Universumkristall

Ireneusz Cwirko ireneusz@cwirko.de

15.Dezember 2007

Inhaltsverzeichnis1 Abstract 1

2 Kurzbeschreibung 2

3 Einleitung 3

4 Gravitative Entkoppelung als treibende Kraft im Universum 3

5 Das nichtlineare Modell des Universums 4

6 Schlussfolgerungen 11

7 Danksagung 14

A Literatur 15

1 AbstractThe universe confronts us with a couple of problems unsolvable as yet by the standard theory of cosmology.The model of the universe introduced in this thesis will be able to eliminate the difficult issues of the standardmodel. A short introduction will be followed by my suggestion of the gravitational disconnection. The process isaccording to the basic rule that physical systems will always aim at the energetically best (smallest) condition.Gravitational disconnection describes a process, in which an extreme curvature of space, caused by super mas-sive black holes, can result in their disappearance from our space continuum. Having postulated the existenceof GD, there was to ask, of course, if the process might have played a major role in the origin of the universe aswell. If we conceded this, it would necessarily have had an effect on the genesis of the universe. I allowed myselfto make this mental experiment. It resulted in a model of the universe, alternative to the standard model ofcosmology. Basing on GD we can try to build a non-linear model of the universe and thus decipher its originalparameters:

• Our early universe consisted of a space filled with extremely hot plasma

• This space was small compared to the current universe. In contrary to the standard model, however, itwas not concentrated in one point, meaning, it was not a singularity.

• The mass equivalent exceeded the currently existing mass in our universe at least by the factor 102 to 103

• This universe was about to expand

Further development lead to "primordial black holes"(PBHs), forming later an extremely regular structure, theuniverse crystal. When the universe began to contract, the tension between Coulomb force and gravitational forcegrew as well and terminated the first stage with a simultaneous GD of black holes throughout the universe. Allprocesses of GD and the resulting waves of gravitation formed a field of gravitation, the gravitational background,

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that has been exerting a force of additional acceleration on all forms of matter ever since. The gravitationalbackground adds to the entire gravitation as a very small and almost constant component; with bigger distancesfrom any centres of gravitations, however, its pull increases essentially. Introducing GD and GB may seem veryspeculative at first. But it is the first theory providing a convincing explanation for an asymmetry betweenmatter and antimatter. It also is able to solve the horizon problem and the flatness problem and to explainthe discrepancy between the homogeneous und isotropic nature of universe and the non-homogeneity of localstructures in it. It shows that galaxies are subject to a homogeneous development and that the amazing varietyof forms and patterns of rotation have their origin in the processes of GD and GB. It can also help to explainphenomena like pioneer anomaly, fly-by anomaly and the observed increase of the astronomical unit. This modelrepresents a more complex development and structure of the universe. Basing on the already realized existenceof at least two stages in its development and the realization that its properties concerning temperature, volumeand mass are constantly changing, the model was completed and developed into a cyclic model.

2 KurzbeschreibungDas Universum stellt uns vor eine ganze Reihe von Rätseln, die im Rahmen der Standardtheorie der Kosmologiebis jetzt nicht gelöst werden konnten. Der folgende Aufsatz beschreibt ein Universumsmodell, das die Problem-felder des Standardmodells zu beseitigen vermag. Nach einer kurzen Einführung folgt die Beschreibung meinesVorschlages einer gravitativen Entkoppelung. Der Prozess folgt der fundamentalen Regel der Natur, dass diephysikalischen Systeme immer einen energetisch günstigsten (kleinsten) Zustand anstreben. Gravitative Entkop-pelung beschreibt einen Vorgang, in dem eine extreme Raumkrümmung, verursacht durch supermassive binäreSL zu deren Abkoppelung aus unserem Raumkontinuum führen kann. Nachdem das Postulat der Existenz derGE gestellt wurde, war selbstverständlich zu fragen, ob dieser Prozess auch bei der Entstehung des Universumseine Rolle gespielt haben konnte. Wurden wir ihm dies zugestehen, musste sich das auf den Ablauf der Entste-hungsgeschichte des Universums auswirken. Ich habe mir erlaubt dieses Gedankenexperiment durchzuführen.Als Ergebnis ist daraus ein zum Standardmodell der Kosmologie alternatives Universumsmodell entstanden.Wir könnten versuchen, auf der Grundlage der GE ein nicht lineares Modell des Universums zu konstruierenund so dessen Anfangsparameter entschlüsseln:

• Unser Anfangsuniversum bestand aus einem mit extrem heißem Plasma gefüllten Raum.

• Der Raum war im Vergleich zum heutigen Universum klein. Es war aber im Gegensatz zum Standardmodellnicht in einem Punkt konzentriert, bildete also keine Singularität.

• Die Äquivalenz an Masse war mindestens um den Faktor 102 bis 103 größer als in unserem Universumjetzt vorhanden ist.

• Dieses Universum war im Begriff sich auszudehnen

Die weitere Entwicklung hat zur Entstehung von primordialen Schwarzen Löchern (PBHs) geführt, die imweiteren Verlauf eine extrem regelmäßige Struktur, den Universumkristall, bildeten. Als sich das Universum zu-sammenzuziehen begann, wuchs auch die Spannung zwischen Coulombkraft und Gravitationskraft unaufhaltsamund beendete die erste Phase mit einer synchronen GE von Schwarzen Löchern im gesamten Universum. Aus derSumme aller Vorgänge der GE und daraus resultierenden Gravitationswellen bildete sich ein Gravitationsfeld(der gravitative Hintergrund), der seitdem auf alle Formen der Materie eine Kraft in Form einer zusätzlichenBeschleunigung ausübt. Der GH trägt zwar nur als eine sehr kleine, fast konstante Komponente zur gesamtenGravitationskraft bei, in größeren Entfernungen von Gravitationszentren jedoch steigt der Anteil dieser Kom-ponente an der gesamten Anziehungskraft beträchtlich. Die Einführung der GE und des GH scheint im erstenMoment sehr spekulativ zu sein. Es ist jedoch die erste Theorie, die überzeugend eine Asymmetrie zwischenMaterie und Antimaterie erklären kann. Sie kann das Horizontproblem und das Flachheitsproblem ebenso lösenwie eine Diskrepanz zwischen der Inhomogenität lokaler Strukturen in Universum mit seinem isotropen undhomogenen Charakter. Sie beweist, dass die Galaxien einem einheitlichen Entwicklungsprozess unterworfen sindund ihre unglaubliche morphologische Vielfalt und ihr Rotationsverhalten auf die Prozesse der GE und des GHzurückzuführen sind. Sie kann auch zur Klärung solcher Phänomene wie Pioneer Anomalie,Fly-by Anomalie undder beobachteten Vergrößerung der astronomischen Einheit beitragen. Das vorgestellte Universumsmodell stellt

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einen komplexeren Entwicklungsablauf und Struktur des Universums dar. Aufbauend auf der schon erkanntenExistenz von mindestens zwei Phasen in seiner Entwicklung und der Erkenntnis, dass sich seine Eigenschaftenin Bezug auf Temperatur, Volumen und Masse fortlaufend verändern, wurde das Modell im letzten Kapitelvervollständigt und zu einem zyklischen Modell ausgebaut

3 Einleitung

Seit Tausenden von Jahren versuchen die Menschen,ihre sozialen, politischen und religiösen Vorstellun-gen zu verwirklichen. Auch wenn die so entstandenenZivilisationen sehr verschieden waren und sind, einsscheint sie alle zu einigen: Ein ausgeprägter Wunsch,den Kosmos in seiner unendlichen Vielfalt zu begrei-fen. Und obwohl dieser Wunsch auf Grund seinerUnerfüllbarkeit in einer Mythologisierung des Uni-versums endete, hat er zur Entstehung der Anfängeder Wissenschaft geführt. Bevor die ersten Palästeund Tempel entstanden, haben die Menschen schonastronomische Observatorien gebaut, Himmelskörperbeobachtet und nach Erklärungen des Kosmos ge-sucht.

