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Quanten

Buchmesse in Leipzig vom 14. - 17. März 2013
A K V Arbeitskreis Kleinere Verlage im Börsenverein des Deutschen Buchhandels

Quanten in Lichtkorpuskeln, UV-Quanten und Gammaqanten
sowie in Photonen, Elementarteilchen und Quasiteilchen
Eine Begriffsbestimmung elementarster Existenzformen

In den vielen Beiträgen über Physik und Naturwissenschaften, die ich las, habe ich nirgends ein einheitliches Prinzip der Sinngebung für Quanten, Photonen oder andere spezielle Quantenobjekte gefunden, obwohl es sich dabei doch um grundlegende Begriffe der Physik handelt. In der Broschüre "Finaltheorie - Spiralfeldmodell" (2005) und Universum der Quantenwirbel(2007) sowie Spiralfeldtheorie (2008) weise ich auf die verschwommenen Bedeutungen und die erforderliche Vereinheitlichung hin. Natürlich müssen experimentelle Ergebnisse die Grundlage der Physik sein und bleiben. Aber, zum einen gibt es Bereiche der Natur, die grundsätzlich ausserhalb des Zugriffs unserer Experimente liegen, weil die dort wirksamen Energien entweder zu gross oder zu klein sind. Abgesehen davon, dass sich unsere Messtechnik im Mikrobereich weiterentwickeln muss, gibt es dort auch ein theoretisches Problem, das schon zu Beginn der Quantenmechanik erörtert worden ist. Jedes Messsystem besteht aus Materie, die letzten Endes selbst aus Quanten zusammengesetzt ist und deshalb nicht imstande sein kann, ein einzelnes Wirkungsquantum wie ein Atom zu isolieren. Ausserdem: Was nützt das exakteste experimentelle Resultat, wenn es in einem Begriffswirrwarr zu einem Einzelergebnis verkommt und wenn keine Theorie existiert, die weiterführende Schlussfolgerungen zieht?

Quant - Quanten

Als erstes müssen sich Physik und alle Naturwissenschaften einschliesslich der Medizin klar werden, was grundsätzlich unter einem »Wirkungsquantum« (Quantum of action, effect quantum) und seinen sprachlichen Abwandlungen zu verstehen ist. Wohlgemerkt: Hier geht es nicht um gelegentliche Variationen, die jedem Autor freistehen, sondern um seine spezifische Bedeutung im Gesamtsystem naturwissenschaftlicher Aussagen. Über die Planck-Konstante an sich brauchen wir uns an dieser Stelle nicht zu unterhalten. Das ist jenes winzige Quantum an Wirkung, das sich in jedem physikalischen Phänomen als unterste Einheit wiederfindet (Die zugeordnete Entsprechung in der Natur beschreibe ich in den oben genannten Broschüre).

In der weiteren Entwicklung wurde aus der Erkenntnis über die generell diskontinuierliche Energieübertragung eine Reihe weiterer Worte gebildet, die es an exakter Bedeutung vermissen lassen. Der Begriff »Wirkungsquantum« widerspricht der Grundthese des Begriffssystems der Klassischen Physik, die von einer Teilbarkeit aller Grössen in infinitesimal kleine Mengen ausgeht. So wurden aus dem Startwort »Wirkungsquantum« durch Verkürzung und Bedeutungswandel neue Worte generiert: »Wirkungsquant«, »Quant«, »Quanten« (oder »Quanta«), »Quantisierung«, »Lichtquant«, »UV-Quant«, »Gammaquant« (oder »g-Quant«) sowie die Verallgemeinerungen »Photon« und »Quasiteilchen« (auch strahlungsartige Elementarteilchen fallen darunter).

Vielleicht ist die Zeit einfach immer noch nicht reif, das Quentchen Energie im »Wirkungsquantum« ohne Mystik tatsächlich als nichts anderes hinzunehmen als die von Max Planck gefundene ganz bestimmte Wirkungsmenge von 6,626.10-34 J.s bzw. (nach Division durch die Zeit) die ganz bestimmte Energiemenge 6,626.10-34 J, die in der Feldverformung jeder vollen Umdrehung räumlicher Schraubenfeldstränge gespeichert ist. Die Unsicherheit über die komplexen natürlichen Vorgänge der Mikrophysik in unserer Umgebung und im Grossen über die kosmischen Phänomene sollten Anlass sein, mehr Disziplin in der Verwendung der Begriffe zu üben.

