Bislang scheiterten alle Versuche, dunkle Materie nachzuweisen. Auch für die dunkle Energie fand sich bislang kein konklusiver physikalischer Hintergrund. Wäre die Gravitation nicht unendlich sondern endlich, wie sie in verschiedenen Quantengravitationstheorien vorkommt, wäre dadurch die dunkle Energie und Materie als aufgelöste Gravitationsenergie im heranwachsenden Universum und somit eins der größten Rätsels der Physik erklärbar. 

Die Relativitätstheorie beschreibt die Anziehung von Massen durch Raumzeitkrümmung. Doch wie können Massen eine Raumzeitkrümmung bewirken? Gibt es hierfür einen physikalisch greifbaren Hintergrund, jenseits des abstrakten Energie-Impuls Tensors als sog. "Quellterm"? Und kann man hierdurch besser erkennen, ob die Gravitation unendlich oder nur endlich ist? 

Die Masse eines Körpers, so PD Dr. Melissa Blau, Autorin der Publikation in Science Advance, besteht sämtlich aus Nukleonen, die einen Drehimpuls besitzen. Wenn man für Nukleonen  quantenmechanische Rechenmodelle anwendet, wird ersichtlich, dass mvr in einem Nukleon die Heisenberg Ungleichung nicht erfüllt. Ebenfalls nicht erfüllt wäre die Ungleichung, wenn v gleich null oder undefiniert wäre. Für noch kleinere Teilchen ist dies noch offensichtlicher. Da aber der Spin solcher Teilchen ein durchaus relevanter Parameter ist, folgt daraus, dass der Radius dieses Teilchens quantisiert, also effektiv viel größer sein müsste. Wenn dies aber so wäre, würde Masse bis zu diesem Radius R (also der Reichweite dieser Kraft) nach innen wie Massepunkte im Teilcheninneren angezogen werden, was aber gerade der Gravitation entspricht. 

Formal ist ein Nukleon R groß. G ist die Konstante, die das formale, übergroße Nukleon zusammenhält. Da ein Nukleon mehrere Relativgeschwindigkeiten besitzt, während es sich im Universum um sich selbst, um die Erde, um die Sonne, um das Zentrum der Milchstraße etc. dreht, kommen verschiedene Gravitationsreichweiten gemäß R=c/8πf zum Tragen

Mit dem Konstrukt des effektiven Radius gäbe es eine Kraft, die mit mg=mMG/r2 andere Massen innerhalb dieses Radius anzieht, also die Newtonsche Gravitationskraft. Diese Gravitationskraft ist proportional zum Quadrat des Abstandes, da in einem Nukleon der Dichtegradient dρ = m/r2 ist. Gemäß der Formel dρ=ω2r/G aus der Dichtegradientenzentrifugation erhält man für dieses Gravitationspotenzial den Wert mG/r.

Auch wenn eine Protonenrotation nicht im klassischen Sinne beschrieben werden kann, so können die anderen Rotationsbewegungen im Universum durchaus klassisch in die Berechnungen eingehen. Die Gravitationsreichweite für die Rotation innerhalb einer Galaxie berechnet sich in etwa zu 10^22 bis 10^23 m.

Steht die neue Theorie im Widerspruch zu der Relativitätstheorie?

Diese Theorie steht nicht im Widerspruch zur Allgemeinen Relativitätstheorie, vielmehr unterstützt sie die Vorstellung einer Raumzeitkrümmung, da der effektive, vergrößerte Raum R^3 selbst eine Kraft (Scheinkraft) auf Massen ausübt. Der geometrische Mittelwert der maximalen Reichweite R ist die Wurzel aus R multipliziert mit der kleinsten Länge, der Planck-Länge lp. Die mittlere Gravitationskraft (innerhalb und außerhalb des Nukleons) ist umgekehrt proportional zum Quadrat dieses Mittelwerts, was interessanterweise der rechten Seite der Einsteinschen Feldgleichung entspricht. 

Die räumlich begrenzte Gravitationsenergie pro Volumen Eg=m2G/RV sieht nach Umformung wie die kosmologische Konstante Lambda aus Einsteins Feldgleichungen aus. F=mcf ist dabe eine Kraft, die multipliziert mit 8πR der Energie mc2 der Materie entspricht. Aus diesem lässt sich Ω, der Anteil der dunklen Energie unter der oben gemachten Annahme der begrenzten Gravitation zu 0,7 berechnen. Aus einer Reihe verschiedener Beobachtungen wird der Wert der kosmologischen Konstante heute tatsächlich zu ΩΛ ≈ 0,7 abgeschätzt, das heißt etwa 70 % der Energiedichte im Universum liegt in Form dunkler Energie vor.

Die Allgemeine Relativitätstheorie postuliert ein hypothetisches Teilchen mit Spinzahl 2, das die Gravitationskraft vermittelt: das Graviton. Dieses ist per Definition masselos, doch es gibt inzwischen auch eine konsistente feldtheoretische Beschreibung eines massiven Spin-2-Teilchens. Die entsprechende Theorie ist eine Erweiterung der Allgemeinen Relativitätstheorie mit einer ganz speziellen mathematischen Struktur, genannt Ghost-Free Bimetric Theory (kurz: Bimetric Theory). Denn ihr spezieller Aufbau vermeidet eine mathematische Inkonsistenz, einen sogenannten Ghost (Geist), der ein Problem in früheren vorgeschlagenen Theorien darstellte. Die Bimetric Theory beschreibt sowohl ein massives als auch ein masseloses Spin-2-Teilchen, die miteinander wechselwirken. 

