Was ist die dichteste Materieform?

Materie besteht aus Teilchen. Diese Teilchen kann man zusammenpressen, so dass in einem Volumen mehr Teilchen Platz haben. Dabei erhöht sich die Dichte im gepressten Material, also die Masse pro Volumen. Die Dichte wird in Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m3; SI-Einheiten) oder in Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm3; cgs-Einheiten) angegeben. Heute soll es darum gehen, wie groß die Materiedichte eigentlich werden kann.  

Typische irdische Verhältnisse
Ein gewöhnliches Stück irdischer Materie hat bei Raumtemperatur Dichten zwischen  0,001 g/cm3 (Luft), 1 g/cm3 (Wasser) und 19,3 g/cm3 (Gold). Möchte man einen Goldbarren mit dem Volumen von einem Liter (1 dm3) aufwiegen, müsste man dies mit fast genau 20 Milchbeuteln tun.


[BILD: Gold gehört zu den dichtesten irdischen Materialien. Um einen Goldbarren aufzuwiegen braucht es schon 20 Milchbeutel. Quelle: A. Müller]

Dichtes Material eignet sich vorzüglich, um energiereiche, schädliche Strahlung abzuschirmen. Neulich mal beim Arzt geröntgt worden? Dann kam sicherlich Blei zum Einsatz. Um Röntgenstrahlung an Körperstellen abzuschirmen, wo sie nicht hinkommen soll, verwendet man z.B. Bleischürzen. Blei hat eine Dichte von 11,3 g/cm3, also weniger als Gold. Gold wäre aufgrund seiner noch höheren Dichte weitaus effizienter – aber das gibt’s nur für Privatpatienten und Ölscheichs.  

Noch dichter geht’s nur im Weltall
Das Weltall ist derjenige Ort, wo wir das beste Vakuum antreffen – besser als man es jemals auf der Erde, z.B. mit Vakuumpumpen herstellen könnte. Die mittlere Dichte da draußen beträgt nur ein Proton pro Kubikmeter oder 5 x 10-30 g/cm3.
Paradoxerweise ist das Weltall auch der Ort, wo wir die dichtesten Orte antreffen können. Aber wie erzeugt man diese hohen Dichten? Und gibt es eigentlich eine natürliche Grenze, eine maximale Dichte?  

Der Gravitationskollaps von Sternen
Sterne sind rotierende Gasbälle, deren Inneres kocht und so heiß ist, dass dabei über die Verschmelzung von Atomkernen elektromagnetische Strahlung entsteht. Sterne stehen dabei in einem Gleichgewicht aus Kräften, die den Stern größer machen wollen (Gasdruck, Rotation, Strahlungsdruck) und solche, die in verkleinern wollen (Gravitation). Bei der Sonne hält dieses Gleichgewicht schon ein paar Milliarden Jahre an. Das geht aber nicht ewig so weiter.
Die Fusionsreaktionen kommen nämlich irgendwann zum Erliegen: Entweder weil der Stern nicht mehr die notwendige Zündtemperatur zum Starten der nächsten Fusionskette erreicht oder weil der Stern einen Eisenkern ausgebildet hat und nun die Fusionskette aus kernphysikalischen Gründen aufhört. Weil nun die Gravitation die Oberhand gewinnt, wird der Sternkern zusammengedrückt und seine Dichte nimmt stark zu.  

Das Schicksal unserer Sonne
Unsere Sonne hat aktuell eine mittlere Gasdichte von nur 1,4 g/cm3. Das ist nur wenig mehr als die Dichte von irdischem, flüssigem Wasser. (Übrigens der Gasplanet Saturn hat eine so geringe Dichte, 0,7 g/cm3, dass er sogar in flüssigem Wasser schwimmen würde.) Diese mittlere Dichte der Sonne kann um einen Faktor von einer Million gesteigert werden. Das geschieht am Ende der Sternentwicklung, wenn sich der Sonnenkern in einen Weißen Zwergstern umwandelt.


[BILD: Entwicklung der Sonne in den nächsten Milliarden Jahren. Übrig bleiben wird ein Weißer Zwerg, der in einen farbenprächtigen Planetarischen Nebel eingebettet ist. Der Nebel wird sich aus den abgestoßenen, äußeren Gashüllen der Sonne bilden. Quelle: A. Müller]

Der resultierende Weiße Zwerg wird in etwa so groß sein wie die Erde, aber ungefähr eine Sonnenmasse haben. Seine mittlere Dichte beträgt dann etwa 2,4 x 106  g/cm3. Ein spielwürfelgroßes Stück Materie vom Weißen Zwerg wiegt so viel wie ein großes Auto.  

Darf’s ein bisschen mehr sein?
Das sind immer noch Peanuts. Die Kerne von massereicheren Sternen als die Sonne können ihr Inneres zu noch größeren Dichten zusammenquetschen. Die Dichten sind sogar so hoch, dass die Atomhüllen in die Atomkerne gepresst werden (inverser Betazerfall). Dabei wandelt sich die Materie zu einem großen Teil in Neutronen um. Das entstehende Sternüberbleibsel heißt daher Neutronenstern. Die Dichte eines Neutronensterns steigt von außen nach innen von 104 nach 1015  g/cm3 an. Im Inneren erreicht er offenbar mehrfache Kernmateriedichte! Die Kernmateriedichte liegt bei 3 x 1014 g/cm3 und meint die Dichte von Atomkernen. Ein Liter von der Neutronensternmaterie aus dem tiefsten Innern des Sterns hat soviel Masse wie alle Weltmeere der Erde zusammen! Es wird gerätselt, ob dabei tief im Herzen eines Neutronensterns Materie in einer vollkommen neuen Form vorliegen könnte: dem Quark-Gluon-Plasma.  

