Trotz allergrößtem Respekt vor den Leistungen der modernen Astrophysik und Kosmologie empfinde ich ein Unbehagen. Dieses Unbehagen gegenüber der heute gängigsten Vorstellung vom „Urknall“ mit einer inflationären Phase leitet sich vor allem gegenüber drei zentralen Annahmen ab:
1. Eine grobe Verletzung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik wird auf die früheste Phase der Evolution des Universums verschoben, und dadurch wird die Vorstellung einer im Folgenden ablaufenden weiteren Raumexpansion unter der Annahme eines thermodynamisch abgeschlossenen Systems ermöglicht.
2. Die stabilen Elementarteilchen, die im Wesentlichen die kosmische Materie bilden, entstanden durch einen frühen Symmetriebruch, der zur Dominanz von Protonen und Elektronen gegenüber Antiprotonen und Positronen führte. Seitdem herrschen jedoch strikt symmetrische Bedingungen.
3. Die kosmische Masse bzw. deren äquivalente Energie sind seit dieser frühen Zeit konstant, wofür in der frühen Phase extrem hohe Energie- bzw. Massendichten angenommen werden müssen, auch wenn dabei selbst die Planck-Dichte (Planckmasse/Planckvolumen) massiv überschritten wird.
Diese Annahmen bedingen einen vierten Sachverhalt, der Unbehagen bereitet: Die postulierte frühe Phase ist nicht beobachtbar, da sie weit vor dem angenommenen Übergang des Kosmos‘ aus dem Plasmazustand in den transparenten Zustand liegt. Extrapolationen in die Zeit vor dem „Aufklaren“ sind nur anhand einer kleinen räumlichen Inhomogenität der kosmischen Hintergrundstrahlung möglich.
Das Unbehagen kann nur überwunden werden, indem alternative Ansätze diskutiert werden. Dafür ist es hilfreich, sich einige grundsätzliche Beobachtungen ins Gedächtnis zu rufen, die wesentlich für unsere Anschauung vom Universum sind:
1. Das Universum ist nicht homogen, sondern hochgradig strukturiert. Wir beobachten eine durchgehende Struktur-Hierarchie von den kleinsten bis zu den größten Längenskalen. Auch die näherungsweise Annahme eines homogenen Universums ist fragwürdig.
2. Das Universum ist nicht isotrop, sondern in unterschiedlichen Richtungen beobachten wir deutliche Unterschiede in der Verteilung von Materie und Strahlung. Diese Anisotropie gilt nicht nur auf kleiner Längenskala (Galaxis), sondern wegen der supergalaktischen Strukturen auch für größere Raumbereiche. Die Annahme eines isotropen Universums ist deshalb fragwürdig.
3. Das gegenwärtige Universum spiegelt keinen Gleichgewichtszustand und auch keinen Fließgleichgewichtszustand wider. Es gibt keine Symmetrie bezüglich der Zeitachse. Im Gegenteil: das Universum gehorcht lokal und global einem strengen Zeitpfeil, wie er für Abläufe weitab vom thermodynamischen Gleichgewicht typisch ist.
Das Universum unterliegt einer permanenten Veränderung. Auch die periodischen Prozesse der Himmelsmechanik dürfen nicht darüber hinweg täuschen, dass die wesentlichen Vorgänge – darunter kosmische Expansion, Kollisionen und Fusionen großer Staub-/Gaswolken und Galaxien, Sternentstehung, Nukleosynthese und Sternschicksal jenseits der Hauptreihe – irreversible Prozesse sind. Das entscheidende Merkmal des Universums sind seine unumkehrbaren Abläufe.
Deshalb plädiere ich für eine Weltsicht und damit auch für naturwissenschaftliche Hypothesen, die dem Fakt der beobachteten permanenten Veränderung das Primat gegenüber theoretischen Konstrukten mit der Annahme heute weitgehend konstanter Randbedingungen geben. Sie sollten eine Verschiebung der Symmetriebrüche und Hauptsatzverletzungen in die früheste Phase der kosmischen Evolution weitgehend vermeiden.
