Physikalische Mythen auf dem Prüfstand: Eine Sammlung begründeter Alternativtheorien von Geophysik über Kosmologie bis Teilchenphysik

449 Pages·2014·9.313 MB·German

by  Wolfgang Kundt, Ole Marggraf (auth.)

Wolfgang Kundt
Ole Marggraf
Physikalische
Mythen auf
dem Prüfstand
Eine Sammlung begründeter
Alternativtheorien von Geophysik
über Kosmologie bis Teilchenphysik
PhysikalischeMythenaufdemPrüfstand
Wolfgang Kundt (cid:2) Ole Marggraf
Physikalische Mythen
auf dem Prüfstand
Eine Sammlung begründeter Alternativtheorien von
Geophysik über Kosmologie bis Teilchenphysik
WolfgangKundt OleMarggraf
Argelander-InstitutfürAstronomie Argelander-InstitutfürAstronomie
UniversitätBonn UniversitätBonn
Bonn,Deutschland Bonn,Deutschland
ISBN978-3-642-37705-1 ISBN978-3-642-37706-8(eBook)
DOI10.1007/978-3-642-37706-8
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Vorwort
ManerkenntdenIrrtumdaran,dassalleWeltihnteilt.
JeanGiraudoux
DiesesBuchwendetsichanalleLeser,dieFreudehabenandenexaktenNatur-
wissenschaften und ihren nicht ganz einfachen Problemen. Es will sie heran-
führenansuggestiveMehrdeutigkeitenderBeobachtungen, dieoftimersten
Anlauf unglücklich (d.h. unrealistisch) gewählt wurden und sich sogleich zu
Dogmenverhärtethaben.DiesesPhänomenistinFachkreisenbekanntalsder
,Gold-Effekt‘, geprägt und ausführlich erläutert im Jahre 1981 von dem in-
zwischenverstorbenenCambridgerPhysikerRaymondLyttleton,alsihnsein
Kollege Thomas Gold darauf aufmerksam machte. Gold selbst ist bekannt
als Ikonoklast, als wissenschaftlicher Revolutionär mit vielen außergewöhn-
lichen Ideen, deren Mehrzahl inzwischen bestätigt sind, ohne bereits fester
Bestand der Lehrbuchliteratur gewordenzu sein. Seine drei wichtigsten wer-
denindiesemBuchnichtfehlen,s.auch[Gold2012].Dienachstehenden85
Abschnitte–geordnetnach10TeilgebietenderPhysik–werdensichsolchen
Alternativ-Deutungen zuwenden, kürzer auch ,Alternativen‘ genannt, deren
jedediegegenwärtigenKenntnisse unsererUmweltkritischbeleuchtet. Inei-
ner Anfangsphase hatten wir dieses Buch ,Physik auf Abwegen‘ genannt, um
auszudrücken, dass wir an die Existenz einer unzweideutigen, willkürfreien
physikalischenWeltbeschreibung glauben,diesich zugleichdurchdie ihr in-
newohnendeÄsthetikkundtut.SieistaufständigeTestsangewiesen,ohnedie
ihreVorstößeinsNeulandnurallzuleichtaufAbwegegeraten.Einigesolcher
AbwegebildendenKerndiesesWerkes.