Exotische Materie im frühe Universum  
Eine Nanosekunde nach dem Urknall gab es im Universum noch keine Planeten, Sterne oder Galaxien – ja, noch nicht einmal chemische Elemente, Protonen oder Neutronen. Die Materie war in Einzelteile zerlegt und zwar so sehr, dass die Bestandteile der Protonen und Neutronen, die Quarks, frei in einem Gas herumschwirrten. Dieser Materiezustand heißt Quark-Gluon-Plasma. Die Gluonen sind die Botenteilchen, die die starke Kraft übertragen. Sie können Quarks zu Zweierpaaren (Mesonen) oder Dreierpaaren (Baryonen) zusammenkleben. Dieser Vorgang heißt Hadronisierung und setzte später bei der weiteren Abkühlung des Universums ein.
Um den exotischen Materiezustand des Quark-Gluon-Plasmas zu erzeugen, muss man entweder Materie extrem dicht zusammenpressen, zu fünf- bis zehnfacher Kernmateriedichte. Oder man macht die Materie extrem heiß, auf eine Billion Grad, d.h. 100.000mal heißer als das Zentrum unserer Sonne.
Beides klingt unerreichbar verrückt. Dennoch ist Teilchenphysikern am Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) in den USA 2004 der Durchbruch gelungen, das Quark-Gluon-Plasma herzustellen. Dazu beschleunigten sie schwere Atomkerne von Gold und ließen sie in einem winzigen Raumpunkt zusammenstoßen. Dort bildete sich für Sekundenbruchteile ein “nuklearer Feuerball” mit wahnsinnig hohen Dichten bzw. Temperaturen. Die Bedingungen waren so extrem, dass die Materie in das Quark-Gluon-Plasma zerfiel.
Übrigens kann sowas auch am derzeit stärksten Teilchenbeschleuniger, dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN, gemacht werden. Dort wurde Ende 2010 ein Betriebsmodus getestet, wo er nicht Protonen, sondern Bleiionen kollidieren lässt (CERN Pressemitteilung). Weil ein Bleiatomkern 207mal schwerer ist als ein Proton (=Wasserstoffatomkern) waren die erreichten Energien deutlich größer (287 TeV pro Beam). Im Experiment ALICE wird dann der neue, superdichte Materiezustand untersucht.


[BILD: Im LHC-Experiment ALICE wird der “Teilchenunfall” von Bleiionen genau unter die Lupe genommen. Die einzelnen Quarks fügen sich wieder zu Mesonen und Baryonen zusammen – “hadronisieren” – und sind als Büschel zu sehen. Quelle: CERN]
 

Unendliche Dichte im Schwarzen Loch?
In der Astrophysik gibt es Objekte, wo die Gravitation den endgültigen Sieg über alle anderen Kräfte errungen hat: Schwarze Löcher. Nehmen wir an, ein Schwarzes Loch habe drei Sonnenmassen, dann beträgt seine Größe – angegeben durch seinen Ereignishorizont (oder Schwarzschildradius) – neun Kilometer. Würde man seine Masse gleichmäßig über dieses Kugelvolumen verteilen, so ergäbe sich eine mittlere Dichte von 2 x 1015 g/cm3, also etwa 7fache Kernmateriedichte.  Bei einem Schwarzen Loch ist es aber offenbar noch viel schlimmer. Denn Schwarze Löcher sind Masse ohne Materie! Studiert man die Raumzeit-Lösungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, die kosmische Schwarze Löcher gut beschreiben (nämlich Schwarzschild- und Kerr-Metrik), dann findet man eine Krümmungssingularität. Hier drin steckt die ganze Masse des Lochs, und hier werden Raumzeit-Krümmung und Dichte unendlich. Die Physik kommt hier an ihre Grenze der Beschreibbarkeit und Vorhersagekraft. Ob es diese Singularitäten tatsächlich in der Natur gibt, wurde bislang nicht gezeigt. Wir wissen nur, dass einige Objekte da draußen, sehr gut mit dem Modell der klassischen Schwarzen Löchern beschrieben werden können.  

Gibt es eine maximale Dichte?
Theoretische Physiker können eine Grenze ausrechnen, an denen weder eine Beschreibung mit der Relativitätstheorie, noch mit der Quantentheorie allein ausreichen. Das ist die sog. Planck-Skala. Die maximale Dichte, die aus der Planck-Skala abgeleitet werden kann, heißt Planck-Dichte und beträgt 1093 g/cm3. Das sind nochmal 78 Zehnerpotenzen mehr als zehnfache Kernmateriedichte. Eine unvorstellbar große Zahl, aber immerhin kleiner als unendlich – wenn auch nahe dran. Diese Skala ist so weit weg von Gut und Böse, dass sie nicht experimentell zugänglich ist. Insofern ist auch die Planck-Skala spekulativ.  

Der Ausweg in die Quantengravitation
Anschaulich bedeutet die Planck-Dichte, dass hier eine Quantenbeschreibung der Gravitation notwendig ist. Auf derartige Quantengravitationstheorien gibt es schon ein paar Anwärter, u.a. Stringtheorie und Loop-Quantengravitation, aber es handelt sich dabei noch um spekulative Theorien. Es gibt sogar schon experimentelle Tests dieser Theorien, aber bislang stützen sie sie nicht.  
Spannend sind sie allemal. Nehmen wir an, wir pressten Materie mehr und mehr zusammen und erreichten die Planck-Dichte. Dann sagt die Loop-Quantengravitation voraus, dass von der quantisierten Raumzeit ein nach außen gerichteter “Quantendruck” ausgeht, der eine weitere Verdichtung von Materie verhindern würde. Damit könnte sogar die frühe, heftige Ausdehnungsphase des Universums erklärt werden, die Inflation genannt wird.  


[BILD: Die Dichte-Skala des Universums. Quelle: A. Müller]

Zusammenfassung
Die Dichte-Skala des Universums ist oben zusammengefasst. Interessant ist, dass wir angesichts der Zehnerpotenzen deutlich mehr nicht verstanden haben, als verstanden. Die Theorie besagt, dass es eine höchste Dichte geben muss und dann komplett neue Effekte zu erwarten sind. Diese Bereiche können Physiker bereits experimentell testen und es wird spannend sein hier die kommenden Entwicklungen zu verfolgen.