Quantengravitation und die begrenzte Gravitation

Gemäß der nova Formel, der vereinheitlichten Formel für die vier Grundkräfte aus dieser Theorie, müsste ein massebehaftetes Graviton eine Energie in der Größenordnung von 10^-24 eV besitzen, eine kleinere Gravitationsenergie dürfte es daher nicht geben und alle Gravitationsenergien wären ein Vielfaches dieses Werts. Wenn dies stimmt dann würde sich das Proton und das Elektron in einem Atom gravitativ nicht anziehen. 

Gravitation ist sowohl in der Newtonschen als auch in der Einsteinschen Theorie in ihrer Reichweite nicht begrenzt, sie wird lediglich mit zunehmender Distanz deutlich schwächer. Nichtsdestotrotz gibt es Überlegungen und Quantengravitationstheorien, bei denen die Gravitation eine quantisierte Größe wäre, das heißt, sie könnte nur das Vielfache eines bestimmten Werts annehmen. In diesem Fall wäre es durchaus möglich, dass eine begrenzte Reichweite eine zutreffende Beschreibung wäre, weil ab einer bestimmten Distanz das Einfache dieses Werts unterschritten wird und somit das Nullfache der Elementargravitation bliebe. Derartige Quantengravitationstheorien sind allerdings derzeit noch Forschungsgegenstand.

Effektiver Radius kann vieles erklären

Mit dem Konstrukt des effektiven Radius kann nicht nur die Gravitation an sich (auch veranschaulicht), sondern auch die Nichtquantisierbarkeit der ART, die dunkle Materie und -Energie, die Vereinheitlichung der vier Grundkräfte bis hin zur Hubble Spannung erklärt werden. Es würde auch erklären, warum sich nur die Andromeda und Milchstraße anziehen und andere Galaxien unserer Lokalen Gruppe nicht, und warum der Virgo Haufen vom großen Attraktor scheinbar angezogen wird. Dunkle Materie wären im weitesten Sinne die Gravitonenenergie innerhalb von Galaxien (massive Gravitonen) und die dunkle Energie wäre freie Energie, die beide aus der Gravitationsenergie, die sich aufgrund der begrenzen Reichweite bei der Expansion des Universums aufgelöst hat, entstanden sind. Verstehen würde man auch physikalisch, warum Massen letztlich die Raumzeit krümmen. Dabei wird der Nukleonenradius (mit mvr<h/2π) durch das minimal zulässige Drehmoment (Heisenbergschen Prinzip) in einen effektiven Radius R konvertiert (mvR=h/2π), innerhalb dessen Zusammenhaltskräfte gravitativer Natur agieren. Der effektive Radius R=c/8πf wäre gleich der frequenzabhängigen, endlichen  Gravitationsreichweite, die sehr unterschiedlich sein kann, abhängig von den (unterschiedlichen) Rotationsgeschwindigkeiten der Nukleonen im Weltall. Da die Gravitationskraft hierbei auf der Heisenbergschen Ungleichung, einem fundamentalen Prinzip der Quantentheorie fußt, eröffnen sich dadurch vielleicht neue Wege für eine quantentheoretische Beschreibung der Gravitation. 

Diese Bedingung (Heisenbergsches Prinzip) kommt nur zum Tragen, wenn Spin-Interaktionen zwischen den Nukleonen oder z.B. den Elektronen wirksam sind oder der Spin der Teilchen gemessen wird. Daher ist der (nichtquantisierte) Radius eines einzelnen Protons um den Faktor 1,0347 größer als bei einem quantisierten Proton (z.B. in einem Molekül oder in myonischem Wasserstoff). In Kernen zerfallen Neutronen nicht, wahrscheinlich liegt dies an der Tatsache, dass Neutronen in Kernen dauerhaft durch solche Spin-Wechselwirkungen quantisiert sind und sie der starken Wechselwirkung unterliegen. Freie Neutronen zerfallen in 877,75 s, da die fehlende Quantisierung (der größere Radius) dadurch ausgeglichen wird, dass sich die schwache Wechselwirkungsleistung um den Faktor 1,0347 pro Sekunde erhöht, was in 877,75 s (1,0347^877,75 = 1,0*10^13) zum Zerfall des Neutrons führt. Frühe dunkle Energie kann es noch nicht in nennenswerter Menge vor der Emission der Hintergrundstrahlung gegeben haben, da ohne Elektronen der Spin der Nukleonen nur in Heliumkernen und da nur bei Neutronen aktiviert war (12,25% der Masse). Ohne die primordiale Nukleosynthese hätte es daher keine Gravitation im frühen Universum gegeben. Die großräumige Gravitation ist erst nach Entstehung der Galaxien und Sternen entstanden, in dem sich diese drehen und dadurch eine Anziehung auf andere Massen ausüben.

Raumzeitkrümmung

Wie aber kann man sich die  Raumzeitkrümmung vorstellen? Der Raum zwischen zwei astronomischen Massen, die sich anziehen, ist ein virtueller Raum, gemäß der Heisenbergschen Ungleichung. Virtuelle Konstrukte neigen dazu sich wieder aufzulösen, dies ist bei der Gravitation nicht der Fall, weil die Protonen in den Massen durch ihren Spin dauerhaft quantisiert sind. Was aber geschieht mit der Raumzeit? Die aus dieser Theorie resultierende Tendenz,  das übergroße, virtuelle Raumgebilde wieder aufzulösen und die geborgte Energie für den quantisierten Spin führen dazu, dass dem Raum selbst Energie entzogen wird. Wie aber kann einem leeren Raum Energie entzogen werden? Nun, zum einen gibt es die dunkle Energie, zum anderen kann der Raum selbst zerknautscht werden, so wie wenn man einem prall gefüllten Ballon mit vielen kleinen Kammern die Luft entzieht. Gemeint ist hier die Raumzeit, weil nicht nur der Raum virtuell vergrößert wird, auch die Zeit wird in Abhängigkeit von dem Abstand virtuell verändert. Das bedeutet, dass der Raum zwischen den Massen kurzzeitig eine negative Energiedichte hat, was aber dazu führt, dass sich die Massen annähern (anziehen), d.h. dass sich der Raum zwischen den Massen verringert (sog. Zug, d.h. negativer Druck; der positive Druck richtet sich per Definition auf den Körper hin und schiebt ihn weg). Es entsteht kurzzeitig ein sog. Unterdruck (-p), der den Raum zwischen dem Massen stetig verkleinert. Die Raumzeit wird dadurch weniger gekrümmt als vielmehr gestaucht. Bei Gravitation ist die Raumzeit gestaucht, bei dunkler Energie gespreizt. 

