7.7 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. Schätzungen sprechen davon, dass auf einen Würfel von 1000m³ nur noch ein einziges Gasmolekül kommt .. 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 möglichst 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

Atmosphäre, Höhe Raumstation Mir

1.000.000.000

1.680 m

Raum zwischen den Sternen

3

670.000.000.000 m

Raum zwischen Galaxien

0,000 000.000.000.001

180.000 LJ

 

 

 

Die obige Tabelle gibt an, wie viele 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 und diese zusammenhalten.
 
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 Energiefeldern entstehen sieht. Feldern, die sich unserer Wahrnehmung entziehen und sich nur durch ihre Wirkung und 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 Existenz solcher Teilchen genügend lang wären, so dass Menschen sie mit ihren heutigen Mittel wahrnehmen könnten. 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 aneinander gepresst 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 einer Vakuumverpackung, die Platte von außen durch den Luftdruck 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 21. 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.
 

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