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Die Astronomie ist faszinierend und schön – und wichtig. Diese interdisziplinäre Naturwissenschaft finde ich so spannend, dass ich sie zu meinem Beruf gemacht habe. Ich bin promovierter Astrophysiker und befasse mich in meiner Forschungsarbeit vor allem mit Schwarzen Löchern und Allgemeiner Relativitätstheorie. Aktuell bin ich der Scientific Manager im Exzellenzcluster Universe der Technischen Universität München. In dieser Tätigkeit im Forschungsmanagement koordiniere ich die interdisziplinäre, physikalische Forschung in einem Institut mit dem Ziel, Ursprung und Entwicklung des Universums als Ganzes zu verstehen. Besonders wichtig war mir schon immer eine Vermittlung der astronomischen Erkenntnisse an eine breite Öffentlichkeit. Es macht einfach Spaß, die Faszination am Sternenhimmel und an den vielen erstaunlichen Dinge, die da oben geschehen, zu teilen. Daher schreibe ich Artikel (print, online) und Bücher, halte öffentliche Vorträge, besuche Schulen und veranstalte Lehrerfortbildungen zur Astronomie, Kosmologie und Relativitätstheorie. Ich schätze es sehr, in meinem Blog "Einsteins Kosmos" in den KosmoLogs auf aktuelle Ereignisse reagieren oder auch einfach meine Meinung abgeben zu können. Andreas Müller

34 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Mir fehlt …

    .. da noch der Hinweis auf das dichteste Element der Erde: Osmium mit 22,59 g/cm^3

    Ansonsten ein sehr schöner Artikel. 🙂

  2. Höchste “irdische” Dichte

    Gold hat nicht die höchste Dichte eines Elements. Die beträgt ca. 22.6 g/ccm für Osmium.

  3. Primordial Black holes and dark matter

    Das exotische hat seine eigene Anziehungskraft. Die Vorstellung, dass die dunkle Materie gar nicht auf Neutrino-ähnliche WIMPS, sondern auf Mini-Schwarze-Löcherzurückgeht, hat schon ihren dunklen Reiz!

  4. Dichte von Schwarzen Löchern

    Vielleicht kommt meine Frage zu diesem Thema etwas spät, aber ich habe den Artikel, den ich sehr gut finde erst heute gelesen. Meine Frage bezieht sich auf die Dichte in Schwazren Löchern. Ich habe dazu einen Videobeitrag gesehen. dieser stammt von der Uni-Heidelberg und lief im Rahmen “Astronomie zur Mittagszeit” Dort wurde unter anderem gesagt, daß in einem massereichen scharzen Loch, wie es z.Bsp. im Zentrum der Milchstraße vorliegt und was ja mehrere millionen Sonnenmassen hat, die dichte in etwa so groß wie Wasser sein soll. Habe ich da etwas falsch verstanden, oder ist dies tatsächlich der Fall?
    Mit freundlichen Grüßen

  5. Dichte von supermassiven black holes

    @Klaus Peter:
    Das folgende stimmt mit dem englischsprachigen Wikpipedia-Artikel zum Thema überein:

    daß in einem massereichen scharzen Loch, wie es z.Bsp. im Zentrum der Milchstraße vorliegt und was ja mehrere millionen Sonnenmassen hat, die dichte in etwa so groß wie Wasser sein soll

    Sehr gut werden schwarze Löcher im Wikipedia-Artikel Black hole abgehandelt und dort steht:

    Since the average density of a black hole inside its Schwarzschild radius is inversely proportional to the square of its mass, supermassive black holes are much less dense than stellar black holes (the average density of a 108 solar mass black hole is comparable to that of water).

    Die kleine Dichte von supermassiven schwaren Löchern ist allerdings nur etwas berechnetes aufgrund des Schwarzschildradius und unter der Annahme, dass die Masse innerhalb des Schwarzschildradius gleichmässig verteilt ist.

    Das Paradoxe ist ja, dass die so berechnete Dichte in “kleineren” schwarzen Löchern, die nur die Masse von ein paar dutzend Sonnen vereinen, sehr viel grösser ist als in grossen schwarzen Löchern.

  6. @Klaus-Peter u. M. Holzherr

    Dieses Ergebnis mit der mittleren Dichte von supermassenreichen Schwarzen Löchern, die derjenigen von Wasser ähnelt ist in der Tat verblüffend – allerdings ist es eine “akademische Rechnung”.

    In der Theorie könnte man eine kugelsymmetrische Flüssigkeitskugel hernehmen, die einen Radius vom Schwarzschild-Radius und eine mittlere Dichte von irdischem Wasser haben möge.
    Tatsächlich wäre das auch eine Lösung der Einsteinschen Feldgleichung der Allgemeinen Relativitätstheorie. Das ist die 1916 von Schwarzschild gefundene zweite Lösung, die heute “innere Schwarzschild-Lösung” genannt wird. Sie enthält interessanterweise keine Singularität! Siehe dazu auch Schwarzschild-Lösung in meinem Web-Lexikon.

    In der Praxis ist allerdings zu erwarten, dass ein solches Gebilde in sich zusammenstürzt und zwar zur Schwarzschild-Lösung mit Singularität und damit unendlicher Dichte bei r = 0 sowie Vakuum für alle anderen Punkte.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  7. Ich sitze in einem Schwarzen Loch

    Wenn man annimmt, dass der sichtbare Teil des Universums
    eine Masse von 8,75*10^52 kg hat, und einen
    Radius von 1,375*10^10 Lichtjahren hat,
    dann passt der berechnete Schwarzschildradius
    von 1,374*10^10 Lichtjahren sehr gut dazu.

    Eigentlich müsste dann die Zeit bei uns unendlich langsam ablaufen.