Ich schlage vor, die Grundannahmen zunächst auf ein Minimum zu beschränken, z.B. auf die universelle Gültigkeit folgender fünf Gesetze:
1. Den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, d.h. der Zunahme der Entropie – Entropie dabei in ganz allgemeiner Form verstanden - in einem abgeschlossenen System, wenn irreversible Prozesse ablaufen
2. Den ersten Hauptzsatz der Thermodynamik, d.h. der Erhaltung von Masse und Energie in einem abgeschlossenen System
3. Das Newtonsche Gravitationsgesetz mit der Annahme einer allgemein gültigen und konstanten Gravitationskonstante G
4. Den Quantencharakter, d.h. der Korpuskularität der Teilchen des elektromagnetischen Feldes, der Photonen und der Beschreibung ihrer Energie als Produkt von Frequenz und der allgemein gültigen Konstante des Planckschen Wirkungsquantums h
5. Die Einsteinschen Äquivalenzbeziehung von Masse und Energie mit der Annahme einer allgemein gültigen und konstanten Lichtgeschwindigkeit des Vakuums c
Die drei in den Gesetzen 3 bis 5 steckenden universellen Naturkonstanten sind als Gruppe identisch mit den drei Fundamentalgrößen Plancklänge, Planckzeit und Planckmasse respektive Planckenergie. Das heißt anhand der drei Gesetze ergeben sich die drei Planckgrößen direkt aus den drei universellen Konstanten, und umgekehrt können Gravitationskonstante, Plancksches Wirkungsquantum und Lichtgeschwindigkeit direkt aus den drei genannten Planckgrößen abgeleitet werden.
Jenseits dieser Postulate wird zunächst eine Variabilität anderer als im Allgemeinen als konstant angenommener Größen zugelassen. Dabei bin ich mit der Tatsache bewusst, dass in den letzten drei Jahrzehnten erhebliche experimentelle bzw. messtechnische Anstrengungen unternommen worden sind, zeitliche Änderungen der einzelnen Naturkonstanten nachzuweisen oder innerhalb gewisser Grenzen auszuschließen und sich dabei für die einzelnen untersuchten Konstanten im Laufe der Zeit immer kleinere Grenzen einer möglichen zeitlichen Variation ergeben haben. Diese Befunde schließen wahrscheinlich jedoch nicht eine gemeinsame zeitliche Änderung mehrerer als konstant angenommener Größen aus. Die detaillierte Untersuchung der Möglichkeit gemeinsamer Änderungen solcher Größen ist meiner Meinung nach vermutlich eine lohnende Aufgabe.
Ich bin für Hinweise dankbar und würde mich freuen, mit dieser Vermutung einen Anstoß für weitere Diskussionen zu geben.
1. Eine grobe Verletzung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik wird auf die früheste Phase der Evolution des Universums verschoben, und dadurch wird die Vorstellung einer im Folgenden ablaufenden weiteren Raumexpansion unter der Annahme eines thermodynamisch abgeschlossenen Systems ermöglicht.
2. Die stabilen Elementarteilchen, die im Wesentlichen die kosmische Materie bilden, entstanden durch einen frühen Symmetriebruch, der zur Dominanz von Protonen und Elektronen gegenüber Antiprotonen und Positronen führte. Seitdem herrschen jedoch strikt symmetrische Bedingungen.
3. Die kosmische Masse bzw. deren äquivalente Energie sind seit dieser frühen Zeit konstant, wofür in der frühen Phase extrem hohe Energie- bzw. Massendichten angenommen werden müssen, auch wenn dabei selbst die Planck-Dichte (Planckmasse/Planckvolumen) massiv überschritten wird.
Diese Annahmen bedingen einen vierten Sachverhalt, der Unbehagen bereitet: Die postulierte frühe Phase ist nicht beobachtbar, da sie weit vor dem angenommenen Übergang des Kosmos‘ aus dem Plasmazustand in den transparenten Zustand liegt. Extrapolationen in die Zeit vor dem „Aufklaren“ sind nur anhand einer kleinen räumlichen Inhomogenität der kosmischen Hintergrundstrahlung möglich.
Das Unbehagen kann nur überwunden werden, indem alternative Ansätze diskutiert werden. Dafür ist es hilfreich, sich einige grundsätzliche Beobachtungen ins Gedächtnis zu rufen, die wesentlich für unsere Anschauung vom Universum sind:
1. Das Universum ist nicht homogen, sondern hochgradig strukturiert. Wir beobachten eine durchgehende Struktur-Hierarchie von den kleinsten bis zu den größten Längenskalen. Auch die näherungsweise Annahme eines homogenen Universums ist fragwürdig.