DiePhysikistvonMenschenentdecktworden,aufunseremPlanetenErde,
zur quantitativenBeschreibung unserer Umgebung. Sieistgutdokumentiert
etwa seit dem 15. Jahrhundert, vertreten durch die (bekanntesten, vor uns
geborenen 64) Forscher: Kopernicus, Galilei, Kepler, Descartes, Huygens,
Newton, Leibniz, Euler, Watt, Coulomb, Lavoisier, Laplace, Dalton, Young,
Ampere, Avogadro, Ohm, Fresnel, Humboldt, Faraday, Liebig, Darwin, Sie-
mens, Joule, Foucault, Helmholtz, Clausius, Kirchhoff, Thomson, Maxwell,
Gibbs, Boltzmann, Röntgen, Hertz, Planck, Lenard, Nernst, Curie, Ruther-
VI PhysikalischeMythenaufdemPrüfstand
ford, Hahn, Einstein, von Laue, Born, Bohr, Weyl, Schrödinger, de Broglie,
Pauli, Fermi, Heisenberg, Dirac, Jordan, Wigner, Bethe, Teller, Landau,
Wheeler, von Weizsäcker, Hoyle, Schwinger, Feynman, Gold, Dyson, Gell-
Mann,angeordnetinderReihenfolgeihrerGeburten,von1473bis1929,zur
Gegenwart hin immer enger werdend. Dabei kennen viele Leser die meisten
dieser Namen, sobaldsie als Dimensionen in die Lehrbuch- oder Handbuch-
Literatureingegangensind,z.B.Watt,Ohm,Joule.EinigedieserNamensind
auch bekannt durch die physikalischen Formeln oder Grundgleichungen, die
auf sie zurückgehen, z.B.: Kepler, Newton, Maxwell, Einstein. Elf der letzt-
genannten Männer sind uns sogar persönlich bekannt, z.T. durch Tagungen
oder Vorträge, z.T. auch durch rein private Begegnungen. Alle diese Männer
undFrauen–gemeinsammitHundertenUngenannter–habenentscheidend
zur Entstehung unseres heutigen physikalischen Weltbildes beigetragen, be-
ginnend mit der Kinematik und Dynamik von Probekörpern, fortfahrend
mit den Gesetzen der Mechanik, Thermodynamik, Hydrodynamik, statisti-
schenPhysik,ElektrodynamikundOptik,GravitationsowiederChemie,im
letztenJahrhundertdannnochübergreifendaufdiePhysikimmikroskopisch
Kleinen, die Quantentheorie, sowie die Physik bei sehr großen Geschwin-
digkeiten und sehr hohen Massendichten, die Spezielle und die Allgemeine
Relativitätstheorie.DabeidrangendieneuenwissenschaftlichenErkenntnisse
zunehmend in unseren Alltag ein, durch technische Erfindungen, die einer-
seits den Städtebau ermöglichten, andererseits den schnelleren Verkehr auf
Straßen, Schienen, im Wasser und in der Luft, sogar auch außerhalb der
Erdatmosphäre,indenWeitendesSonnensystems, mittels Raumsonden, so-
wie die zunehmend schnellere und ortsunahängigere Kommunikation, mit
bis zu Lichtgeschwindigkeit. Mehr noch: Die Physik der Atomkerne und
ihrer Umwandlungen ineinander erlaubt uns den Bau zunehmend gefähr-
licherer Waffen sowie zunehmend lebensfeindlicherer Energieumsetzungen.
DiePhysikhatunserenAlltagerobert.Wiegutbeherrschenwirsie?
Soeben begannen wir unseren geschichtlichen Überblick im 15. Jahrhun-
dert. Gebildete verweisen uns noch weitere 2000 Jahre zurück in die Ver-
gangenheit,biszu:ThalesvonMilet,Pythagoras,Anaximander,Anaximenes,
Leukipp, Empedokles, Demokrit, Euklid, Platon, Aristoteles, Epikur, Archi-
medes,LucretiusundPtolemäus,zwischen-700und100JahrenunsererZeit-
rechnung.AberdieseKenntnisse sinderheblichungewisser,sindmitderUn-
sicherheitallerhistorischenKenntnisseweitstärkerbehaftetalsdiejenigender
jüngsten fünf Jahrhunderte. Die letztgenannten Forscher werden heute fast
nurnochvonHistorikerngelesen.
Physik ist nur dann und dort zuverlässig, wo reproduzierbare Messungen
möglich und unverfälscht aufgezeichnet sind. Dieses Buch wird sich um sol-
che bemühen. Jedem der folgenden zehn Kapitel ist eine Vorschau vorange-
Vorwort VII
stellt,diedemLeseringrobenZügenverrät,welcheVorstellungendemStand
der internationalen Forschung entsprechen und in welcher Weise wir davon
abweichen. Noch klarer und detaillierter beginnt jeder ,Abschnitt‘ der zehn
Kapitel mit einem Abstrakt, der dem gleichen Ziel dient. Wir unterscheiden
damitzwischenBehauptungen, dieeinbegabterundverantwortungsbewuss-
terNachwuchswissenschaftlervorbzw.nacheinerwichtigenPrüfungkennen
undbeherzigensollte.
