Dimensionale Physik
Alles besteht aus Raumzeit
Alles besteht aus Raumzeit
Wir wollen in der DP einer der schwierigsten Dinge erreichen, die man in der Physik versuchen kann. Nein, nicht die ART und die QFT vereinigen. Das war nur ein Startpunkt. Die DP ist so weit entwickelt, dass es klar ist, was wir bei dem gegebenen Stand der Physik machen müssen. Wir müssen über einige Grundlagen der Physik neu nachdenken. Jemand dazu zu bringe, ist unglaublich schwierig.
Der Schwierigkeitsgrad wird nochmals erhöht, da die DP kein neues „highly scientific“ mathematisches Modell liefert. Es ist bereits alles da, was wir benötigen. Wir wollen eine neue Beschreibung der Physik mit den bekannten mathematischen Modellen erreichen. Das klingt mehr nach Tausendundeine Nacht und nicht wie eine physikalische Theorie. Wir werden uns die gegebenen alten Beschreibungen mit einer neuen Sichtweise anschauen. Ähnlich einem Puzzle, bei dem man alle Puzzle-Teile bereits beim Namen kennt und es trotzdem nicht lösen kann. Es entstehen Teilbilder, aber kein Gesamtbild. Das geht so lange, bis die erlösende Idee kommt. Das ist kein 2D-Puzzle, sondern 3D und alles fügt sich. Bei der DP werden wir etwas mehr brauchen. Wir werden Raumzeiten von 4D bis zu 1D (Achtung! In der DP werden nur die Raumdimensionen gezählt) in unterschiedlichen Konstellationen benutzen. Damit können wir das Physik-Puzzle lösen.
Die logischen Zusammenhänge in der DP reichen so weit, dass wir die folgenden Fragen vollständig beantworten können:
Einfach mal stopp. So eine Liste an Fragen kann beliebig lang werden. Wir können erkennen, bei den Fragen geht es um das Fundament der Physik. Der Startpunkt war eine Vereinigung von ART und QFT. Wir sind uns heute im Jahr 2025 sicher, dass diese beiden Theorien, mit der heutigen mathematischen Beschreibung, bereits im Grundsatz nicht zusammenfinden. Daher sollte es nicht verwundern, dass es in der DP genau um diese grundsätzlichen Betrachtungen geht. Wenn wir keine neue mathematische Beschreibung benötigen und eine gemeinsame Grundlage erzeugen wollen, dann muss an der Betrachtung der heutigen Grundlagen etwas nicht stimmen. Hier setzen wir an.
Der Startpunkt war die Idee einer Vereinigung. Vereinigen heißt, verschiedene Dinge auf eine Identität bringen. Ziel war es, dies mit so wenig verschiedene Objekte wie nur möglich zu erreichen. Diese Idee auf die Spitze getrieben bedeutet, ein einziges Objekt zu haben. Dann kann es keine Unterschiede mehr geben. Wo starten wir bei dieser Suche? Hier haben wir zwei unterschiedliche Ansätze zur Auswahl:
Eine komplett neue Theorie anzugehen war nicht der Fokus. Das angestrebte Ziel war die Vereinigung von ART und QFT. Es fällt leichter mit den bekannten Beschreibungen zu starten. Da die ART und die QFT die Säulen der modernen Physik darstellen, wählt wir eine davon aus.
Fast alle, die nach einer Vereinigung suchen, starten bei der QFT. Das macht auch Sinn. Die QFT ist die am besten bestätigte Theorie, die wir haben. Zusätzlich beschreibt die QFT alle Elementarteilchen und die Wechselwirkung zwischen den Elementarteilchen. Es fehlt nur eine Wechselwirkung, die Gravitation. Wir sind uns sicher, dass alle Aussagen zur QFT, wie Wahrscheinlichkeit, Unschärfe, Verschränkung, lineare Abbildung usw., zu 100% richtig sind. Wir sind uns genauso sicher, dass die ART nichts davon enthält. Zusätzlich gibt es in der ART noch so unschöne Dinge wie eine Singularität. Daher die Annahme, dass die ART nicht konsistent ist.
