Unsichtbar und ungreifbar! Welche geheimnisvolle Kraft treibt Sonne, Mond und Sterne an, sich endlos zu bewegen?

Jemand fragte: Himmelskörper und Sterne stoßen weder Feuer noch Rauch aus und haben weder Rotoren noch Achsen. Auf welche Kraft sind sie also angewiesen, um sich im Universum zu bewegen und zu verändern? Dies ist die Neugier eines gewöhnlichen Menschen und zugleich die treibende Kraft, die die Menschheit dazu antreibt, weiter zu forschen und aus der Unwissenheit zur Zivilisation vorzudringen. Tatsächlich sollte es auf diese Art von Fragen eine Antwort geben, sobald die Kinder in die Grundschule oder weiterführende Schule kommen.

Denn die moderne Physik hat diese Frage schon lange beantwortet: Die Gravitation ist die grundlegende Antriebskraft, die die kontinuierliche Bewegung der Himmelskörper im gesamten Universum antreibt. Die Schwerkraft ist eine grundlegende Eigenschaft der Existenz von Materie. Solange es Masse gibt, so klein wie ein Staubkorn oder ein Atom, so groß wie ein Planet, eine Galaxie oder ein Galaxienhaufen, gibt es Schwerkraft. Es ist die Schwerkraft, die alle Materie zusammenhält.

Newtons Entdeckung der universellen Gravitation war der erste große Fortschritt im menschlichen Verständnis der Schwerkraft. Der Ausdruck der universellen Gravitation nach Newton lautet: Schwerkraft F=GMm/r^2, was bedeutet, dass die Stärke der Schwerkraft gleich der Gravitationskonstante G ist, die Größe der Wechselwirkung mit der Schwerkraft ist das Produkt der beiden Objekte M und m geteilt durch das Quadrat der Entfernung zwischen ihnen. Die Gravitationskonstante G wurde 1789 von Cavendish durch das von ihm erfundene Torsionswaage-Experiment bestätigt. Der genaue Wert beträgt ≈6,67*10^-11 (N·m^2/kg^2).

Dies ist die Gravitationskraft, wenn die Schwerpunkte zweier 1 kg schwerer Objekte 1 Meter voneinander entfernt sind. Mithilfe dieser Gravitationskonstante berechnete Cavendish die Masse der Erde genau auf etwa 6*10^24 kg und gilt daher weltweit als der erste Mensch, der die Masse der Erde gewogen hat.

Aufgrund der universellen Gravitation tendiert alle Materie dazu, sich anzuziehen und einander anzunähern, sodass das gesamte Universum in „Bewegung“ gerät. Da bei der gegenseitigen Anziehung von Materie die Stärke der Schwerkraft umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung ist, wirkt die Schwerkraft auf Materie in unterschiedlichen Entfernungen ungleichmäßig. Dies führt zu einem unausgeglichenen Prozess der gegenseitigen Anziehung von Materie, verschiedenen Verschiebungen und Rotationen und schließlich zu einer Tendenz, dass sich die Materie umeinander dreht.

So entsteht ein Stern. Durch gegenseitige Anziehung sammelt sich der Nebelstaub allmählich an. Durch die ungleichmäßige Kontraktion wird das gesamte Staubmaterial in Rotation versetzt. Je stärker die Kontraktion, desto schneller die Rotation. Der Drehimpuls treibt die Achsenbildung an. Durch die Zentrifugalkraft bildet der kontrahierende Nebel eine Scheibe, wodurch eine protoplanetare Scheibe entsteht. Schließlich verdichtet sich der Kern zu einem Stern, die Planetesimale der Planetenscheibe verdichten sich zu Planeten und der verbleibende Rest bildet Asteroiden, Kometen und Staub.

Auf diese Weise bildet eine Galaxie allmählich eine flache Scheibe, und wenn Galaxien weiter verschmelzen, werden sie schließlich zu einer riesigen elliptischen Galaxie.

