Kapitel 3

Neutrino

„Mehr als 65 Milliarden Neutrinos rasen jeden Quadratzentimeter der Erdfläche pro Sekunde durch diese hindurch. Sie fliegen (einfach) durch alles hindurch. Obwohl die Theoretiker schon seit 1930 wussten, dass es Neutrinos geben muss, konnten die Geister-Teilchen erst 1956 nachgewiesen werden. Immer noch gehören Neutrino Experimente zum Kompliziertesten, womit sich Physiker befassen“.

Neutrinos sind ein Produkt, die durch Kernfusion in den Sternen entstehen (Abb. 22).

Der Hauptteil des Neutrinos entsteht durch die Verbrennung von Wasserstoff, was zu Helium führt (Abbildung 27).

Zur Erinerung:
Bei der Proton-Proton-Reaktion, die infolge der enormen Kompression entsteht, prallen zwei un- gleich polarisierte Protonen mit hoher Energie aufeinander. Dabei werden zwei Up-Quarks (oder Down-Quarks) mit gewaltigem Druck und hoher Geschwindigkeit zueinander angezogen. Aufgrund der Abstoßung der in einer Richtung drehenden Teilchen, wird einer der beiden Quarks ausgetrieben. So entsteht ein Neutrino, das durch das Universum fliegen wird.
Die Reaktion ist:

𝒑 + 𝒑 → ^𝟐 𝐇 + 𝒏 + 𝒚 oder 𝒑 + 𝒑 →𝑫 + 𝒏 + 𝒚

Und in Worten: 2 Protonen werden zu Deuterium + Neutrino + Y(Gammastrahlung).

Ein Neutrino ist also dasselbe Teilchen wie ein Quark, der nur mit geradliniger Translationsbewegung und hoher kinetischer Energie durch das Universum fliegt.

Jeder Stern im Universum schießt unzählige Trillionen von Neutrinos in alle Richtungen mit eigener Kraft und Energie, die von der Art und Größe des Sterns abhängig ist.

Zum Vergleich: Der größte Teilchenbeschleuniger der Welt, der Large Hadron Collider (LHC) in Genf, erzeugt Teilchen mit einer Energie von 7 TeV pro Nukleon.
Die Neutrinos aus dem Inneren der Sonne erreichen maximal 14 MeV.
Die zwei Neutrinos, die die Forscher im Ice-Cube-Detektor registriert haben, besaßen unvorstellbare 1,1 PeV.

„Das ist die höchste Energie, die wir jemals bei Neutrinos gefunden haben“, sagt Thomas Gaisser von der amerikanischen University of Delaware.
http://icecube.wisc.edu/news/view/121

Da das Neutrino eine Masse von 𝟒, 𝟏𝟗 ⋅ 𝟏𝟎−𝟑𝟏 𝒌𝒈, eine Dichte von 𝝆 = 𝟖 ⋅ 𝟏𝟎^𝟏𝟕 𝒌𝒈/𝒎^𝟑 und eine Geschwindigkeit von 𝞾 = 𝟐, 𝟗𝟗𝟕𝟗𝟐𝟒𝟓𝟖 · 𝟏𝟎^𝟖 𝒎/𝒔 , (wie „Opera“-Team am Cern verkündete) hat, besitzt dieses Teilchen eine kinetische Energie (Bewegungsenergie), die wir berechnen können:

𝑬_𝒌𝒊𝒏 = 𝟏/𝟐 ⋅ 𝒎𝞄^𝟐 oder bei 𝞄 = 𝐜 𝐄_𝐤𝐢𝐧 = 𝟏/𝟐 ⋅ 𝐦𝐜^𝟐

𝐄_𝐤𝐢𝐧 = 𝟏/2 ⋅ 4,19 ⋅ 10^−𝟑𝟏 𝒌𝒈 ⋅ (𝟐,𝟗𝟗𝟕𝟗𝟐𝟒𝟓𝟖 · 𝟏𝟎^8 m/𝒔)^2 = 𝟏,𝟖𝟖𝟑 ⋅ 𝟏𝟎^-14 kgm^2/s^2

𝐄_𝐤𝐢𝐧 = 𝟏, 𝟖𝟖𝟑 ⋅ 𝟏𝟎^−𝟏𝟒 kgm^2/s^2 = 𝟏, 𝟖𝟖𝟑 ⋅ 𝟏𝟎^−𝟏𝟒 𝐉

Das Elektronenvolt ist eine Einheit der Energie, die in der Atom-, Kern- und Teilchenphysik häufig benutzt wird. Ein Elektronenvolt ist die Energiemenge, um welche die kinetische Energie eines Elektrons zunimmt, wenn es eine Beschleunigungsspannung von 1 Volt durchläuft. Sein Wert gemäß der CODATA-Empfehlung ist:

1eV = 1,602176565 ⋅ 𝟏𝟎^−𝟏𝟗J 1J = 6,2414 ⋅ 𝟏𝟎^𝟏𝟖 eV

Die kinetische Energie des Neutrinos:

𝑬_𝒌𝒊𝒏 = 6,2414 ⋅ 𝟏𝟎^𝟏𝟖 eV ⋅ 1,883 ⋅ 𝟏𝟎^−𝟏𝟒 = 1,1752 ⋅ 𝟏𝟎^𝟓 eV = 0,11752 MeV
Also, das Neutrino, das mit der Lichtgeschwindigkeit durch das Universum reist, hat eine

kinetische Energie:

𝑬_𝒌𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟏𝟏𝟕𝟓𝟐 𝐌𝐞𝐕

Und jetzt stellen wir uns vor, dass dieses Neutrino, das ein bestimmtes Volumen und kinetische Energie besitzt, ein Atom trifft, welches auch ein bestimmtes Volumen und bestimmte Dichte hat.
Als ein Neutrino durch ein Vakuum flog, waren die Drücke und Dichten der Gluonen vor und hinter dem Teilchen (Abb. 8) gleich und das Teilchen flog durch Trägheit.

Wenn ein Neutrino auf seinem Weg auf ein Atom trifft, das zu 99 % aus einer verdichteten, rotierenden Vakuumhülle besteht, nimmt die Dichte der Gluonen vor den Netrinos stark zu und hinter dem Neutrino bildet sich ein Hohlraum (niedriger Druck). Infolgedessen stürzt der Gluonenfluss aus einem freien Vakuum mit der Lichtgeschwindigkeit in das Atom herein.

Selbstverständlich wird es zwischen beiden Teilchen zu einer Wechselwirkung führen. Dabei entsteht eine Zugkraft, die vom fliegenden Neutrino auf das Atom ausgeübt wird.

Dieser winzige Teil der kinetischen Energie, die das Neutrino verliert, um das Atom zu zwingen, sich in dieselbe Richtung zu bewegen, wird als Wechselwirkungsenergie und ihre Stärke als Wirkungskraft F bezeichnet (Abb. 31).
Die Größe dieser Kraft hängt von der Dichte des Atoms und seiner Größe ab.

Abbildung 31: Die Kraft 𝐹 ist auf den Neutrino-Flug gerichtet

Die Wirkungskraft ist eine vektorielle Kraft 𝑭, die das Neutrino auf das Atom beim Hindurchfliegen ausübt.
Im Umkreis der Erde befinden sich Milliarden von Sternen und jeder Stern strahlt unzählige Menge von Neutrinos ab, die unser Planet, uns allen und jedes einzelnes Atom von allen Seiten durchquert.

Es ist zu beachten, dass jede Seite des Körpers ungleiche Menge von Neutrinos, die auch verschiedene Kräfte und Energien besitzen, getroffen wird. Deswegen bei jedem Atom ergibt sich eine resultierende vektorielle Kraft, die in eine bestimmte Richtung ausgeübt wird.
Diese resultierende vektorielle Kraft gibt dem Atom sein Gewicht!

Da der Radius der Atomhülle ungefähr 100.000-mal größer ist als der Radius der Atomkerne (Quarks), ist die Wahrscheinlichkeit, dass Neutrinos beim Durchgang durch das Atom in den Atomkern fallen, sehr gering. Die Zahl der Atome, durch die dieses Neutrino auf seinem Weg durch die gesamte Erddicke fliegen muss, ist jedoch unvorstellbar größer.