Diese Rechnung kann man auch umkehren und erhält daraus die Newtonsche Gravitation  mMG/r. Dabei kann man die Newtonsche Gravitation aus der Heisenbergschen Ungleichung ∆(pV)∆t=∆p*∆(Vt)>=h/4π ableiten (siehe oben). Die untenstehende Zahl 6 bezieht sich auf die 6 Freiheitsgrade im Raum.

Dass das Proton nicht die Energie für seinen quantisierten Spin aus sich selbst borgt zeigt sich daran, dass Protonen in Atomen und Verbindungen nicht am Masse verlieren. Lediglich Massen oder Schwarze Löcher, die sich sehr rasch umkreisen, geben ab einer negativen Raumenergie (halbe Lichtgeschwindigkeit, c2-4v2<0) Gravitonen (Gravitationswellen) in einer Größenordnung ab, die etwa einem Viertel ihrer reduzierten Masse entspricht. Diese Grenzgeschwindigkeit 0,5c hängt von dem größtmöglichen Energieentzug von Spinenergie mMG/r aus dem umgebenden Raum (dunkle Materie in den Galaxien, Hintergrundstrahlung zwischen den Galaxien) ab. Im Raum geschieht dabei folgendes: Die in dem Raum enthaltenen Quanten (Gravitonen, Photonen) verlieren einen Teil ihrer Energie (1-∆E/E=1-mgh/mc2=1-4v2/c2=(c2-4v2)/c2), dadurch kommt es zu Energiedichteverschiebungen innerhalb des Raums (mit konstantem Dichtegradienten). Wenn ein Photon diesen Raum durchquert, sinkt es infolge der Dichteabnahme des Raums nach unten in Richtung der höherer Dichte ab, was aber gerade der Geometrie der Raumzeit entspricht. Sein Ablenkwinkel ist dabei nämlich 4v2/c2=2Rs/r. Bereits Newton (1717) und Leonhard Euler (1760) schlugen ein Modell vor, in welchem das Medium (Äther) in der Nähe von Körpern an Dichte verliert, was zu einer Anziehungskraft zwischen diesen führen soll. Möglicherweise gibt es keinen Mechanismus, der die Anziehung von Massen durch Zentripedalbeschleunigung, ähnlich der Anziehung der Massepunkte im Teilcheninneren, in einem virtuellen Raum gewährleisten kann, der sich nicht dreht. Und daher dürfte in erster Instanz die Raumzeitkrümmung für die Gravitation  verantwortlich sein, die aber nicht auf einem abstrakten Tensor, sondern auf einem kurzeitig negativem Druck im Raum beruht, der dadurch zustande kommt, dass der aktivierte Spin der Protonen der virtuell aber dauerhaft zur Verfügung stehenden Raumzeit zwischen Massen Energie entzieht. Weil die Gravitation von einer positiven Energiedichte in dem Energie-Impuls Tensor herrühren soll, wird sogar das Vorzeichen der Energiedichte (Druck) in der Kosmologie umgekehrt im Vergleich zur klassischen Physik verwendet, wo der positive Druck per Definition einen Körper wegschiebt, während ein negativer Druck (Zug) den Körper anzieht. 

Das würde aber bedeuten dass z.B. bei Galaxien Massen kontinuierlich Energie aus einem Raum von 8*10^22 m beziehen. Entfernt sich eine Galaxie aufgrund von dunkler Energie aus diesem Raum, so wird weitere dunkle Energie als Ausgleich gebildet. Wenn dieser Energiebedarf der Massen kontinuierlich aus der dunklen Energie gespeist wird und die dunkle Energie aufgrund dessen, dass die Expansion Arbeit verrichtet, stetig verringert wird, dann dürfte das Ende des Weltalls kein Big Freeze sondern ein Big Bounce sein.

Der Winkel der Raumzeitkrümmung durch die Erde, der mit der Gravity Probe B gemessen wurde und der mit dem theoretischen Winkel nach A. Einstein übereinstimmt, bestätigt die Annahme mit einer Abweichung von 10^-6, dass die Energie mvc/4 (aktivierter Spin) aus der Energie des leeren Raums (dunkle Energie) entnommen wird (berechnetes α=6,60614 Bogensekunden/Jahr). Die Planck Masse wird auch bei E = mcv/4 = mMG/R (mit dem maximalen Radius R) nicht überschritten, so dass die Domäne der Quantengravitation auch in diesem Extrembereich nicht zutrifft. 