Es sind Tausende Jahre vergangen, und dieserWunsch wurde von Generation zu Generation wei-tergereicht. Unsere Zivilisation setzt riesige techni-sche und finanzielle Ressourcen ein, um ihn endlichin Erfüllung gehen zu lassen. Und tatsächlich lag dieLösung des Geheimnisses vor ein paar Jahren schein-bar schon zum Greifen nahe. Dann aber mehrten sichdie Hinweise, dass wir vielleicht nicht so weit sind,wie wir es gerne hätten. Es häuften sich Fragen, derenBeantwortung im Rahmen des Standardmodells derKosmologie entweder nicht möglich erscheint, oderauf die es nur unter Einbeziehung von fragwürdigenphysikalischen Parametern einigermaßen zufriedenstellende Antworten gibt.

Die anfängliche Zuversicht wurde allmählich zu ei-ner Geduldsprobe. Die Vorhersage der Existenz vonDunkler Materie und Dunkler Energie will sich nichterfüllen. Trotz immensen technischen Aufwands lässtsich die dunkle Seite des Universums nicht finden.Entweder brauchen wir noch präzisere Instrumen-te und bessere Beobachtungsmethoden oder DunkleMaterie und Dunkle Energie existieren einfach nicht.Sollte sich die zweite Vermutung als richtig erweisen,ist das Standardmodell der Kosmologie nicht mehr zuretten. Es ist also höchste Zeit, alternative Vorstel-lungen und Modelle auszuarbeiten. Ziel dieser Arbeitist es, solch ein alternatives Universummodell zu prä-sentieren.

4 Gravitative Entkoppelung alstreibende Kraft im Univer-sum

Aufgrund meiner Suche nach einer neuen Klassifi-zierungsmethodik von Galaxien wurden mir die Pro-bleme des Standardmodells der Kosmologie bewusst.Nach Analyse von Galaxieformen und der Auswer-tung der möglichen physikalischen Ursachen kon-kretisierte sich der Verdacht, dass die Morphologieder Galaxien als ein Ergebnis von Destrukturierungzu interpretieren ist. Die Morphologie wurde nicht,wie vermutet, sozusagen durch einen Überschuss anGravitationskraft verursacht (würde man nach klas-sischer Vorstellung die Wirkung der Dunklen Materieberücksichtigen) sondern eher durch einen Mangel anGravitation. Wenn wir als Beispiel die Spiralgalaxienehmen, dann befinden sich die Spiralarme der Ga-laxie nicht in einer stabilen Beziehung zum Zentrum,sondern sie sind gerade dabei sich vom Galaxiezen-trum zu entfernen und verlieren zunehmend Kontaktmit der Heimatgalaxie. Folgerichtig muss ein phy-sikalischer Prozess existieren, der eine Verringerungder Gravitationskraft bewirkt.

Von dieser Arbeitshypothese zur Idee einer Gra-vitativen Entkoppelung war der Weg nicht mehr sehrweit, und der mögliche Verursacher schnell lokalisiert.Die Ursache musste im Zusammenhang mit der Exis-tenz von Schwarzen Löchern gesucht werden. Obwohldie Idee der SL schon sehr alt ist, ist unser Wissenüber sie ziemlich gering. Wir glauben zu wissen, wieSL entstehen, wie sie sich entwickeln, welche Größesie erreichen. Ein SL wird durch drei Parameter be-stimmt: Masse, Drehimpuls und elektrische Ladung.Alle anderen Eigenschaften sind für uns nicht erfahr-bar, wie auch alles, was hinter dem Ereignishorizontgeschieht. Hinter dem Phänomen SL scheint sich ei-ne sehr komplizierte Physik zu verbergen, besonderswenn man das Zusammenwirken von SL untereinan-der betrachtet. Ich habe mir folgende Frage gestellt:Was passiert wenn SL aufeinander treffen? Müssensie sich vereinigen oder existiert vielleicht ein physi-kalisches Gesetz, das dies verhindert. Meine Überle-gungen zu diesem Thema habe ich in dem AufsatzGravitative Entkoppelung verfasst.

Zum besseren Verständnis hier eine Zusam-menfassung. In der Natur folgen die physikali-

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schen Systeme immer dem Gesetz, einen energetischgünstigsten (kleinsten) Zustand anzunehmen. Ver-hindert z.B. die elektrische Ladung der SchwarzenLöcher die Vereinigung, kommt es zu einer immergrößeren Verformung der Raumzeit. Unter der An-nahme, dass die Gravitation, der Relativitätstheoriezur Folge, nichts anderes als nur eine geometrischeEigenschaft des Raumes darstellt, ist es verständlich,dass der günstigste energetische Zustand des Raumesnur durch eine Änderung seiner geometrischen Formerreicht werden kann. Die Schwarzen Löcher vereini-gen sich also nicht, sondern gehen eine Bindung mit-einander ein, was zu folgenden Konsequenzen führt:

• Die Deformationsenergie der Raumzeit, als Er-gebnis des Zusammenwirkens einer Gravitati-onskraft und der Coulombkraft ausgedrückt,muss den Zustand einer minimalen Energie er-reichen. Die Krümmung der Raumzeit nimmtim Fall einer Bindung von Schwarzen Löcherneine geometrische Form an, die diese Forderungam besten erfüllt und unseren Wahrnehmungals so genannte Costafläche bzw. Möbiusbandnäher gebracht werden kann.

• Das so entstandene Raumkontinuum ist nichtdefinierbar, weil es gleichzeitig offen und ge-schlossen ist.

• Die mittlere Krümmung des Raumes ist aus derSicht eines Beobachters gleich 0.

• Der Allgemeinen Relativitätstheorie zufolge isteine fehlende Raumkrümmung, einer fehlendenGravitation gleich zu setzen

Es kommt zu einer Raumentkoppelung des SchwarzenLochs. Die Materie und die durch die Gravitation ver-ursachte Raumkrümmung verschwinden und lassendie frei gewordene Energie in Form eines hochener-getischen Gammablitzes entweichen. Die gleichzeitigeinsetzende Entspannung des Raumes breitet sich inForm einer Gravitationswelle sphärisch aus. Dieserunter Umständen vorübergehende Verbleib der Gra-vitation und Materie in unserem Raumkontinuummuss sich auf Grund klar ersichtlicher Konsequen-zen im Entstehungsprozess und der Entwicklung desUniversums niederschlagen. Das im folgenden Absatzvorgestellte Universumsmodell lässt sich direkt ausdem Prozess der GE ableiten.

5 Das nichtlineare Modell desUniversums

Der soeben beschriebene Prozess der GE ist meinerMeinung nach ein grundlegender physikalischer Pro-zess, ohne dessen Berücksichtigung unser Universum

nie verstanden werden kann. Nachdem die Existenzder GE postuliert wurde, war selbstverständlich zufragen, ob dieser Prozess auch bei der Entstehungdes Universums eine genauso große Rolle gespielt ha-ben konnte. Würden wir ihm dies zugestehen, müsstesich das auf den Ablauf der Entstehungsgeschichtedes Universums auswirken. Ich habe mir erlaubt,dieses Gedankenexperiment durchzuführen. Als Er-gebnis ist ein zum Standardmodell der Kosmologiealternatives Universumsmodell entstanden. Ich binüberzeugt, dass dieses Modell uns helfen kann, sehrviele, bis jetzt rätselhafte Eigenschaften unseres Uni-versums endlich zu begreifen.

Der Ursprung des Universums bleibt uns für im-mer verborgen. Vielleicht gab es ihn nicht, vielleichtwar er nur eine Episode in einem viel größeren Pro-zess, der sich unserer Wahrnehmung für immer ent-ziehen wird. Wir können trotzdem versuchen, ein Mo-dell des Universums zu konstruieren, das die GE alsGrundlage seiner Entwicklung beinhaltet, um so dieAnfangsparameter des Universums entschlüsseln:

• Unser Anfangsuniversum bestand aus einemmit extrem heißem Plasma gefüllten Raum.

• Der Raum war im Vergleich zum heutigen Uni-versum klein. Er war aber im Gegensatz zumStandardmodell nicht in einem Punkt konzen-triert, bildete also keine Singularität.

• Die Equivalenz an Masse war mindestens umden Faktor 102 bis 103 größer als in unseremUniversum jetzt vorhanden ist.

