Kapitel 8: Elektromagnetisches Feld

Die elektromagnetische Welle und das elektromagnetische Feld: Wie arbeiten sie? Welche Rolle spielt das elektromagnetische Feld in der zeitlichen und räumlichen Ordnung unseres physikalischen Universums, zusammen mit dem Gravitationsfeld? Was haben Wissenschaftler jetzt darüber herausgefunden?

Stratis Karamanolis wurde in Griechenland geboren, und arbeitet jetzt in München, Süddeutschland. Er studierte Elektrotechnik, arbeitete als Luft- und Weltraumfahrt Techniker (bei MBB), und ist jetzt Wissenschaftsschriftsteller. Er sagt in seinem Buch Rätsel der Materie über "Strahlung und Temperatur":

"Am Anfang der Weltentstehung gab es allein in dem sogenannten kosmischen Ei komprimierte Energie. Aus dieser Energie ist infolge der Urexplosion die materielle Welt entstanden. Zwischen Energie und Materie aber lag ein gewaltiger Entwicklungsprozess. Die erste Stufe dieses Prozesses war eine Phase hochenergetischer Strahlung... Durch die Urexplosion wurde der größte Teil der Schöpfungsenergie in Strahlung umgewandelt, die sich gleichmäßig in alle Richtungen ausbreitete. Ein kleiner Teil der Schöpfungsenergie wurde für andere, nicht minder wichtige Prozesse verwendet, z. B. für die Erzeugung der erforderlichen Hochtemperatur.

"Was aber ist Strahlung und wie kann sie Energie erzeugen? Strahlung kann generell als die Ausbreitung von Energie in Wellen- bzw. in Teilchenform aufgefasst werden. Die auf die Urexplosion folgende Strahlung kann, da Materieteilchen noch nicht vorhanden waren, allein Wellencharakter besessen haben. In dieser Phase bedeutete Strahlung demnach die Ausbreitung von Energie in Form von Wellen bzw. Photonen. Handelt es sich um elektromagnetische Energie, so haben wir es mit elektromagnetischen Wellen und entsprechend mit elektromagnetischen Feldern zu tun. Handelt es sich um Gravitationsenergie, so haben wir es mit Gravitationswellen zu tun.

"Ein Feld ist ein Erregungszustand des energiegefüllten Raumes. Jedes Feld setzt somit das Vorhandensein von Energie voraus. Hat diese Energie gravitative Form, so entsteht ein Gravitationsfeld, ist sie elektrischer Natur, so entsteht ein elektrisches Feld usw. Felder geben sich durch die Kräfte zu erkennen, die sie auf Körper ausüben, die in den Bereich des Feldes gelangen. Diese Körper müssen allerdings für die Einwirkung des Feldes empfänglich sein. Ein elektrisch neutraler Körper etwa erführe innerhalb eines elektrischen oder magnetischen Feldes überhaupt keine Kraft." (1988:33).

"Robert Oppenheimer: ‚Wenn wir zum Beispiel fragen, ob die Position des Elektrons die gleiche bleibt, müssen wir ‚nein‘ sagen; wenn wir fragen, ob die Position des Elektrons sich mit der Zeit ändert, müssen wir ‚nein‘ sagen; wenn wir fragen, ob das Elektron in Ruhe verharrt, müssen wir ‚nein‘ sagen; fragen wir, ob es in Bewegung ist, müssen wir ‚nein‘ sagen..."

"Gleichwohl kann über das Wesen der Materie folgendes festgehalten werden: Materie und damit Teilchen sind nichts anderes als kleine Raumbereiche des elektromagnetischen Feldes, in denen die Feldstärke enorm hohe Werte erreicht, so dass sich überaus große Energiemengen auf sehr kleinem Raum konzentrieren.