    Berechnung mit Kontrollwerten:

    R Schwarz = 2GM/c^2
    G = 6,6742*10^-11 m^3/kgs^2 .. 6,674E-11
    M Erde = 5,972*10^24 kg .. 5,972E+24
    c = 2,99792458*10^8 m/s .. 2,998E+08
    r Erde = 6,37815*10^6 m .. 6,378E+06
    c^2 .. 8,988E+16
    M Universum = 8,75*10^52 kg .. 8,750E+52
    s/Jahr .. 3,156E+07
    m/Lichtjahr .. 9,461E+15
    R Schwarz Erde m .. 8,870E-03
    r Universum Lichtjahre .. 1,375E+10
    r Universum m .. 1,301E+26
    R Schwarz Universum Lichtjahre .. 1,374E+10
    R Schwarz Universum m .. 1,300E+26
    Alter Universum s .. 4,339E+17

  8. @K. Bednarik

    Das Problem bei diesem Ansatz (dem ich schon häufig begegnet bin) ist, dass die Raumzeit von einem Schwarzen Loch und dem Universum vollkommen unterschiedliche Lösungen der Einstein-Gleichung sind.

    Das bringt also nicht viel Einsicht.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  9. Schöner Artikel

    Schöner Artikel.

    Allerdings “Ein Liter von der Neutronensternmaterie aus dem tiefsten Innern des Sterns hat soviel Masse wie alle Weltmeere der Erde zusammen!” glaube ich nicht. Die Weltmeere wiegen ~10^24g, 1 l Neutronenstern-Kern wiegt ~10^18g. Es müsste also schon ein 10m Quader Neutronenstern-Kern sein.

  10. Planck

    Es kommt der Gedanke bei mir auf Planck sei näher an der Wahrheit ais der angebetete Einstein. Seine Formel scheint mir doch etwas zu einfach für die Gesamtwelt zu sein und ist auch nicht zuletzt durch den Zeitgeist zur Religion erhoben. Welcher Wissenschaftler wagt den schrägen Blick? Es gibt welche ….und die haben es schwer.

  11. @B. Reddemann

    Es gibt zwar Ausdrücke für den klassischen Elektronenradius (rund 3 fm) und seine Masse (511 keV, 10^-30 kg), aber es macht vermutlich nicht viel Sinn, daraus eine Dichte auszurechnen.

    Gemäß dem Standardmodell der Teilchenphysik ist das Elektron ein punktförmiges Lepton. In den meisten Experimenten (z.B. Elektronenstreuung), wo es um einzelne Elektronen geht, beschreibt man es am besten am quantenmechanische Wellenfunktion oder als Materiewelle nach de Broglie.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  12. Eine Frage!
    Wenn ich mir vorstelle, die Erde bestünde nur aus Wasser, dann kann ich der Regel für Taucher entsprechend sagen, dass im Zentrum der Erde ein Druck von ca. 640 000 Bar herrschen muss.
    Was würde bei solch einem Druck mit dem Wasser passieren?
    Danke bereits jetzt für die Antwort.
    Georg Ignatius

    • Das ist ein Denkfehler. Im Mittelpunkt der Erde hebt sich die Gravitation auf, es gibt also keine Gewichtskraft und damit theoretisch oder idealerweise keinen Druck. Ein geringer Druck ergibt sich durch die Wirkung der Sonne und der ungleichen Verteilung der Massen auf der Erde. Das lässt sich aber wohl kaum nachmessen.

      • Tut mir leid, aber das ist völliger Blödsinn.

        Im Mittelpunkt der Erde hebt sich die Gravitation auf, aber nicht der Druck. Der Druck nimmt bis zum Mittelpunkt stetig zu.

        Die relevante Gleichung findet sich hier

        https://de.wikipedia.org/wiki/Hydrostatischer_Druck#Tiefenabh.C3.A4ngigkeit_von_g

        p = (3 G M^2) / (8 pi R^4)

        Der Druck wäre dann erheblich kleiner als 640 000 bar, aber immer noch gigantisch, was dann mit Wasser passieren würde, weiß ich auch nicht.

        Wasser hat eine viel kleinere Dichte als die Erde, die Erdmasse wäre dann auch um einen Divisor 5.5 kleiner.

  13. @Martin Holzherr
    Mir scheint es unmöglich, dass ein Schwarzes Loch eine Dichte wie Wasser hat. Bekanntlich hat ein Schwarzes Loch einen Durchmesser von nur wenigen Kilometern, bei extremster Masse.
    Das Schwarze Loch mit Wasserdichte müsste demnach einen überdimensionalen Durchmesser haben.
    Da beinahe alle Schwarze Löcher nur einen sehr geringen Durchmesser haben, muss eine extreme Dichte vorhanden sein, um Licht und alle andere Materie anzuziehen

  14. Grundsätzlich von der bekannten wissenschaft falsch vrstandene schwarze löcher, irrtümlich oder absichtlcih.

    wer schon einen im meer entstandenen strudel im wasser so beschreibt, das der strudel das wasser in sich hineinsaugt, muss sich nicht wundern, das er in bezug auf schwarze löcher auch auf dem falschen dampfer ist. ursache und wirkung ist schon eine tückische sache…

    • Hallo, ich habe mal eine Frage.
      Wer war eigentlich der erste Wissenschaftler, der behauptet hat, das alles in schwarze Löcher hineingesaugt wird?
      Ist es nicht viel wahrscheinlicher, das es einen Bereich beschreibt, in den unmöglich etwas hinein gelangen kann?