2. Das Universum ist nicht isotrop, sondern in unterschiedlichen Richtungen beobachten wir deutliche Unterschiede in der Verteilung von Materie und Strahlung. Diese Anisotropie gilt nicht nur auf kleiner Längenskala (Galaxis), sondern wegen der supergalaktischen Strukturen auch für größere Raumbereiche. Die Annahme eines isotropen Universums ist deshalb fragwürdig.
3. Das gegenwärtige Universum spiegelt keinen Gleichgewichtszustand und auch keinen Fließgleichgewichtszustand wider. Es gibt keine Symmetrie bezüglich der Zeitachse. Im Gegenteil: das Universum gehorcht lokal und global einem strengen Zeitpfeil, wie er für Abläufe weitab vom thermodynamischen Gleichgewicht typisch ist.
Das Universum unterliegt einer permanenten Veränderung. Auch die periodischen Prozesse der Himmelsmechanik dürfen nicht darüber hinweg täuschen, dass die wesentlichen Vorgänge – darunter kosmische Expansion, Kollisionen und Fusionen großer Staub-/Gaswolken und Galaxien, Sternentstehung, Nukleosynthese und Sternschicksal jenseits der Hauptreihe – irreversible Prozesse sind. Das entscheidende Merkmal des Universums sind seine unumkehrbaren Abläufe.
Deshalb plädiere ich für eine Weltsicht und damit auch für naturwissenschaftliche Hypothesen, die dem Fakt der beobachteten permanenten Veränderung das Primat gegenüber theoretischen Konstrukten mit der Annahme heute weitgehend konstanter Randbedingungen geben. Sie sollten eine Verschiebung der Symmetriebrüche und Hauptsatzverletzungen in die früheste Phase der kosmischen Evolution weitgehend vermeiden.
Ich schlage vor, die Grundannahmen zunächst auf ein Minimum zu beschränken, z.B. auf die universelle Gültigkeit folgender fünf Gesetze:
1. Den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, d.h. der Zunahme der Entropie – Entropie dabei in ganz allgemeiner Form verstanden - in einem abgeschlossenen System, wenn irreversible Prozesse ablaufen
2. Den ersten Hauptzsatz der Thermodynamik, d.h. der Erhaltung von Masse und Energie in einem abgeschlossenen System
3. Das Newtonsche Gravitationsgesetz mit der Annahme einer allgemein gültigen und konstanten Gravitationskonstante G
4. Den Quantencharakter, d.h. der Korpuskularität der Teilchen des elektromagnetischen Feldes, der Photonen und der Beschreibung ihrer Energie als Produkt von Frequenz und der allgemein gültigen Konstante des Planckschen Wirkungsquantums h
5. Die Einsteinschen Äquivalenzbeziehung von Masse und Energie mit der Annahme einer allgemein gültigen und konstanten Lichtgeschwindigkeit des Vakuums c
Die drei in den Gesetzen 3 bis 5 steckenden universellen Naturkonstanten sind als Gruppe identisch mit den drei Fundamentalgrößen Plancklänge, Planckzeit und Planckmasse respektive Planckenergie. Das heißt anhand der drei Gesetze ergeben sich die drei Planckgrößen direkt aus den drei universellen Konstanten, und umgekehrt können Gravitationskonstante, Plancksches Wirkungsquantum und Lichtgeschwindigkeit direkt aus den drei genannten Planckgrößen abgeleitet werden.
Jenseits dieser Postulate wird zunächst eine Variabilität anderer als im Allgemeinen als konstant angenommener Größen zugelassen. Dabei bin ich mit der Tatsache bewusst, dass in den letzten drei Jahrzehnten erhebliche experimentelle bzw. messtechnische Anstrengungen unternommen worden sind, zeitliche Änderungen der einzelnen Naturkonstanten nachzuweisen oder innerhalb gewisser Grenzen auszuschließen und sich dabei für die einzelnen untersuchten Konstanten im Laufe der Zeit immer kleinere Grenzen einer möglichen zeitlichen Variation ergeben haben. Diese Befunde schließen wahrscheinlich jedoch nicht eine gemeinsame zeitliche Änderung mehrerer als konstant angenommener Größen aus. Die detaillierte Untersuchung der Möglichkeit gemeinsamer Änderungen solcher Größen ist meiner Meinung nach vermutlich eine lohnende Aufgabe.
Ich bin für Hinweise dankbar und würde mich freuen, mit dieser Vermutung einen Anstoß für weitere Diskussionen zu geben.