Wissenschaftler sprechen in letzter Zeit häufiger von einer superfluiden Raumzeit, die aus kleinsten Quantenteilchen besteht. Auch wurde für die dunkle Materie dieser Zustand zumindest für die Halos der Galaxie vorausgesagt. Theoretische Erwägungen (siehe oben) weisen auch auf die Möglichkeit hin, dass in der Nähe von Massen die Dichte der dunkeln Materie/Hintergrundstrahlung geringer ist, was eine Anziehung von Massen bewirken soll. Wenn die Raumzeit superfluide ist - wie auch die dunkle Materie, die uns umgibt, wäre das Konstrukt der Raumzeit nicht notwendig, um die Gravitation zu erklären, da durch die geringere Energiedichte die Auswirkungen von Massen durchaus auch ohne Raumzeitkrümmung erklärbar sind. Wenn Quantenteilchen die Superfluidität der Raumzeit bedingen, ist dann der Raum selber noch gekrümmt, oder ist diese Geometrie Folge von Dichteschwankungen der Quantenflüssigkeit? Ein Hinweis auf die Existenz eines Quantemediums (oder Quantenflüssigkeit), die den Raum ausfüllt, ist die größere Hubble Konstante bei lokalen Messungen im Vergleich zu der Rotverschiebung ferner Supernovae; dies kann dadurch erklärt werden, dass die galaxieinherente dunkle Materie dichter ist als die Hintergrundstrahlung (10^-19 vs. 10^-28 kg/m3) und daher eine größere Bremswirkung auf Photonen hat. Forscher aus Glasgow konnten nämlich zeigen, das Photonen, die sich in komplexen räumlichen Strukturen im freien Raum bewegen, eine Bremswirkung von 10^-5 erfahren, die identisch mit der Hubble Spannung (72000-69000 m/s)/c=10^-5 ist. Auch lassen Messungen an hochenergetischen Photonen aus dem Krebsnebel mit eine Abschwächung um den Faktor 10^3 für Elektronen/Positronen diese Annahme zu (Liberati 2024).

Beweise

Zwölf transneptunische Objekte die jenseits von 240 AE (große Halbachse) entfernt von der Sonne diese umkreisen haben sehr ähnliche Bahnrichtungen, was kein Zufalls sein kann und warum man einen neunten Planeten in der Größe von 5 Erdmassen jenseits von Neptun vermutet, der die Bahn dieser Planeten beeinflusst. Doch die Suche nach diesem Planeten blieb bislang erfolglos. Die Protonen, die das Gravitationsfeld der Sonne bewirken und dessen radiales Feld bei c/8πf = 240 AE laut dieser Theorie endet, drehen sich auch noch relativ zum galaktischen Zentrum mit einer Geschwindigkeit von 220 km/s. In dieser Richtung hat das Feld aufgrund der sehr niedrigen Drehfrequenz mit c/8πf eine größere Reichweite, so dass diese Objekte trotzdem von der Sonne angezogen werden, jedoch in Bahnebenen, die hin zum galaktischen Mittelpunkt angeordnet sind. Dass die ähnlichen Bahnebenen von Objekten jenseits von 240 AE genau in diese Richtung zeigen, untermauert die radial begrenzte Gravitation, die nicht, wie die Newtonsche Theorie besagt, unendlich ist. 

Ein weiterer Hinweis für die Richtigkeit der begrenzten Gravitation ist eine Publikation von Nhat-Minh Nguyen, Dragan Huterer und Yuewei Wen, die berichten, dass sie Hinweise auf Unterdrückung des Strukturwachstums im kosmologischen Modell gefunden hätten, also dass Großstrukturen im Universum sich nicht gemäß der Relativitätstheorie verdichten würden. Diese Publikation erschien im Physik. Rev. Lett. 131, 111001, veröffentlicht wurde sie am 11. September 2023. Dadurch dass die Gravitation begrenzt ist, können sich bei einem Galaxie Abstand > 10^23 m keine dichteren Strukturen bilden, da es hierbei keine Gravitation zwischen den Galaxien gibt, die die Verdichtung fördern würde. 

Auch lässt sich aus dieser Theorie der beobachtete Anteil der sichtbaren (4,9%) und dunklen Materie (26,7%) exakt bestimmen, wenn als dunkle Materie massive Gravitonen angenommen werden, während die dunkle, freie Energie (68,5%) aus dem Quotient R/Dg (Dg = Durchmesser einer durchschnittlich großen Galaxie, R = Reichweite der Gravitation) und dem Anteil an dunkler Materie berechnet werden kann, wenn man davon ausgeht, dass beide Größen aus der aufgelösten Gravitationsenergie im expandierenden Universum entstanden ist. In einem Galaxiehaufen mit im Mittel n = 500 Galaxien ist der typische Abstand zwischen den Galaxien rg = 1 mpc. Wenn man davon ausgeht, dass heute aufgrund der begrenzten Gravitationsreichweite eine Galaxie in etwa mit nur 10 anderen Galaxien in unmittelbarer Nachbarschaft gravitativ gebunden ist, erhält man eine 20,4 mal kleinere Gravitation im Vergleich zu der Gravitation in dem früher kleineren Haufen im jungen Universum, bei dem alle Galaxien des Haufens noch in  gravitativen Bindung zu einander standen. Das bedeutet es gibt heute 20,4-1=19,4 mal mehr dunkle Energie und dunkle Materie als sichtbare Materie, was so auch beobachtet wird (68,4%+26,7%)/4,9% = 19,4). 

Ein weiterer Beweis ist der unterschiedliche Radius des Protons. Da die Heisenbergsche Unschärferelation ∆p∆r>=h/4π lediglich dann zum Tragen kommt, wenn der Spin eines Protons aktiviert ist und da Spin-Wechselwirkungen bei freien Protonen nicht auftreten, ist der Messwert des Protonenradius in Experimenten mit freien Protonen um 3,47% größer als bei myonischem Wasserstoff, bei dem Spin-Interaktionen zwischen dem Spin des Protons und dem Spin des Myons auftreten, wobei hier der Radius des Proton wegen der energetisch ungünstigeren Situation seine kleinst mögliche Größe (entspricht 4 Comptonwellenlängen) annimmt. Dieser minimale Radius kann berechnet werden und beträgt 0,8412356 fm. Der Radius bei Protonen ohne Spin-Wechselwirkungen ergibt sich aus seiner Masse und der typischen Kerndichte und beträgt rund 0,87 fm (um 1,0347 größer als der quantisierte Radius). Dies zeigt zum einen, dass die Unschärferelation nur dann zum Tragen kommt, wenn energetische Prozesse oder Wechselwirkungen eine Rolle spielen oder wenn die Parameter des Produkts gemessen werden. Zum anderen wird klar, dass ein Proton zwei Zustände mit unterschiedlichen Radii annimmt, den quantisierten und den nicht-quantisierten Zustand. Im nicht quantisierten Zustand übt ein Proton keine Gravitationskraft auf andere Massen aus. 