• Dieses Universum war im Begriff sich auszudeh-nen.

Aufgrund dieser Anfangsbedingungen geschah die-se Ausdehnung nicht in Form einer Explosion (BigBang) sondern schritt sehr langsam voran. JedesMal wenn es die Rahmenbedingungen in einem lo-kalen Gebiet zufällig erlaubten, ereignete sich etwasBesonderes. Aus einem extrem dichten und heißenPlasma kristallisierte plötzlich ein Schwarzes Loch.Mit ihm wurde dem Universum ein Teil der Energieentzogen, was die Rahmenbedingungen für die Ent-stehung der anderen SL noch zusätzlich begünstigte.Die Temperatur und Dichte des Plasmas sanken kon-tinuerlich bis in Bereiche, wo weitere Entstehungenvon SL nicht möglich waren. Hawking hat bereits1971 darauf hingewiesen [1], dass man im früherenUniversum eine große Anzahl derartiger "Primordia-ler Schwarzer Löcher"(PBHs) mit Massen ab 10−5 gerwarten könne.Im Gegensatz zu ihm gehe ich von einer kontinu-ierlichen Zunahme der Masse von PBHs aus. Die

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Gründe dafür liegen einerseits in den o.g. Rahmen-bedingungen des Anfangsuniversums, anderseits binich der Meinung, dass nicht die Gravitation für dasWachstum der SL entscheidend ist, sondern die Cou-lombkraft. Allgemein wird angenommen, dass SLnach sehr kurzer Zeit ihre elektrische Ladung verlie-ren. Das kann nur dann passieren, wenn der Ereig-nishorizont gleichzeitig der Träger der elektrischenLadung des SL wäre. Dafür fehlt aber eine physikali-sche Erklärung. Meiner Theorie zur Folge ist das SLder Träger der elektrischen Ladung. Ereignishorizontund SL beanspruchen unterschiedliche Raumberei-che wobei der des SL viel kleiner ist als das von demEreignishorizont abgegrenzte Volumen.

Bevor das SL einen elektrisch neutralen Zustanderreichen kann, befinden sich schon ausreichend vie-le geladene Teilchen hinter dem Ereignishorizont,um dem chwarzen Loch eine neue, entgegengesetz-te Ladung zu verleihen. Dieser Mechanismus führtzu einer quasiperiodischen Änderung der Aktivitätdes SL. Solche Aktivitätsänderungen von SL wurdenzwar beobachtet, man konnte jedoch bis jetzt keinüberzeugendes Erklärungsmodell präsentieren. Ichmöchte noch einen Aspekt erwähnen, der diese The-se stützen kann. Eine wesentliche Eigenschaft derMaterie im Inneren der Akkretionsscheibe ist, dassie bei den dort herrschenden extrem hohen Tempe-raturen in Form von Plasma aus elektrisch negativgeladenenen Elektronen sowie positiv geladenen Io-nen und Atomkernen vorkommt. Die SL sind nichtnur Materievernichter sonder unter geeigneten Um-ständen können sie die Materie auf spektakuläreWeise in Form von sog. Jets in den extragalaktischenRaum schleudern. Ein Vorgang der genau wie diequasiperiodische Änderung der Aktivität des SL kei-ne eindeutige Erklärung gefunden hat.

Besitzt das SL die elektrische Ladung, die dannquasiperiodisch zwischen negativen und positivenwechselt, sind die beiden Prozesse auf die Wirkungder Coulombkraft zurück zu führen. Die Jets ent-stehen infolge der Selektion der geladenen Teilchendes Plasmas. Die Teilchen mit entgegengesetzter, La-dung werden vom SL absorbiert. Die Teilchen mitgleicher Ladung werden von der Coulombkraft dar-an gehindert, ins SL zu fallen. Stattdessen werdensie von der Rotationsebene in Richtung Rotations-achse geleitet und so weit beschleunigt, dass sie dasGravitationsfeld des SL verlassen können. Wir soll-ten diesen Fluss an Ionen und Atomkernen in Formeiner hochenergetischen kosmischen Strahlung re-gistrieren können. Wobei diese Strahlung auch einequasiperiodische Fluktuation der Intensität von posi-tiv geladenen Ionen und Elektronen aufweisen sollte.

Es ist zu erwarten, dass sie (von Ablenkung durchMagnetfelder abgesehen) nur von jenen AGN regis-triert werden, dessen Rotationsachse Richtung Erdezeigt.

Mit jedem Zyklus steigt die Masse der SL an undauch die gesamte elektrische Ladung, die am Anfangdes jeweiligen Zyklus zur Verfügung steht. Die SLwachsen unaufhaltsam mit zunehmender Geschwin-digkeit. Dieses Wachstum ist nur von einem Parame-ter limitiert, nämlich das Wachstum der anderen SLin unmittelbarer Nachbarschaft. Das Plasma, das dieSL mit Materie versorgt, besitzt auf Grund der lang-reichweitigen elektromagnetischen Wechselwirkungzwischen den geladenen Teilchen unter anderem dieFähigkeit, sich kollektiv zu verhalten. Diese Eigen-schaft bewirkt, dass die Änderungen der elektrischenLadung von SL im ganzen Universum schon nach we-nigen Zyklen synchron ablaufen, sowohl in Bezug aufdie Dauer der Zyklen wie auch auf die Wachstums-rate der SL. Die SL konkurrieren untereinander umdie nur im begrenzten Umfang vorhandenen Ressour-cen an geladenen Elementarteilchen, die am Anfangdes Zyklus zur Verfügung stehen. Es ist hier alsoein Selektionsprozess vorstellbar, an dessen Ende nureine begrenzte Zahl an SL die zur Verfügung ste-hende Materie unter sich aufteilen konnte. Der Restwurde mit der Zeit von größeren Brüdern assimi-liert oder existiert an ihrem Rande als verkrüppelteZwerge weiter. Wir werden aber sehen, dass dieseverkrüppelten Schwarzen Löcher unser Universumauf entscheidende Weise prägen.

Theoretisch könnte man dieses Stadium in derEntwicklung des Universums durch die Lösung derFeldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie,die so genannte Friedmann-Gleichungen beschreiben.Wir haben es hier mit einem Modell des expandie-renden Universums zu tun, in dem die Energiedichteviel größer als die kritische Energiedichte war. Wirsprechen dann von einem geschlossen Universum, dasnach einer Phase der Expansion in eine Kontraktionübergehen musste.Im Verlauf der weiteren Beschreibung der Entwick-lung des Universums werden wir erfahren, dass dieAllgemeine Relativitätstheorie wahrscheinlich ohneEinschränkung nur in dieser ersten Phase anwendbarist. Die vier fundamentalen Kräfte waren schon zudieser Zeit getrennt, was bedeuten würde, dass jedeTheorie, die ein Universum als Ganzes beschreibenbzw. zur "großen Vereinheitlichung"der Grundkräfteder Natur führen soll, die Rammenbedingungen derErsten Phase des Universum als Grundlage mathe-matischer Berechnungen nehmen muss.

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Dieses Universum würde nach seiner maximalenAusdehnung kollabieren und zu seiner ursprünglichenForm zurückkehren, würde es keinen Mechanismusgeben, der es in die zweite Phase, in seine heutigeErscheinungsform, geleitet hätte. Diesen Prozess ha-ben wir schon kennen gelernt. Es ist die gravitativeEntkoppelung. Die SL haben inzwischen monströseMassen erreicht. Die Coulombkraft hat dafür ge-sorgt, dass ihre Verteilung relativ regelmäßig undihre Masse einheitlich war. Als sich das Universumzusammenzuziehen begann, wuchs auch die Span-nung zwischen Coulombkraft und Gravitationskraftunaufhaltsam. Die SL wurden gezwungen, sich neuin dem knappen Raum zu positionieren. Sie verteil-ten sich um und bildeten eine extrem regelmäßigeStruktur- den Universumkristall. Die SL befanden sichin den jeweiligen Knotenpunkten des kubischen Git-tersystems. Die voranschreitende Kontraktion desUniversums übte auf den Universumkristall einenimmensen Druck aus. Was dann passierte, kann manmit einer Phasenänderung eines Graphitkristalls ver-gleichen, der unter wachsendem Druck die Kristall-form des Diamanten annimmt. In unserm Universumgab es wahrscheinlich mehrere solche Phasenüber-gänge. Unter Umständen hätte dann die steigendeTemperatur des Universums die Gitterstruktur auf-gelöst und nach einem weiteren Phasenübergang dasUniversum eine quasiflüssige Form annahm. Damitwar eine weitere Verdichtung der Verteilung von SLtrotz Kontraktion des Universums nicht möglich. Die-ser Moment ist für unser Verständnis des Universumsvon entscheidender Bedeutung. Das war der eigentli-che Anfang des Universums, in dem wir leben, aber eshätte auch anders kommen konnte. Es standen vieleMöglichkeiten offen, von einem Spiegeluniversum mitAntimaterie bis zu einem materielosen Strahlungsu-niversum.