Daher könnte die Wahrscheinlichkeit, dass ein Neutrino mit einem Quark kollidiert, als 100 % angesehen werden. Solche Zusammenstöße würden zu unvorstellbaren Konsequenzen führen.
Es gibt jedoch einen Grund, der verhindert, dass Partikel miteinander kollidieren.

In dem Kapitel-5 „Wieso ist es so schwer Neutrinos aufzuspüren?“ werde ich dieses Phänomen ausführlich erläutern.
Wie schon erwähnt, schießt jeder Stern im Universum unzählige Trillionen von Neutrinos in alle Richtungen. Im Weltall gibt es mehr Sterne als Sandkörner an den Stränden und in den Wüsten der Erde. Unsere Milchstraße hat mehr als 200 Milliarden Sterne.

Allein die erfassbare Sternen-zahl beträgt 70 Trilliarden, berichtete der australische Astronom Simon Driver auf der Konferenz der Int. Astronomischer Union in Sydney.
Das bedeutet, dass unser Universum voll mit Neutrinos ist, die in alle Richtungen mit eigener Geschwindigkeit und als Folge mit eigener Energie geradlinig sich fortbewegen.

Jetzt möchte ich den Begriff Teilchenzahldichte oder Teilchenkonzentration erklären.
Als Teilchenzahldichte n (Teilchenkonzentration) bezeichnet man die Anzahl der Teilchen (Neutrinos, Sterne usw.) pro Volumen.

Wenn man verschiedene Orte (Volumen) des Universums in Betracht zieht, stellt es sich heraus, dass sich bei Annäherung an das Zentrum des Alls die Sternzahldichte ansteigt und umgekehrt, je weiter man sich der Peripherie des Universums nähert, diese abnimmt.
Dies betrifft direkt auch die Neutrinos-Anzahl (𝑵), die in diesen Gebieten entstehen und direktproportional zur Zahldichte der Sterne sind.

Das bedeutet, dass jede Seite des Himmelskörpers im Universum durch eine andere Anzahl von Neutrinos durchdrungen wird, die auch unterschiedlichen Energiekräfte haben (Abb. 32).
Diese Neutrinos-Richtungsdichte hängt von der Art und Größe der Galaxien und der Menge der Sterne, von denen sie abgestrahlt wurden, ab.

Abbildung 32: Jedes Atom wird jede Sekunde von allen Seiten von unzähligen Neutrinos durchdrungen

Das heißt, dass jedes Atom, jedes Molekül, jeder Stoff oder jeder Himmelskörper von allen Seiten ununterbrochen von Neutrinos durchdrungen wird.

Da alle diese Neutrinos vektoriell unterschiedliche Teilchendichte (Konzentrati) und die Kräfte haben, ergibt sich eine resultierende vektorielle Kraft (𝑭𝑹𝒆𝒔), die auf den Körper dauerhaft wirkt (Abb.33).

Abbildung 33: Die resultierende Vektorkraft 𝑭𝑹𝒆𝒔 ist in die Richtung der niedrigsten Dichte der Neutrinos gerichtet

Wenn auf einen Himmelskörper dauerhaft eine bestimmte Kraft in gleiche Richtung einwirkt, fliegt dieser Körper mit der Beschleunigung davon. Da die resultierende vektorielle Kraft 𝑭𝑹𝒆𝒔 auf jedes Atom des Körpers wirkt, bewegt sich der ganze Körper und alle andere nah liegenden Himmelskörper mit gleicher Beschleunigung und in die gleiche Richtung.

⃗Die resultierende vektorielle Kraft 𝑭𝑹𝒆𝒔 hängt direkt proportional von der Masse des Atoms ab. Es bedeutet, dass auf den identischen Massen der verschiedenen Stoffe die gleiche vektorielle Kräfte (𝑭𝑹𝒆𝒔) wirken.
Wie bei einem Scherz gefragt wird: „was wiegt mehr: 1 kg Eisen oder 1 kg Federn?"

Wie erklärt man das auf atomarer Ebene?

Es ist wichtig zu verstehen, dass relativ entfernte Regionen des Universums unterschiedliche Neutrinodichten haben. Jeder Punkt in einem so relativ kleinen Bereich des Universums, wie unser Sonnensystem, hat jedoch praktisch die gleiche Neutrinodichte. Es bedeutet, dass durch jede Fläche von einem Quadratmillimeter jeglicher Substanz eine gleiche Anzahl an Neutrinos aus einer bestimmten Richtung und für eine bestimmte Zeit fliegt.

Wenn eine Substanz eine höhere atomare Dichte, als eine andere Substanz, hat, dann, um dieselbe Masse zu haben (𝒎 = 𝝆𝐕), wie das andere Element, sollte das Volumen seiner Atome geringer sein.

Wenn sich das Volumen des Atoms verkleinert, wird auch die Anzahl der Neutrinos, die durch das Atom fliegen, kleiner sein. Aber, dank der größeren Dichte, wird die Wirkungskraft einzelner Neutrinos größer. Deswegen werden die resultierenden Kräfte, die auf jedes Atom der beiden Stoffe wirken, gleich sein.

Dies kann man aus der folgenden Formel nachvollziehen:

𝑭𝑹𝒆𝒔 = 𝒎𝒂⃗ = 𝝆𝑽 𝒂⃗

Hier sind:
𝒂⃗: Die Beschleunigung des Himmelskörpers [m/s^2].

𝑭𝑹𝒆𝒔: Die resultierende vektorielle Kraft der Neutrinos [kgm/s^2].

𝝆: Die Dichte des Himmelskörpers [kg/m^3].

V: Das Volumen des Himmelskörpers [m^3].

𝒎: Die Masse des Himmelskörpers [kg].

Dies bedeutet, dass auf jedes Atom im Universum kontinuierlich die resultierende Vektorkraft 𝑭𝑹𝒆𝒔, die für diese Region des Kosmos definiert ist, einwirkt, wodurch sich alle Himmelskörper mit der Beschleunigung (𝒂⃗) in Richtung dieser ausgeübten Kraft bewegen.

Die Sternzahldichte nimmt mit der Entfernung vom Zentrum des Weltalls ab. Infolgedessen die Zahl der Neutrinos (Neutrinos-Dichte), die von der Peripherieseite in Richtung des Zentrums fliegen, wird immer weniger. Als Ergebnis treibt die vektorielle resultierende Kraft 𝑭𝑹𝒆𝒔 den gesamten Körper in die Richtung des Randes des Universums. Dies ist bei jedem Himmelskörper der Fall.

Alle nah beieinander liegende Körper (z. B. die Planeten in unserem Sonnensystem) haben die gleichen Neutrinos-Konzentrationen, eine ähnliche resultierende Triebkraft und die Richtung. Deswegen bewegen sich nah beieinander liegende Himmelskörper mit den gleichen Geschwindigkeiten und in die gleichen Richtungen, die wir nicht wahrnehmen können.

Also: Das Universum dehnt sich aus, und zwar mit der Beschleunigung!
Jetzt wissen wir, was sich unter dem Begriff „Dunkle Energie“ verbirgt, die für die kosmische Expansion verantwortlich sein soll!

Startseite

Kapitel 4

Gravitation

Was wissen wir über die Gravitation?

Alle Körper ziehen sich aufgrund ihrer Massen gegenseitig an. So zieht z.B. die Erde den Mond an. Umgekehrt zieht auch der Mond die Erde an.

Die gegenseitige Anziehung von Körpern aufgrund ihrer Massen wird Massenanziehung oder Gravitation (gravis, lat.: schwer) genannt.

Die dabei wirkenden Kräfte werden als Schwerkräfte oder als Gravitationskräfte bezeichnet. https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/gravitation-und-gravitationsgesetz

Die Gravitationskraft zwischen zwei Körpern kann man mithilfe des Gravitationsgesetzes gerechnet werden. Dieses Gesetz wurde von dem englischen Naturforscher Isaac Newton (1643- 1727) um das Jahr 1687 festgestellt (Abb.28).

Abbildung 34: Newtonsches Gravitationsgesetz

Dieses Gesetz wurde durch die zahlreichen Experimenten und Beobachtungen entdeckt und beschrieben.
Gemäß den letzten Beobachtungen von den Sternen und Galaxien entstand eine neue Mond- Theorie, die quadratische Abnahme der Anziehungskräfte infrage stellt.