Christian Panda von der Universität California in Berkeley konnte die in neueren Untersuchungen postulierte Nukleonenrotation bei einem eingesperrten Cäsiumatom direkt messen, dadurch dass er die Rückstoßgeschwindigkeit vr des Atoms auf Absorption von 852 nm Photonen bestimmt hat (mvr2/2=h*2,040 kHz). Die gemessene Rückstoßgeschwindigkeit von 3,5 mm/s entspricht dabei ziemlich genau der anhand des Gravitationspotentials ermittelten, theoretischen Rotationsfrequenz von unquantisierten Neutronen. Caesium-Atome sind ausgesprochene Mimosen: Sie lassen sich durch Licht leicht von einem Zustand in den anderen versetzen. Durch teilweise oder vollständige Absorption der Energie des in dem Experiment verwendeten 852 nm Photons wird die Rotationsenergie des unpaarigen Neutrons in dem Atom auf die Rückstoßenergie des Cäsiumatoms Cs133 übertragen. Bei diesem Streuprozess folgt nämlich der vorübergehenden Absorption eines Photons die spontane Emission eines Photons mit einer der Rotationsenergie des unpaarigen Neutrons entsprechenden Energie (da dies ein stabileres Energieniveau für das Atom darstellt und das ultrakalte Neutron die Energie hf besitzt). Die Energiedifferenz der beiden beteiligten Photonen verbleibt im Atom, indem ein Elektron in einen angeregten Zustand angehoben wird. Die spontane Emission eines Photons, die in eine zufällige Richtung erfolgt, stößt das Atom in eine entsprechende zufällige, aber entgegengesetzte Richtung zurück, so dass hf=mvr2/2 ist. Die Rotationen der anderen 132 Nukleonen mit Spin 1/2 und -1/2 und Spin-Spin Wechselwirkungen heben sich gegenseitig auf. Diese Rotationsfrequenz von 2040 Hz kann auch durch die Gleichung mv2=4π2mr2f2=m2G/r für r = 0,85*1,0347 fm exakt berechnet werden, was darauf hindeutet, dass der Spin dieses Neutrons nicht aktiviert ist (wahrscheinlich weil es als unpaariges Nukleon keine Spin-Spin Wechselwirkung eingeht). Das bedeutet aber, dass bei Atomen mit ungerader Nukleonenzahl nur die paarigen Nukleonen zur Gravitationswirkung beitragen (gravitative Masse mg), da die dem Gravitationsmodell zugrundeliegende Heisenberg Ungleichung erst bei einem aktivierten Spin (Spin-Spin Wechselwirkungen) oder einer Messung zum Tragen kommt (mvr<h/4π), während die Masse m sämtliche Nukleonen berücksichtigt. Diese Diskrepanz fand sich auch in den vergangenen Messungen der Gravitationskonstante, die als Referenzmassen entweder Blei (Gemisch aus paarigen und unpaarigen Bleiatomen,  m/mg=1,001), verchromter Stahl (unpaariges Fe57 zu 2,2%, m/mg=1,000375) oder Wolfram (paariges Element m/mg=1) verwendet haben. Bei verchromtem Stahl beispielsweise bedeutet dies, dass G um den Faktor 1,000375 zu hoch gemessen wird (6,6748+/-0,0005*10^-11 m3/kgs2 gegenüber 6,6723+/-0,0004*10^-11 m3/kgs2 bei Wolfram), eine Diskrepanz, die mit den gemessenen G Werten der letzten 100 Jahre außerordentlich gut übereinstimmt (der Unterschied zwischen den Messungen mit einer Referenzmasse aus Wolfram gegenüber einer aus Stahl beträgt 6,25 σ). Ein sehr aufwendiges neues Experiment mit gekühlten Rubidiumatomen hat Wolfram verwendet (paariges Element) und ein G von 6,6719*10^-11 ermittelt, was mit der Gravitationskonstante der Nukleonen (6,6726*10^-11) übereinstimmt. Ein ebenfalls neues, sehr aufwendiges Experiment aus der Schweiz (T. Brack, J. Dual) hat als Detektormasse Titan verwendet und ein um 2,2% höheres Messergebnis erzielt (6,82*10^-11 kgm3/s2), was sehr gut mit dem Verhältnis Masse zu gravitativer Masse des Titans übereinstimmt (m/mg = 47/46 Nukleonen = 1,0217). Das G in den Messungen der Gravitationskonstante der letzten 100 Jahre kann als Gm=G*m/mg ausgedrückt werden (G ist die Naturkonstante, Gm ist der G Wert der Messung, p<0,0001). 