Einsteins allgemeine Relativitätstheorie analysierte die Natur der Schwerkraft weiter und fand heraus, dass das Wesen der Schwerkraft durch die Störung der Raumzeit durch Masse verursacht wird. Jeder Gegenstand mit Masse verursacht Störungen im umgebenden Raum und in der Zeit, so als würde man einen Stein ins Wasser werfen oder ein paar Eisenkugeln auf ein gespanntes Bettlaken legen. Die geworfenen Steine ​​oder Eisenkugeln üben Druck auf das Wasser oder das Bettlaken aus und verursachen Wellen und Vertiefungen. Dies ist ein Raum-Zeit-Wirbel oder eine Falle. Wenn sich zwei massereiche Objekte einander nähern, neigen sie dazu, in den Wirbel oder die Falle des jeweils anderen zu fallen, was das Gravitationsphänomen der gegenseitigen Anziehung zeigt.

Je massereicher das Objekt ist, desto größer und tiefer ist der Wirbel oder die Falle, die es bildet. Relativ kleine Objekte scheinen von dem großen Objekt angezogen zu werden und in seinen Wirbel oder seine Falle zu fallen.

Einsteins Feldtheorie und ihre Formeln widerlegten Newtons Theorie der universellen Gravitation nicht. Sie haben es lediglich durch Korrekturen präziser gemacht und damit einige ungeklärte Phänomene bei Himmelsbeobachtungen gelöst, wie etwa die Präzession des Merkurs. Es zerstreute eine riesige dunkle Wolke, die über der Physik hing, und wurde zur größten wissenschaftlichen Entdeckung des 20. Jahrhunderts.

Durch die kontinuierlichen, tiefgreifenden Entdeckungen und Forschungen in der Astrophysik sind die Menschen auf neue Probleme gestoßen. Nach der Theorie der kosmischen Expansion unterscheiden sich die beobachteten kosmischen Phänomene von der Gravitationstheorie. Berechnet man dies auf Grundlage des universellen Gravitationsgesetzes, ist die Schwerkraft der sichtbaren Materie im Galaxienhaufen völlig unfähig, Galaxien zusammenzuziehen. Der Streuung der Galaxienbewegung zufolge hätten sie sich schon vor langer Zeit trennen müssen, aber sie sind immer noch zusammen. Was ist der Grund?

Beobachtungsberechnungen haben ergeben, dass die Masse der Schwerkraft, die Galaxienhaufen bildet, weitaus größer ist als die Gesamtmasse der sichtbaren Materie. Daher muss es in Galaxien Materie geben, die für den Menschen nicht sichtbar ist, und diese Materie macht den Großteil der Masse von Galaxien und Galaxienhaufen aus. Auf dieser Grundlage stellten Wissenschaftler die Hypothese der dunklen Materie und der dunklen Energie auf.

Nach fast hundert Jahren der Beobachtung und Forschung geht die derzeit vorherrschende Theorie davon aus, dass die beobachtbare Materie nur etwa 5 % der gesamten Masse und Energie unseres Universums ausmacht, während die nicht beobachtbare Masse und Energie 95 % des gesamten Universums ausmacht. Sichtbare Materie wie Sterne, Galaxien, Nebelstaub usw. macht nur 4,9 % der Gesamtmasse des Universums aus, dunkle Materie 26,8 % und dunkle Energie 68,3 %.

Dies bedeutet, dass der Anteil der gesamten Materie im Universum ohne Berücksichtigung der dunklen Energie wie folgt lautet: Der sichtbare Teil, der Licht aussendet, macht nur etwa 15 % aus, und der unsichtbare Teil, der kein Licht aussendet, macht 85 % aus. Diese unsichtbaren Teile sind nahezu ungeladen und nehmen nicht an elektromagnetischen Wechselwirkungen teil, das heißt, sie interagieren nicht mit Photonen, sodass sie überhaupt nicht beobachtet werden können, aber sie haben Masse und spielen eine wichtige Gravitationsrolle bei der Entstehung und Erhaltung von Himmelskörpern und Galaxien.

Wissenschaftler wollten schon immer herausfinden, was dunkle Materie ist. Als Neutrinos entdeckt wurden, dachte man, es könnte sich dabei um dunkle Materie handeln. Da Neutrinos kaum mit Photonen interagieren, durchdringen in jedem Moment unzählige Neutrinos sämtliche Materie, auch die Erde. Sogar Billionen von Neutrinos durchqueren jede Sekunde unseren menschlichen Körper, aber der Mensch spürt davon überhaupt nichts.