„In der Modifizierten Newtonschen Dynamik (MOND) wechselt die Schwerkraft unterhalb eines bestimmten Grenzwerts von der quadratischen Abnahme zu einer Abnahme, die flache Rotationskurven reproduziert“.
https://www.spektrum.de/alias/bilder/was-steckt-hinter-der-dunklen-materie/1437830

Die Gravitationskonstante (G) wird immer wieder mit den modernen Technologien neu berechnet. Mithilfe laser-gekühlter Atome in einem Quanteninterferometer erhielten die Wissenschaftler jetzt einen Wert von 6,67191∙10^-11 m^3/kgs^2, der damit etwas kleiner ist als der derzeitige Standardwert 6,67384∙10^-11 m^3/kgs^2

Es wurde nie bewiesen, ob sich zwei Körper gegenseitig anziehen, oder aufeinander zudrücken werden. Es ist nur eine wissenschaftliche Behauptung und Annahme (Postulat).

Wie eine Gravitation entsteht und welche Kräfte in diesem Fall verwendet werden, werden wir jetzt erläutern.
Um nicht essenzielle Momente auszuschließen und den Mechanismus der Gravitation in unseren weiteren Erklärungen besser zu verstehen, machen wir eine Annahme:

Nehmen wir an, dass die Geschwindigkeiten (kinetische Energie) aller Neutrinos im Universum und die Dichte ihrer Ausbreitungen in allen Richtungen gleich sind.

Das bedeutet, dass wir die resultierende Kraft (𝑭𝑹𝒆𝒔.), die für die kosmische Expansion des Universums verantwortlich ist, aus unserer Betrachtung ausschließen und betrachten sie als gleich null.

Ich möchte nun daran erinnern, dass das Neutrino, das ein Atom durchdringt, verliert
ein winziger Teil seiner kinetischen Energie. Gleichzeitig wird diese Energie dafür verwendet, das Atom in die Richtung des Neutrino Fluges zu bewegen.

Abbildung 35 zeigt zwei Himmelskörper, die sich in einem bestimmten Abstand voneinander befinden. Diese Körper könnten zum Beispiel die Erde und der Mond sein.

Auf jedes Neutrino, das einen einzelnen Himmelskörper von einer bestimmten Seite trifft, gibt es immer ein entgegengesetzt propagierendes Neutrino, das es vollständig neutralisiert (dank unserer Annahme, dass die kinetischen Energien und Neutrino Dichten auf allen Seiten gleich sind). Infolgedessen ist ein alleinstehender Himmelskörper im Weltraum keinem mechanischen Effekt des Neutrinos ausgesetzt (𝑭𝑹𝒆𝒔. = 0) und bleibt in Ruhe.

Abbildung 35: Neutrinos, die die Erde und den Mond von allen Seiten durchbohren, erzeugen die resultierenden Kräfte, die aufeinander gerichtet sind

In unserem Fall, der in Abbildung 35 dargestellt ist, sehen wir keinen einzigen Himmelskörper, sondern zwei benachbarte Objekte (Erde und Mond). Diese beiden Objekte erzeugen eine gewisse Barriere für den Neutrino Fluss von einer Seite, wodurch ein sogenannter Schatten entsteht.

⃗
Die Stärke des Neutrinoeffekts (𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕.) ist eine Vektorgröße. Da wir nur die Einflüsse der entgegenfliegenden Neutrinos betrachten, werden wir im Folgenden nicht das Vorzeichen des Vektors angeben.

Machen wir noch eine kleine Annahme:
Hier werden wir keine Neutrinos berücksichtigen, die auf die beschattete Seite des Himmelskörpers treffen, ohne zuvor durch einen anderen Himmelskörper durchquert zu haben. Solche Neutrinos treffen die beschattete Seite des Körpers direkt aus dem Weltraum mit voller Kraft 𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕. (Abb.36 ein roter Bereich) und werden, wie wir oben erwähnt haben, von entgegenfliegenden Neutrinos voll neutralisiert.

Abbildung 36: Neutrinos, die Himmelskörper direkt aus dem Weltraum durchdringen und aufeinander gerichtet sind, werden vollständig neutralisiert

Je größer ist der Abstand zwischen den beiden Körpern, desto höherer Prozentsatz der vollen Neutrinos (𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕.) ist, die auf die beschattete Seite des Körpers treffen, ohne zuerst durch einen anderen Körper geflogen zu haben.
Und dies wiederum reduziert prozentual die Anzahl der Neutrinos, die durch den ersten Himmelskörper fliegen und dadurch geschwächt auf den zweiten Körper fallen. Infolgedessen werden die resultierenden Kräfte, die auf jeden Himmelskörper individuell wirken, ebenfalls abnehmen.

Um das Verständnis des Gravitationsprinzips zu vereinfachen, betrachten wir nur 6 Neutrinos (Abb.35).

Wie wir wissen, gehen die Neutrinos leicht durch die großen Schichtdicken hindurch.
Ein bestimmter Kleinteil der Energiekraft des Neutrinos (z. B. 𝑭𝑮𝒓.𝑬), der von der Dichte und der Größe des Himmelskörpers (z. B. Erde) abhängig ist, geht verloren, um den Widerstand aller auf dem Weg des Teilchens liegenden Atome zu überwinden.
Mit gebliebener Kraft (𝑭𝑹𝒆𝒔.𝑬 = 𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕. − 𝑭𝑮𝒓.𝑬) fliegt das Neutrino weiter und trifft den anderen Himmelskörper (z. B. Mond).

Andererseits, das Neutrino, das durch den Mond passiert ist, greift auch die Erde mit der geschwächten Kraft ( 𝑭𝑹𝒆𝒔.𝑴 = 𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕. − 𝑭𝑮𝒓.𝑴) an.
Diesen kleinen Teil der Energiekraft des Neutrinos, der im Körper geblieben ist, nennen wir Schwerkraft oder Gravitationskraft 𝑭𝑮𝒓. des Körpers.

Den Rest der Energiekraft, die von anderer Seite des Himmelskörpers rausgeht, nennen wir Restkraft des Neutrinos (𝑭𝑹𝒆𝒔.).

Für die Erde: 𝑭𝑹𝒆𝒔.𝑬 = 𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕. − 𝑭𝑮𝒓.𝑬

Für den Mond: 𝑭𝑹𝒆𝒔.𝑴 = 𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕. − 𝑭𝑮𝒓.𝑴

Nun betrachten wir separat die Kräfte, die auf die Erde von allen Seiten eintreffen. Dann summieren wir alle vektoriellen Kräfte und rechnen eine resultierende vektorielle Kraft (𝑭𝑬𝒓𝒅𝒆) aus, die die Erde in Bewegung treibt.
Die Kräfte (𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕.), die von oben und von unten mit vollen und gleichen Größen die Erde durchrasen, werden gegenseitig aufgehoben.

Die Seite der Erde, die im Schatten des Mondes liegt, empfängt Neutrinos (𝑭𝑹𝒆𝒔.𝑴), die zuvor durch die Dicke des Mondes geflogen sind.
Die resultierende vektorielle Kraft (𝑭𝑬𝒓𝒅𝒆), die auf die Erde ausgeübt wird, rechnet sich aus:

𝑭𝑬𝒓𝒅𝒆 = 𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕. − 𝑭𝑹𝒆𝒔.𝑴 = 𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕. − (𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕. − 𝑭𝑮𝒓.𝑴) = 𝑭𝑮𝒓.𝑴

𝑭𝑬𝒓𝒅𝒆 = 𝑭𝑮𝒓.𝑴

Somit wird die Erde, die im Schatten des Mondes liegt, mit der Kraft 𝑭𝑬𝒓𝒅𝒆 zum Mond tendieren, die die gleiche Größe wie die Gravitationskraft des Mondes 𝑭𝑮𝒓.𝑴 hat.