Schlussendlich fand sich, dass die großen Halbachsen der Ellipsen für zwei Drittel der Kometen statistisch gleichförmig verteilt sind, für ein Drittel jedoch innerhalb eines relativ schmalen Intervalls um 10000 Astronomische Einheiten liegen. Aber wodurch lässt sich die Häufung bei Halbachsen um 10000 Astronomische Einheiten erklären? Die Sonne bewegt sich mit der Geschwindigkeit v um das Zentrum der Milchstraße. Die Gravitationskraft, die auf den Komet wirkt und die durch die Protonen in der Sonne hervorgerufen wird, ist F=mv2/r (da sich der Komet sowohl vorwärts wie auch rückwärts relativ zu v in seiner stark elliptischen Bahn um die Sonne bewegt und dies sich bei einer entsprechender Ausrichtung der Halbachse aufhebt). Wenn man das Newtonsche Gravitationsgesetz F=mMG/a2 und einen Faktor für die elliptische Bahn bezogen auf eine Kreisbahn (der Umfang einer typischen, langgezogener Ellipse ist 4,2a bei einer kleinen Halbachse =1/5 a) anwendet und berücksichtigt, dass das magnetische Bahnmoment um eine Faktor gp (Lande Faktor des Protons) kleiner ist als das Gravitationsmoment, so erhält man einen Faktor von 3,733 (=4,2gp/2π), durch den man mv2/r dividieren muss. Aus mv2/r=3,733*mMG/a2 folgt, dass a=√3,733*rMG/v2 = 1,48*10^15 m ~ 10.000 AE beträgt (v ist 240 km/s, M 1,989*10^30 kg und r 27000 Lichtjahre; Referenz Wikipedia). Wenn sich die Gravitation auf den Kometen und die Geschwindigkeit aufgrund des begrenzten radialen Gravitationsfelds der Sonne (Grenze 240 AU) nach dem Zentrum der Milchstraße richtet, dann wird sich die Halbachse eines Kometen, dessen große Halbachse in etwa senkrecht zur Verbindungslinie zwischen dem Zentrum der Milchstraße und Komet zeigt (2/6 = 1/3 der 6 möglichen, sphärisch angeordneten Kugelsegmenten zeigen in diese Richtung) auf diesen Wert von ca. 10000 AU einstellen. Die Oortsche Wolke, angenommen von dem Astronomen Oort im Jahr 1950 aufgrund der konstanten Halbachsen und der Konstanz des Kometenzuflusses, die sich allerdings nicht bewahrheitet hat (sog. Fadingproblem), ist daher eher eine mathematische Folge der relativen Geschwindigkeit um das Zentrum der Milchstraße und eher nicht real. Die Konsequenz vor allem auch des Fadingproblems könnte letztendlich sein, die Existenz der Oortschen Wolke anzuzweifeln und völlig andere Kometenmodelle zu suchen.

Zur Überprüfung dieser Gravitationstheorie schlagen wir folgende Messungen vor: 

1. Re-Evaluation der Studie von Nhat-Minh Nguyen über das Strukturwachstum im Universum im Hinblick auf die Reichweite der Gravitation R=c/8πf (f = Drehfrequenz der Galaxien)
    
2. Wiederholung der Messungen durch T. Brack und J. Dual (ETH Zürich) unter Verwendung von Wolfram als Detektorstab anstelle von Titan und Vergleich der beiden Messungen
    
3. Re-Evaluation der Studien zur Messung der Gravitationskonstante der letzten 40 Jahre und Verwendung der "gravitativen Masse" anstelle der Masse des Referenzkörpers sowie Messung von G mit verschiedenen Referenzmassen (aus unterschiedliche Materialien) mit der selben Cavendish-Gravitationswaage. 
    
4. Messung von Gravitationskräften im Labor, die durch einen dünnen, langsam rotierenden Stift generiert werden, bei dem m(p)vr < h/4π ist (m(p) ist die Protonenmasse)
    

Zukunft des Universums

Nach dem Urknall sind die entstandenen Nukleonen radial auseinander geflogen, durch diese Bewegung und durch die große Hitze hat sich der Raum ausgedehnt und das Nukleonengas wurde auseinander gerissen. Danach haben sich aus Gasfetzen Galaxieinseln herauskristallisiert, die sich aufgrund von Gezeitenkräften nur noch um sich selbst drehten. Durch die frühe dunkle Energie im Universum dehnte sich der Raum weiter aus, dabei erzeugte diese Expansion weitere dunkle Energie. In 21 Milliarden Jahren wird die Gravitation zwischen den einzelnen Galaxien auch nicht mehr existieren, dafür auf einmal sehr viel mehr dunkle Energie entstehen, die dafür sorgen wird, dass das Universum dann anfangen wird, deutlich schneller zu expandieren. Bis zu einem Punkt, an dem die dunkle Energie durch den Energiebedarf der Massen und durch die aufgrund der Expansion geleisteten Arbeit aufgebraucht ist, danach wird das Universum beginnen rapide zu kollabieren. Aber da existieren wir nicht mehr (auf der Erde), weil die Sonne in 5 Milliarden Jahren die Erde verbrennen wird. Das Ende des Universums wird dann ein Big Bounce (Big Crunch) sein, sollte die Expansion Arbeit verrichten, was bislang noch unzureichend bekannt ist.
 

Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Gravitation 

Aufgrund dieser Theorie breitet sich die Gravitation (besser gesagt eine Gravitationsänderung) z.B. bei dem Planeten Jupiter mit 2,66*10^15 m/s aus (v=c*√2/3N*(MG/r)/16v(r)^2); so lange braucht die Raumzeit bis sie sich entsprechend gekrümmt hat. Dies ist im intergalaktischen Raum wieder anderes, wo die Raumdimensionen viel größer sind. Hier breitet sich die Gravitation mit 1,836*10^5 m/s aus, was nun kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist. Nun machte ein Artikel weltweit Furore, bei dem scheinbar Radiowellen, die durch Jupiter abgelenkt wurden, eine Raumzeitkrümmung mit der Geschwindigkeit c bewirken. Die Züricher Zeitung schreibt dazu: "Die Kritik richtet sich nicht gegen das Experiment, sondern gegen Kopeikins Berechnungen. In die Formel für die führende dynamische Korrektur gehe nicht die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Gravitation ein, sondern die des Lichts, behaupten Hideki Asada und Clifford Will, ein ausgewiesener Experte auf dem Gebiet der allgemeinen Relativitätstheorie. Insofern habe das Experiment bestätigt, was man schon lange gewusst habe, nämlich dass sich Licht mit Lichtgeschwindigkeit ausbreite. Die Auswirkungen einer endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Gravitation würden sich erst bei der Berechnung von noch kleineren Korrekturtermen zeigen. Quellen: www.arxiv.org/abs/astro-ph/0301145; /0206266"

