Wie leer ist ein Atom?

H. D. Zeh

Claus Kiefer

Gibt es das Leere oder gibt es das Leere nicht? Diese Frage hat Wissenschaftler und Philosophen seit der Antike umgetrieben. Während etwa Demokrit behauptete, dass es nur Atome und den leeren Raum gebe, haben einflussreiche Gelehrte, vor allem Aristoteles, das Dogma des horror vacui verkündet, die Scheu der Natur vor der Leere. Es ist nicht erstaunlich, dass diese Frage im 17. Jahrhundert an Dringlichkeit gewann, hat man damals doch damit begonnen, solche Fragen experimentell zu entscheiden. Wie Klaus Liebers in diesem Heft diskutiert, sind nach den ersten Experimenten von Evangelista Torricelli vor allem die Untersuchungen von Blaise Pascal von Bedeutung. Wir wissen natürlich, dass auch in den Experimenten Torricellis und Pascals der Raum nicht völlig leer ist, da noch immer einige Flüssigkeits- oder Gasmoleküle vorhanden sind. Die interessante Frage ist, ob sich der Raum zumindest im Prinzip leeren lässt. In der Technik spricht man von einem Hochvakuum, wenn der Druck der verbleibenden Moleküle unter etwa 10−7 Hektopascal fällt, was mit dem Atmosphärendruck unter Normalbedingungen von etwas über 1013 Hektopascal zu vergleichen ist. Im interplanetaren Raum hat man weniger als 10−18 Hektopascal. Hier kommt ganz entscheidend die Quantentheorie ins Spiel. Als Vakuum bezeichnet man dort üblicherweise den Grundzustand des Hamilton-Operators, also den Zustand niedrigster Energie. Bei der Berechnung dieser Energie hat man mit mathematischen Schwierigkeiten zu kämpfen, da sich für diese Energie zunächst der unsinnige Wert unendlich ergibt. Das hat mit den Nullpunktschwankungen zu tun, die wegen Heisenbergs Unbestimmtheitsrelationen unvermeidbar sind. Das Problem lässt sich (zunächst) lösen, indem man nur die endlichen Differenzen zur Grundzustandsenergie betrachtet und letztere willkürlich auf null setzt. Überraschungen lassen nicht lange auf sich warten. So erkannte der niederländische Physiker Hendrik Casimir schon 1948, dass das Einbringen zweier paralleler Platten im leeren Raum dazu führt, dass diese sich anziehen, was einer negativen Grundzustandsenergie entspricht. Experimentell ist dieser Casimir-Effekt wohletabliert. Er zeigt, dass das Vakuum recht ungewöhnliche Eigenschaften hat. Die Überraschungen verstärken sich noch, wenn man einen Beobachter betrachtet, der sich mit gleichförmiger Beschleunigung a durch das Vakuum bewegt. Wie der kanadische Physiker William Unruh 1976 feststellte, sieht dieser Beobachter keinen leeren Raum, sondern nimmt einen thermischen Zustand mit der Temperatur ħa/2πkBc wahr. Hierin bedeuten ħ das Wirkungsquantum, kB die Boltzmann-Konstante und c die Lichtgeschwindigkeit. Grund dafür ist die verschränkte Natur des Grundzustands, die sich bei gleichförmiger Beschleunigung thermisch äußert. Obwohl dieser Unruh-Effekt experimentell noch nicht etabliert ist, wird er allgemein akzeptiert. Wir verdanken unsere Existenz dem Vakuum Eng verwandt damit ist ein nach dem britischen Physiker Stephen Hawking bezeichneter Effekt. Wie Hawking 1974 theoretisch herausfand, strahlen Schwarze Löcher mit einer Temperatur ħκ/2πkBc, wobei κ die Oberflächenbeschleunigung des Schwarzen Loches ist. Auch nach diesem Effekt wird experimentell gefahndet. Während in der Quantenfeldtheorie nur die Differenzen zur Grundzustandsenergie messbar sind, ist für die Gravitation tatsächlich die absolute Energie von Bedeutung, da jeder Energie nach E = mc2 eine Masse zugeordnet ist, die ein Gravitationsfeld erzeugt. So sollte etwa der Grundzustand des mit dem Higgs-Teilchen verknüpften Feldes ein beträchtliches Gravitationsfeld erzeugen, von dem aber nichts zu spüren ist. Zu spüren ist aber eine im Vakuum vorhandene, viel kleinere Energie, die als Kosmologische Konstante oder Dunkle Energie zu einer beschleunigten Expansion des Universums führt. Der Ursprung dieser Vakuumenergie ist bisher nicht geklärt. Nach den gängigen Vorstellungen der Kosmologie lassen sich die Strukturen im Universum, Galaxien und Galaxienhaufen, auf die Nullpunktschwankungen von Feldern im frühen Universum zurückführen, die durch eine äußerst schnelle Expansion (inflationäre Phase) quasi zum Leben erweckt werden. So verdanken auch wir unsere Existenz dem Vakuum, vor dem die Natur keine Scheu hat. Claus Kiefer ist Professor für theoretische Physik an der Universität zu Köln, wo er sich vornehmlich der Quanten- und Gravitationsphysik widmet.