Und die resultierende vektorielle Kraft, die auf den Mond ausgeübt wird (𝑭𝑴𝒐𝒏𝒅), rechnet sich aus:

𝑭𝑴𝒐𝒏𝒅 = 𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕. − 𝑭𝑹𝒆𝒔.𝑬 = 𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕. − (𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕. − 𝑭𝑮𝒓.𝑬) = 𝑭𝑮𝒓.𝑬

𝑭𝑴𝒐𝒏𝒅 = 𝑭𝑮𝒓.𝑬

Dies bedeutet, dass der Mond mit der gleichen Kraft wie die Gravitationskraft der Erde zur Erde gedrückt wird.
Um diesen ungewöhnlichen Ausdruck wie Kraft des Schiebens zu vermeiden, nehmen wir an, dass die Erde den Mond mit der eigenen Gravitationskraft zu sich zieht. Das Ergebnis ändert sich nicht, aber den gewöhnlichen Ausdruck wie „Anziehungskraft“ könnte man weiter benutzen. Es muss nur klar verstanden werden, was sich hinter diesem Begriff verbirgt.

Die gesamte Anziehungskraft zwischen die Erde und den Mond (Gravitationskraft) rechnet sich so aus:

𝑭𝑮𝒓. = 𝑭𝑮𝒓.𝑬 + 𝑭𝑮𝒓.𝑴

Diesen Gravitationseffekt kann man auch als Schatteneffekt bezeichnen. Jeder Himmelskörper (z. B. die Erde und der Mond) liegt im Schatten des anderen Körpers. Nur dank dieses Schatteneffekts, ergibt sich die Anziehungskraft, die auch als Gravitation benennen werden kann.

Im Sonnensystem bestimmt die Gravitation (die Schatteneffekt) die Bahnen der Planeten, Monde, Kometen, Satelliten und im Kosmos die Bildung von Sternen und Galaxien.

Und jetzt folgt ein wichtiger Punkt!

Wie wir bereits erwähnt haben, gilt die Formel der Gravitation mit voller Wirkung der Kräfte auf andere Körper nur dann, wenn die beiden Himmelskörper ganz nah zueinander stehen (L = 0) (Abb.37).
Die Zunahme des Abstandes zwischen den beiden Himmelskörpern (L > 0) führt zu einer prozentualen Zunahme der Neutrinos, die direkt aus dem Weltraum kommen und mit voller Kraft (𝑭𝑵𝒆𝒖𝒕.) den Körper durchfliegen. Die Auswirkungen solcher Neutrinos werden durch entgegenfliegenden Neutrinos vollständig zunichtegemacht.
Daraus folgt, dass die „Anziehungskraft“ sinkt.

Solange es in unserem Sonnensystem passiert, ist das Newtonschen Gravitationsgesetz (Abb.34) immer noch aktuell.

Abbildung 37: Das Gesetz der Schwerkraft

Hier Fgr.1 ≠ Fgr.2, weil m1 ≠ m2 r = R1+R2+L

G: Gravitationskonstante gleich 6,67430(15) · 10^−11 м3/s^2·кг.
Die Höhen der Gravitationskräften Fgr.1 und Fgr.2 hängen nicht nur von den Massen der Körper, sondern auch von der Neutrinos Dichte (Teilchenkonzentration) ab, die im unseren nah liegenden Bereich des Sonnensystems sich nicht wirklich ändert.
Deswegen Gravitationskonstante, die wiederum aus diesen Kräften ausgerechnet wurde, bleibt auch konstant.

Die Gravitationskonstanten irgendwo an der anderen Seite der Galaxie oder des Weltraumes werden bestimmt ganz andere Werte haben!

Mit gleicher Vorgehensweise kann man die Gravitation der Erde sowie die Gewichtskraft eines Körpers, der sich auf der Erde befindet, erklären (Abb.38).

Abbildung 38: Körpergewicht auf der Erdoberfläche

Die Gewichtskraft gibt an, wie stark ein Körper konkret von der Erde oder vom anderen Himmelskörper, auf dem er sich befindet, angezogen wird.
Die Gewichtskraft (𝑭𝑮) eines Körpers (z. B. einen Menschen) auf der Erde setzt sich aus drei Kräften zusammen:

Eine Gravitationskraft der Erde 𝑭𝑮𝒓.𝑬, mit der sich dieser Körper durch die Neutrinos, die von oben in die Richtung des Mittelpunktes der Erde kommen, zugedrückt wird.
Eine Gravitationskraft des Körpers 𝑭𝑮𝒓.𝑲, mit der sich die Erde durch die Neutrinos, die von anderer Seite der Erde in die Richtung des Körpers fliegen, zugedrückt wird.
Die Zentrifugalkraft 𝑭𝒁𝒆𝒏𝒕𝒓., die wegen der Rotation der Erde entstanden ist. Diese Kraft verkleinert die Gewichtskraft des Körpers.

𝑭𝑮 = 𝑭𝑮𝒓.𝑬 + 𝑭𝑮𝒓.𝑲 − 𝑭𝒁𝒆𝒏𝒕𝒓.

Die Zentrifugalkraft FZentr ist im Vergleich zur Gravitationskraft der Erde 𝑭𝑮𝒓.𝑬 in unserem Fall ziemlich klein und wir werden sie weiter nicht berücksichtigen.

𝑭𝑮 = 𝑭𝑮𝒓.𝑬 + 𝑭𝑮𝒓.𝑲 = 𝑮 ∙ 𝒎𝑲 ∙ 𝒎𝑬 / 𝒓^𝟐

𝑮 ∙ 𝒎𝑬 /𝒓^𝟐 = 𝐠

𝐠: Die Gravitationsbeschleunigung [m/s^2].
Dann die Gewichtskraft des Körpers (wie wir schon immer gewusst haben) kann als Produkt seiner Masse (𝒎) und der Schwerebeschleunigung (𝐠) der Erde berechnet werden:

𝑭𝑮 = 𝒎𝐠

Die Schwerebeschleunigung (die Fallbeschleunigung) an einem bestimmten Punkt des Weltraumes kann man mit der Hilfe des Gravimeters bestimmen.

Die Gravitationsbeschleunigung (𝐠) hängt von der Gravitationskonstante (𝑮), der Masse des Himmelskörpers (𝒎) und dem Quadrat der Entfernung (𝒓^𝟐) davon ab.

Auf der Erdoberfläche beträgt die Fallbeschleunigung: 𝐠 = 9,81 m/s^2

Auf dem Mond: 𝐠 = 1,62 m/s^2
Im Vakuum des Kosmos (In der Schwerelosigkeit): 𝐠 = 0 m/s^2

Die Masse (𝒎 = 𝛒𝐕) hängt von der Dichte und dem Volumen des Körpers und nicht von seinem Aufenthaltsort (Erde, Mond, Schwerelosigkeit...) ab.
Die Dichte hängt von den atomaren Strukturen des chemischen Elements des Körpers ab.

Nur die Gewichtskraft 𝑭𝑮 hängt vom Aufenthaltsort des Stoffes (𝑭𝑮 = 𝒎𝐠) ab.

Bei der Masse m = 10 kg ist die Gewichtskraft:

Auf der Erde 𝑭𝑮 = 10 kg ⋅ 9,81 m/s^2 = 98,1 N.
Auf dem Mond 𝑭𝑮 = 10 kg ⋅ 1,62 m/s^2 = 16,21 N.
In der Schwerelosigkeit 𝑭𝑮 = 10 kg ⋅ 0 m/s^2 = 0 N.

Kapitel 5

Wieso ist es so schwer Neutrinos aufzuspüren?

Obwohl mehr als 65 Milliarden Neutrinos durch jeden Quadratzentimeter der Erdfläche pro Sekunde hindurch rasen, kollidieren sie mit den Kernteilchen (Quarks) sehr selten. Wieso?

Da der Radius der Atomhülle im Vergleich zum Radius der Atomkerne (Quarks) in 100 000-mal größer ist, ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Neutrino direkt die Atomkerne treffen würde, ziemlich gering. Aber die Zahl der Atome, die dieses Neutrino in seinem Flug durch die ganze Erde sie durchquert, ist viel-viel größer. Deswegen sollte die Kollisionswahrscheinlichkeit eigentlich nah zu 100 % sein.

Es gibt bestimmt eine andere Ursache, die Zusammenstoßen der Teilchen vermeiden lässt. Und diese Ursache werden wir jetzt ermitteln.

Es ist schon bekannt, dass die Zahl der Neutrinos, die unsere Erde ohne Kollision durchdringen, von der Energie der Neutrinos abhängt.
Mit zunehmender Energie nimmt die Kollisionswahrscheinlichkeit der Neutrinos zu und die mittlere freie Weglänge entsprechend ab.