Die Frage warum und auf welche Weise die Asym-metrie von Materie und Antimaterie zustande gekom-men ist, gilt als eine der spannendsten in der Phy-sik überhaupt. Wo ist die Antimaterie geblieben, dienach geltenden Vorstellungen im Urknall entstandensein musste? Ohne Klärung dieser Frage können wirvon keinem Verständnis des Universums reden.Im Jahre 1967 formulierte Andrej Sacharow drei zen-trale Bedingungen für eine Suche nach Erklärungenfür den in unserem Universum beobachteten Über-schuss von Materie und den Mangel an Antimaterie:

• Es müssen Prozesse vorhanden sein, die dieZahl der aus Quarks zusammengesetzten Ma-terieteilchen (der so genannten Baryonen) ver-ändert.

• Die uns bekannten Naturgesetze müssen derartgestaltet sein, dass eine Verletzung der C- undCP-Symmetrie vorliegen muss.

• Prozesse, die die Erhaltung der Baryonen-Zahlverletzen, müssen im thermischen Ungleichge-wicht stattfinden oder stattgefunden haben.

Nach dem Standardmodell der Kosmologie sank dieTemperatur des Universums etwa 380000 Jahre nachdem Urknall so weit, das sich atomarer Wasserstoffbilden konnte. Das Ungleichgewicht zwischen Teil-chen und deren Antiteilchen musste aber schon zu-vor zu einer Vernichtung der ursprünglich erzeug-ten Antimaterie unter Aussendung von Strahlungs-quanten geführt haben. Es wird daher angenommen,dass die experimentell beobachtete Mikrowellen-Hintergrundstrahlung ausschließlich von diesem Vor-gang her rührt. Dann können wir folgenden Asym-metrieparameter definieren:[15]

η =n(B)− n(B)′

η(γ)(1)

n(B) und n(B)’ - stellen die Dichten von Baryonenund Antibaryonen darn(γ) - die Photonendichte der Hintergrundstrahlung.

Aus der Anzahl der Galaxien im beobachtbarenUniversum und seiner Größe ergibt sich eine Baryo-nendichte von rund 4 · 10−2m−3 . Die Antibaryonen-dichte n(B)’ ist verschwindend gering und hat für dieBerechnung von η keine Bedeutung. Aus der Tempe-ratur der Hintergrundstrahlung kann man eine Pho-tonendichte von circa 4 · 108m−3 errechnen. Damitergibt sich ein Asymmetrieparameter η im Bereichvon 10−10 Es wird also angenommen, dass von jeweils10 Milliarden im Urknall entstandenen Baryonen sichalle bis auf eines mit einem Antiteilchen-Partner ver-nichtet haben. Aus dem restlichen Bruchteil habensich die etwa 1010 beobachtbaren Galaxien und auchunser Sonnensystem gebildet.

Im Laufe der Jahre ist eine große Zahl von mehroder minder exotischen Modellen entwickelt worden,die das Eintreffen der oben genannten Bedingungenim frühen Universum erklären sollten. Diese verfolg-ten aber alle die gleiche Denkweise (gemäß den o.g.Bedingungen), dass die Antimaterie kein absolut per-fektes Spiegelbild der Materie ist.Zusammen mit dem Standardmodell der Kosmologieund der so genannten Primordialen Nukleosynthesebilden diese Theorien das allgemein geltende Para-digma, innerhalb dessen das bisherige wissenschaftli-che Verständnis des Universums stattgefunden hat.Das gehäufte Auftreten von anomalen Entdeckun-gen konnte mit den Standardmodellen nur unter An-

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nahme von nicht beweisbaren Hypothesen über dieExistenz von Dunkler Materie und Dunkler Ener-gie oder extremer Häufigkeit der Zusammenstöße derGalaxien einigermaßen in Einklang gebracht werden.Erst die Einführung eines nichtlinearen Universums-modells und damit die Einleitung eines epistemologi-schen Paradigmenwechsels würde uns aus dieser in-tellektuellen Sackgasse führen.Nachdem die Grundelemente des nichtlinearen Uni-versumsmodells formuliert war, wurde auch klar,warum dieses Problem sich so lange jedem Erklä-rungsversuch erfolgreich widersetzen konnte. Die Ur-sache lag bei der Fixierung auf den Gedanken, dasses eine Symmetriebrechung zwischen Materie undAntimaterie geben muss. Die Existenz der Materieist aber nicht wie behauptet auf die Symmetrieb-rechung zurückzuführen, sondern entstand am Endeder ersten Phase der Entwicklung des Universums.Wir könnten die Rahmenbedingungen, in denen sichdas Universum befand, wie folgt beschreiben:

• Kollabierender Raum

• Gleichmäßig verteilte SL im Universum

• Gleiche Masse von SL

• SL befanden sich im Anfangsstadium eines La-dungszyklus und waren positiv geladen.

• Das hochenergetische Plasma befand sich imGleichgewicht zwischen Materie- und Antima-terieteilchen.

Die Coulombkraft bewirkte, dass zuerst die Elektro-nen und mit zeitlicher Verzögerung Antiprotonen inden SL verschwanden. Und dann passierte es - in ei-nem einzigen Moment kam es zu einer gleichzeitigengravitativen Entkoppelung von SL des Universums.Diese Gleichzeitigkeit ist mit der gleichen Wirkungder Kontraktion des Universums auf jedes einzelneSL auch verständlich.Als der Vorgang der GE ansetzte waren die SL imganzen Universum positiv geladen. Deswegen wur-den alle Elementarteilchen in dem Plasma mit Ne-gativladung aufgrund der Coulombkraft sofort vomSL absorbiert. Das Plasma konnte nur neutrale undpositiv geladene Teilchen behalten. Mit dem Beginnder Entkoppelung kam es zu einer Raumentspannungdes Universums. In einem Zeitraum von 10−43 s.(diePlanck-Zeit) hat sich das Universum um einen Fak-tor zwischen 103 bis 106 vergrößert und so weit ab-gekühlt, dass die weitere Entstehung von Materieund Antimaterieteilchen unterbunden wurde. Paral-lel setzte eine ganze Reihe von Prozessen ein, die sichauf unterschiedliche Weise gegenseitig beeinflussten.