Sexl

Ludwig Zehnder

Wolff, Marvin

Der Doppelspalt neu erklärt: Die Grenz-Resonanz-Struktur des Raumes – Eine raumlogische Analyse Beschreibung Die vorliegende Arbeit stellt eine neuartige Interpretation des Doppelspalt-Experiments vor, basierend auf der Raumlogik und ihrer fundamentalen Grenzfeldgleichung.Während die klassische Quantenmechanik zwischen Welle und Teilchen unterscheidet und den Kollaps der Wellenfunktion an die Beobachtung koppelt, liefert die Raumlogik eine alternative Sicht: 1. Interferenz entsteht nicht durch „Wellen“, sondern durch freie Grenzfeld-Resonanz. Solange keine Grenze ausgebildet wird, befinden sich alle möglichen Positionen in einem Zustand identischer Resonanz – daher existiert keine Information und keine Unterscheidbarkeit. 2. Der Messprozess ist kein „Bewusstseinsakt“, sondern eine Grenzbildung. Wo eine Grenze entsteht, entsteht Identität.Wo Identität entsteht, verschwindet freie Resonanz.Damit erklärt die Raumlogik den Kollaps als physikalischen Grenzübergang, nicht als metaphysisches Ereignis. 3. Das Überraschende: Die Raumlogik sagt Interferenz ohne Bewegung voraus. Resonanz ist ein Muster ohne dynamischen Impuls.Das erklärt erstmals, warum ein einzelnes Elektron über viele Wiederholungen hinweg ein Interferenzmuster erzeugt, obwohl es niemals „durch beide Spalte gleichzeitig fliegt“. 4. Die Raumlogik macht das Doppelspalt-Experiment logisch zwingend. Die vier Grundmodi – Position, Grenze, Resonanz, Flackern – führen mathematisch direkt zu: R(x1)≡R(x2)⇒keine Information → Interferenz G(x)≠0⇒Identität → kein Interferenzmuster Damit wird das Verhalten des Doppelspaltes deterministisch ableitbar und nicht mehr nur probabilistisch postuliert. Essenz In der Raumlogik ist Leere kein Nichts.Sie ist ein aktiver Zustand, den wir freie Resonanz nennen:ein Zustand ohne Identität, ohne Materie und ohne Grenze – aber mit dem Potenzial, alles hervorzubringen. Erst wenn eine Grenze entsteht, verdichtet sich dieses Potenzial zu einer Form.Damit entsteht eine natürliche Abfolge: freies Potenzial → Identität → Masse → Struktur 1. Freie Resonanz als aktiver Leerzustand Die Raumlogik verbindet klassische Physik, Quantenphysik und Philosophie zu einem gemeinsamen Konzept: Die klassische Physik sagt: Leere = keine Materie Die Quantenphysik sagt: Leere = Vakuumenergie Die Philosophie sagt: Leere = Möglichkeit, nicht Aktualität Die Raumlogik fasst all dies zusammen:Leere = freie Resonanz, ein Zustand ohne unterscheidbare Eigenschaften. Eigenschaften freier Resonanz: keine Grenzen keine festen Zustände keine Masse keine Lokalität vollständig interferenzfähig keine Information, weil nichts unterscheidbar ist Solange die Resonanz frei ist, gilt:Alle Punkte sind gleich – nichts ist voneinander unterscheidbar.Das macht freie Resonanz zum universellen Potenzialfeld. 2. Grenze als Beginn von Form Eine Grenze ist der Akt, der dieses Potenzial unterbricht.Sie erzeugt: einen Ort eine Differenz die Möglichkeit eines Zustands Lokalisation Identität Damit verwandelt die Grenze das formlose Potenzial in eine konkrete Form. Ohne Grenzen gäbe es keine Identität.Ohne Identität keine Masse.Und ohne Masse keine strukturierte Welt. 3. Masse als gebundene Resonanz Wenn eine Grenze entsteht, zwingt sie freie Resonanz in eine stabile Wiederholung.Aus dieser Stabilität entsteht: Masse = gebundene Identität Freie Resonanz ist masselos.Gebundene Resonanz besitzt Masse.So wird „Leere“ durch Grenzen zu etwas Körperlichem. 4. Raum als Prozess von Grenzen Freie Resonanz ist vollkommen homogen.Sobald Grenzen entstehen, verzerren sie diese Homogenität.Diese Verzerrung erscheint uns als: Raumkrümmung Massekonzentration Zeitverlangsamung Veränderung der Ausbreitung Damit erklärt die Raumlogik Gravitation als ein Grenzphänomen:Dort, wo viele Grenzen sind, wird das Potenzialfeld stärker gebunden. 5. Kausalität als Grenzsequenz In freier Resonanz gibt es keine Reihenfolge.Alles ist gleichzeitig möglich. Erst durch Grenzen entsteht: ein „Vorher“ und „Nachher“ eine Richtung eine Kausalstruktur Die Welt besitzt Zeitrichtung, weil Grenzen sie strukturieren. 