"Dazu schreibt H. Weyl: ‚Nach der Feldtheorie der Materie ist ein Masseteilchen wie ein Elektron nur ein kleiner Bereich des elektrischen Feldes, in dem die Feldstärke enorm hohe Werte annimmt, so dass eine vergleichsweise sehr große Feldenergie sich in einem sehr kleinen Raum konzentiert. Solch ein Energieknoten, der keineswegs klar gegen das übrige Feld abgegrenzt ist, breitet sich wie eine Wasserwelle auf der Oberfläche eines Sees durch den leeren Raum aus. So etwas wie ein und dieselbe Substanz, aus der das Elektron die ganze Zeit besteht, gibt es nicht.‘" S. 55

"Und schließlich die Worte A. Einsteins: ‚Wir können daher Materie als den Bereich des Raumes betrachten, in dem das Feld extrem dicht ist... in dieser neuen Physik ist kein Platz für beides Feld und Materie, denn das Feld ist die einzige Realität.‘

"Diese Tatsachen kann man nun folgendermaßen interpretieren: Der leere Raum ist in Wirklichkeit nicht leer, sondern enthält eine bestimmte Menge an Photonen. Er repräsentiert mithin ein homogenes elektromagnetisches Feld. ... Jedes Photon stellt demnach ein Energiepaket mit einer Energie von hν₁ dar. Stößt nun eines dieser Photonen mit einem anderen Photon mit einer Energie von hν₂ zusammen und reicht die Energie der Photonen aus, ein Teilchen, z. B. ein Elektron, zu erzeugen, so entsteht ein Materieteilchen, d.h. eine Energieverdichtung, die eine Inhomogenität innerhalb des elektromagnetischen Feldes erzeugt. Eine solche Energieverdichtung ist in Bild 15 (in seinem Buch) in Gestalt eines Energiepakets mit einer Energie von hν₃ dargestellt. Dieses Energiepaket kann beispielsweise ein Elektron darstellen, wenn die Gesamtenergie der Photonen sich auf den erforderlichen Wert von 0,5 MeV beläuft. Ist die Summe der Energien hν₁ und hν₂ größer (z. B. ca. 1GeV), so kann ein Proton entstehen, das eine im Vergleich zum Elektron größere Inhomogenität des elektromagnetischen Feldes hervorruft." (1988:55-57).

"Vielfach ist die Vermutung geäußert worden, dass auch die Naturkonstanten, sei es einzeln, sei es insgesamt, mit fortschreitender Zeit Veränderungen unterliegen. So wurde früher die Auffassung vertreten, dass die Elementarladung, d.h. die elektrische Ladung des Elektrons, im Laufe der Zeit zunimmt. Das würde bedeuten, dass die Elementarladung e zu einem früheren Zeitpunkt geringer als heute, die Atome also früher größer waren und somit eine größere Wellenlänge aufwiesen. ... Ähnliche Erwägungen sind bezüglich der Gravitationskonstante G geäußert worden. Hypothesen dieser Art sind inzwischen aufgegeben, da die resultierenden weitreichenden Konsequenzen nicht bestätigt werden konnten."

"Wir können die Entwicklung lediglich von einem Zeitpunkt an verfolgen, der 10^-43 Sekunden nach der Urexplosion liegt. Es ist dies die sogenannte Plancksche Zeit. Die Strahlungsdichte, die vor diesem Zeitpunkt herrschte, ist unbekannt. Sie wird als Plancksche Dichte bezeichnet und auf Werte von mehr als 10⁹⁰ g/cm³ geschätzt.

"Materie und letztlich Teilchen stellen, wie wir gesehen haben, verdichtete elektromagnetische Felder dar, die, wie beispielsweise die Teilchen A und B des Bildes 35, in Form von Wellen dargestellt werden können. Dabei stellen schwere Teilchen, wie Protonen, Neutronen usw., Verdichtungen elektromagnetischer Felder dar, deren Verdichtungsgrad größer als der von leichteren Teilchen, z. B. Elektronen, ist.