„Bei 1000 TeV Energie beträgt die mittlere freie Weglänge der Neutrinos in der Erde etwa einen Erddurchmesser. Das bedeutet, dass bei einem Flug senkrecht durch die Erde etwa zwei Drittel solcher Neutrinos wechselwirken, während ein Drittel ungehindert durch die Erde durchfliegt. Bei 11 MeV ist die mittlere freie Weglänge in Blei bereits 350 Milliarden km, und in der Erde würden von einer Milliarde Neutrinos im Schnitt etwa drei eine Wechselwirkung eingehen, während die restlichen ungehindert durchfliegen.“
Da das Neutrino ein Teilchen ist, das eine Masse m = 4,19 · 10−31 kg besitzt und mit der hohen Geschwindigkeit durch das Vakuum (Gluonen-Substanz) fliegt, sollte zwischen denen eine bestimmte Wechselwirkung entstehen.

Da das Neutrino das gleiche Teilchen wie der Quark ist, erfolgt der Prozess der Umverteilung von Impulsen mit Gluonen auf ähnliche Weise. Gluon wird mit der gleichen Lichtgeschwindigkeit reflektiert, und das Neutrino erhält einen Impulsvektor 𝝆𝒈𝒍. = 𝒎𝒈𝒍.𝒄𝒈𝒍. = 𝟏, 𝟐𝟔 · 𝟏𝟎−𝟒𝟔 𝐤𝐠𝒎/s, der mit einer linearen Geschwindigkeit von 𝟑 ⋅ 𝟏𝟎−𝟏𝟔 m s^-1, auf das Zentrum des Teilchens gerichtet ist.
Dieser winzige Geschwindigkeitsvektor, der dem Neutrino-Geschwindigkeitsvektor hinzugefügt wird, ändert sofort seine Flugrichtung. Natürlich ist diese Einstellung sehr unbedeutend, aber wenn es ziemlich viele solcher Impulse gibt, die in die gleiche Richtung und zur gleichen Zeit gerichtet sind, kann eine Änderung der Neutrino-Flugrichtung signifikant sein. Und dies ist gerade den Fall, wenn sich ein Neutrino direkt einem rotierenden Quark eines Atoms der Materie nähert.

Durch die hohe Geschwindigkeit vor dem Neutrino bildet sich ein verdichtetes Vakuum. Das Neutrino trägt also eine dichte „Druckwelle“ vor sich (Abb. 39).

Abbildung 39: Erhöhte Vakuumdichte vor dem Neutrino

Jetzt stellen wir uns vor, dass dieses Neutrino beim Durchqueren der atomaren Hülle direkt zum Quark fliegt.
Ein Quark dreht sich mit größerer Geschwindigkeit (4,76 ⋅ 𝟏𝟎𝟖 𝒔^−𝟏) und bildet um sich herum ein verdichtetes rotierendes Vakuum. Je näher sich der Gluonen-Fluss zum Quark befindet, desto größere Geschwindigkeit und die Flussdichte hat er.

Zwei Teilchen, die gleiche Massen, aber unterschiedliche Art der Bewegungen haben, nähern sich zueinander. Das Neutrino, die sich eine verdichtete Druckwelle vorne trägt, tritt in die rotierenden verdichteten Schichten des Quarks. Da diese zwei Strömungen im rechten Winkel zueinander gerichtet sind, werden die oben genannten Kräfte (F) entstehen, die zur Abstoßung dieser Teilchen voneinander führt (Abb.40).

Abbildung 40: Der verdichtete gerichtete Fluss von Atomgluonen lenkt den Neutrino-Flugweg sofort ab

Diese verdichteten Gluonen-Ströme, die sich in einem Winkel zueinander bewegen, erzeugen eine Gegenkraft, die, durch die gegenseitige Abweichung der Teilchen, ihre Kollision verhindert. Dank dieses Mechanismus werden auch Kollisionen zwischen Neutrinos vermieden, die aufeinander zu oder in einem Winkel zueinander fliegen.

Ein "ähnliches" Phänomen kann in der Natur beobachtet werden, als eine im Regen fliegende Mücke durch den vor dem fallenden Tropfen gebildeten Druckluftstrom abgelenkt wird und somit trocken bleibt.

Wieso kommt es ab und zu doch zur Kollision?
Wie wir wissen, eine kinetische Energie hängt von der Masse und der Geschwindigkeit des fliegenden Teilchen (𝑬𝒌𝒊𝒏 = 𝟏/𝟐 ⋅ 𝒎𝞾𝟐) ab.

Da die Masse des Neutrinos einen konstanten Wert von m = 4,19· 10^−31 kg hat, hängt die kinetische Energie des Neutrinos nur von der Geschwindigkeit seiner Bewegung im Universum ab.
Astrophysiker haben schon eine große Anzahl von Neutrinos mit hoher und extrem hoher Energie registriert (mehr als 1 Peta-Elektronenvolt). Und das bedeutet, dass einige Neutrinos die Geschwindigkeiten haben, die viel höher sind, als die Lichtgeschwindigkeit.

Wie wir bereits wissen, haben die Geschwindigkeiten der chaotischen Bewegungen der Gluonen einen konstanten Wert (Lichtgeschwindigkeit).

Wenn das Neutrino schneller als mit der Lichtgeschwindigkeit fliegt, verkürzt sich die Zeit, die es benötigt, um durch das Atom zu fliegen. Da der verdichteten rotierenden Fluss von Gluonen eines Atoms, der senkrecht zum Flug der Neutrinos und ausschließlich von einer Seite gerichtet ist, konstant bleibt, aber die Zeit der Exposition gegenüber Neutrinos abnimmt, nimmt auch der insgesamt resultierende gepulste Effekt auf Neutrinos ab. Dies kann zu einer unzureichenden Abweichung des Neutrino-Flugweges führen, was manchmal zu einer Kollision mit dem Atomkern (Quarks) führt.

Zusammenfassung:

Mehr als 95 % unseres Universums bestehen aus dem Vakuum, das wiederum aus den absolut elastischen Mikroteilchen Gluonen besteht. Die Gluonen befinden sich in ständigen chaotischen Bewegungen. Da die Gluonen die kleinsten Teilchen im Universum sind, gibt es keine andere Substanz zwischen ihnen, durch die irgendwelche Wechselwirkungen übertragen werden könnten. Und das bedeutet, dass Gluonen keine Trägheit haben und, dementsprechend, keine kinetische Energie besitzen.

In der Anfangsphase des Universums hatten die Gluonen ihre eigene Geschwindigkeit und damit die individuelle Impulse (𝝆 = 𝒎𝞾).

Infolge der Kollisionen, prallten die Gluonen augenblicklich ab und teilten ihre Geschwindigkeiten gleichmäßig. Diese kontinuierliche Aufteilung der Geschwindigkeiten hat zu einem allmählichen Ausgleich der Energieimpulse aller Gluonen geführt. Und die daraus resultierende konstante Geschwindigkeit der Gluonen wurde als Lichtgeschwindigkeit (c) bekannt.

Somit übertragen Gluonen die Informationen in Form von Photonen nicht aufgrund der Größe der Energie eines einzelnen Impulses (da sie unverändert bleiben), sondern aufgrund ihrer Wiederholungsrate.
Diese Gluonen spielen, neben der Übertragung der elektromagnetischen Wellen (Photonen), eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Materie.

Ein Proton besteht aus rotierenden Up-Quark und Down-Quark, die die Wirbelströmungen des Vakuums erzeugen. Dank ihrer Zusammenwirkung, wird eine verdichtete stabile und elastische Hülle gebildet.
Bei der Kernfusion zwischen den vier Protonen, werden neben den drei Neutrinos und die Gammastrahlung, ein Atom des Heliums entstanden. Durch die weiteren Zusammenwirkungen Helium Atomen und Wasserstoff Atomen miteinander werden sich andere Atome und Moleküle der verschiedenen Stoffe herausgebildet.

Infolge der Kernfusionen, die im Inneren der Sterne ständig stattfinden, entstehen Neutrinos, die in allen Richtungen durch das All rasen.
Jedes Neutrino, das durch das Atom fliegt, erzeugt eine Zugkraft, die auf das Atom ausübt und verliert dabei einen winzigen Teil seiner kinetischen Energie. Diese Zugkraft des Neutrinos, die im Atom geblieben ist, heißt die Gravitationskraft des Neutrinos. Die resultierende vektorielle Kraft von allen Gravitationskräften der Neutrinos, die momentan durch das Atom fliegen, gibt dem Atom seine Gravitation 𝑭𝑮.