Denn die Schwerkraft breitet sich, wovon sich jeder durch einfache Rechnungen überzeugen kann, mindestens 10 Millionen mal schneller als Licht aus, was bereits der Astronom Pierre Simon Laplace wusste, der dies 1825 in seinen Schriften vermerkte. Wie kann das sein? Ziehen sich zwei Himmelskörper an, so wirkt die Kraft entlang ihrer Verbindungslinie. Diese Richtung heißt "radial". Würde diese Schwerkraft sich nur mit Lichtgeschwindigkeit, also verzögert ausbreiten, käme eine weitere Kraftkomponente dazu, die senkrecht zur Verbindungslinie wirkt. Diese Richtung heißt "tangential". Eine solche Kraft aber würde das System aus zwei Körpern um den gemeinsamen Schwerpunkt drehen, wodurch die beiden Körper in kürzester Zeit ineinander stürzen würden. Wer's nicht glaubt, braucht nur die offiziellen Gestirnstandstabellen ("Ephemeriden") der NASA nehmen und bei der Berechnung der Planetenpositionen die verzögerte Wirkung einsetzen (sie beträgt beispielsweise beim Pluto bis zu vier Stunden). Es kämen völlig falsche Werte heraus! Der Astrophysiker Tom van Flandern, der sich jahrzehntelang mit dem Problem der scheinbar unendlich schnellen Ausbreitung der Gravitation beschäftigte, hat ihre Wirkung an Hand der Daten des binären Pulsars PSR 1913 + 16 und des Pulsar-Paars PSR 1534 + 12 untersucht. Er kam nach Analyse der Messfehler auf eine Mindestgeschwindigkeit der Schwerkraft von c*10^10, also zehn Milliarden mal schneller als Licht.

Betrachtet man die Erde und die Sonne und nimmt eine Ausbreitungsgeschwindigkeit der Gravitation an, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Dann würde auf die Erde eine Kraft in Richtung des Ortes wirken, an dem die Sonne vor acht Minuten war und auf die Sonne wirkte eine Kraft in Richtung des Ortes, an dem die Erde vor acht Minuten war. Diese Verzögerung hätte zur Folge, dass sich der Abstand zwischen Erde und Sonne ständig vergrößerte, das heißt die Orbits wären instabil. Ähnliches wäre bei Erde und Mond zu erwarten. Dies widerspricht jedoch der Beobachtung: Beim Mond z. B. ändert sich der Abstand jährlich nur um etwa 4 cm und dies kann durch die Gezeitenreibung zwischen Erde und Mond (Verlust von Rotationsenergie, Drehimpulsverlust) erklärt werden. Die Stabilität der Orbits lässt sich daher im newtonschen Modell nur erreichen, indem man eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit der Gravitation annimmt. Der Physiker Pierre-Simon Laplace gab im 19. Jhd. diese Geschwindigkeit mit 7·10^6 c an, wobei sich dieser Wert lediglich um den Faktor 1,266 bzw. 1,629 von dem hier angegebenen Wert für Jupiter bzw. Mondbahn unterscheidet.

Die Einstein-Feldgleichungen enthalten einen einzigen Parameter cg, der sowohl die Geschwindigkeit der Gravitationswellen als auch die „Geschwindigkeit der Schwerkraft“ beschreibt, die im Ausdruck für die Aberration und in den geschwindigkeitsabhängigen Termen der Wechselwirkung auftritt. Durch Auswertung der Gravitationswirkung einer beschleunigten Masse konnte gezeigt werden, dass Aberrationen in der Allgemeinen Relativitätstheorie durch geschwindigkeitsabhängige Wechselwirkungen fast genau aufgehoben werden, so dass sich die Gravitation mit einer Geschwindigkeit von c ausbreitet. Diese Aufhebung wird durch Erhaltungssätze und die Quadrupolnatur der Gravitationsstrahlung vorgegeben. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die genaue Ausbreitungsgeschwindigkeit der Gravitation zu klären. 
 

