur I. Miller mit seinem Buch Der Krieg der Astronomen, das den Kampf um die Anerkennung der Theorie um die schwarzen Löcher beschreibt, oder sei es letztlich Alexander Unzicker, der in seinem Titel Vom Urknall zum Durchknall die absurde Jagd nach der Weltformel auf die Hörner nimmt. 9

10 Tony Rothman, theoretischer Physiker an der Princeton University, wurde erst kürzlich in Spektrum Februar 2012 zitiert: Physik ist die fundamentalste der Naturwissenschaften. Demzufolge ist das gedankliche Gebäude der Naturbeschreibung allumfassend, frei von inneren Widersprüchen und konzeptionell zwingend so sehen es die Physiker selbst Doch in dem Gebäude zeigen sich Risse. Je weiter ein Physiker auf seinem Berufsweg voranschreitet, desto auffälliger wird er dies empfinden. Er wird den Schmutz entdecken, der unter den Teppich gekehrt worden ist und all die Schummeleien und Betrügereien, die auch der Physik nicht fremd sind. Das vermeintlich stabile Bauwerk sieht eher aus wie eine moderne Version von Pieter Bruegels Gemälde Turmbau zu Babel Es ist eine heruntergekommene Struktur aus isolierten Modellen, die durch schiefe Erklärungen notdürftig miteinander verbunden sind, kurz eine Monstrosität, die himmelan taumelt. Die Physiker der Gegenwart bauen des Undanks weiter an ihrem Weltgebäude und tun, als würden sie die Risse und notdürftig verkleisterten Strukturen in den unteren Etagen, auf dem Niveau von Vordiplom und Bachelorarbeit, nicht bemerken, dort wo große Lücken oder gar Abgründe klaffen. Er führt ein Beispiel an und erläutert es auch: das Newtonsche Gravitationsgesetz. Gemäß der mathematischen Gleichung wird die Anziehungskraft zwischen zwei Körpern unendlich groß, wenn sie sich unendlich nahe kommen. Unendlich große Kräfte kommen in der Natur jedoch nicht vor, weshalb wir diese unerwünschte Singularität mit dem Argument beseitigen, dass reale Objekte eine endliche Größe besitzen und sich deshalb ihre Mittelpunkte nie so weit annähern können, dass es deshalb zu Problemen mit der Unendlichkeit kommen könnte. Er führt noch viele andere solcher Baustellen an, die er ebenfalls erläutert. Ich nenne nur ein Paar Stichworte dazu: Reibung, Entropie, Pendel und Doppelpendel, Elektromagnetismus, 10

11 Strahlungsdruck, die Quantenelektrodynamik mit Unendlichkeiten an jeder Ecke und die Renormierung als Ad-hoc- Gegenmaßnahme; schließlich noch den Lagrange-Formalismus bei subatomaren Teilchen und der Quantenphysik. Wenn im Standardmodell der Teilchenphysik nicht weniger als 19 frei justierbare Parameter auftreten, um die in der Mathematik auftretenden Probleme so anzupassen, dass die Formeln einen Sinn ergeben, dann muss das doch zu denken geben. Allenthalben werden bei auftretenden Problemen solche Ad-hoc-Maßnahmen eingesetzt. Richard Feynman spricht in seinem Buch Sie belieben wohl zu scherzen, Mr. Feynman von wissenschaftlicher Integrität, von äußerster Ehrlichkeit im wissenschaftlichen Denken. Einzelheiten, die geeignet sein könnten, eine persönliche Deutung zweifelhaft erscheinen zu lassen, müssen preisgegeben werden, wenn man dies erkennt. Falls man überhaupt ahnt, dass möglicherweise irgendetwas nicht stimmen könnte, muss man sein Bestes tun, um dies öffentlich zu erklären. Das ist die Art von Integrität, dieses wachsende Bemühen, sich selbst nichts vorzumachen, woran es bei vielen Forschungen, besonders auch in der Kosmologie, fehlt. Feynman nennt das Cargo-Kult-Wissenschaft, quasi Transport-Wissenschaft, Weitergabe ohne selbst über deren wirklichen Inhalt genau Bescheid zu wissen oder darüber nachzudenken. Er berichtet von einem Freund, der für eine Rundfunksendung über Kosmologie arbeitete und sich in einem Gespräch mit Feynman fragte, wie er die Anwendungen seiner Arbeit erklären solle. Antwort Feynman: Die gibt es nicht. Darauf die überraschende Reaktion: Ja, das weiß ich und das stimmt, aber wenn ich das sage, bekommen wir dafür keine Forschungsmittel mehr. Feynman war geschockt und fand ein solches Verhalten nicht gerade integer, sondern sogar unredlich. 11