  15. Man darf den Schwarzschildradius nicht mit Abmessungen eines Schwarzen Loches gleichsetzen. Er sagt aus, dass wenn die Sonnenmaterie auf rund 3 km Radius komprimiert wäre, das Licht nicht mehr entweichen kann durch die enorme Gravitationskraft. Auch die Umkehrung als singulärer Punkt mit dem Radius 0 ist unvernünftig. Es gibt eine gewisse Vergleichsmöglichkeit mit einem Superphoton. Bei einem Photon ist das Produkt aus Energie und Wellenlänge gleich h mal c = konstant. Ein energiereicheres Photon wird also kleiner. Analog kann man sich vorstellen, dass ein Schwarzes Loch mit zunehmender Energie kleiner wird, aber immer noch eine Abmessung größer Null besitzt. Das heißt nicht, dass ein Schwarzes Loch durch ein einziges Superphoton beschreibbar ist. Der Vergleich soll uns nur die Vorstellung erleichtern, das etwas mit zunehmender Energie nicht größer sondern kleiner werden kann.

  16. Sind die Quarks real oder fiktiv?
    Das Proton besitzt die Ladung (+1) und das Neutron die Ladung ( 0 )
    Da hat die Teilchenphysik eine geradezu geniale Erklärung erdacht.
    Es wurden zuerst zwei Quarks angenommen, mit verschiedener Ladung, und zwar, ein “Up-Quark” mit der Ladung ( +2/3 ) und ein “Down-Quark” mit der Ladung ( -1/3 ). Damit war alles logisch verständlich zu erklären.
    Das Proton besteht aus zwei Up-Quarks, das ergibt Ladung ( +4/3 ) und
    aus einem Down-Quark ( – 1/3 ) das ergibt die real gemessene Ladung (1) Das Neutron besteht aus zwei Down-Quarks und einem Up-Quark, = (0)
    Diese geniale Lösung ist allerdings zu schön um wahr zu sein, denn es ist noch kein Quark als reales Teilchen nachgewiesen worden. Bislang sind die Quarks rein logisch fiktiv, aber passen zur geltenden Teilchenphysik..

    Mein Gegenargument:
    Es gibt im Universum nur kinetische Energie, die immer in Bewegung sein muss. Die Energie ist ein Produkt aus einem Quant der “Urmaterie” und der Verhältniszahl c². Die Urmaterie bestand vielleicht schon ewig.

    Faktum:
    Ein Proton wiegt 1,672 221 777 mal 10 hoch minus 27 kg.(Wikipedia)
    Energie des Protons 1,67 ^ – 27 multipliziert mit c² = 1,5 ^ -10 Joule
    Quant der Urmaterie 1,67 ^ – 27 dividiert durch c² ergibt 1,86 ^ – 44 kg ,

    Das Quant der Urmaterie, muss ein Photon sein.
    Die Urmaterie muss die gesuchte unbekannte Dunkle Materie sein.
    Sie ist die einzige reale Materie, und diese erklärt nicht nur die
    Äquivalenz von Energie und Masse, sondern die völlige Gleichheit.
    Wenn das Urquant mit Lichtgeschwindigkeit rotiert, dann erkennt man es z.B. als Proton und das ist Masse. Wenn das Urquant sich mit Lichtgeschwindigkeit linear bewegt, dann erkennt man es als Photon d.h. elektromagnetische Strahlung.

    Masse ist nur “Scheinmaterie”, aus einem winzigen Anteil der realen Dunklen Materie, welches mit Lichtgeschwindigkeit rotiert.
    Ich frage mich, ob das Quant der Urmaterie real ein Photon ist, dessen sehr geringe Ruhemasse 1,86 ^ – 44 kg, als quasi “Null “, vernachlässigt wird ?

    Die Hypothese der Dunklen Materie:
    Es ist bekannt,, dass die Galaxien zu schnell rotieren und auseinander driften würden, wenn nicht ca. 20 mal mehr Masse vorhanden wäre, als die allein sichtbare, baryonische Materie.
    Es lässt sich grob berechnen, was 1km³ Dunkle-Materie wiegen müsste, wenn sie 20 mal so schwer sein soll, wie die sichtbare Materie des Universums.
    Die Berechnung ist logisch und einfach, wenn man davon ausgeht, dass die Dunkle Materie nicht in ” Klumpen ” vorliegt, sondern gleichmässig im Universum verteilt sein muss, Schwankungen der Dichte sind aber selbstverständlich eingeschlossen.
    Das Gewicht der Massen im Sonnensystem ist bekannt, ca. 2 ^ 30 kg
    mit 20 multipliziert ergibt, 4 ^31 kg, geteilt durch das Volumen einer
    gedachten Raumkugel, mit dem Radius Sonne-Alpha-Centauri, ca. 4 Lichtjahre. Das Kugelvolumen beträgt etwa 2,27^41 Kubikkilometer.
    Das Ergebnis ist äusserst überraschend, denn ein Kubikkilometer
    der Dunklen Materie wiegt weniger als 0,2 Mikrogramm, und könnte wohl vom Hochvakuum nicht zu unterscheiden sein.

    Meine Vermutung ist, dass diese bisher unverstandene Dunkle Materie das von Einstein unbedingt erforderliche Medium sein muss. Die Lichtgeschwindigkeit ist keine Eigenschaft des Lichts, sondern es ist die Transportgeschwihdigkeit des Mediums. Diese Erkenntnis erklärt, waum c nicht mit einer Geschwindigkeit V Addiert oder Subtrhiert werden kann.

