Auf meiner Reise habe ich schon die Quelle der Saale, das eiskalte Franken und das nicht weniger kalte Saalfeld besucht und dabei immerhin ein paar interessante Dinge über das Universum gelernt. Heute habe ich entlang des Saaleradwegs einen Ruhetag bei mir zu Hause in Jena eingelegt. Da ist es aber auch recht spannend.

Die Tour

Meine heutige “Radtour” war etwas kurz. Sie hat mich nur einmal quer durch die Innenstadt in Jena geführt. Von meinem Zuhause auf die andere Straßenseite zur Universität Jena:

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Das schöne Gebäude war übrigens früher mal das Stadtschloss von Jena auf dessen Dach die ersten Himmelsgloben von Erhard Weigel standen, dem Mathematikprofessor aus dem 17. Jahrhundert, der auch das eigentlich Astrodicticum Simplex erfunden hat. Gleich dahinter und hinter der Stadtkirche steht der große Uniturm.

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Er ist mit einer Höhe von 149 Metern das höchste Bürogebäude in Ostdeutschland und wer mal in Jena ist, sollte unbedingt die Aussicht von dort oben genießen.

Am Holzmarkt in der Stadt habe ich mir dann einen Frühstückskaffee besorgt.

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Hier sieht man gleich drei berühmte Jenaer Gebäude. Hinten rechts nochmal den Uniturm. Im Vordergrund den alten Anatomieturm, in dem Goethe den Zwischenkieferknochen beim Menschen entdeckt hat. Und links den Bau 59, ein Gebäude des ehemaligen Zeiss-Werkes. Neben dem Bau 59 (und nicht im Bild) steht übrigens der Bau 15, aus dem Jahr 1915. Es ist heute das älteste Hochhaus in Deutschland. Dort befinden sich heute Büros, Arztpraxen und Universitätseinrichtungen.

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Ich bin aber in das Einkaufszentrum daneben gegangen, die Goethe-Galerie. Dort gab es heute eine Playmobil-Ausstellung:

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Nach dem ich dort die Vorräte für meine Reise aufgestockt hatte, ging es zurück nach Hause. Mein Mittagessen koche ich mir heute in der eigenen Küche.

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Es war also nur eine kurze Tour heute. Aber auch zu Hause kann man interessante Dinge über das Universum lernen. Man muss nur die Augen aufmachen.

Die Frage

Da ist zum Beispiel der Kühlschrank. Der steht wohl in jeder Küche und oft kleben daran Magnete. So wie auch bei uns:

frage

Nicht weiter außergewöhnlich. So lange zumindest, bis man sich die Frage stellt: Warum kleben die Magnete da eigentlich? Und damit will ich nicht auf eine Erklärung des Magnetismus hinaus, die an sich auch ziemlich faszinierend ist, weil man da schnell bei der Quantenmechanik landet. Sondern auf die Frage, warum die Gravitation dem Magnetismus nichts entgegen zu setzen hat. Ich meine, da hängt so ein läppisches Stück Magnet am Kühlschrank und fällt nicht runter, obwohl die gesamte Erde mit ihrer Masse von 6 Quadrillionen Kilogramm daran zieht!. Wieso ist die Gravitation so verdammt schwach? Wieso kleben wir nicht alle einfach an der Erdoberfläche, festgehalten von der Gravitationskraft dieser gigantischen Masse? Stattdessen können wir rumlaufen oder sogar problemlos nach oben hüpfen.

Vergleicht man die relative Stärke der vier Grundkräfte im Universum, dann ist die starke Kernkraft die stärkste von allen. Sie sorgt dafür, dass die Quarks fest zusammenhalten und so die Bestandteile der Atome bilden können. Die elektromagnetische Kraft, die den Magnet am Kühlschrank hält ist im Vergleich dazu nur hundert Mal schwächer. Und die schwache Kernkraft, die für die Umwandlung von Protonen in Neutronen verantwortlich ist (und damit auch dafür sorgt, dass die Sonne scheint, weil nur dadurch die Kernfusionsprozesse ablaufen kann) ist eine Billiarden mal schwächer. Das klingt schon sehr schwach – aber die Gravitationskraft ist 100 Sextilliarden (10-41) Mal schwächer als die starke Kernkraft! Sie ist unverhältnismäßig viel schwächer als all die anderen Kräfte.