Im Einzelnen beschäftigen sich die Kapitel 1 bis 8 mit unserer astrono-
mischen Umwelt, beginnend mit unserem Heimatplaneten Erde und fort-
schreitend zu immer größeren Entfernungen, zu unserem Sonnensystem, zu
den anderen Sternen und Sternsystemen unserer Milchstraße – einer großen
Spiralgalaxie– und zu den Prozessen, die sich in ihr abspielen, zu den astro-
physikalischen Jet-Quellen und schließlich zur Kosmologie, der Lehre von
der Welt auf den allergrößten Längen- und Zeit-Skalen. Im Kapitel 9 keh-
renwirdannzuunsererErdezurück,zudenoftnochungeklärtenFragender
Biophysik,dieunsMenschennaturgemäßbesondersnahestehen,inihrerAn-
schaulichkeit wie auch in ihrer Relevanz für unseren Alltag. Das 10. Kapitel
schließlich, die Fundamentalphysik, greift Grundlagenprobleme der Physik
heraus,diesichnochimmerimFrontgebietderForschungbefindenundderen
Verständnis sowohl für die Welt im Großen als auch für die Welt im (quan-
tentheoretisch) KleinenvonerheblichemNutzenseinkann.
Dank
BevorwirunsereLeserdurchdievielseitigenzehnKapiteldiesesBuchesmit-
zunehmen versuchen, möchten wir uns bedanken bei den folgenden lokalen
und internationalen Kollegen, die vor allem während der über drei Jahre des
Buch-Verfassens durch ihr beständiges Mitdenken, ihre starke Anteilnahme
und/oder ihren organisatorischen Beistand geholfen haben, ein ehrgeiziges
Projekt reifen zu lassen. Hierher gehören vor allem: Hans Baumann, Gernot
Thuma,ChristophHillemannsundDennisBraun,fernerKlausHasselmann,
JürgenEhlers,WolfBeiglböck,HajoBlome,DieterVolkmann,PavelKroupa,
Ingo Thiessowie Eckhard Krotscheck, Marko Robnik, GopalKrishna,Meh-
met Özel, Reinhold Schaaf, Axel Jessner, Hsiang-Kuang Chang, ferner Peter
Scheuer, Franco Giovannelli, Roland Diehl, Martín LópezCorredoira,Alex-
anderUnzickersowieMarioNovello.
Inhalt
1
Geophysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 WiefunktionierendiePlattentektonikunddieGebirgsbildungen? . 2
1.2 DieabiogeneHerkunftdermeistenBrennstoffe . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3 WaserzeugtdasErdmagnetfeld? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4 WieentstandderSandaufderErde? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.5 WiefunktioniertderTreibhauseffektderErdatmosphäre? . . . . . . . 23
1.6 WarumschwanktdieTageslängeüberJahrzehnte? . . . . . . . . . . . . 27
1.7 WiekamderSauerstoffindieErdatmosphäre? . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.8 WodurchwirddieErdatmosphäreaufHochspannungaufgeladen? . 35
1.9 HerkunftderGeisterwolkenundderseltenen,
gigantischenHagelkörner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1.10 WoherkommendiekurzzeitigenUV-LöcherinderErdatmosphäre?. 46
1.11 Eine(tektonische)ErklärungderTunguska-Katastrophevon1908 . . 49
1.12 WieheißwardieErdebeiihrerEntstehung?. . . . . . . . . . . . . . . . . 57
1.13 HatdieErdejeeinSchneeballstadiumdurchlaufen? . . . . . . . . . . . 61
1.14 WieenghängenSpinachseundFigurenachsederErdeaneinander? 64
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2
UnserSonnensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
2.1 WoverankertunsereSonneihrenMagnetfluss? . . . . . . . . . . . . . . 75
2.2 WurdeunsereSonnemitmaximalemSpingeboren? . . . . . . . . . . . 78
2.3 WieerzeugendiePlanetenundMondeihremagnetischenMomente? 83
2.4 WiesiehtunserMondvonhintenaus?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.5 BildetesichunserMondauseinerAkkretionsscheibederfrühenErde? 89