    Albert Einstein hat in seiner Rede, gehalten am 5. Mai 1920 an der
    Reichs-Universität zu Leiden, erklärt,
    Zitat: ( Auszug )
    Zusammenfassend können wir sagen: Nach der allgemeinen Relativitätstheorie ist der Raum mit physikalischen Qualitäten ausgestattet; es existiert also in diesem Sinne ein Äther. Gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie ist ein Raum ohne Äther undenkbar; denn in einem solchen gäbe es nicht nur keine Lichtfortpflanzung, sondern auch keine Existenzmöglichkeit von Maßstäben und Uhren, also auch keine räumlich-zeitlichen Entfernungen im Sinne der Physik. ( Zitat Ende )

    J.G.Karl Gross 21. Juni 2015

  17. Ich denke, dass die Dunkle-Materie aus Urquanten besteht, und diese sind
    das, von Einstein als unbedingt notwendig geforderte Transportmedium für die elektromagnetische Strahlung, so wie die Gravitationswellen.
    Ohne dieses Medium bricht die, von den Wissenschaftlern anerkannte Relativitätstheorie zusammen. Diese Dunkle Materie besitzt alle geforderten Eigenschaften eines Mediums. Es besteht nicht aus einer Art von Flüssigkeit, in der keine Transversalwellen möglich sind, und seine sehr geringe Dichte behindert nicht die Bewegung der baryonischen Materie. Weil die Dunkle Materie die baryonische Materie durchdringt konnten Michelson und Morley auch keine Interferenz messen.
    Wie kann aus den Quanten der Kern des Wasserstoffatoms mit einem Energieinhalt von 90 Billiarden Joule pro kg entstanden sein? Da mc² kinetische Energie ist, so kann das, denke ich, nur durch eine “Kollision” der Quanten mit Lichtgeschwindigkeit “c” passiert sein.
    Die Kollision darf man sich nicht als einen frontalen Aufprall vorstellen, sondern die Quanten haben sich durch Friktion, ohne enorm hohe Temperatur und hohen Druck, gegenseitig in Rotation versetzt. Diese Kollision war kein Urknall, wegen der Milliarden Jahre langen Zeitdauer.

    Es muss ein “Vorzeituniversum” gegeben haben, bestehend aus 100 % Dunkler-Materie, also, aus den Quanten, welches vielleicht viele Billionen Jahre, wenn nicht fast eine Ewigkeit, existiert hatte, bis es zur “Kollision” kam. In dieser sehr langen Zeitspanne konnten sich die Quanten, durch eine stete Veränderung der Dichte formiert haben, so dass, die vielen Grossraumstrukturen quasi vorprogrammiert waren, für deren Entstehung, die Zeit vom unlogischen Urknall an, viel zu kurz war. Die Kollisionsphase muss, trotz der hohen Lichtgeschwindigkeit, vieleMilliarden Jahre gedauert haben, bis zum heutigen Universum.
    Die Gravitation ist die schwächste aller Kräfte, besonders im Vergleich
    zur Elektromagnetischen, aber durch ihre Allgegenwart ist sie die bestimmende, aktive Kraft im Universum und muss, ( vermute ich ), beruhen auf Druckdifferenzen in der Gesamtheit der Urquanten.
    Durch die “Kollision” konnten nur die Kerne des Wasserstoffs entstehen, in extrem, enormer Menge. Alle schwereren Elemente sind entstanden unter dem Druck der Gravitation durch Fusion in den Sternen. Helium in den Gassternen, wie unsere Sonne, alle schwereren Elemente, konnten nur in den grösseren und auch schwereren Metallsternen entstehen. Uran nur in einer Supernovaexplosion, oder in kollidierenden Neutronensternen.
    Das Universum wird sich wahrscheinlich nach der Entstehung durch eine Kollision im “steady-state” befinden und sich nicht ausdehnen, denn es ist einzig aktiv durch die Gravitation, und welchen Grund sollte die haben, sich nach 10 Milliarden Jahren plötzlich umzukehren. Die Theorie der Ausdehnung passt genau zum Urknall, der religiös verstanden sein will. theologisch ist das O.K., aber Theologie ist keine Naturwissenschaft, sondern Glaube. Erst der Versuch der Wissenschaftler, den Urknall physikalisch beweisen zu wollen, hat aus der gut gemeinten Idee den Unsinn gemacht, der gegen alle Gesetze der Physik verstösst.

    Hier geht es um nichts
    Das Universum wird auch nicht unendlich gross sein, sondern es wird begrenzt sein, ohne “Lattenzaun”, so natürlich, wie alle Galaxien sich abgrenzen. Das Universum schwebt im NICHTS und dieses hat keine Eigenschaft. Meine Theorie braucht aber das NICHTS, weil es sonst keine Kollision gegeben haben könnte. Dieses NICHTS möchte ich erläutern: Denken Sie sich alle Galaxien weg und auch die Dunkle Materie, was dann bleibt, ist kein “leerer Raum”, sondern, da ist Nichts. Jetzt bringen Sie vier kleine Kugeln ins Nichts und bauen daraus eine Pyramide, die können Sie beliebig weit auseinanderziehen. Diese Pyramide ist das gesamte, von Ihnen erschaffene Universum und schwebt im NICHTS. Jetzt holen Sie eine Galaxie nach der anderen zurück, und so viele es auch sein mögen, die schweben alle im NICHTS.

  18. Über die “Entstehung” des Universums
    Das am 4. Juli 2012 am CERN erzeugte “Higgs-Teilchen”, mit der hohen Energie von 125 Giga eV,ist verkündet worden wie die Entdeckung des gesuchten “Gottesteilchens”, welches der Masse die Trägheit übermittelt.
    Am 6. Juli habe ich an Dr. Heuer geschrieben, dass das erzeugte Teilchen ein Schuss in den Ofen war und nicht das erhofftes “Graviton” Es war nur ein unbedeutendes Teilchen, das erklären soll, wie die Quarks und Elektronen zu Ihrer Masse kommen. (Erklärte mir Herr Dr. Zoufal, DESY,) Es gibt kein Graviton, welches der Masse die Trägheit übermitteln kann.
    Dr. Harald Leschs Erklärung: Masse ist “geronnene” Energie”, d.h. ein bisher unbekannter Aggregatzustand der Energie, gehört in die Bibel.
    Mit dem “Standardmodell” kann man die Trägheit der Masse nicht physikalisch erklären, sondern nur mathematisch mit drei Vektoren, aber die fiktive Kollisonstheorie erklärt nicht nur die Gravitation, sondern auch die Starke- Kernkraft, und die bisher physikalisch völlig unverstandene Trägheit der Masse.
    Die Trägheit ist das Reale an der Masse, denn in der Schwerelosigkeit gibt es kein Gewicht. Ich behaupte, dass aus der Rotation der Hadronen mit Lichtgeschwindigkeit, der Kreiseleffekt folgert und damit die Trägheit der Masse. Erklärung:
    Wenn die Rotationsachse eines Kreisels nicht um 90° ausweichen kann, ist das Kippen der Achse nur mit sehr großem Krafteinsatz möglich, weil das Kippen der Achse, ohne die Ausweichbewegung, eine Erhöhung oder Verminderung der Drehzahl erfordert. Energie und Masse sind äquivalent,
    d.h., die 90-Billiardenfach, als Rotation in den Hadronen gespeicherte kinetische Energie ergibt die Trägheit.
    Die Pro = und Neutronen besitzen Trägheit wegen ihrer Rotationsenergie. Die Summe aller Kreiselwirkungen der Hadronen ergibt die Trägheit der Masse. Rotationsenergie ist Drehimpuls und damit eine Erhaltungsgrösse.