Nimmt man das »Wirkungsquantum« als quantenphysikalische »1« in einem rotierenden »Schraubenfeldstrang« (screw-field-skein oder spiral-field-skein oder für kleine Dimensionen spiral-field-string und für grössere Dimensionen spiral-field-rope) oder vereinfacht »Quantenstrang« genannt (quanta-skein), so wäre die begriffliche Verkürzung zu »Quant« eine normale Abkürzung und diese Worte würden eine übereinstimmende Bedeutung haben. Wenn man hingegen von vielen »Wirkungsquanten« ausgeht (linguistische Mehrzahl von »Wirkungsquant«), nämlich von »Quanten« (Beispielsweise »Lichtquanten«, »UV-Quanten«, »Gammaquanten«), dann verlässt man automatisch sofort den Boden der Definition. Mehrere Quanten, Schlaufen oder Schlingen sind immer ein Strang.

Jetzt ist ein Abstecher in die Empirie unvermeidlich. Niemand ist in der Lage, ein einzelnes »Wirkungsquantum« (eine einzelne Schlaufe oder Schlinge) zu identifizieren und messtechnisch zu erfassen. Das lässt sich auch durch das Prinzip Hoffnung nicht umgehen: "Irgendwann in zeitlicher Ferne wird man das dann können!" Alle experimentelle Quantenphysik vollzieht sich in Gruppenphänomenen einer riesigen Anzahl von Quanten, wobei die kleinen Gruppen sich erst nach einem grossen messtechnischen Fortschritt messen lassen.

Lichtquant, UV-Quant, Gammaquant, Photon, Quasiteilchen

Wenden wir uns nun den abgeleiteten Begriffen zu. Dort wird meist noch lässiger mit dem Begriff »Quant« umgegangen. Die Einzahl dieser Worte verwischt, dass es sich immer um Massen von »Wirkungsquanten« handeln muss, um messbar zu sein; also um eine Vielzahl des »Quant«. Dem sind sich viele Fachleute nicht bewusst. Ich könnte das umständlich philosophisch-linguistisch darlegen. Aber ich ziehe einen empirischen Beweis vor. Ein »Wirkungsquantum« oder »Quant« ist für die Experimentalphysik grundsätzlich nicht messbar. Das »Lichtquant«, »UV-Quant«, »Gammaquant« sowie das »Photon« und das »Quasiteilchen« hingegen sind – von Ausnahmen mit sehr geringem Energieinhalt abgesehen – sehr wohl messbare Objekte. Nach dem von mir interpretierten »Spiralfeldmodell« sind es »Schraubenfeldstränge«, »Spiralfeldstränge« (oder einfacher formuliert: »Quantensträngen«), die je nach der Empfindlichkeit des Messsystems erst ab einer Mindestanzahl Feldschlaufen messbar sind (ungefähr 1014).

