Update: 30.4.2004
 

Das Weltall, ein Vakuum

Was ein Vakuum ist weiß ein jeder. Es ist ein leerer Raum. Ein Raum, der nichts mehr enthält. .. Nichts? 

Im Sinn dieser Definition wurde der intergalaktische Raum als ein sehr gutes Vakuum angesehen. Hier kommt auf einen Würfel von 1000m³ nur noch ein einziges Gasmolekül .. anders als auf der Erde, wo schon jeder Kubikzentimeter Luft 30.000.000.000.000.000.000 Teilchen enthält.

Auch auf der Erde versucht man leere Räume herzustellen. So zum Beispiel in Fernsehröhren, wo die bilderzeugenden Elektronen möglicht unbeeinflußt von anderen Atomen zur Mattscheibe geschossen werden sollen. In diesem Vakuum sind aber noch immer 13.000.000 Gasmoleküle pro Kubikzentimeter enthalten. Das beste Vakuum das bisher auf der Erde erreicht wurde liegt unterhalb von einem Gasmolekül pro Kubikzentimeter. Es wurde bei einem Versuch des Europäischen Laboratoriums für Teilchenphysik (CERN) bei Genf erzeugt.

Beispiele für die Anzahl von Molekülen in einem Raum von 1cm³




Umgebung
Anzahl der Atome pro cm³
mittlerer Weg


Gold 
60.000.000.000.000.000.000.000
 

Luft bei Normaldruck
30.000.000.000.000.000.000
0,000.066 mm


Luft auf dem Mt.Everest 
9.000.000.000.000.000.000
0,000.2 mm


Thermoskanne
5.000.000.000.000
3.360 mm


Bildröhre
13.000.000.000
134 m


Atmoshäre, Höhe Raumstation Mir
1.000.000.000
1.680 m


Raum zwischen den Sternen
3
670.000.000.000 m


Raum zwischen Galaxien
0,000.000.000.1
180.000 LJ



 
Die obige Tabelle gibt an, wieviele Atome sich jeweils in einem Würfel von 1cm Kantenlänge befinden. Gold ist einer der am dichtesten gepackten Stoffe und im Raum zwischen den Galaxien ist nur noch in einem Abstand von je 10m ein nächstes Atom zu erwarten. Die Spalte 'mittlerer Weg' gibt an, wie groß die Strecke ist, die ein Teilchen durcheilen muß, bis es mit einem anderen Teilchen zusammenstößt. 



Bis hierher scheint alles begreiflich und klar. Es gibt da die Materie, die wir mit unseren Sinnen erfassen und das 'Nichts', den leeren Raum, in dem sich nichts mehr befindet.
Doch ... denkt man sich das letzte Molekül des intergalaktischen Raumes auch noch weg, ist dann wirklich nichts mehr in diesem Raum?
Die Antwort muß 'NEIN' lauten. Angenommen, es wäre dort nichts mehr, wie könnten wir dann all die Galaxien um uns her sehen? Irgendetwas, was wir Energie nennen erfüllt diesen Raum. So die Photonen, welche die Lichtinformationen der Sterne zu unseren Augen tragen, die Wärmestrahlung, die uns von der Sonne abgestrahlt, im Sommer braten läßt, die Gravitationskräfte, die allgegenwärtig, die Masseklumpen zu den bekannten Strukturen am Himmel formen.
Seit dem Beginn des 20.Jahrhunderts werden die Atomphysiker durch ihre Erkenntnisse zunehmend gezwungen, von dem Bild .. Materie ist alles und das Vakuum ist 'NICHTS'.., Abschied zu nehmen. Immer heftiger drängt sich der Verdacht auf, .. das Vakuum enthält 'ALLES' und die Welt der Materie ist ein Sonderzustand von ihm
Seither bildet sich eine physikalische Theorie heraus, die unsere materielle Welt aus materielosen Feldern entstehen sieht. Feldern, die sich unserer direkten Wahrnehmung entziehen und sich nur durch mathematische Berechnungen erschließen, sowie über Metaphern beschreibbar sind.
Aus dieser Richtung gesehen, sind die realen Gegenstände nur in besonderer Weise angeregte Formen von Quantenfeldern und den daraus folgenden Elementarteilchen wie Elektronen, Photonen, Quarks usw. Schlüsse aus Heisenbergs Unschärfe-Relation weisen darauf hin, daß derartige Bausteine aus dem 'Nichts' entstehen können, um sich abhängig von ihrer aufgenommenen Energie wieder in 'Nichts' aufzulösen. So mag es im Vakuum brodeln, ohne daß die Zeitspannen der Existens solcher Teilchen genügend lang wäre, daß Menschen sie heute mit ihren Mittel wahrnehmen können. Theoretische Berechnungen sagen beispielsweise vorher, daß in einem leeren Raum mit der Anwesenheit eines sehr starken elektrischen Feldes, Elektronen und Positronen aus dem 'Nichts' entstehen müßten. 
Ein Beispiel ist der Casimir-Effekt, der 1997 durch einen amerikanischen Forscher sogar meßbar nachgewiesen werden konnte. Casimir berechnete 1948, daß zwei Metallplatten, die im Vakuum dicht zusammengebracht würden, ohne äußeren Grund aneinandergepreßt werden müßten. Der Grund wäre, daß sich in dem dünnen Spalt zwischen den Platten nicht mehr beliebige „QuantenTeilchen“ bilden könnten, sondern nur noch solche, deren Wellenlänge in den Abstand paßt. So entstünde innerhalb des Spalts eine geringere Anzahl von Teilchen, als im umgebenden Raum, worauf, wie bei dem bekannten Phänomen des Luftdrucks, die Platte von außen zusammengedrückt werden müßten. 
Die theoretische Physik ist voller weiterer Beispiele. Im Moment sucht sie nach dem Higgs-Feld, das nach dem britischen Physiker Peter Higgs benannt wurde, der es berechnete. Dieses Feld ist der Schlüssel für die Eigenschaft, die wir als Masse bezeichnen. Die Wechselwirkung mit diesem Feld würde erklären, warum ein Elektron Masse besitzt und warum diese so viel geringer ist, als bei einem Proton. Man hofft dieses Feld im nächsten Jahrtausend nachweisen zu können, wenn der neue CERN-Beschleuniger 'Large Hadron Kollider' fertiggestellt wurde.
Sollten diese und andere Annahmen der theoretischen Physik bestätigt werden, so wäre das Vakuum die Basis, aus der die materielle Welt hervorgekommen ist. So wie dann in ihm ein Photon oder ein Elektron entstehen könnte, wären die Sterne und Galaxien nur eine Vergrößerung dieses Phänomens.
Die grundsätzliche Frage des 'Woher kommt das alles?' wäre nicht gelöst sondern nur verschoben, aber ein weiterer Schritt des Verstehens wäre gegangen. Die Theorie des 'Big Bang' des Urknalls würde zu der Theorie der 'Big Bubble' der großen Vakuumblase werden. Sie könnte eine Reihe von Beobachtungen besser erklären als es der Big Bang zur Zeit tut, ohne jedoch dessen Kernaussagen zu wiedersprechen.






Zurück