Jeder Himmelskörper im Universum wird von allen Seiten mit den riesigen Zahlen von Neutrinos bombardiert. Die Neutrino-Zahldichte und ihre kinetischen Energien, die von jeder Seite des Universums ankommen, sind ungleich.
Diese Zahldichte und Stärke der Neutrinos hängen von dem Ort des Kosmos ab, aus welchem diese Neutrinos abgestrahlt wurden.

Je man näher sich zum Zentrum des Universums befindet, desto höher ist die Dichte (Anzahl) der Sterne und umgekehrt, je man weiter sich vom Zentrum in die Richtung der Peripherie des Kosmos entfernen wird, desto geringer sind die Dichte der Sterne und damit die Dichte der Neutrinos.

Es führt dazu, dass die resultierende vektorielle Kraft, die ständig auf den Körper einwirkt, in die Richtung der Peripherie des Kosmos gesteuert wird. Diese Kraft treibt jeder Körper mit der Beschleunigung in diese Richtung hinaus.
So dehnt sich unser Universum aus!

Infolge des Schatteneffektes, der immer zwischen nahe beieinander liegenden Körpern stattfindet, entstehen Gravitationskräfte, die die Körper zueinander drücken. Diese Kräfte definieren die Umlaufbahnen aller Planeten, Kometen und Satelliten in unserem Sonnensystem sowie die Bewegungen von Sternen und Galaxien im gesamten Universum.

Startseite

Kapitel 5

Magnetismus

Über den Magnetismus weist man heutzutage ziemlich viel.
Ich will hier nur kleine Zusammenfassung von diesem Thema und meine Vorstellung über das magnetische Feld und den Grund dessen Entstehung erläutern.

Die Herkunft vom Magnetit und seine Fähigkeit, Eisen anzuziehen, waren schon im Altertum bekannt, außerdem wurde er schon früh von chinesischen Seefahrern als
Kompass benutzt.
Es werden die Begriffe Magnetfeld, Feldlinie und Flussdichte eingeführt, welche anhand von Eisenfeilspänen in der Umgebung eines Magneten veranschaulicht werden (Abb.41).

Mithilfe kleiner Magnetnadeln (Kompassnadeln) kann man die Kraftwirkung eines Magneten (insbesondere die Richtung dieser Kraft) experimentell bestimmen. Man zeichnet die so gemessenen Hilfslinien auf und nennt sie magnetische Feldlinien.

Abbildung 41: Magnetische Feldlinien

„Unter einem "Feld" verstehen die Physiker einen "erregten Raum", der von der sogenannten Feldenergie durchdrungen wird. Für magnetische Feldlinien gilt: Magnetische Feldlinien schneiden sich nicht. Eine hohe Feldliniendichte charakterisiert ein starkes magnetisches Feld und damit eine große magnetische Feldstärke. Für die Orientierung der Feldlinien wurde festgelegt: Am Nordpol eines Magneten treten die Feldlinien aus. Am Südpol eines Magneten treten sie in seine Oberfläche ein.“
„Im Grundwissensblatt über den Dauermagnetismus konnte man sehen, dass bei Teilung eines Magneten immer wieder neue Magnete entstehen. Denkt man sich diesen Prozess sehr oft fortgesetzt, so kann man die Hypothese aufstellen, dass die kleinsten Elemente eines Magneten wiederum Magnete sind, die man als Elementarmagnete bezeichnet.“

Und diese Elementarmagnete sind die Moleküle und Atome des Stoffes!

Wie wir schon wissen, alle Atome bestehen aus der rotierenden u-Quarks und d-Quarks, die Wirbelströme des Vakuums (Gluonen-Substanz) erzeugen und eine verdichtete stabile Hülle bilden.

Wenn wir ein Proton ansehen, kann man ohne Zweifel sagen, dass es ein Elementarmagnet mit dem Magnetfeld, magnetischen Feldlinien und Polen ist. Das Magnetfeld besteht aus dem rotierenden Strom des Vakuums mit dem stammenden Strom auf dem Nordpol (oben) und eingehenden Strom auf den Südpol (Abb.42).

Abbildung 42: Proton ist ein elementarer Mikromagnet

Mit diesem Atommodell kann man eine Reihe magnetischer Erscheinungen recht gut verstehen. Wenn zwei Protonen, wie in Abbildung 43 gezeigt sind, sich nähern, ergibt sich eine Anziehungskraft (F1) mit der Bildung des gemeinsamen inneren und äußerlichen Stromes des Vakuums. Die Dichte des Stromes (des Magnetfeldes) steigt und die Stärke des Magnetes verdoppelt sich.

Abbildung 43: Anziehung von zwei Protonen
Andersrum stoßen sich zwei Protonen mit gleichen Polen (Abb.44) ab.

Abbildung 44: Abstoßung zweier Protonen

Aus solchen „kleinen Magneten“ bestehen auch alle Atome, Moleküle, chemische Elemente und Stoffe. Wenn wir z. B. ein Eisenstück mit einem starken Magneten streicheln, passiert Folgendes: Die Mini-Magneten werden vom großen Magnet durch das starke Magnetfeld angezogen und sie in die Richtung der Hauptmagnetfeldlinien (angespannt) ausgerichtet.

Je stärker äußeres Feld ist, desto größer ist der Ausrichtungseffekt. Bei einer hohen Feldstärke tritt Sättigung ein – dann sind alle Moleküle im ferromagnetischen Stoff einheitlich ausgerichtet (das kennt man von der Kompassnadel, wo alle Nägel sich nach Norden ausrichten). Dadurch wird das Eisenstück selbst zum Magneten.

Diesen Vorgang (Abb.40) bezeichnet man als Magnetisierung.

Abbildung 45: Magnetisierungsprozess

Schaltet man das äußere Feld ab, dann bleibt die Ausrichtung der einzelnen Bereiche erhalten. Ein Dauermagnet ist entstanden.
Wird ein magnetisierter Stoff erhitzt, dann nimmt die Wärmebewegung seiner Teilchen zu. Dabei wird auch die Ausrichtung der Moleküle zerstört, bis sie bei sehr hohen Temperaturen schließlich wieder regellos im Stoffverbund angeordnet sind. Dadurch verliert der Stoff seine magnetischen Eigenschaften, er liegt nun wieder im entmagnetisierten Zustand vor.

Nur nicht alle Stoffe können ihren magnetischen Eigenschaften zeigen. Es hängt von der Bildung der Moleküle, ihre Stärke und Beweglichkeit zueinander.
Die Stoffe, in denen sich die innere Mini-Magneten besonders leicht ausrichten lassen, bezeichnet man als magnetisch weich.

Die Stoffe, bei denen, das nicht der Fall ist, nennt man magnetisch hart.
Magnete bestehen zum größten Teil aus Eisen. Das ist der wichtigste magnetische Stoff. Zurzeit wurden noch stärkere Permanentmagnete dargestellt, die aus anderen Stoffen z. B. Neodym bestehen.
Die meisten anderen Gegenstände sind nicht magnetisch. Sogar die meisten Metalle wie Kupfer oder Aluminium sind nicht magnetisch. Es hängt von der molekularen Struktur, ihrer Stärke und Zusammenbildung des Stoffes.

Unsere Erde ist auch ein großer Magnet. Obwohl die mittlere Stärke des Magnetfeldes der Erde relativ gering ist (sie beträgt nur etwa 50 mT), richtet sich eine frei bewegliche Magnetnadel entsprechend dem Verlauf der Feldlinien aus.

Abbildung 46: Erdmagnetfeld

Dieses Erdmagnetfeld (die Vakuumströmung) schützt unsere Erde vor den sehr energiereichen Sonnenstrahlungen, die sowohl aus hochfrequenten Photonen (Gamma Strahlung), als auch aus den geladener Heliumteilchen (Alpha Strahlung) und Protonen (Beta Strahlung) bestehen.