2.6 WarumrotiertderPlanetVenusrückwärts? . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2.7 WarderPlanetMarsjemalswarmgenugfürstehendeGewässer? . . 96
2.8 PrimordialeMagma-OzeaneundprähistorischeSchneeballstadien?. 98
2.9 WaskönnenwirvonKometenschweifenlernen?. . . . . . . . . . . . . . 100
2.10 DiezonalenatmosphärischenSuperrotationenderGasplaneten . . . 103
2.11 HatdieHeliosphäreGeoid-Gestalt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
2.12 WarumistunserSonnensystemsoandersalsalldieanderen? . . . . . 112
2.13 WiewohlverstandenistdiePhysikimSonnensystem?. . . . . . . . . . . 114
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
XII PhysikalischeMythenaufdemPrüfstand
3
SterneundDoppelsterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
3.1 AntriebundStrukturderstellarenWindzonen . . . . . . . . . . . . . . . 122
3.2 WieerzeugendieSterneihreMagnetfelder? . . . . . . . . . . . . . . . . 126
3.3 DieWunderquelleSS433mitihrenschnell-laufendenSpektrallinien 129
3.4 WievielwissenwirüberMehrfachsterne,z.B.(cid:2)Carinae? . . . . . . . . 134
3.5 GibteskompakteDoppelsternemitgemeinsamenAtmosphären? . . 139
3.6 Die,Super-Höcker‘-LichtkurvenderkompaktenBinärsysteme . . . . . 142
3.7 ZurmagnetischenZähigkeitvonAkkretionsscheiben . . . . . . . . . . . 145
3.8 Helle,superweicheRöntgenquellenbeiGeburtenschwererScheiben? 148
3.9 PlanetarischeNebelalsErzeugnisseakkretierenderWeißerZwerge? 150
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
4
Neutronensterne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
4.1 DiePulsarealsisolierte,hochmagnetischeNeutronensterne . . . . . . 159
4.2 DieMagnetosphärenundleptonischenWindzonenderPulsare. . . . 165
4.3 DiePulsarealsPräzisionsuhren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
4.4 AkkretioninRöntgen-Binärsystemen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
4.5 Schwarzloch-Kandidaten:vonschwererScheibe
umringteNeutronensterne? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
4.6 Neutronen-BinärsystememitAkkretionsscheibenblasenJets. . . . . . 187
4.7 WieentstehendiekompaktenRöntgen-NebelumjungePulsare? . . 189
4.8 MagnetarealsverlöschendePulsare?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
4.9 Quasi-PeriodendurchmagnetischeKippschwingungen?. . . . . . . . . 199
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
5
Supernovae,Gammastrahl-BlitzeundkosmischeStrahlen . . . . . . . . . . . 205
5.1 MassereicheSterneerzeugenNeutronensterne
undleuchtkräftigeSN-Reste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
5.2 DieKolbenderSN-Explosionensindrelativistisch,
ihreAuswürfefilamentär . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
5.3 Sinddie,exotischenSN-Reste‘neutronensternbeleuchtete
,PSR-Nebel‘? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
5.4 WogenaubefindensichdieQuellenderGamma-StrahlBlitze? . . . . 226
5.5 Die,WeichenWiederholer‘(SGR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
5.6 WassinddieQuellender,KosmischenStrahlen‘?. . . . . . . . . . . . . . 237
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
6
DieMilchstraße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
6.1 WelchesMediumfülltdieMilchstraßenebstihremHalo?
Giltdas(schwache)AnthropischePrinzip? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
6.2 WiegutkennenwirunserenaheGalaktischeNachbarschaft? . . . . . 252
6.3 IstdieMilchstraße.14Gigajahrealt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260