6. Gesamtbild Leere ist ein aktives Potenzialfeld. Durch Grenzen entstehen Identität und Ort. Identität stabilisiert sich als Masse. Viele Grenzen zusammen erzeugen Raumkrümmung. Kausalität entsteht durch die Reihenfolge von Grenzereignissen. Struktur ist die wiederholte Anwendung dieses Prinzips. Wenn Ihnen dieser Ansatz zur freien Resonanz und Grenzbildung gefallen hat und Sie das Gefühl haben, dass hier mehr dahintersteckt, als sich in einem kurzen Überblick darstellen lässt, dann lade ich Sie ein, das vollständige Werk zu lesen. Mein Buch „RaumLogik – Die Pyramide des Universums“ umfasst: 190 Kapitel, über 900 Seiten, ein ausführliches Glossar, eine vollständige Notation, und eine systematische Darstellung aller Konzepte,von freier Resonanz über Grenzprozesse bis hin zu Gravitation, Zeit, Information und Quantenphänomenen. Es ist kein populärwissenschaftlicher Text, sondern ein vollständiges Grundlagenwerk, das Schritt für Schritt zeigt, wie Realität aus dem Zusammenspiel von Resonanz, Grenze und Identität entsteht. Wenn dieser Einblick Ihr Interesse geweckt hat, freue ich mich, wenn Sie das Buch lesen und die vollständige Theorie entdecken. „Sichere dir jetzt ein Exemplar meines Buches: https://marvinscape700.gumroad.com/l/gvwdfz“ Hier ein kleiner Ausschnitt. Glossar der Raumlogik 65Grundaxiome und Basisterme Adressierungsraum Menge möglicher Positionen; Grundlage raumlogischer Koordinaten Differenzraum Raum, der durch stabile Grenzdifferenzen entsteht Existenz Vorliegen eines stabilen P–G–R–F Musters Flackerdichte lokale Intensität der Grenzänderung Flackerfrequenz Periodizität von Grenzänderungen Flackern minimale Grenzänderung; formal F = ∂tG Flackerrate Geschwindigkeit der Grenzänderung; Ursprung der Zeit Flackerraum Bereich dominanter Grenzänderungen freie Resonanz Resonanz ohne Grenze; identitätsloser Zustand gebundene Resonanz Resonanz in stabiler Grenze; Basis von Masse Grenzadresse Adressierung einer Grenze im Positionsraum Grenzbildung Prozess der Erzeugung einer neuen Grenze Grenzdichte Maß der Grenzkonzentration in einer Region Grenze Akt der Unterscheidung; erzeugt Identität durch Differenz Grenzprozess Transformation eines Grenzverlaufs über Zeit Grenzraum Bereich, dessen Struktur durch Grenzen statt Punkte definiert ist Grenzrelation Zuordnung von Grenzenia und-interaktionen zwischen Positionen Grenzstruktur räumliche Form eines Grenzverlaufs Grenztextur feinstrukturiertes Grenzmuster 66Grundaxiom eine der vier fundamentalen Existenzbedingungen Grundmuster elementares stabilisiertes Grenzverhalten Grundzustand minimale P–G–R–F–Konfiguration Identität stabile Selbstbeziehung eines Grenzzustands Identitätsentstehung Übergang von freier Resonanz zu lokalem Identitätsknoten Kohärenz zeitlich stabile Wiederholung eines Grenzmusters Leere Zustand ohne Grenzen; G = 0; Grundlage potenzieller Resonanz Lokalisierung Übergang von nichtlokaler zu lokaler Identität Nichtlokalität Zustand, bei dem Positionen nicht unterscheidbar sind Position Grundmodus der Adressierbarkeit; Existenz ohne Gestalt P–G-Dualität Untrennbarkeit von Position und Grenze P–G–R–F-System vollständige Dynamik aller vier Grundmodi P–G–R–F-Zustand vollständige Konfiguration der vier Grundmodi raumlogische Existenz Vorliegen eines stabilen P–G–R–F-Musters Resonanz Wiederholung eines Grenzzustands; Ursprung von Kohärenz und Stabilität Resonanzintensität Stärke einer Wiederholungsstruktur im Grenzraum Resonanzlinie eine eindimensionale stabile Grenz-Wiederholungsform Resonanzraum Bereich stabiler Grenzwiederholung Resonanzstärke Grad der Kohärenz eines Resonanzmusters Resonanzzyklus Periodenabfolge einer Grenzwiederholung Selbstkohärenz innere Stabilität eines Muster- oder Grenzverlaufs Urflackern maximale Grenzänderung ohne stabile Grenze Urzustand flackernde Nichtlokalität vor Identitätsbildun

Wilhelm G. Kaenders, R. Wynands, Dieter Meschede

Abstract Mit Hilfe eines ebenen, magnetischen Hexapols können neutrale Atome so abgelenkt werden wie Lichtstrahlen von einer optischen Linse. Damit ist es möglich, ‚magnetische Atomoptik’︁ zu betreiben und wie mit einem Diaprojektor ein Muster durch einen Atomstrahl abzubilden. Auch zweilinsige Systeme wie ein Teleskop können realisiert werden.