Die Vorgänge, die jetzt beschrieben werden, verlau-fen mit Ausnahme der Strukturbildung parallel, ob-wohl die Beschreibung eine zeitliche Reihenfolge sug-geriert.Freisetzung von Gravitationsenergie Zum Einenmuss man hier die Freisetzung von Gravitationsener-gie in Form Gravitationswellen nennen. Die Gravi-tationswellen bewirken in erster Linie die Entste-hung von Schockwellen im Plasma, die ihrerseitsdie hochenergetischer Gammastrahlen erzeugten undsich sphärisch von dem Punkt, wo kurz zuvor nochdas SL zu finden war, ausbreiteten. Zusammen mitder Raumentspannung hat das schließlich zur For-mierung der größten Strukturen im Universum, denVoids und den Filamenten geführt. Diese Strahlungunterlag einer kosmologischen Rotverschiebung undam Ende der Raumentspannungsphase sollte sich ih-re Wellenlänge entsprechend dem Faktor der Raum-entspannung verschoben haben.Der Entspannung folgte schließlich die Expansi-on des Weltalls aufgrund dessen die ursprünglichheiße Strahlung auf nur noch 2,73oK über demabsoluten Nullpunkt abkühlte und heute als sog.Mikrowellen- Hintergrundstrahlung (Cosmic Micro-wave Background Radiation, CMBR) feststellbar ist.Aus winzigen Temperaturschwankungen innerhalbder Mikrowellen- Hintergrundstrahlung, von dem Sa-telliten WMAP gemessen, glauben die Kosmologengenaue Erkenntnisse über die Struktur und die Ent-wicklung des Universums gewinnen zu können. Tat-sächlich waren die Variationen dieser Strahlung imMoment der Entstehung viel kleiner als bislang ver-mutet. Die gemessenen Temperaturunterschiede sindsozusagen der Fingerabdruck eines anderen Prozesses- des gravitativen Hintergrunds. Würde man einenVergleich mit der Fotografie bemühen, ist der GH einNegativ eines Schnappschusses der GE am Ende derersten Phase des Universums. Erst über den Weg vonCMBR wurde er in ein für uns sichtbares Positiv um-gewandelt.Vorerst war aber viel wichtiger, dass sich das Plasmadurch die Freisetzung von hochenergetischen Gam-mastrahlen nach der Abkühlung in der Expansions-phase wieder erhitzen und verdichten konnte.Gravitativer Hintergrund Ein Verschwinden vonMasse erzeugt eine zeitliche Änderung des Gravitati-onsfeldes, die dann mit einer Modulation der Raum-krümmung verbunden ist. Auf diese Weise kann dasGravitationsfeld ohne Anwesenheit von Masse wei-terexistieren und sich sphärisch, wellenartig ausbrei-ten. Die Wellen haben die gleiche Charakteristik undkönnen sich überlagern und verstärken. Es bildet sichein das ganze Universum erfassendes Gravitationsfeld(der Gravitative Hintergrund).Der GH transportiert auch Impuls und kann dadurch

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eine Kraft ausüben. Den GH kann man als Vektorfeldbeschreiben, das das lokale Gravitationsfeld in Formeiner zusätzlichen Beschleunigung verstärkt. Der GHträgt zwar nur als eine sehr kleine, fast konstanteKomponente zur gesamten Gravitationskraft bei, ingrößeren Entfernungen von Gravitationszentren je-doch steigt der Anteil dieser Komponente an der ge-samten Anziehungskraft beträchtlich. Um die Kom-ponente des gravitativen Hintergrunds erweitert, lau-tet die newtonsche Bewegungsgleichung:

F = m(a + ∆a) (2)

Auch die CMBR Hintergrundstrahlung kann sich die-ser Wirkung nicht entziehen. Das Postulat der Exis-tenz des gravitativen Hintergrunds bedeutet, dass diePhotonen auf dem Weg zur Erde ständig der Kom-ponente ∆a ausgesetzt sind. Gemäß der bekannteneinsteinschen Energie-Masse-Beziehung

E = m · c2 (3)

kann man dem Photon eine Masse zuordnen. EinPhoton wird also seine Quantenenergie verlieren,wenn es dem Gravitationsfeld zu entkommen ver-sucht, oder gewinnen, wenn es sich in Richtung Gra-vitationszentrum bewegt. Entsprechend steigt oderfällt seine potenzielle Energie. Anders gesagt, seinSpektrum wird entweder rot oder blau verschoben.Nehmen wir an, dass das Photon auf dem Weg zuuns dem GH ausgesetzt ist. Es verliert also untermStrich beständig seine Quantenenergie und seine Fre-quenz wird rotverschoben

h ·∆f = mph ·∆a ·D (4)

h ·∆f =h · fc2

·∆a ·D

∆f

f=

∆a ·Dc2

Im lokalen Universum ist die Hubble-Konstante ei-ne Proportionalitätskonstante, die eine lineare Bezie-hung zwischen den Entfernungen D von Galaxien undden aus ihren Spektren gemessenen Rotverschiebun-gen z darstellt.

∆f

f= z → c · z = H0 ·D → z =

H0 ·Dc

(5)

nach Vergleich der beiden Formeln:

∆a ·Dc2

=H0 ·D

c

∆a ·D · c = c2 ·H0 ·D∆a = H0 · c (6)

Vielen wird diese Formel irgendwie bekannt erschei-nen. Man hat bei der Analyse der so genannten Pio-neer Anomalie eine zusätzliche Beschleunigung Rich-tung Sonne von ∆a = 8,74 x 10−10 festgestellt, dieungefähr dem Produkt der Hubble-Konstante undder Lichtgeschwindigkeit entspricht. Es ist also sehrwahrscheinlich, dass die Pioneer Anomalie uns einenersten Beweis für die Existenz des GH liefert.

H0 =∆a

c(7)

Die Hubble- Konstante beschreibt die Wirkung desGravitativen Hintergrunds mit der Zunahme der Ent-fernung auf die beobachtete Rotverschiebung.

H0 =∆a

cH0 =

c · zD

z = ∆a ·D(8)

Die Rotverschiebung z würde gemäß Gleichung (1.8)das Produkt der Beschleunigungskomponente ∆ades GH und der Entfernung D der Strahlungsquelledarstellen. Im Extremfall würde das bedeuten, dasssie zu 100% auf die Wirkung des GH zurückzufüh-ren ist. Anders gesagt, die Photonen verlieren ihreEnergie an den GH, wodurch sich die Wellenlängevergrößert und in den roten Bereich des Spektrumsverschiebt. Ob tatsächlich die Hubble- Konstante nurals ein Parameter des gravitativen Hintergrunds zuinterpretieren ist oder auch die Expansionskompo-nente beinhaltet, lässt sich vorerst nicht beantwor-ten. Auch alle kosmologischen Interpretationen derTemperaturschwankungen der Mikrowellen- Hinter-grundstrahlung wären dann neu zu bewerten und zuinterpretieren.Besonders ein Aspekt bei der Erforschung CMBRkann zur Verifizierung des nichtlinearen Universums-modells beitragen und zwar die Anwesenheit derSymmetrie. Ein Postulat, dass kurz vor Ende derersten Phase die SL nach einer gewissen Ordnung imUniversum verteilt waren (wahrscheinlich als dich-teste Kugelpackung in Form des Kuboktaeders) lässtzwingend eine passende Symmetrie vermuten. Die-se Symmetrie wurde zwar durch Übergang in diequasiflüssige Phase stark verwischt, trotzdem dürf-ten sowohl im GH wie auch in der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung ihre Spuren noch zu findensein.

Gemäß der Standardtheorie entfällt auf diedunkle Energie 74% der im Universum enthaltenenEnergie. Der Raumfüllungsgrad einer dichtesten Ku-gelpackung beträgt 74% des Volumens. Diese er-staunliche Übereinstimmung ist auf keinen Fall einezufällige Zahlenspielerei sondern bestätigt die Vermu-tung, dass die berühmte Funktion der Verteilung der

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Temperaturschwankungen in der kosmischen Hinter-grundstrahlung in Abhängigkeit von dem Winkel zwi-schen zwei Beobachtungsregionen in Wirklichkeit ei-ne so genannte radiale Verteilungsfunktion der SL un-mittelbar vor dem Entkoppelungsvorgang darstellt.Die Charakteristik der radialen Verteilungsfunktionlässt auf die Dichte der SL in einem Volumen schlie-ßen.

ρ = (Nr3)/V (9)

Die radiale Verteilungsfunktion definiert, dass in ei-nem Intervall dr im Abstand r von einem Teilchen, einzweites Teilchen mit einer Wahrscheinlichkeit G(r)dranzutreffen ist.

Abbildung 1:

Anzahl der Teilchen dN in einer Schicht mit derMächtigkeit von dr im Vergleich zur Anzahl der Teil-chen in einem Volumen V

dN = 4Π(N/V )G(r)dr (10)

Für einen idealen Kristall besteht G(r) aus einer Ab-folge von scharfen Peaks, die die festen Positionender Atome im Kristall angeben. Diese Regelmäßig-keit setzt sich bis an die Grenzen des Kristalls fort.Wir sprechen daher von einer Fernordnung der Ato-me im Kristall. Beim Schmelzen des Kristalls gehtdiese Fernordnung verloren. In direkter Umgebungeines Teilchens können die nächsten Nachbarn jedochimmer noch ungefähr an ihren alten Stellen zu findensein und selbst wenn sie durch neue Atome ersetztwerden, werden diese mit einiger Wahrscheinlichkeitdie Stellen der alten besetzen.