Legt man beispielsweise eine Messeinrichtung zugrunde, die eine seit langem angestrebte, aber bislang noch nicht erreichte Empfindlichkeit von 10-20 J hätte, dann müsste ein Gamma-, UV- oder Lichtquant jeweils mindestens 1014 Feldschlaufen besitzen, um gerade so eben noch nachweisbar zu sein (einzelner Monoquantenstrang von entferntem Stern auf unserer Netzhaut des Auges, Einzelphoton im Multiplier). Ein solcher Strang wäre als Gammaquant mit beispielsweise = 10-14 m Wellenlänge nur ein Meter lang. Ein UV-Quant mit =10 nm Wellenlänge hätte schon eine Länge von 1.000 km. Ein Lichtquant mit=500 nm Wellenlänge wäre sogar 50.000 km lang. Wer nicht gewohnt ist, mit idealisierten Monoquantensträngen zu operieren, möge sich nicht erschrecken. Denn diese Gedankengänge sind zunächst spekulativ und müssen durch Experimente bestätigt (oder widerlegt) werden. Dabei soll nicht einmal behauptet werden, dass wir es wirklich mit Monoquantensträngen zu tun haben, wenn wir von einem Gammaquant, UV-Quant, Lichtquant oder Photon sprechen. Was wir messen, kann auch eine summarische Wirkung paralleler oder interferierter Multistränge sein. Die Schlussfolgerung auf die geometrische Länge der Quantenstränge soll hier nur zeigen, dass für ein Messergebnis bei gegebener Messempfindlichkeit immer eine gewaltige Zahl von Feldschlaufen zu je einem Wirkungsquantum erforderlich ist. Im Beispiel 1014 Feldschlaufen. Bei derzeit erreichter Messempfindlichkeit weit mehr. Wenn parallele oder interferierte Stränge gemeinsam agieren, reduziert sich die Stranglänge dividiert durch die Zahl der Monoquantenstränge.
Wenn von »Photonen«, »Lichtquanten«»UV-Quanten«, »Gammaquanten«, »Quasiteilchen«, »Schraubenfeldsträngen«, »Spiralfeldsträngen« sowie von »Spiralfeldstrings« oder ganz einfach von »Quantensträngen« gesprochen wird, so verstehe ich darunter einen elektromagnetischen Spiralfeldstrang, der in einer Fülle verschiedener Variationen auftritt. Ein Photon ist also keinesfalls ein immer in gleicher Gestalt gegebenes Quantenobjekt, sondern variiert in einem weiten Bereich. Aussagen wie beispielsweise "genau ein Photon" oder "1/1000 Photon", die in der Fachliteratur vorkommen, sind inhaltsleer. Abschliessend fasse ich die variierenden Kenndaten zusammen:

  • Frequenz n  { oder f }
    (Bei monochromatischen Strahlen konstant. Ausnahme: "Alterung des Lichts" durch  Energieverluste auf gigantischen kosmischen Wegen)
  • Wellenlänge l, die sich nach den konkreten lokalen Umständen verändert
  • Länge = n.l

Die Astronomie hat sich durch lange Belichtungszeiten auf diese Tatsache eingestellt, wenn sie lichtschwache Sterne fotografiert. Dabei werden pro Sekunde 300.000 km lange Spiralfeldstränge erfasst und für die Schwärzung der Platte ausgenutzt, wobei es sich auch hier um kürzere Multistränge handeln kann. Nach diesen Überlegungen ist einerseits die Bedeutung der Begriffe »Wirkungsquantum«, »Wirkungsquant« und »Quant« eindeutig definiert als »einzelne Schlaufe oder Schlinge« mit der Verformungsenergie von 6,626.10-34 J, der Energie in Grösse der Planck-Konstante h als die gesuchte »1« der Quantenphysik. Andererseits ist eine Mehrzahl von n.6,626.10-34 J immer ein "Strang von Ereignissen" im Sinne Erwin Schrödingers. Dabei ist n eine völlig beliebige, also nicht unbedingt gerade Zahl, wie vielfach eigensinnig behauptet wird. Denn das Wirkungsquant ist zwar das kleinste (vollständige) Element eines »Schraubenfeldstranges«. Aber jede beliebige volle Umdrehung lässt sich schliesslich in unendlich viele infinitesimale Winkelschritte unterteilen.

Diese Definition der Photonen und Quantenstränge umschliesst das gesamte riesige Spektrum der Strahlung. Das sichtbare Licht und die Spektren des Periodischen Systems der chemischen Elemente gehören ebenso dazu wie alle Strahlungsarten mit höheren und tieferen Frequenzen einschliesslich derer, die uns bisher unbekannt sind.