    Wie entsteht, nach der Kollisionstheorie, die Starke Kernkraft?
    Protonen haben eine positive Ladung und stossen sich stark ab. Wenn die Abstossung aber durch hohen Druck überwunden ist, so kommen die Protonen einander so nahe, dass durch ihre Rotation die Dunkle Materie zwischen einander so immens beschleunigt wird, dass durch den dadurch erzeugten Unterdruck die Protonen fest aneinander gepresst werden. Das erklärt, weshalb die Starke Kernkraft nur im Kern wirkt und nicht aussen.

    Die Gravitation ist eine passive Funktion der Dunklen Materie.
    Erklärung: Die Rotation der Hadronen in der Materie beschleunigt die
    umgebende Dunkle Materie und der dadurch entstehende Unterdruck erzeugt die Gravitation. Die Dunkle Materie besteht aus Quanten und ist völlig passiv, aber sie überträgt die Gravitation, als Welle, mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Licht, d.h. die elektromagnetische Strahlung.

  19. Die “Lichtgeschwindigkeit” ist keine Eigenschaft des Lichtes, sondern es ist die Transportgeschwindigkeit eines Mediums, bestehend aus Dunkler Materie, darum wird ein Elektronenblitz auch nicht schneller transportiert, als das Glimmen einer Zigarette oder das zarte Glühen eines Leuchtkäfers. Photonen, die aus einer Laserkanone geschossen werden “fliegen” nicht zum Mond, sondern übertragen ihre Energie auf die Dunkle Materie und die transportiert die Energie als Welle mit konstanter “Lichtgeschwindigkeit ” zum Mond und beim Aufprall entstehen aus der Energie der Welle wieder Photonen.
    Papst Pius XII wird 1951 nicht damit gerechnet haben, dass die Mathematiker versuchen werden, die von ihm theologisch gemeinte Schöpfung Gottes physikalisch beweisen zu wollen.

    Offene Fragen bleiben trotzdem: Welche Ursache hatte die Kollision? Wir können nicht ergründen, was alles ausserhalb unseres Universums möglich ist, aber so viel ist sicher: Falls es s.g. Branen, d.h. “Parallelwelten” geben sollte, so hätten die doch das gleiche Problem mit dem Nachweis ihrer
    Entstehung Ausserdem können Branen nicht miteinander kollidieren, weil

    die Abstände der Sterne viel zu gross sind. Es ist bekannt, dass Galaxien einander durchdringen, ohne sich zu berühren und nur ihre Form sich verändert. Eine Übertragung von Energie zwischen Branen ist auszuschliessen, weil die viel zu langsam sind, wenn es mit der enorm hohen Kollisionsgeschwindigkeit schon Milliarden Jahre gebraucht hat, um die gesamte lineare kinetische Energie der Kollision in die enorme Rotationsenergie umzuwandeln Das Universum ist logisch nur einmalig entstanden, durch eine Kollision. Die Anerkennung der Rotationsenergie würde die Realität der Kollisionstheorie bestätigen.
    Die Dunkle Materie ist der “Urstoff”, dieser besteht aus Quanten. Die Quanten besitzen zwar geringe Energie, aber sie besitzen nicht die extrem hohe Rotationsenergie und können darum keine Masse bilden, selbst dann nicht, wenn man sie unter einem enormen Druck komprimieren würde.
    Um aus den Quanten das zu machen, was wir unter “Masse” verstehen,
    müssen diese Rotationsenergie erhalten, d.h. sie müssen mit der enormen Lichtgeschwindigkeit “kollidieren”, und sich durch Streifende-Reibung in Rotation versetzen.

    Die Entstehung der grösseren Urwolke könnte so geschehen sein:
    Ein völlig unregelmässig geformter kleiner Wolkenfetzen, bestehend aus Quanten, bewegt sich mit einer gleichmässigen Geschwindigkeit im Nichts und trifft auf immer mehr gleichartige Wolkenfetzen, die sich zu einer inhomogenen Urwolke zusammenschliessen. Diese Quanten sind die “Dunkle Materie” und diese bildeten ein “Vorzeituniversum”, welches vielleicht Billionen Jahre existierte und dadurch die nötige Zeit für die Formierung der vielen Grossraumstrukturen zur Verfügung stellte, die, vom “Urknall” an gerechnet, viel zu kurz war.

    Noch einmal zur Urknalltheorie:
    Der Urknall hatte viel zu wenig Energie, um die Materie dorthin verteilen zu können wo sie sich jetzt befindet. Die Erklärung: Der Raum habe sich ausgedehnt und habe die Materie mitgenommen ist absurd, denn, woher will der Raum die da zu nötige Energie genommen haben? Die Erklärung, das Plasma hätte eine Temperatur von 10 e 32 Kelvin gehabt ist Nonsens.
    Ich sage: Die Materie musste gar nicht mit Lichtgeschwindigkeit im Raum verteilt werden, sondern sie blieb praktisch am Ort ihrer Entstehung durch die Kollision. Auch reichte die Energie des Urknalls bei weitem nicht aus, um 90 Billiarden Joule pro kg als Masse zu speichern.