Wir können daher auch in der Quasiflüssigkeit desUniversums noch eine Schale von nächsten Nachbarneines SL bei einem Abstand r1 finden, und in et-was größerer Entfernung noch eine Schale mit über-nächsten Nachbarn bei einem Abstand r2 und so wei-ter. Diese Erscheinung bezeichnen wir als Nahord-nung. Für die radiale Verteilungsfunktion bedeutetdas, dass sich bei kurzen Abständen eine Reihe vonabnehmenden Maxima in einem Abstand bei r1, r2

und so weiter ergeben und sich schließlich bei größe-ren Abständen einem konstanten Wert nähern.Zu Verifizierung der Hypothese ist also zu prüfen,inwieweit die Beobachtung von großräumigen Struk-turen im Universum auf eine Verteilungsordnung hin-deutet Ein entsprechender Effekt wurde vor etwa 30Jahren von William Tifft entdeckt. Napier [2,3] bestä-tigt den Effekt und stellt folgende Regelmäßigkeitenfest:

• Rotverschiebungswerte von Galaxien des Virgo-und Coma-Haufens sind periodisch gehäuft mitPeriode 72 km/s.

• Rotverschiebungswerte von Spiralgalaxien inunseren Superhaufen weisen eine Periodizitätvon 36.2 km/s auf.

• Rotverschiebungswerte für Quasare haben diePeriodizität 0.089 = log(1 + z).

Obwohl eindeutig bestätigt, fand diese Beobachtungkaum Beachtung unter Fachleuten. Natürlich darfman diese Daten nicht als Beweis einer regelmäßi-gen Verteilung der Galaxien im Universum inter-pretieren, sehr wohl aber als Beweis der Existenzdes GH. Eine große Überraschung war der im Jahre2000 durch zwei vollkommen unabhängige Methoden(Messungen aus den Fluktuationen der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung und aus der Helligkeit entfern-ter Supernova-Explosionen) abgeleitete Befund, dasssich die Ausdehnung des Universums immer noch be-schleunigt. Das hat die einsteinsche "kosmologischeKonstante"wider Erwarten zu neuem Leben erweckt,und der Nachweis der beschleunigten Expansion, diebisher vollkommen unverstandene Dunkle Energieins Spiel gebracht.

Auch in dieser Hinsicht bietet die GE für das Phe-nomän der beschleunigten Expansion eine alternativeErklärung an. Wie schon erwähnt, ist die GE kein sel-tener Vorgang, sondern irgendwo im Universum ver-schwindet wahrscheinlich täglich ein SL mit Millionenvon Sonnenmassen. Dieser Vorgang macht sich als sogenannter Gamma Ray Burst (GRB) bemerkbar. Be-sonders die Form mit einer Dauer von weniger als 1Sekunde kann mit der GE in Verbindung gebrachtwerden. Es entstehen aber gleichzeitig Gravitations-wellen, die dann aufgrund der Wechselwirkung mitdem GH zu seiner Verstärkung führen können.Die Beobachtung der Helligkeit entfernter Supernova-Explosionen liefert uns nur Beweise, dass die Ex-pansion des Universums den Effekt der Verstärkungder ∆a- Komponente nicht neutralisieren kann unddass die Expansionsgeschwindigkeit entgegen der all-gemeinen Meinung relativ gering sein muss.

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Annihilation Zum Dritten gab es noch die Anni-hilation der Materie und Antimaterie. Dieser Vorgangdauerte mindestens 900 sek. und zwar mindestens solange bis die letzten Antineutronen zerstrahlten. Zwi-schenzeitlich gebildete Antinukleonen und freie Anti-protonen bzw. Positronen wurden nach und nach, ge-mäß unten dargestellten Gleichungen, annihiliert undim Laufe der nächsten ca. 15 min vollständig vernich-tet.

p + −pp + −nn + −nn + −p

N + −N

= π0, π−, π+(γ, ve,− ve, e

−, e+)

In diesen ca. 30 min. hat sich auch der nächste Pro-zess, die Nukleogenese, vollzogen. Die Annihilati-on hat dazu die notwendigen Rahmenbedingungengeschaffen, d. h. das Plasma auf eine ausreichendhohe Temperatur gebracht und auch einen Nach-schub an hochenergetischen Teilchen gewährleistet.Das Modell zeigt, dass die Baryonendichte in einemMaterie-Antimaterie-Universum am Anfang dieserPhase wesentlich größer war als jetzt und aus Neutro-nen, Protonen, Antineutronen, Positronen und Spu-ren von Antiprotonen und Elektronen bestand. DieAnnihilation dieser Teilchen wurde durch die Um-wandlungsprozesse gemäß unten aufgeführter Kern-reaktionen begleitet:

p + −ve n + e+ −p + ve −n + e−

p + e− n + ve−p + e+ −n + −ve

n p + e− + −ve−n −p + e+ + ve

Am Ende blieb nicht einmal ein Drittel der Materieübrig, die am Ende der ersten Phase noch vorhandenwar.

NukleogeneseGeorgij Gamow stellte als erster die Vermutung auf,dass schon im frühen Universum alle Elemente ge-bildet wurden. Er ging von einer Kette an Kernre-aktionen aus, die beginnend mit einem Wasserstof-fatom die Entstehung aller Elemente erklären wür-de. Bei der Berechnung dieser Prozesse fiel jedochauf, dass es ein Problem gab. Elemente, die 5 oder 8Neutronen und Protonen besitzen, sind sehr instabilund können damit nicht als Brücke zu höherwerti-gen Elementen dienen. Er konnte jedoch zeigen, dassdie leichten Elemente tatsächlich in dieser Phase desUniversums entstanden sind und er konnte aufgrundseiner Berechnungen die Verteilung der leichten Ele-mente vorhersagen. Die damals formulierten Grund-begriffe des Standardmodells der Kosmologie und derNukleosynthese kennen keinen Mechanismus, diesen

so genannten Flaschenhals zu überspringen. 3-alpha-Prozess findet aufgrund der zu geringen Teilchendich-te nicht statt.

4He +4 He⇒ 8Be + γ (verbraucht Energie!)8Be +4 He⇒ 12C + γ

Fred Hoyle zusammen mit Margaret Burbidge,Geoffrey Burbidge und William Alfred Fowler zeig-ten, dass sich schwerere Elemente im Sterninnerenund innerhalb einer Supernova zu einem viel späterenZeitpunkt gebildet haben sollten. Die so entstande-nen Grundbausteine der primordialen Nukleosynthe-se wurden zu einem Modell weiterentwickelt, das alsBestandteil der Urknalltheorie zu ihrer Hauptstützeavancierte.Die Big Bang Nukleosynthese (BBN) lässt, abhängigvon der aus Beobachtungen abgeleiteten relativenHäufigkeit der einzelnen chemischen Elemente, aufdie physikalischen Rahmenbedingungen im jungenUniversum schließen. Das hat wesentlich auch dieVorhersagen des Standardmodells der Kosmologiebeeinflusst. Im Umkehrschluss setzen die Grundpara-meter des Standardmodells der Theorie der Primor-dialen Nukleosynthese rigide Schranken, sowohl inBezug auf die Temperatur, wie auch andere Parame-ter im jungen Universum. In der Tat ist es gelungen,die in der Theorie der Primordialen Nukleogenesevorhergesagten Elementhäufigkeiten gut an die ausBeobachtungen abgeleiteten Werte anzupassen. ImDetail aber werden einige Diskrepanzen zwischenden im Standardszenario der Big Bang Nukleosyn-these vorhergesagten Elementhäufigkeiten und denaus Beobachtungen abgeleiteten Werten sichtbar.Die Werte von 7Lithium, 3Helium, Deuterium undsogar 4Helium bereiten den Wissenschaftlern nocheiniges Kopfzerbrechen.Weiter kann das Standardmodell nicht erklären,warum die Sterne, von denen man annimmt, dasssie direkt aus der im frühen Universum stammen-den Gaswolke gebildet wurden, stets deutlich mehrschwerere Isotope zeigen als vorhersagt.Die Beschreibung des Modells mit der gleichzei-tig verlaufenden Annihilation und Nukleogenesein einem Universum mit Inhomogenitäten in derBaryonen- Antibaryonendichte, womöglich schon mitextremen Magnetfeldern und Anwesenheit von su-permassiven SL, stellt keine leichte Aufgabe für dieWissenschaft dar. Das nichtlineare Universummo-dell setzt hier Rahmenbedingungen für physikalischeParameter der primordialen Nukleogenese, die sehrvariabel sind. Z.B. fällt die Baryonendichte konti-nuierlich beim gleichzeitigen Anstieg der Photonen-dichte. Die lokalen Variationen der Baryonendichtewurden noch zusätzlich durch starke Gravitationsfel-der der supermassiven SL verstärkt.