Kapitel 6

Elektromagnetismus

Elektrizität und Magnetismus sind eng miteinander verknüpft. In dieser Folge wird vor allem die magnetische Wirkung von elektrischem Strom behandelt. Aber auch das Phänomen des Dauermagnetismus hat mit den elektrischen Eigenschaften von Atomen zu tun.

Für die gewisse elektromagnetische Eigenschaften, die ich unten vorgestellt habe, und die schon längst durch zahlreiche Experimente und Messungen nachgewiesen und beschrieben wurden, hatte man noch keine glaubwürdigen Erklärungen gefunden.

Viele Wissenschaftler haben vergeblich versucht, diese Phänomene auf der Basis der Quantenmechanik und gegenwärtige Kernphysik (Aufbau der Atome aus dem Atomkern und der Elektronenhülle) zu erklären.
Trotz der vielen widersprüchlichen Unstimmigkeiten, ist dieses theoretische Konzept der Kernphysik leider immer noch aktuell.

Unten versuche ich die elektromagnetischen Eigenschaften auf der neuen Basis des Vakuumsmodells des Atoms kurz und einfach zu erklären.

Betrachten wir einige der Tatsachen des Elektromagnetismus, die immer noch unbestreitbar und leicht nachprüfbar sind:

1. Um jeden stromdurchflossenen Leiter bildet sich ein Magnetfeld (Abb.42). Man nennt diesen Effekt Elektromagnetismus.

Abbildung 47: Magnetfeld um einen Leiter, der unter dem elektrischen Strom steht

Die elektromagnetischen Feldlinien befinden sich um den Leiter. Die Richtung der Feldlinien wird von der Stromrichtung bestimmt (Schraubenregel). Wird die Stromrichtung geändert, so ändert sich die Richtung der Magnetfelder auch.
Diese Tatsache verrät uns, dass die Atome, die sich an den oberen Schichten des Leiters befinden, in eine Richtung ausgerichtet sind. Ihre inneren Wirbelströme summieren sich und bilden damit an der oberen Schichte des Leiters ein stark umkreisendes Magnetfeld.

Wir wissen schon, dass alle Atome und Moleküle als „kleine Magnete“ betrachtet werden können. Auf der Abbildung 48 wird einen Querschnitt des Leiters prinzipiell dargestellt. Ein elektrischer Strom fließt in die Richtung des Betrachters.

Abbildung 47: Magnetfeld um einen Leiter, der unter dem elektrischen Strom steht

2. Durchflossener Leiter im Magnetfeld

Wird eine Leiterschleife senkrecht zu den Feldlinien eines homogenen Magnetfeldes bewegt, wird in ihr während der Bewegungsdauer eine Spannung erzeugt. Dieses Phänomen nennt man Induktion.

Abbildung 49: Leiterbewegung in einem gleichmäßigen Magnetfeld

Die Polarität der erzeugten Spannung hängt sowohl von der Bewegungsrichtung des Leiters, als auch von der Richtung des Magnetfeldes ab.

Die Größe der erzeugten Spannung hängt von der Geschwindigkeit des senkrecht bewegten Drahtes und von der Stärke des Magnetischen Feldes ab. Wie ist das logisch zu erklären?

Wie wir wissen besteht jeder Stoff aus Atomen und Molekülen, die als „kleine Magnete“ betrachtet werden können. Im Ruhezustand befinden sich die Moleküle in ihren normalen Positionen und ihre Strömungen des Vakuums sind chaotisch ausgerichtet und der gesamte elektrische Zustand des Stoffes ist neutral. Wenn wir jetzt eine Leiterschleife durch das Magnetische Feld, wie in Abbildung 49 gezeigt ist, nach rechts bewegen würden, passiert folgendes:

Das magnetische Feld des Stamm-Magneten fließt vom Nord-, zum Südpol.
Wenn man eine Leiterschleife senkrecht zu den Feldlinien des Magneten bewegt, richtet das Stamm-Magnetfeld (wie ein Kamm orientiert die Haare in die Bewegungsrichtung) die chaotisch ausgerichteten Gluonen Strömungen der Atome und Molekülen der Leiterschleife in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung aus.
In unserem Fall wandelt sich die obere Schicht des Leiters in einen geordneten Gluonen Fluss von rechts nach links.
Nach einer der „Schraubenregeln“ kann man sagen, dass der Pluspol (+) hinten der Leiterschleife und der Minuspol (-) vorne entstehen wird.
Bleibt die Leiterschleife nun stehen, so verschwindet zwischen beiden Enden der Leiterschleife die elektrische Spannung wieder. Dank der inneren natürlichen Bildungskräfte zwischen den Molekülen und Atomen werden sie in ihren ursprünglichen, normalen Zustand zurückversetzt und der Leiter wird somit wieder neutral.

Wenn wir jetzt diese Leiterschleife nach links bewegen werden, entsteht eine elektrische Spannung entgegengesetzter Polarität. Bei der dauerhaften Bewegung der Schleife hin und zurück entsteht die Wechselspannung, die von der Geschwindigkeit der Leiterschleife und der Stärke des magnetischen Feldes abhängig ist.

Je stärker das magnetische Feld des Stammmagneten ist, desto mehrere atomare Schichten des Stoffes können mitgezogen werden. Und je höher die Geschwindigkeit der Leiterschleife ist, desto präzise werden die Moleküle ausgerichtet. Das alles führt zu einer Vergrößerung ihrer gemeinsamen Strömungen des Vakuums und letztendlich zur Erhöhung der Spannung.

Es kam ein sehr passender Moment, um zu erklären, was ein elektrischer Widerstand eines Stoffes ist.
Je leichter und genauer sich die Moleküle eines Stoffes beim Anlegen einer bestimmten elektrischen Spannung neu ausrichten, desto geringer ist sein elektrischer Widerstand.

Und noch eine Bemerkung:
In unserem Fall ist die Richtung des magnetischen Flusses des Permanentmagneten von oben nach unten gerichtet. Deswegen wird seine Wirkung auf die Moleküle des Leiters, der sich senkrecht die Kraftlinien bewegt, nur in seiner oberen Hälfte bereitgestellt. Der untere Teil des Leiters vor dem Einfluss der Kraftlinien des Permanentmagneten wird durch seine obere Hälfte geschützt.

Infolge des wiederholt verstärkten und gerichteten Vakuumflusses der oberen Schicht des Leiters, werden auch die unteren Moleküle des Stabs in den allgemeinen Fluss involviert sein, was zur kreisförmigen Rotation des Gluonenflusses nicht nur innerhalb des Leiters, sondern auch außerhalb führt (Abb. 50).

Abbildung 50: Gluonfluss, der an der gesamten Kreisrotation beteiligt ist

Wenn solche Leiterschleife eine bestimmte Zeit durch das Magnetische Feld des Stamm-Magneten in Bewegung bleibt (wie bei den Elektrogeneratoren der Fall ist), wird eine dauerhafte Spannung zwischen den beiden Enden der Schleife entstehen.
Wir können also sagen, dass wir eine kleine elektrische Spannungsquelle (Stromquelle) geschaffen haben.

In den elektrischen Batterien solche erzwungene Änderungen der Molekularen Ausrichtungen werden durch eine chemische Reaktion erreicht.

Jetzt verbinden wir mit Hilfe von zwei Leitern einen bestimmten Widerstand (R) mit dieser "Batterie". Die gesamte Energie, die für die Änderung der inneren Ausrichtung der Spannungsquellen Moleküle aufgewendet wurde, wird an einen geschlossenen Stromkreis angelegt, wodurch die Moleküle des gesamten Stromkreises gezwungen werden, sich an der entsprechenden Position zu entfalten.

Der Grad der Neuorientierung der Moleküle hängt vom Gesamtwiderstandswert des geschlossenen Stromkreises ab. Diese Umorientierung der Vakuumströme wird mit Lichtgeschwindigkeit übertragen. (Abb. 51).

Abbildung 51: Vereinfachtes geschlossenes Schaltbild

Der Widerstand R des Verbrauchers ist üblicherweise viel höher als der Widerstand der Anschlussleiter. Je größer der Widerstand des Verbrauchers ist, desto höher müssen die Spannung und die Energiekapazität der Batterie angeschlossen werden, um die Moleküle in einer bestimmten Position auszurichten und zu halten und um einen bestimmten elektrischen Strom aufrechtzuerhalten.