Und niemand weiß, warum das so ist! Die Teilchenphysiker haben zwar schon viel über die Mikrowelt der Teilchen und Kräfte heraus gefunden. Aber warum die Gravitation so enorm schwach ist, weiß noch niemand. Natürlich gibt es Ideen und die sind faszinierend. Vielleicht hat es mehr Dimensionen, die wir aber nicht sehen können, weil wir dafür zu groß sind. Wie das mit den versteckten Dimensionen genau funktioniert, habe ich hier beschrieben, aber mit einer Analogie ist es leicht zu verstehen. Eine Ratte, die über eine gespannte Schnur läuft, “sieht” nur eine Dimension. Sie kann nur vorwärts und rückwärts laufen. Eine Ameise aber ist klein genug, um auch eine zweite Dimension zu bemerken. Sie kann auch links oder rechts um den Umfang des Seils herum laufen. Wenn wir klein genug wären, würden wir auf einmal vielleicht jede Menge neue Richtung sehen, die vorher nicht da waren.

Wie stark eine Kraft ist, kann nun davon abhängen, durch welche Dimensionen sich die entsprechenden Teilchen, die diese Kraft vermitteln, bewegen können (die Details kommen aus der Stringtheorie, die erklärt, wie die Strings die den Teilchen entsprechen mit der Struktur von Raum und Zeit verbunden sind – oder eben nicht). Elektromagnetismus und die beiden Kernkräfte könnten auf die normalen drei Dimensionen beschränkt sein, während die Gravitation alle Raumdimensionen durchdringt. Sie muss sich also um wesentlich mehr Universum kümmern als die anderen drei Kräfte und wird dadurch ein wenig “verwässert” weil wir nur den Teil wahrnehmen, der unsere drei Dimensionen betrifft.

Ob das stimmt, weiß niemand. Aber wenn es stimmt, dann würde sich das bei bestimmten teilchenphysikalischen Experimenten nachweisen lassen. Experimente, wie sie am großen Teilchenbeschleuniger LHC durchgeführt werden, wenn der nach der Renovierung in ein paar Jahren erstmals mit voller Kraft laufen wird. Vielleicht leben wir ja wirklich in einem Universum, das viel mehr Dimensionen hat, als wir denken. Vielleicht hängt der Magnet genau deswegen am Kühlschrank, weil die Gravitationskraft der Erde in anderen Dimensionen verschwindet. Und selbst wenn nicht, dann muss es immer noch eine Erklärung für die seltsame Schwäche der Gravitation geben. So oder so zeigt uns der schnöde Kühlschrankmagnet, dass das Universum seltsamer ist, als es auf den ersten Blick zu sein scheint…

So geht es weiter

Draußen hat sich tatsächlich gerade die Sonne am Himmel gezeigt! Ich bin also vorsichtig optimistisch, dass meine Tour morgen etwas angenehmer wird. Auf jeden Fall fahre ich dann durch meine Lieblingslandschaft, das Saale-Unstrut-Tal. Von Jena aus geht es durch Camburg, Naumburg und Weissenfels zum Tagesziel in Bad Dürrenberg. Ich freu mich schon!

Kommentare (11)

  1. #1 bronte
    3. Mai 2013

    Mal eine etwas seltsame Frage:
    Ich meine mich an eine Quantenfeldtheorie-Vorlesung zu erinnern (schon zu lange her), in der es hieß, dass QED nur in vier Dimensionen renormierbar ist, weil nur dort die Kopplungskonstante (die Feinstrukturkonstante) dimensionslos ist. Das würde zumindest bedeuten, dass die Dimensionalität solcher Kopplungskonstanten von der Dimension des Raumes in dem die Kraft wirkt abhängt. Die Stärke der elektromagnetischen Kraft in 4d und in 5d wäre demnach grundsätzlich nicht vergleichbar.
    Nun hat die Gravitation in 4d eine dimensionsbehaftete Kopplungskonstante (G) [mit den anderen Kräften vergleichbar (10^-41 mal so stark wie die starke Wechselwirkung) bekommt man sie nur, indem man quasi willkürlich die Protonenmasse auf eine Ebene mit Dingen wie der elektrischen Elementarladung stellt]. Wird G dann in höher dimensionalen Räumen dimensionslos?
    Denn wenn das nicht so ist, würde doch das “Entweichen” der Gravitation in die aufgewickelten Dimensionen das Problem nicht lösen. Die eigentliche Stärke der Gravitation wäre genauso wenig mit der der anderen Kräfte vergleichbar, wie in vier Dimensionen. Dann sollte man sich vielleicht eher Fragen “Warum sind Protonen so leicht?” als “Warum ist die Gravitation so schwach?”.

  2. #2 Florian Freistetter
    3. Mai 2013

    @bronte: Sorry, was die Details der QED angeht, bin ich leider überfragt. Aber vielleicht lesen ja Experten mit…

  3. #3 Kuno
    3. Mai 2013

    Kleine Korrektur zum ersten Foto: Das Hauptgebäude der Uni Jena wurde 1908 bezogen und steht an der Stelle des alten Jenaer Schlosses.