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Möglicherweise lässt sich dadurch auch die Idee vonGeorgij Gamow, dass schon im frühen Universumsschwerere Elemente gebildet wurden, zum Teil wiederbeleben. Ein weiterer Prozess, nämlich die Bildungvon Strukturen im Universum, hat nach neusten Er-kenntnissen sehr früh begonnen. Ohne nennenswerteBildung von schweren Elementen in der Phase derprimordialen Nukleogenese wäre die Entstehungsratevon Sternen sehr gering und zeitlich sehr ausgedehnt.Da bliebe kaum Zeit zur Bildung völlig entwickelterStrukturen, die man bei den sog. Deep Fields beob-achten konnte.

StrukturbildungGemäß dem Standardmodell sollen die massereiche-ren Galaxien im Universum durch Verschmelzung vonkleineren Zwerggalaxien entstanden sein. Dieser Pro-zess wird oft als hierarchische Strukturentstehung be-zeichnet.Ich gehe in meinem Modell von einer gegenläufigenEntwicklung aus. Schon unmittelbar nach Beendi-gung der Nukleogenese konnten sich riesige, überwie-gend aus Gas bestehende Galaxien bilden. Diese riesi-gen Galaxien haben in ihren Zentren mehrere super-massive SL aus der ersten Phase des Universums be-herbergt. Es begann eine extrem intensive Phase derSternentstehung. Gleichzeitig, aufgrund der großenZahl an SL, kam es vermehrt zur Bildung von binärenSystemen von SL und im weiteren Verlauf zu einerWelle an gravitativen Entkoppelungen. Diese Genera-tion von SL gehörte zu wahren Giganten, deren Massewahrscheinlich im Bereich von Billionen Sonnenmas-sen lag. Die GE führte zu den größten Explosionen indieser Phase des Universums überhaupt. Ringförmigwurde dann das Gas und der Staub aus der Gala-xien ausgeblasen. Nach mehreren solchen Vorgängenstand kein Gas mehr zur Verfügung. Der Prozess derSternenbildung wurde abgebrochen und die Galaxie-entwicklung für viele Mrd. Jahre praktisch gestoppt.Solche Galaxien werden heute als sog. cD Typ beob-achtet, aber auch große Elliptische Galaxien gehörendazu.Die herausgeschleuderte Materie bildete unzähligeKugelsternhaufen und auch zahlreiche größere Zwerg-galaxien, die ihrerseits durch Verschmelzungsprozes-se die Galaxien mittlerer Größe hervorgebracht ha-ben könnten. Die weitere Entwicklung von Galaxi-en ist dem Aufsatz "Klassifizierung von Galaxien aufder Grundlage der Theorie der gravitativen Entkop-pelung"zu entnehmen.

6 SchlussfolgerungenIm Jahre 1916 veröffentliche Albert Einstein seineAllgemeine Relativitätstheorie, die Raum, Zeit und

Materie miteinander verbindet. Sie bildet zurzeit einFundament, auf dem unser Verständnis vieler physi-kalischer Eigenschaften und Prozesse im Universumaufgebaut ist. Die gesammelten Erkenntnisse und Be-obachtungen des Universums wurden im Rahmen derallgemeinen Relativitätstheorie interpretiert und ha-ben zur Entwicklung der Urknalltheorie geführt. DasUniversum entzieht sich aber zunehmend unserenVersuchen, es endlich zu verstehen und stellt uns voreine ganze Reihe von Rätseln. Der Versuch, diese imRahmen der Standardtheorie der Kosmologie zu lö-sen, hat zu noch größeren Problemen geführt.Es wurde die Existenz der Dunklen Materie vorher-gesagt, doch die Teilchen, aus denen sie bestehen soll,sind unbekannt. Auch die Dunkle Energie stellt einunverzichtbares Element des Modells dar, doch hiertappen wir buchstäblich wirklich im Dunkeln. Die in-flationäre Phase stellt eine elegante Lösung für einigeProbleme des Modells dar, doch die Beweise fehlen.Es bleiben zu viele Rätsel, die noch auf ihre Lösungwarten:

• Wie ist die Asymmetrie zwischen Materie undAntimaterie entstanden?

• Wodurch entwickelte sich die Inflation?

• Wo ist die Dunkle Materie und woraus bestehtsie?

• Wie kann man die Natur der Dunklen Energieerklären?

• Wie sind die Strukturen im Universum entstan-den?

• Wie lässt sich eine lokale Inhomogenität derStrukturen mit dem isotropen und homogenenBild des Universums vereinbaren?

• Warum folgen die Rotationskurven der Galaxi-en nicht den physikalischen Gesetzen?

• Wie entsteht diese unglaubliche morphologischeVielfalt der Galaxien?

Nachdem angenommen wurde, dass das Universuminfolge eines Urknalls entstanden ist und sich seit-dem beständig ausdehnt, ging man davon aus, dassseine Entwicklung von der Gravitationskraft der vor-handenen Massen bestimmt wird.

Ω =ρ

ρkrit(11)

Angenommen die Materie ist im Universum gleich-mäßig verteilt, dann können drei verschiedene Raum-

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geometrien in Abhängigkeit von dem Krümmungsra-dius k vorliegen.

Ω > 1 () k > 0 das Universum ist geschlossenΩ = 1 () k = 0 das Universum ist flachΩ < 1 () k < 0 das Universum ist offen

Gleicht die Materiedichte ρ des Universums einerkritischen Dichte ρkrit , so liegt ein flacher Raumvor. Es herrscht weitgehend Einigkeit zwischen denFachleuten, dass das Universum mit zunehmenderGeschwindigkeit sich weiter ausdehnen würde. Demgegenüber stellt das vorgestellte Modell einen et-was komplexeren Entwicklungsablauf des Universumsvor. Die Einführung von GE und des GH ermöglichtuns, die oben gestellten Fragen meiner Meinung nachüberzeugend zu beantworten(siehe Aufsatz "Gravi-tative Entkoppelung"). Es eröffnet aber gleichzeitigein Tor, hinter dem uns eine Fülle an überraschendenErkenntnissen erwarten könnte. Lassen wir uns denersten Schritt ins Unbekannte wagen. Zuerst müssenwir uns von dem Gedanken verabschieden, dass nurein Raumkontinuum existiert. Unser Raumkontinu-um ist bei weitem das größte im Universum, wasaber konzeptionell viel wichtiger ist, es bildet keingeschlossenes System, weil ein ständiger Ausfluss derMaterie und Energie stattfindet. Schauen wir uns dieEnergiebilanz des nichtlinearen Universummodellsan. Die Gesamtenergie des Universums umfasst nichtnur Energie in unserem Raumkontinuum sondern

auch Energie, die durch Entkoppelungsvorgänge, inden entkoppelten Bereichen des Raumkontinuumsverschwindet.

Energie unseres Raumkontinuums (EU ) + Ener-gie der entkoppelten Bereiche (EE) = Universums-energie

Das energetische Potenzial in unserem Raum-kontinuum P ist dann von dem Verhältnis zwischenpotenzieller und kinetischer Energie abhängig.