Da der Widerstand der Verbindungsdrähte sehr klein ist, wird fast die gesamte Spannung der Batterie an den Widerstand R angelegt. Wenn die Stromquelle über ausreichend Energie (Spannung und Leistung) verfügt, tretten in den oberen Schichten und auch außerhalb des Widerstands die kreisenden Strömungen des Vakuums (elektrischer Strom) auf, der mit der Zeit abnimmt und die Batterie entlädt.

Jetzt möchte ich den Begriff „ein Widerstand des Stoffes“ und die Höhe des elektrischen Stromes klären.
Wie wird heutzutage elektrischer Widerstand definiert?

„Der elektrische Widerstand ist ein Maß dafür, welche elektrische Spannung erforderlich ist, um eine bestimmte elektrische Stromstärke durch einen elektrischen Leiter (Widerstand) fließen zu lassen.“

Mit dieser Definition des elektrischen Widerstands stimme ich voll und ganz überein. Die Frage ist nur, welche physikalischen Prozesse dahinter stecken.
Unter dem elektrischen Widerstand eines Stoffes wird verstanden, wie schwierig es für Atome und Moleküle eines Stoffes ist, sich durch die an ihn angelegte elektrische Spannung ordnungsgemäß neu auszurichten.

Infolge einer solchen Neuorientierung wird ein rotierender geordneter Vakuumfluss erzeugt, der als elektrischer Strom bezeichnet wird. Die Höhe des elektrischen Stroms hängt von der Spannung und dem Widersdand des gesamten Stromkreises ab:

𝑰 = 𝑼/𝑹

Anhand der folgenden Abbildungen (Abb. 52) kann man diese Veränderungen der inneren Orientierung von Molekülen und ihrer Gluonen Flüsse in einem Verbraucher in Abhängigkeit von ihrem Widerstandswert R verfolgen.
Je größer die Batteriekapazität ist, desto länger kann der Verbraucher mit Energie versorgt werden und seine Funktionen ausführen (bis die Batterie leer ist).

Abbildung 52: Interne Orientierung der Moleküle bei der verschiedene Verbraucher

Je höher die Spannung der Batterie ist, desto größer ist die Anstrengung, die Richtungsorientierung der Verbrauchermoleküle zu ändern. Dies führt wiederum dazu, dass eine größere Anzahl von Molekülen aus noch tieferen Schichten des Widerstands von dem allgemeinen zirkulierenden Vakuumfluss angezogen wird, was eine Erhöhung des elektrischen Stroms bedeutet.

Eine Erhöhung des elektrischen Stroms im Inneren der Verbraucher führt zu einer Erhöhung des Gluonenflusses außerhalb des Widerstands.
Da eine noch größere Anzahl von Gluonen außerhalb des Widerstands an dieser zirkulierenden Strömung angebracht worden ist, nimmt der Vakuumdruck um den Widerstand ab.

Dieser Druckverlust um den nahliegenden äußeren Bereich des Widerstands führt zu einer Erhöhung der Dichte des Vakuums. Diese erhöhte Vakuumdichte um den Widerstand führt letztendlich zu einer Erhöhung seiner Temperatur.

3. Elektromotorisches Prinzip
Es ist bekannt, dass eine Lorentz-Kraft (F) auf einen Leiter mit einem Strom wirkt, der in einem konstanten Magnetfeld angeordnet ist.

Die Richtung dieser Kraft kann mit der Regel der linken Hand bestimmt werden. Aus der Abb. 53 können Sie den Ursprung der Lorentz-Kraft verstehen.

Abbildung 53: Erklärung des Ursprungs der Lorentzkraft

Wenn zwei senkrecht zueinander stehende Gluonenströme (Magnetfelder) aufeinander treffen, entsteht zwischen ihnen eine natürliche Abstoßungskraft (F), die senkrecht zum Magnetfeld des Permanentmagneten wirkt.

Jetzt brauchen Sie sich nicht mehr an die Regel erinnern, welche Hand Sie in bestimmten Fällen anwenden müssen. Alle Kräfte können logisch dargestellt und berechnet werden.

4. Magnetische Wirkung auf parallele Leiter mit dem Strom

Abbildung 54: Wechselwirkung zweier Leiter unter dem Strom

Liegen zwei Leiter mit den gleichen Stromrichtungen nebeneinander, so ziehen sie sich an. Die oberen und unteren Strömungen des Vakuums der beiden Leitern bewegen sich in die gleichen Richtungen und werden deshalb zueinander hingezogen und bilden eine gemeinsame Strömung. Liegen zwei Leiter unterschiedlicher Stromrichtungen nebeneinander, so stoßen sie sich voneinander ab (Abb.54).

5. Magnetfeld einer Spule

Bei einer Spule (Abb.55) verbinden sich die Magnetfelder der einzelnen Windungen in eine gemeinsame Magnetströmung. Ihr Magnetfeld gleicht dem eines Stabmagneten.

Abbildung 55: Bildung des gesamten Gluonenflusses in einer Stromspule

Jetzt lassen sich auf der neuen Grundlage des Vakuum Modells des Atoms alle komplizierte elektromagnetische Erscheinungen besser zu verstehen und mit logischer Begründung zu erklären.

Zusammenfassung:

Ein elektrischer Strom ist eine gerichtete kreisförmige Drehung eines Vakuumflusses (elektromagnetisches Feld) in geschlossenen Stromkreisen.
Dieser gerichtete Gluonenfluss entsteht aufgrund der inneren Neuorientierung der Leitermoleküle in eine bestimmte Richtung und der Vereinigung ihrer inneren Vakuumflüsse zu einem gemeinsamen, wiederholt verstärkten und um diesen Leiter zirkulierenden Fluss. Die innere Zwangsumdrehung der Leitermoleküle, die ihren natürlichen Zustand verletzt, erfolgt durch Anschließen einer Spannungsquelle.
Der Strom des Kreises ist von der Höhe der elektrischen Spannung, ihrer Form und dem elektrischen Widerstand des Leiters abhängig.
Damit der Stromfluss aufrechterhalten werden kann und nicht abklingt, braucht man eine Kraft der elektrischen Erzeuger. Als elektrische Spannungsquellen kommen in der Regel Batterien, Solarmodule oder Generatoren in Frage.
In einer Batterie infolge einer chemischen Reaktion entsteht eine innere Kraft, die auf alle Atome und Moleküle der Batterie ausübt. Es sieht so aus, als ob in der Batterie eine Art vom Druck (wie bei einem angespannten Federantrieb) aufgebaut wird, der beim eingeschlossenen elektrischen Stromkreis auf den Verbraucher angewendet wird.
Wenn ein Stromverbraucher an eine Batterie angeschlossen wird (unbedingt an beide Anschlüsse), entsteht ein geschlossener Stromkreis. Von diesem Moment an beeinflusst die Batteriespannung die Moleküle des Stromkreises und veranlasst sie, sich neu auszurichten und dadurch einen elektrischen Strom zu erzeugen.
Um die Moleküle des Stromkreises ständig in einem "gespannten" Zustand zu halten und die natürlichen inneren Molekülbindungen des Stoffes zu überwinden, die dazu neigen, ihre Moleküle in ihre ursprüngliche neutrale Positionen zurückzubringen, braucht man die stabile Spannung und die große Kapazität der Batterie.
Ein Wechselstromgenerator erzeugt bei einer bestimmten Frequenz (z. B. 50 Hz) eine Wechselspannung, die an die Last angeschlossen werden kann und die auch molekularen Ausrichtungen eines geschlossenen Stromkreises beeinflussen wird.
Intern gerichtete molekulare Vakuumströme werden ständig ihre Richtungen ändern, abhängig von der Frequenz des Generators. Je höher die Frequenz, desto weniger Zeit verbleibt für die Bildung und Verstärkung des Magnetfeldes außerhalb der elektrischen Leiter. Dies führt wiederum zu einer Abnahme der Vakuumdichte außerhalb des Leiters und letztendlich zu einer Abnahme seiner Temperatur. Somit führt eine Erhöhung der Frequenz des Generators zu einer Verringerung der Energieverluste.
Je höher ist die Frequenz der Stromversorgung, desto größere Entfernungen und mit Hilfe der dünneren elektrischen Kabel ist es möglich, Elektrizität zu übertragen.

Zur Startseite