12 Ich selbst habe inzwischen unter Vorbehalt auch den Eindruck gewonnen, dass solches Denken unter etablierten Wissenschaftlern weit verbreitet ist, woraus dann die vielen nicht zuletzt auch meine ungelösten Fragen entstehen bzw. woraus sich dann unterschiedliche Aussagen unvereinbar gegenüberstehen. Ja, das war dann auch Wasser auf meine Mühlen. Beide Aussagen wirkten auf mich wie Befreiungsschläge. Jetzt konnte ich wieder frei durchatmen, bestätigte dieser Aufsatz in Spektrum/Febr und die Beschreibung Feynmans doch das bei mir schon über Jahre nach und nach aufgekommene Gefühl, dass die Modelle der Astrophysik und der Kosmologie und damit der ganze mir als Laien vorgesetzte sogenannte wissenschaftliche Konsens wohl mit erheblichen Mängeln behaftet ist. Deshalb war dies für mich schon eine vorweggenommene Bestätigung meiner nun folgenden Ausführungen. Die ganze Kosmologie, ihre Gesetze und Hypothesen, sind wie in einer Hierarchie von unten nach oben aufgebaut. Eine einmal anerkannte Regel dient dann meistens im Konsens als eherne Basis für weitere daraus entwickelte und darauf aufbauende Erkenntnisse und Regeln. Das ist in der Tat vergleichbar mit dem Turmbau zu Babel. Dabei mag man an eine mögliche Falsifikation des wissenschaftlichen Unterbaus auch nur an einer Stelle gar nicht denken. 12

13 TEIL 1 Die frühe Kosmologie Weit davor liegen allerdings Erkenntnisse über das Universum, die seinerzeit Epoche machten und das gesamte damalige wissenschaftliche Gebäude beherrschten bzw. Bestehendes umkrempelten. So galt seit der Zeit des Claudius Ptolemäus im zweiten Jahrhundert allgemein das geozentrische Weltmodell mit der Erde als ruhendem Mittelpunkt in kristallenen Sphärenkugeln. Ptolemäus hatte diese Sicht des geozentrischen Weltbildes in seinen acht Büchern Geographia niedergelegt. Eine bildliche Darstellung des ptolemäischen Weltbildes ist darin nicht enthalten. Er hatte im Philosophen Aristoteles (3.Jhdt.v.Chr.) einen Vorgänger. Beide waren hervorragende Vertreter dieser Theorie. Doch kurz nach Aristoteles hatte der Grieche Aristarch von Samos ( v.chr.) ein heliozentrisches Weltsystem entworfen, in dem sich die Erde um sich selbst dreht, der Mond um die Erde und beide mit den anderen Planeten um die Sonne. Aber Hipparch aus Alexandria ( v.chr.) hatte dieses heliozentrische System wieder verworfen. Das Hauptwerk des Ptolemäus ist jedoch die Syntaxis mathematike ( Mathematische Sammlung ), die von den Arabern um 800 Almagest genannte Schrift, die durch ihren Inhalt und Aufbau für alle astronomischen Handbücher bis über die Zeit des Nikolaus Kopernikus hinaus maßgeblich sein sollte. Darin finden wir eine Einführung in das Ptolemäische Weltsystem, mathematische Hilfssätze der Astronomie, die Behandlung der sphärischen Trigonometrie und die Lehre von den Kegelschnitten (Kreis, Ellipse, Parabel und Hyperbel). Das dritte Buch behandelt die Theorie der Sonne, das vierte und fünfte Buch die des Mondes. Das sechste Buch widmet sich den Ursachen 13

14 und Berechnungen von Mond- und Sonnenfinsternissen, die letzten beiden Bücher behandeln die Sterne und enthalten den erweiterten Sternenkatalog des Hipparch von Nikaia, der bis zur Zeit von Tycho Brahe, des dänischen Astronomen ( ), fast unverändert übernommen wurde. Es gibt außerdem die Bücher 9 bis 13, die sich mit der Theorie der fünf Planeten Saturn, Jupiter, Mars, Venus und Merkur befassen. Erst Nikolaus Kopernikus sprach im 16. Jahrhundert zum ersten Mal wieder aus, dass sich die Erde gemeinsam mit anderen Planeten auf Kreisbahnen um die Sonne bewege, und begründete damit das heutige Heliozentische Weltmodell. Später kamen Johannes Kepler und Galileo Galilei hinzu. Kepler konnte mit seinen drei Keplerschen Gesetzen theoretisch zeigen, (1) dass sich die Planeten nicht auf Kreisbahnen, sondern auf Ellipsenbahnen bewegen müssen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht, (2) dass die von der Sonne zu einem Planeten gezogene Linie (Leitstrahl) in gleichen Zeitintervallen gleiche Flächen überstreicht, d.h. Planeten ziehen nicht mit gleichbleibender Geschwindigkeit um die Sonne, sondern werden einerseits beschleunigt und andererseits wieder abgebremst (Flächensatz), (3) dass die Quadrate der Umlaufzeiten der Planeten sich wie die dritten Potenzen der großen Halbachsen ihrer Bahnellipsen verhalten. Mit den damaligen mathematischen Mitteln konnte Kepler unmöglich diese drei Keplergesetze auch beweisen. Differenzial- und Integralrechnung gab es noch nicht. Er wusste also, dass er sich mit seinen Überlegungen auf unsicherem Terrain bewegte. Galilei hatte mit seinen Fernrohren vier Jupitermonde entdeckt und konnte bestätigen, dass es bei der Venus wie beim Mond auch zu- und abnehmende Phasen gibt, dass sich also beide nur sporadisch kreisrund und dann wieder als schmale Sichel zeigen. Die Jupitermonde waren bald in aller Munde. Aber wie das alles zu interpretieren war und welche Folgerungen daraus abgeleitet werden konnten, blieb vorerst noch offen. Obwohl 14