Quantisierung

Auch dieser Begriff muss für eine universelle physikalische Theorie kritisch hinterfragt werden. In der propagierten Quantenphysik geht man zu Recht davon aus, dass jegliche Energieübertragung diskontinuierlich in Schritten von h   rund 6,626.10-34 J erfolgt, dem kleinsten Teilungselement. Alles Existierende besteht aus solchen Portionen, eigentlich Portiönchen. Darauf fussend hat man seit den 1920er Jahren alle elementaren Ereignisse und Objekte mit raffinierten indirekten Methoden untersucht. Natürlich hat man dabei auf dem Umweg über experimentelle Ergebnisse herausgefunden, dass die Teilbarkeit in Wirkungsquanta allein keine komplette Erklärung für alle auftretenden Fragen und experimentellen Ergebnisse liefert. Also hat man Zusatzannahmen getroffen und Theorien aufgestellt, die auf spezielle Aspekte eingehen. Andere Forscher beschäftigen sich damit, was die Quantentheorie nicht erklärt. Ich folge Albert Einsteins Rat, dass eine Theorie aus sich heraus nahe an das natürliche Geschehen heranführen muss. Einerseits hat sie alles Richtige zu erfassen und andererseits darf sie keine Aussagen über Quantenobjekte zulassen, die in der Natur nicht vorkommen.

Da Quantensträngen Rotationen sind (Spin), die sich in Winkelschritte weiter teilen lassen, treten zwangsläufig Bruchstücke des vollen Wirkungsquantums (der vollen Schlaufe oder Schlinge) auf. Angesichts unserer unvermeidlichen Messfehler sind diese zwar pragmatisch völlig bedeutungslos, aber sie müssen theoretisch erwähnt werden, weil sie in speziellen Fällen eine Rolle spielen. Bei den Ausschlussverfahren der geltenden Quantenphysik wurde alles ausgesondert, das nicht in dieses pauschale Konzept passt. Einiges mehr als nötig wurde verworfen und einiges akzeptiert, das die Natur nicht verwirklicht.

Teilchencharakter der Strahlung

Auf der durch Max Planck herausgefundenen diskontinuierlichen Übertragung von Energie beruhen sehr viele andere allgemeine und teilweise noch nicht durchschaute Eigenschaften der Natur, die ich in der »Spiralfeldtheorie«
          unter dem Titel: »Funktionales Strukturprinzip der Materie«
zusammenfasse. Alles Existierende besteht danach aus »Spiralfeldsträngen« oder »Quantensträngen«, deren Schlaufen, Rotationen, Umdrehungen
(loops, rotations, turns) mit allen anderen ohne Trennmarken verbunden und jeweils ein einziges Quantenobjekt bilden. Dennoch lassen sich die beteiligten Schlaufen abzählen (Teils geradzahlig, teils ungeradzahlig, d.h. mit einem Restbruchstück). Deshalb sind alle Stränge diskontinuierlich und kontinuierlich zugleich. Alle Licht-, UV- und Gammaquanten, Photonen und Quasiteilchen sind demnach in tieferer sprachlicher Analyse eine Mehrzahl (von Quanten) und Einzahl (von Objekten) zugleich. Hierin begründet liegt der Teilchencharakter jeglicher Strahlung. Denn jedes dieser Strangobjekte hat Anfang und Ende; und die Energie befindet sich konzentriert um den Lichtstrahl der linearen Optik herum in einem Kanal mit unendlichem Durchmesser, wobei aber die intensive Wirkung auf den Nahbereich um wenige l herum beschränkt ist. Ob nun - wie in den obigen Beispielen – der betreffende Strang nur 1 m, 1.000 Kilometer, 50.000 Kilometer oder sogar 300.000 Kilometer lang ist, handelt es sich um ein räumlich begrenztes zusammengehöriges Objekt (Lichtkorpuskel nach Isaac Newton) mit Anfang und Ende. In diesem Sinne hat jede Strahlung von vornherein Teilchencharakter. Strahlung ist also keine reine Schwingung in einem Medium (Äther), wie schon Isaac Newton vermutete und Argumente gegen Christiaan Huygens vorbrachte. In der Strahlung ist das »Allgemeine Physikalische Feld«, das Einstein mathematisch zu erfassen suchte und das sich auch über das kosmische Vakuum erstreckt, zu elektromagnetischen Schwingungen initiiert. Diese allgegenwärtigen elektromagnetischen Schwingungen sind aber kein repetierendes Hin und Her. Diese Schwingungen sind konstante Rotation des verformten »Allgemeinen Physikalischen Feldes«

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