  20. Ich habe meine Behauptungen neu überdacht:
    Die Diemension der Masse ist kg, aber die enorme Rotationsenergie ist gespeichert als Rotation der Masse. d.h., wenn man die 90 Billiarden Joule pro kg herausrechnet aus 1kg Masse, in dem man dividiert durch 9^16, bleibt zwar 1kg Masse erhalten, aber ohne Rotationsenergie. Ich denke, dass es nicht unlogisch scheint, dass die Trägheit der Masse durch eine Kollision in die Masse transferiert worden ist. Dass nur durch Kollisionen mit Lichtgeschwindigkeit eine Wandlung zu erreichen ist erklärt Desy und CERN mit allen Experimenten.
    Ich weiss, das Masse und Energie das Gleiche ist, aber ich habe erkannt: Es gibt zwar nur Energie, aber, auf der Stelle rotierende Energie nennen wir z.B. Protonen und mit Lichtgeschwindigkeit linear bewegte Energie besteht aus Photonen und ist Strahlung.
    J.G.Karl Gross

    • Hallo Herr Groß,
      alle Energie letzten Endes auf die Bewegung zurückzuführen hat etwas Verführerisches.
      Aber was bewegt sich da? Wie kann man sich die Ladung vorstellen, wenn sie sich nicht bewegt? Man wird jetzt antworten , als Elektron, also als Quant. Man kann mit dem Elektron schön rechnen, aber woraus es besteht, weiß man nicht.
      Ich weiß auch nicht, woraus “Materie” letzten Endes besteht. Man kann antworten , aus Energie, aber das ist ja noch abstrakter, und jeder stellt sich etwas anderes darunter vor. Ich glaube da kommen wir an die Grenzen der Vorstellungskraft.
      Aber, dass die Bewegung eine Rolle dabei spielt, das glaube ich auch.

  21. Hallo,
    Dichte = Masse / Volumen . Dabei stellen wir uns die Masse als Quanten vor.
    Wie jetzt die Versuche mit den Linearbeschleunigern zeigen, lassen sich immer neue , immer kleinere Quanten finden, abhängig von der Leistungsfähigkeit der Linearbeschleuniger. Ist da eine Grenze abzusehen, oder ist es grundsätzlich so, je Größer die Energien zum Zerteilen der Quanten, desto kleiner werden die Bruchstücke?
    Und haben die Bruchstücke die gleiche Dichte wie die Quanten, aus denen sie entstanden sind? Oder verlieren die Begriffe Masse und Volumen in diesen Größenordnungen ihren Sinn?

  22. Hallo Herr Müller,
    angenommen man würde das uns bekannte Universum so stark komprimieren, bis die Plank´sche Dichte erreicht ist. Könnte man dann die Größe dieses Objekts berechnen?
    Oder wäre der umgekehrte Weg möglich. Kann man berechnen, ob es eine Masse gibt, an der ein schwarzes Loch instabil wird und explodiert? (Inzwischen gibt es Berechnungen, ab welcher Größe eines schwarzen Lochs der Strahlungsdruck die weitere Gewichtszunahme verhindert. Für die Vereinigung von schwarzen Löchern gilt dies aber nicht. Die Frage wie das schwarze Loch zu seiner “Explosionsmasse” kommt, sollte bei meiner zweiten Frage keine Rolle spielen)
    Der Hintergrund meiner Frage ist die laienhafte Überlegung, dass unser Universum durch die Explosion eines schwarzen Lochs entstanden ist.
    Mit freundlichen Grüßen
    Dr. Atmanspacher

  23. Nur an HH
    Ich freue mich über Ihre freundliche Art, wie Sie mich kritisieren. Ich versuche, Ihnen meine Denkart zu erklären. Ich gehe sparsam um mit der Mathematik, um nicht in eine Singularität zu laufen. Meine Idee beruht einzig darauf, dass die Masse “m”, wo immer sie in einer Formel steht, relativistische Masse bedeutet. Was sagt denn E = mc^2
    eigentlich aus? Das Produkt mc^2 ist physikalisch untrennbar. d.h., die Masse ist fest gekoppelt an die Lichtgeschwindigkeit “c”. Es kann mc^2 zwar algebraisch getrennt werden, aber dann sagt das nur aus, über das Verhältnis Masse zu Energie. Nur gedanklich kann man die Wirkung der L.G. von der Masse entkoppeln, indem man dividiert durch c^2. Das Proton hat die relativistische Masse 1,672*10^ – 27 kg
    dividiert durch 9*10^16, ergibt 1,86*10^ – 44 kg, nicht relativistische, reale Urmaterie. Diese Urmaterie kann im LHC weder simuliert noch erzeugt werden. Da hilft nur Logik. Frage: Wie kann die L.G. die Urmaterie zu der enormen inneren Energie verholfen haben? Da gibt es nur eine logische Antwort: Durch eine Kollision der Urmaterie mit L.G. Meine feste Überzeugung, seit vielen Jahren ist: Im unendlichen Universum müssen zwei Urwolken mit der zufälligen Geschwindigkeit
    c, kollidiert sein, und so entstand im unendlichen, ewigen Universum
    “unser” Weltraum, in dem sich alle Galaxien befinden, und der muss begrenzt und endlich sein. Die streifende Kollision erfolgte vor etwa 100 Mrd. Jahren, Zeit genug für die Formierung der Grossraum -Strukturen und war kein Urknall, sondern dauerte ca.15 Mrd. Jahre an. Um meine Gedanken zu verstehen, muss man sich von der Idee eines, in der Singularität entstandenen Universums, loslösen.
    Freundliche Grüsse vom Klugscheisser Karl

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