  4. #4 Beobachter
    Ist ein Magnetfeld evtl. nur ein lokal beschleunigter Fluss der dunklen Materie?
    4. Mai 2013

    Magnetfelder insbesondere Supermagnete haben mich immer schon fasziniert…

    gibt es dazu aktuelle Erkenntnisse wie sich solche gesinterte Magnete langfristig im Weltraum verhalten?…

    immerhin gab es gelegentlich magnetische Motoren die unerwartet im All (od. a.d. Mars) ausgefallen sind, evtl. zerlegt sich die innere Kristallstruktur (langfristig betrachtet) durch den permanenten Beschuss mit hochenergetischen Teilchen, den dann wären reine Spulenmagnete unter Weltraumbedingungen wohl die bessere Lösung…

  5. #5 Beobachter
    4. Mai 2013

    Unglaublich: 3,2 Tesla im Luftspalt mittels 2 Supermagneten!

    noch mehr Experimente und Projekte mit Supermagneten… 🙂

  6. #6 Sepp Ehrensberger
    4. Mai 2013

    Du schreibst “Sie muss sich also um wesentlich mehr Universum kümmern als die anderen drei Kräfte und wird dadurch ein wenig “verwässert” weil wir nur den Teil wahrnehmen, der unsere drei Dimensionen betrifft.”
    Die Gravitation, ein Opfer der Homöopathie ;-))

  7. #7 Franz
    6. Mai 2013

    @Beobachter
    In MRs hast du supraleitende Magnete mit bis zu 15 Tesla im Luftspalt.

  8. […] ich schon einiges erlebt und gesehen: Juveniles Wasser, ein faules Universum, seltsames Wasser, potentielle Extradimensionen, keinen intelligenten Designer und unsichtbare […]

  9. #9 Fermat
    15. Mai 2013

    Normale Masse in anderen Dimensionen muß ja dann auch eine Gravitationskraft in unseren drei Dimensionen verursachen. Also man sieht die Materie nicht, spürt nur dessen Masse anhand der Gravitation. Ist das nicht so wie bei der Dunklen Materie? Könnte daher Dunkle Materie nichts anderes sein als normale Materie in anderen Dimensionen?

  10. […] Tag 4: Ruhetag in Jena. Der Magnet am heimischen Kühlschrank ist vielleicht ein Hinweis auf die Existenz von versteckten Dimensionen. […]

  11. […] Die Schwerkraft gehört zu den vier Fundamentalkräften, die alle Vorgänge im Universum bestimmen. Die Gravitation ist die, die wir im Alltag wahrscheinlich am leichtesten bemerken – sie ist aber auch die Kraft, die von allen vieren am schwächsten ist. Obwohl die gesamte Erde mit ihren 6 Quadrillionen Kilogramm am Wurfgeschoß des mysteriösen Tatortwerfers gezogen hat, war es trotzdem kein Problem für ihn, es hoch in die Luft und durch das Fenster von Amina zu schleudern. Irgendwann kommt es natürlich trotzdem wieder runter und so wie alles andere, was man nach oben wirft, folgt es dabei einer Wurfparabel; einer Flugbahn, die exakt durch die Gesetze der Gravitation vorgegeben ist. Erst wenn man das Teil mit einer Geschwindigkeit von 28.400 Kilometer pro Stunde weg wirft, wird es nicht mehr zu Boden fallen sondern die Erde umkreisen (natürlich nur so lange es keinen Luftwiderstand oder ähnliche Hindernisse gibt, die zur Abbremsung führen). Und wenn das Teil den gravitativen Einfluss der Erde ganz verlassen soll, dann müssen es schon 40.320 Kilometer pro Stunde sein. Die Gravitation mag zwar schwach sein; aber sie reicht weit. Unendlich weit sogar. Die Schwerkraft der Erde hört im Weltall nicht einfach auf und die Astronauten scheinen nicht deshalb zu schweben, weil sie “schwerelos” sind und von der Gravitation der Erde nicht mehr angezogen werden. Das werden sie weiterhin, aber weil sie mit so hohen Geschwindigkeiten “zur Seite” fallen, landen sie nicht wieder auf der Erde sondern fallen um sie herum. Sie sind nicht schwerelos; sie befinden sich im “freien Fall”. Die Gravitation ist die Kraft, die das gesamte Universum durchdringt und dafür sorgt, dass Staub sich zu Sternen und Planeten formt und Sterne zu Galaxien. Sie bestimmt, wie sich die Dinge bewegen und gibt dem Raum selbst eine Form. Eine Form, die durchaus seltsamer aussehen könnte, als wir denken. Denn die Schwäche der Gravitation ist vielleicht ein Hinweis auf bisher unbekannte Dimension. […]