"Materie stellt, wie gesagt, nichts anderes als Energieknoten dar, die eine gewisse Inhomogenität des von Hause homogenen elektromagnetischen Feldes erzeugen. Ohne Materie stellt das mit Photonen gefüllte Universum ein solches homogenes elektromagnetisches Feld dar." (1988: 71, 84, 99, 100)

Smith-Tabelle, mit stehenden Wellen. Nach F. Kohlrausch (1986:121). Die Kreise dieser stehenden Wellen hat die Kreiszahl Pi gemacht, zusammen mit anderen fundamentalen Konstanten der Physik. Dies zeigt uns, wie die Kreiszahl Pi ihre Kreise und Sphären auch in kleineren Formen bildet. Diese kosmische Software, und die Mathematik, auf der sie beruht, entstammen einer nicht-materiellen, geistigen Welt. Der Schöpfer hat sie erdacht und erschaffen.

Lichtgeschwindigkeit

Die elektromagnetische Welle bewegt sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit, mit genau 299.792.458 m/s. Sie bewegt sich in einer geraden Linie, bis sie durch ein Hindernis gestoppt oder abgelenkt wird. Die längste mögliche elektromagnetische Welle, 299.792.458 m lang, trägt die Energiemenge von 1 Planckschen Konstante (h), mit ist 6,626.075.5·10^-34 J.s. Sie bewegt sich ebenso wie schnell, wie der kurze, starke Gammastrahl, der viel Energie trägt.

Die elektromagnetische Welle hat keine Ruhemasse. Deshalb kann sie im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit umherwandern. Diese Lichtgeschwindigkeit in einem Vakuum ist eine universale Fundamentalkonstante. Damit sind andere fundamentale Konstanten verbunden. Die elektromagnetische Welle in einem Vakuum kann sich nur mit der Lichtgeschwindigkeit bewegen, wenn die kritische Energiedichte des Universums 2·10^-29 g/cm³ beträgt. Wäre die kritische Energie des Universums dichter als jetzt, könnte sich die elektromagnetische Welle nicht mit 299.458.075 m/s bewegen. Und alle anderen Fundamentalkonstanten, die damit verbunden sind, würden auch zusammenbrechen. Sie ist eine universale Fundamentalkonstante. Sie verändert sich nicht mit der Zeit.

Elektromagnetisches Feld

Wir haben gelernt, als wir das Gravitationsfeld betrachteten, dass jedes Masseteilchen im Universum mit jedem anderen Teilchen durch sein Gravitationsfeld verbunden ist - wenigstens etwas. Deshalb ist das ganze kugelförmige Universum ein einziges Gravitationsfeld. Und es hat auch seinen Gravitationsmittelpunkt. Jedes Teilchen im Universum gibt auch ständig elektromagnetische Strahlung ab und nimmt sie auf. Mit anderen Worten: Jedes Masseteilchen im Universum hat auch sein eigenes elektromagnetisches Feld. Und jedes dieser elektromagnetischen Felder hat eine unendliche Reichweite. Sie können das ganze Universum durchwandern. Zu dieser elektromagnetischen Strahlung, die von jedem Materieteilchen im Universum abgestrahlt wird, müssen wir noch die Photonen der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, mit ihrer 2,7-K-Strahlung, hinzufügen. Es gibt 411 urzeitliche Photonen in jedem Kubikzentimeter des kosmischen Weltraums. Deshalb ist das ganze Universum auch ein riesiges elektromagnetisches Feld. Neue Befunde bestätigen das.

Wie schnell wird Information im Universum übertragen? - Der Physiker wird antworten: Information kann sich nur mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Nichts im Universum kann sich schneller bewegen, als mit Lichtgeschwindigkeit, mit etwa 300.000 km/s. Das ist einer der Basissätze der modernen Physik. Das Graviton, das Botenteilchen der Schwerkraft, bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit. Das Photon, das die elektromagnetische Kraft überträgt, bewegt sich im Vakuum auch mit Lichtgeschwindigkeit. Nichts kann sich schneller bewegen. Kein ernsthafter Physiker würde auch nur wagen, das zu bezweifeln. Wenigstens nicht alle. Einige haben trotzdem darüber nachgedacht.

Schneller als Licht.