Nach einer Vereinigung, aus der QFT heraus, haben schon viele brillante Köpfe lange gesucht. Das Ergebnis ist bis jetzt immer identisch. Man konnte die mathematischen Werkzeuge verbessern und hat Wissen generiert. Der eigentlichen Lösung ist man aber nicht nähergekommen. Daher wählen wir die ART als Startpunkt, so unwahrscheinlich dies auch klingen mag. Was noch dazu kommt, fast jeder der sich mit Physik tiefergehend beschäftigt entwickelt, aus einer persönlichen Vorliebe heraus, eine Präferenz für eine der beiden Theorien. Bei mir war dies die ART. Daher kommt für das gesuchte „eine Objekt“ eine weitere Eigenschaft hinzu. Die Abbildung auf diesem Objekt soll sich geometrisch beschreiben lassen
Wir haben ungefähr eine Ahnung, was wir erreichen wollen und einen Startpunkt. Schauen wir uns die ART genauer an. Dazu betrachten wir die Feldgleichungen von Einstein. Wir benutzen die einfachste Form:
G_{\mu\nu}\space =\space k\space *\space T_{\mu\nu}
Oh, die erste Formel, keine Panik. Wir müssen diese Gleichung nicht lösen können. Es geht um die Struktur und um die verwendeten Objekte. Auf der linken Seite steht der Einstein-Tensor G_{\mu\nu}. Dieser beschreibt die Raumzeitkrümmung. Auf der anderen Seite steht ein k als Proportionalitätskonstante. Diese interessiert uns erst in einem späteren Kapitel. Dann kommt mit T_{\mu\nu} der Energie-Impuls-Tensor. Wenn man sich diese Gleichung mit unserem Wunsch im Hinterkopf anschaut (ein Objekt, geometrische Abbildung), dann haben wir hier die erste Hälft bereits geschafft.
Was war der geniale Gedanke von Einstein, der zu dieser Gleichung führte? Die Gravitation nicht mehr als Kraft aufzufassen, sondern diese direkt geometrisch auf genau ein einziges Objekt abzubilden, der Raumzeit selbst. Das bedeutet für uns, wir entwickeln diese Idee weiter und übertragen dies auf die andere Seite. Wir müssen für den Energie-Impuls-Tensor eine geometrische Abbildung in der Raumzeit finden.
Daraus ergibt sich, dass die Feldgleichungen auf beiden Seiten jeweils eine „Verformung“ der Raumzeit beschreiben. Die eine Verformung ist als Raumzeitkrümmung bekannt. Das Gegenstück oder die Quelle der Raumzeitkrümmung, werden wir als Raumzeitdichte bezeichnen. Damit haben wir unseren Ansatz gefunden. Wir haben in der Gleichung ein einziges Objekt, die Raumzeit. Die Gleichung beschreibt rein geometrisch eine Veränderung der Raumzeit für die jeweilige „Verformung“. Dadurch ändern sich die Berechnungen innerhalb der ART nicht. Die Gleichung bleibt erhalten, wie diese ist. Wir Veränderung unsere Sichtweise auf die ART. Der Ansatz lässt sich damit sehr einfach zusammenfassen:
Alles besteht aus Raumzeit
Wir werden verschiedene und auch unendlich viele Raumzeitkonfigurationen erhalten, um die QFT abbilden zu können, aber wirklich alle Beschreibungen der Natur sind geometrische Abbildungen in einer Raumzeit. Zurzeit gibt es zur ART einen Merksatz. Dieser lautet ungefähr so: „Die Materie sagt der Raumzeit wie sich diese krümmen muss und die gekrümmte Raumzeit sagt der Materie wie sich diese zu bewegen hat.“. Hier ist noch eine klare Trennung von Bühne (Raumzeit) und Akteur (Materie) zu erkennen. Es muss ein Paradigmenwechsel erfolgen. Der neue passende Spruch ist:
Die Raumzeit ist nicht nur eine dynamische Bühne, sie ist der einzige Akteur
Der Ansatz, dass jegliches Masse-Energie-Äquivalent eine Raumzeitdichte und damit eine direkte Abbildung in der Raumzeit ist, wird uns zu der wichtigsten Schlussfolgerung in der DP führen. Die Raumzeit besitzt Grenzen. Nicht durch eine Länge oder Strecke gegeben, sondern in der Struktur. Durch die SRT werden wir erkennen, dass eine Raumzeit eine Raumdimension und die Zeitdimension verlieren kann. Längenkontraktion und Zeitdilatation auf null. Die Abbildung der Raumzeitdichte über diese Raumzeitgrenze hinweg wird uns alle benötigten Elemente für die QFT zwingend erzeugen und den Aufbau der ART erklären:
Die Aufzählung könnte noch um etliche Punkte erweitert werden. Wir sehen aber bereits an diesen wenigen Punkten, dass wir in der neuen Sichtweise auf die Raum- und Zeitdimensionen, eine grundlegende Änderung mit dem Umgang dieser Objekte vollziehen müssen. Es gibt einen Paradigmenwechsel, aber ohne neu Mathematik. Wir erklären, warum die gegebene Mathematik genauso aussehen muss, wie sie es tut. Das ist für die QFT besonders wichtig.