P =Epot

Ekin(12)

Das energetische Potenzial kann folgende Werte an-nehmen:

P 1 QuasikristallP 1 QuasigasP ≈ 1 Quasiflüssigkeit

Mit dem Verlauf der Entwicklung des Univer-sums verändern sich seine Eigenschaften in Bezugauf Temperatur, Volumen und Masse. Man kannalso annehmen, dass die von uns schon erkanntenPhasen nur ein Teil eines umfangreichen thermody-namischen Zyklus bilden, dessen vermuteter Ablaufin Abbildung 2 dargestellt ist.

Abbildung 2:

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Phase AB Am Anfang des Zyklus besteht das Universum aus folgenden Elementen:

1. SL in dem fast die ganze Materie des Universums konzentriert ist

2. "Membran"zwischen SL und Vakuum (MS)

3. Vakuumraumkontinuum (V)

4. "Membran"des Universums (MU)

Abbildung 3:

Das System ist im hydrodynamischen Gleichge-wicht zwischen dem Vakuumraumkontinuum und SL(siehe Abbildung 3). Es ist die Gravitationskraft desSL selbst, die dieses Gleichgewicht verursacht in demsie das Universum schrumpfen lässt. Die Kontraktiondes Universums verformt das Raumkontinuum undverursacht Druck auf die äußere Hülle des SL. Ge-mäß dem dritten newtonschen Axiom "actio gleichreactio"geht von der "Membran"des SL (MS) einegleichgroße, aber entgegen gerichtete Kraft aus.

FMU = −FMS (13)

Wir sehen aber, dass der Druck, der von der MU aus-geht im Vergleich zu MS viel geringer ist gemäß derGleichung 14.

Pms =F

4Πr2Pmu =

F

4ΠR2(14)

So verursacht eine Verringerung der Ausdehnung desUniversums ein überproportional hoher Anstieg desPms− drucks.

Abbildung 4:

Obwohl das Universum kontrahiert, kommt zuVergrößerung des Volumens von SL. Das energeti-sche Potenzial P verändert sich dann sukzessiv vonP » 1 Richtung P ≈ 1. Die Beschreibung entsprichtPhase 1 unseres Modells.

Phase BC - stellt einen Entkoppelungsvorgangvon SL im gesamten Universum dar. Im Raumbe-reich des primeren SL sind unzählige sekundäre SL

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entstanden, die dann nach einem Vorgang der GEeigene Raumkontinua bildeten (siehe Abbildung 3).Die übrig gebliebene Materie wurde in das Vakuum-raumkontinuum integriert. Es kommt zur adiabati-schen Ausdehnung des Universums.

Phase CD - In dieser Phase befindet sich unsererUniversum aktuell. Fortlaufende Entkoppelungsvor-gänge führen zu weiterer Verringerung der Tempe-ratur und Vergrößerung des Volumens. Das ener-getische Potenzial unseres Raumkontinuums nimmteinen Wert von P « 1 an.

Phase DE - Ich postuliere, dass es noch vor demErreichen des absoluten Nullpunktes der Temperaturim Universum zu einem Rückkoppelungsvorgang derSL kommt, die in der Phase BC eigene Raumkontinuagebildet haben. Es ist denkbar, dass hier folgendesPhänomen auftritt. Das energetische Potenzial nä-hert sich dem Wert von 0, was bedeutet, dass unserRaumkontinuum fast nur aus Vakuum besteht. DieEnergie, die die Raumkontinua der SL zusammenhält, ist jetzt viel zu groß . Das System versuchteinen energetisch günstigeren Level zu erreichen. Dashat zu Folge, dass die Raumkontinua der SL in unserRaumkontinuum re-integriert wurden. Es kommt zuradiabatischen Kontraktion des Universums.

Phase EF - Unser Raumkontinuum wird immermaterieloser und strahlungsärmer, was weitere Rück-koppelungsvorgänge der SL aus der Phase CD nachsich zieht. Langsam erhöht sich die Temperatur undverringert sich das Volumen des Universums. Eine zu-fällige Verteilung der elektrischen Ladungen der SLermöglicht das Überwinden des kritischen Punkts Fund weitere Kontraktion. Das energetische Potenzialunseres Raumkontinuums steigt jetzt expotenziell an.

Phase FA - In dieser Phase kommt es nach-einander zur Vereinigung von SL und am Ende zurEntstehung von nur einem einzigen SL. Weil dieAusdehnung des SL und des Raumkontinuums desUniversums unterschiedlich sind, funktioniert dasUniversum jetzt wie eine Hydraulische Presse. KleineKontraktion der MU verursacht eine extreme Stei-gerung des Drucks der MS Membran. Damit lässtsich gut die nachfolgende Ausdehnung des SL undden Beginn des nächsten thermodynamischen Zykluserklären

In diesem Aufsatz konnte ich nur einen Bruch-teil der neuen Interpretationsmöglichkeiten skizzie-ren, die sich auf Grund meines nichtlinearen Modellsergeben. Aber schon dieser Versuch zeigt, welch viel-seitiges Potential sich hinter dem Konzept verbirgt.

Es eröffnet uns eine neue Sichtweise auf das Univer-sum und seine Entwicklung. Es zeigt uns das Univer-sum von einer Seite, die wir nicht erwartet haben,ohne 15 Dimensionen, "Big Bang", "Big Crunch","Dunkler Materie und Energie"und anderen meta-physischen Zutaten, als eine recht unspektakuläre"thermodynamische Maschine"mit einem etwas ver-rückten thermodynamischen Zyklus. Unserer Faszi-nation für das Universum tut das keinen Abbruch,um so mehr als es jetzt (wie ich zumindest hoffe) auchviele normale Menschen endlich verstehen können.

7 DanksagungAn dieser Stelle möchte ich mich bei allen bedan-ken, die zum Gelingen dieser Arbeit direkt oder in-direkt beigetragen haben. Ganz besonders bedankeich mich bei meiner Frau, nicht nur für die Anteil-nahme, Unterstützung und entgegengebrachtes Ver-ständnis während der Entstehung dieser Arbeit son-dern auch für geopferte Zeit für das intensive Korrek-turlesen, Gestaltung des Aufsatzes und vieles, vielesmehr. Danke

Literatur[1] S. W. Hawking : "Gravitationally collapsed ob-

jects of very low mass" M.N.R.A.S. 152, 75-78,(1971)

[2] W. M. Napier, A Statistical Evaluation ofAnomalous Redshift Claims, Astrophysics andSpace Science 285, 419-427, (2003)

[3] W. M. Napier und G. Burbidge, The detection ofperiodicity in QSO data sets Mon. Not. R. Soc.,342, 601-604, (2003)

[4] http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=959597840&dok_var=d1&dok_ext=pdf&filename=959597840.pdf

[5] http://de.wikipedia.org/wiki/Hauptseite

[6] http://hera.ph1.uni-koeln.de/~heintzma/Skripten/1EINF5.pdf

[7] http://hikwww2.fzk.de/avka/pdf-files/34rotver.pdf

[8] http://idefix.physik.uni-freiburg.de/~giulini/papers/PJ-KosmKonst.pdf

[9] http://www.carbon14.pl/~gosia/pdf/wlasnosci_cial_stalych_i_cieczy.pdf

[10] http://www.cip.physik.tu-muenchen.de/lehrstuehle/T30d/lectures/SEMINARE/02talks/nukleosynthese.pdf

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[11] http://www.itp.uni-hannover.de/~flohr/lectures/kolloq.pdf

[12] http://www.mpe.mpg.de/~amueller/

[13] http://www.mpe.mpg.de/pke/images/PK-PR_2007_06-Moskau.pdf

[14] http://www.mpe.mpg.de/~jcg/papers/grb_physbl.pdf

[15] http://www.mpi-hd.mpg.de/kellerbauer/en/articles/2007/Kellerbauer_PhysUnsererZeit_38_(2007)_168.pdf

[16] http://www.physto.se/~troms/download/diplomarbeit_tb.pdf

[17] http://www.uni-regensburg.de/Fakultaeten/nat_Fak_IV/Physikalische_Chemie/Krienke/lehre_pdf/smds/smdsk5.pdf

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