Der Physiker John Gribbin berichtet in der Zeitschrift New Scientist vom 26 Februar 1994 auf der Seite 16 unter der Überschrift "Atomare Telepathie ist schneller als Licht": "In den vergangenen Jahrzehnten haben Physiker Experimente durchgeführt, die zeigen, dass unter besonderen Umstände subatomare Teilchen unverzüglich mit einander kommunizieren können. Dieses Ergebnis konnten sie nur schwer schlucken. Aber jetzt stehen sie noch vor einem anderen Rätsel. Ein deutscher Wissenschaftler hat gezeigt, dass in der Theorie irgendein Paar Atome mit einander schneller kommunizieren können, als das Licht.

"Die Möglichkeit sofortiger Kommunikation zu entdecken, bekannt als ‚globale‘ Wechselwirkung, wurde in den 1960ern von John Bell von CERN, dem europäischen Laboratorium für Teilchenphysik, erwogen. Schließlich hat Alain Aspect in Paris in den 1980ern diese Wirkung beobachtet. Er bewies, dass zwei Photonen, die in gegenüberliegenden Richtungen von einem Atom ausgestoßen werden, miteinander ‚verstrickt‘ bleiben, so, als ob sie ein einziges Teilchen waren. Wenn man den Zustand des einen Photons misst, beeinflusst das unverzüglich den Zustand des anderen, ganz gleich, wo es sich im Weltraum befinden mag. Jetzt scheint es, das sogar Atome, die noch nie miteinander in Kontakt gekommen sind, (vom Standpunkt der klassischen Newtonschen Physik), auf eine ähnliche Weise miteinander verstrickt sind.

"Gerhard Hegerfeldt von der Universität Göttingen entdeckte dies, als er einen Fehler korrigierte, den Enrico Fermi im Jahre 1932 gemacht hatte. Bei der Berechnung, die Fermi in den frühen Tagen der Quantenmechanik gemacht hatte, ging es darum, wie ein Atom auf Strahlung reagiert, die von einem anderen Atom der gleichen Art, aus einer bestimmten Entfernung ausgestrahlt wird. Wenn das erste Atom in einem erregten Zustand ist, wird es früher oder später Strahlung abgeben und in seinen Grundzustand zurückfallen. Diese Strahlung wird genau die gleiche Frequenz haben, (die man braucht), um das zweite Atom zu erregen (dies ist eines der Prinzipien des Lasers).

"Der gesunde Menschenverstand sagt uns, dass das erste Atom nicht erregt werden kann, bis die Strahlung, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, genug Zeit hatte, diese Strecke zurückzulegen. Das ist tatsächlich das Ergebnis, das Fermi fand, als er die Kalkulation ausführte. Aber jetzt stellt es sich heraus, dass der große Mann einen Fehler machte.

"Hegerfeldts korrekte Version der Kalkulation zeigt uns jetzt, dass es eine kleine Chance gibt, dass sich das erste Atom erregt, und zwar in dem Augenblick, in dem das zweite Atom verfällt... Jetzt müssen die Experten erklären, was dieses mathematische Ergebnis bedeutet. Am besten erklärt man sich diese Tatsache so: Wir sollen keinen Gegenstand so betrachten, als sei es ein ‚isoliertes System‘, nicht einmal ein einzelnes Atom.

"Weil man Teilchen auch als Wellen betrachten muss (einer der Basissätze der Quantenmechanik), breiten sich die einzelnen Teilchen im Atom aus. Und es gibt eine begrenzte (jedoch kleine) Chance, sie irgendwo im Universum anzutreffen. Deshalb überlappt sich die Wellenfunktion der Elektronen im ersten Atom mit den Elektronen im zweiten Atom. Sie sind miteinander verfilzt (verstrickt), wie die beiden Photonen, die Aspect in seinem Experiment erzeugt hat. Und wenn ein Elektron in dem einen Atom in seinem Energieniveau eine Stufe herabspringt, dann bewirkt das, das sein Gegenstück im anderen Atom unverzüglich ebenso so hoch empor springt" - Gribbin, J. (1994:16).