Die angeführten Punkte sind alle eine Bestätigung der ART und der QFT. Da findet man keine Abweichung in den Beobachtungen. Wir können aber experimentell prüfbare Vorhersagen treffen. Zum Beispiel mit der letzten Aussage, die Raumzeit ist ein skalares Potentialfeld, ergeben sich beobachtbare Veränderung, für die Kosmologie. Das frühe Universum muss in einigen Dingen, zu unserem heutigen Universum, unterschiedlich sein. Die neusten Beobachtungen von JWST lassen sich damit sehr gut erklären.
Auch dies Aufzählung könnte wieder verlängert werden. Die Themen werden aber ausführlich im Text behandelt.
Wie man an dem Text der Einleitung sieht, wird mehr Text als Formeln verwendet. Das wird auch so bleiben. Es werden Formeln, in der jeweils einfachsten Form benutzten, wenn dies notwendig ist. Aber, es ist zwingend notwendig. Eine Beschreibung ohne Mathematik ist nicht möglich. Damit dieser Text einer breiten Leserschaft zugänglich bleibt, wird ein einfaches Niveau der Mathematik angestrebt. Das bedeutet wir betreiben hier keine Mathematik, das bezeichnen wir besser als „ein bisschen Formeln schubsen“. Formeln wie die Feldgleichungen müssen wir nicht mathematisch herleiten oder lösen können. Die Struktur dahinter muss aber erklärt werden. Ziel ist, das wir zu allen Naturkonstanten und Formeln immer das Warum kennen.
Es wird nicht jedes Detail aus dem Lehrbuch, von Adam und Eva ab neu erklärt. Der Leser sollte an Physik interessiert sein und die in der Einleitung verwendete Formel identifizieren können. Für die Physikprofis kann es daher „langatmig“ werden. Die Entscheidung ist explizit in diese Richtung gefallen.
Die Kapitel müssen in der gegebenen Reihenfolge durchgelesen werden. Da sich die Mathematik und Bezeichnung von Objekten nicht ändert, hat man dazu eine bestimmte Vorstellung. Es ist aber so, dass wir einigen Objekten eine andere Bedeutung zusprechen werden, z.B. der Lichtgeschwindigkeit. Damit lässt sich eine andere Bedeutung bei gleichen Namen nicht vermeiden. Daher muss beim Lesen die Reihenfolge der Kapitel eingehalten werden.
Man geht oft davon aus, dass ein Physiker immer das Warum zu einem Sachverhalt klären will. Tatsächlich wird an den Universitäten oft nur noch das Wie, die Berechnung, als das Wichtigste dargestellt. Das hängt stark mit der QFT zusammen, von der man sagt, diese ist die Grundlagen von Allem. Diese ist auf einen rein logischen Weg nicht erklärbar. Das funktioniert nur mit Mathematik. Mit viel und komplizierter Mathematik. In der vordersten Front der Forschung zur QFT oder auch zur Stringtheorie ist das Arbeitsfeld eines Physikers oder eines Mathematikers wohl nicht mehr unterscheidbar. Genau hier setzen wir mit der DP an und wollen dies ändern. Auch eine QFT muss aus der Logik heraus verständlich sein.
Meiner Meinung nach hat sich vor ungefähr 150 Jahren eine Änderung in der Vorgehensweise der Physiker ergeben. Man hatte nicht unbedingt vorab eine Idee zu einem Themenbereich, welcher untersucht werden soll. Es konnte auch das Modell, in Form von reiner Mathematik, untersucht werden. Aus dieser mathematischen Untersuchung sind dann neue Ideen entstanden. Spätestens mit der Entwicklung der Quantenmechanik (QM) ist dies das führende Vorgehen in der Physik geworden. Dieses, seit nun über 100 Jahren, sehr intensiv betriebenes Vorgehen war extrem erfolgreich. Ohne dieses Vorgehen würden wir in der Physik auf keinen Fall dort stehen, wo wir heute sind. Ich bin aber auch der Meinung, dass dieser Pfad ausgetreten ist. Man ist an einem Punkt angelangt, wo man das Vorgehen wieder umdrehen muss. Es werden neue Ideen benötigt, die dann später mit Mathematik untersucht werden müssen.
Das Warum und das Wie, beides ist wichtig. Die angeführten Gründe sind so zu verstehen, dass in dieser Beschreibung die Idee, das Warum, als wichtiger erachtet wird als die mathematische Berechnung, das Wie. Es muss ein zwingender logischer Zusammenhang zwischen den Beschreibungen und Auswirkungen geschaffen werden. Besonders, da wir einige Grundlagen neu überdenken werden. Wir wollen explizit nicht ein Modell wie die QFT schaffen, wo fast alles mit sehr komplexen Berechnungen sehr genau vorhersagbar ist. Man hat aber keine Idee, warum dies überhaupt die experimentellen Befunde abbildet.
Genug der Vorrede und Einleitung. Ab hier sollte jeder für sich entscheiden können, ob es ihm die Lebenszeit wert ist, sich mit den Ideen der DP vertraut zu machen.