Sinnhaftigkeit einer quantenmechanischen Beschreibung der Gravitation 

Die Quantenmechanik ist nur eine spezielle Beschreibung der Physik subatomarer Teilchen. Der Unterschied zur klassischen Physik besteht lediglich darin, dass hier das Heisenbergsche Prinzip eher zur Geltung kommt, da es sich hier um sehr kleine quantitative Größen handelt, bei denen die Heisenbergsche Ungleichung nicht immer erfüllt ist. Auch ist einem Teilchen aufgrund des Verhältnisses seiner De Broglie Wellenlänge und seinem Radius vorbestimmt, ob es sich eher wie ein Teilchen oder eher wie eine Welle verhält (Teilchen-Welle Dualismus von kleinen Teilchen, z.B. Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen in Atomen). Ist das Verhältnis groß, so wie bei Elektronen und Quarks, wird sich das Teilchen wie eine Welle verhalten, bei nur kleinem Verhältnis wie bei Protonen weist das Teilchen keine Welleneigenschaften mehr auf. Daher lassen sich protonenbasierte Vorgänge wie die Gravitation nicht quantentheoretisch erfassen oder als Wellenfunktion ausdrücken.  Alle "mysteriösen" Beobachtungen in der Quantenphysik lassen sich auf die Heisenbergsche Ungleichung und diese Teilchen-Welle Dualität zurückführen. Dass elektromagnetische Energie in Quanten (Photonen) emmitiert wird, ist längst verstanden, allerdings gibt es auch Energieformen, die nicht gequantelt sind, wie zum Beispiel die dunkle Energie. Das Wasserstoffproblem zum Beispiel lässt sich mit Hilfe der Heisenbergschen Ungleichung und mit Hilfe von Wellengleichungen lösen. Die GUT Theorie, eine quantentheoretische Zusammenfassung der schwachen, elektromagnetischen Wechselwirkung und Kernkraft, hat sich als ungültig erwiesen, und auch die Planck Skala hat keine Gültigkeit, da die 4 Grundkräfte im Urknall zu keinem Zeitpunkt gleich waren, was sich aus den hier beschriebenen Ursachen für die Gravitation ergibt. Daher ist es nur sinnvoll, anstatt sich weiter um eine quantenmechanischen Beschreibung der Gravitonen zu bemühen, die vier Grundkräfte in einer anderen theoretischen Weise zu einer TOE Formel zu vereinen. Die Heisenbergsche Ungleichung hat mehrere Formulierungen und man muss diese immer spezifisch behandeln, z.B. kann man bei einer bestimmten Formulierung (∆L∆φ >=h/2 nach Pierre A. Milette) den Spin von Teilchen aus der Ungleichung berechnen. Daraus kann man erkennen, dass der Spinmesswert lediglich den Wert der Ungleichung dividiert durch ∆φ =2π anzeigt, während der echte Drehimpuls und die Drehgeschwindigkeit viel niedriger sind. Mit dieser Erkenntnis kann man zu Recht die Tatsache bezweifeln, dass z.B. Nukleonen sich nicht real drehen. Auch ist die Gravitationskraft aus der allgemeinen Relativitätstheorie nicht hinreichend verstanden, da man die Hintergründe, die zu dieser Kraft führen, bislang noch nicht kannte. So z.B. ist G nicht konstant und variiert geringfügig bei variablem Erdmagnetfeld, wie sich das durch Messungen in der GRACE Mission zeigen ließ, da die Gravitation laut dieser Theorie auf der Protonenrotation im All beruht und diese durch Magnetfelder beeinflusst werden kann. Winzige Änderungen in der Erdanziehungskraft entstehen dadurch, so die Deutung der Physiker, dass mit dem Strömungsfluss im Erdkern Massenverlagerungen einhergehen. Mit dem hier dargestellten Konzepts der Schwerkrafterzeugung dürfte sich viel mehr die Rotationsgeschwindigkeit der Protonen in dem Erdmantel und damit die Gravitationskonstante selbst (G=v2r/m) durch die Erdmagnetfeldänderungen verändern, da die Rotationsgeschwindigkeit von Teilchen in Magnetfeldern verstärkt wird (Larmorfrequenz). Dies zeigt sich auch z.B. an der Tatsache, dass das alte Urkilogramm in Paris aus unerfindlichen Gründen stetig an Gewicht verloren hatte, während das Erdmagnetfeld seit Jahrhunderten stetig abnimmt. Dabei kann man dieses Problem  auch durch die neu eingeführte Siliziumkugel nicht lösen. Wenn man bedenkt, dass sich das Erdmagnetfeld auf Eisen in dem Erdmantel überträgt und dieses 6% des Erdmantels ausmacht, wobei die Masse des Erdmantels ca. 42% der Erdmasse beträgt, dürfte G durch den Einfluss des Erdmagnetfelds in Abhängigkeit von dessen Wert um den Faktor 1+(Bm/Bp*2,5*10^-2)^2 ~ 1,0006 höher sein als das G der Protonen (Bm Magnetfelddichte Erdmagnetfeld, Bp Magnetfelddichte Protonen). Auch ist die Gravitation wahrscheinlich nicht unendlich sondern begrenzt, was die dunkle Materie und dunkle Energie erklären kann, nämlich dass ab einem bestimmten Abstand die Gravitation endet und sich dadurch bei einer weiteren Expansion freie Energie in den leeren Räumen und massebehaftete Gravitonen innerhalb der Galaxien als Ausgleich gebildet haben. Einen solchen Vorgang kennt man z.B. auch aus der Elektrizitätslehre, wenn hier elektrische Ladungen wegfallen (wenn Elektronen bei einer Glühbirne rausgeschlagen werden), werden Photonen emittiert, um dies auszugleichen. 

Durch all diese neuen Erkenntnisse lassen sich viele Rätsel der Physik, z.B. auch das Rätsel um den unterschiedlich großen Protonenradius lösen. Auch kann man aufgrund von neuen Erkenntnissen (neue Physik) eine Singularität im Urknall und die Erzeugung von Quarks durch eine Energiedichte sehr wahrscheinlich ausschließen, was die Theorie der Erzeugung von ursprünglich neutralen Quarks aus einer elektromagnetischen Strahlung heraus favorisiert. Aus der hier beschriebenen Ursache der Gravitation lässt sich eine TOE Formel ableiten, die konform mit der ART ist und auch auf der Entstehung und der Beschaffenheit der anderen drei Grundkräfte fußt:

E(i)=gevcB/8πf

wobei v bei der elektroschwachen Kraft und der Kernkraft c ist, während sie bei der Gravitation die Wurzel aus dem Gravitationspotential v=√mG/r ist [1]

Blau M.B. The Heisenberg principle as the source of gravity and space-time curvature. Science Advance 2024, https://doi.org/10.59208/sa-2024-05-13-7

Quelle: MBA