Doch trotz der Tatsache, dass es so viele Neutrinos gibt, machen sie nur 0,001 % der gesamten Masse und Energie im Universum aus. Selbst wenn es sich tatsächlich um eine Art dunkler Materie handelt, sind sie einfach nicht in der Lage, die Schwerkraft zu tragen, die über Leben und Tod des Universums entscheidet. Wissenschaftler haben sich den Kopf zerbrochen, um eine Reihe von Teilchenkandidaten wie Axionen, WIMPs usw. zu finden, die das Modell der Elementarteilchen in Frage stellen. Doch was genau dunkle Materie ist, ist noch immer nicht geklärt.

Die Erkundung geht weiter. Die derzeit vorherrschende Theorie besagt, dass Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft unseres Universums vom Wettstreit zwischen dunkler Materie und dunkler Energie abhängen. Die Kraft der dunklen Materie besteht darin, das bestehende Universum durch die Schwerkraft aufrechtzuerhalten, während die dunkle Energie durch Schubkraft dafür sorgt, dass sich das Universum weiter ausdehnt. Das endgültige Ziel des Universums wird ein großer Riss oder ein großer Kollaps sein. Es hängt davon ab, wer gewinnen wird.

Dies ist der Hauptgrund, warum sich verschiedene Himmelskörper in unserem Universum ständig bewegen und warum Winde und Wolken aufwallen und sich verändern. Grundsätzlich gibt es jedoch eine primitivere Antriebskraft, nämlich die Nullpunktenergie des Vakuums. Selbst im absoluten Vakuum vor der Geburt des Universums ist es voller enormer Energie. Diese Energien werden in Form eines Quantenvakuums zufällig gestört und erscheinen ständig in Form virtueller Teilchenpaare und vernichten sich gegenseitig.

Allerdings ist diese Quantenzufallsstörung nicht perfekt symmetrisch. Wenn ein Paar virtueller Teilchen voneinander abweicht, sich aber nicht vernichtet, wird das Gleichgewicht gestört und es tritt eine Singularität auf. Von da an ist das Universum geboren und wird zum Ausgangspunkt von Raum und Zeit. Dies ist die Erklärung der Quantenmechanik für den Ursprung des Universums.

Aus der Sicht der Quantenmechanik war mikroskopische Materie nie statisch. Elementarteilchen, darunter Atome, Elektronen, Protonen, Neutronen und Quarks, bewegen sich ständig mit extrem hoher Geschwindigkeit. Beispielsweise beträgt die Resonanzfrequenz von Cäsiumatomen etwa 9,2 Milliarden Hz, was bedeutet, dass sie 9,2 Milliarden Mal pro Sekunde schwingen. Bei der Quantenbewegung treten seltsame Phänomene auf, beispielsweise Unsicherheit, Welle-Teilchen-Dualität, Quantenverschränkung und Überlagerung von Zuständen.

Dies ist ein sehr kompliziertes Thema und ich werde hier nicht ins Detail gehen. Der Zweck dieses Hinweises besteht darin, zu verdeutlichen, dass sich nicht nur die makroskopischen Himmelskörper und Sterne ständig bewegen, sondern dass sich auch jedes Atom und jedes Elementarteilchen in der mikroskopischen Welt ständig bewegt. Daher ist Bewegung die grundlegende Eigenschaft von allem in unserem Universum.

Besonders hervorzuheben ist hier, dass die Himmelskörper und Sterne, die wir mit bloßem Auge auf der Erde sehen, ruhig und friedlich sind und weder Feuer zu spucken noch Rauch auszustoßen scheinen. Dies liegt daran, dass sie zu weit entfernt sind. Tatsächlich sind die meisten Sterne, die wir sehen, Sterne. Die Kerntemperaturen dieser Sterne erreichen mehrere zehn oder sogar hundert Millionen Grad. Sie alle sind Sonnen, die Feuer speien und Rauch ausstoßen. Sogar Planeten wie unsere Erde erleben häufig Tsunamis, Erdbeben und Vulkanausbrüche. Sie sind nicht so ruhig.

Ich weiß nicht, ob ich das Problem damit klargestellt habe. Diskussionen sind erwünscht.

Dies ist ein Originalartikel von Space-Time Communication. Bitte respektieren Sie das Urheberrecht des Autors. Vielen Dank für Ihr Verständnis und Ihre Unterstützung.