Über die Ursachen der Instabilität der Masse des Urkilogramms (21.06.2009)

Das Kilogramm (kg) ist eine von sieben Basiseinheiten des SI-Systems. Es ist definiert als die Einheit der Masse, die der Masse des Internationalen Kilogrammprototyps gleicht.

Die bestehende Definition des Kilogramms hat sich im Nachhinein als sehr problematisch erwiesen.

Bei den letzten internationalen Vergleichen (1946, 1989) zeigte sich, dass die meistenUrkilogramm-Kopien, die in den nationalen Meteorologie-Instituten als Normale zur Darstellung der Masseneinheit eingesetzt werden, im Mittel gegenüber dem Urkilogramm um 0,5 μg/Jahr an Masse zunehmen. Die Wissenschaft steht vor einem Rätsel, wie diese Änderung zu deuten ist. Bis jetzt wurde keine Erklärung gefunden; nicht einmal ansatzweise wurde hier ein realistischer Mechanismus, der zu solchen Kapriolen führt, vorgeschlagen.

Bis jetzt ist es den Wissenschaftlern gelungen, das Problem herunterzuspielen, indem sie behaupteten, die Abmagerungskur des Kilogramms liege am Ungeschick der Putzperlen, und lobten zugleich Besserung, indem schnellstens eine Ersatzdefinition des Urkilogramms zu stemmen ist.

Dieses Versprechen hat sich aber als unrealistisch erwiesen. 
Die ins Auge gefassten Methoden zur Definition der Masse haben sich nach und nach als zu ungenau disqualifiziert, so dass am Ende nur das Avogadro-Projekt und die Watt-Waage im Rennen übrig geblieben sind.

Meine Überlegungen zur Ursache der Entstehung der Masse lassen darauf schließen, dass die o.g. Methoden nicht das nötige Potenzial zu Neudefinition des Kilogramms haben werden. Solange veraltete Denkmuster die Erkennung der Ursachen des Problems verhindern, werden die Wissenschaftler von einer Panne zur anderen taumeln, ohne nennenswerte Fortschritte erzielen zu können. Diese Hilflosigkeit der Wissenschaft sollte niemandem wundern, wenn man einmal die Möglichkeit in Betracht zieht, dass die ganze moderne Physik auf falschen Annahmen basiert und die geltenden Theorien ohne Ausnahme uns ein falschen Bild des Universums und der in ihm geltenden physikalischen Prozessen vermitteln. Denn die Beweise für ihre Richtigkeit bleiben sie uns bisher schuldig – es sei denn, man glaubt z. B. an die Existenz von Dunkler Materie und Dunkler Energie – so wie man im Mittelalter an Hexerei und Schwarze Magie geglaubt hat. 

In „normalen“ Fällen,  beim Auftreten anderer scheinbar unerklärlicher physikalischer Phänomene wie Fly-by-Anomalie oder Pioneer-Anomalie, schaltet sich bei dem Physiker ein antrainierter Verdrängungsmechanismus ein, um das Problems zu verleugnen oder zu ignorieren. Bei der Definition der Masse ist es jedoch sehr schwierig bis unmöglich, die öffentliche Meinung zu täuschen und zu manipulieren, denn immerhin betrifft dieses Problem auch die täglichen Lebensbereiche der Normalbürger, von der Wirtschaft ganz zu schweigen.

Wie aber sollte die Lösung aussehen. Wo liegen die Ursachen und wo ist der entscheidende Denkfehler entstanden? Auf diese Fragen möchte ich hier kurz eingehen.

Die Basis meiner Überlegungen bildet meine Theorie der Gravitativen Wirkung und ihr zugrunde liegenden Konzept der Existenz der Gravitativen Entkoppelung (GE) und des Gravitativen Hintergrunds (GH).

Aus diesen Konzepten lässt sich ableiten, dass der Raum aus sehr kleinen einzelnen oszillierenden Bereichen besteht. Diese kleinste Einheit des Raumes, die ich weiter als Vakuole bezeichnen möchte, unterliegt ständigen Änderungen ihres Volumens. Sie expandiert und zieht sich zusammen in den drei Dimensionen.              

Die physikalischen Parameter, mit denen sich die Vakuole beschreiben lässt, sind der Wert der Beschleunigung, mit der die Volumensänderung der Vakuole auf die Materie wirkt, und die Geschwindigkeit, mit der die Materie dann ihren Ort ändern kann. Folgerichtig ist die Zeit die einzige physikalische Konstante, über die die anderen Konstanten und physikalischen Größen zu definieren sind. Für die masselosen Photonen haben diese Parameter entsprechend die Werte der Beschleunigung der Gravitativen Hintergrunds und der Lichtgeschwindigkeit zur Folge.

Ich schlage vor, die Masse als ein Ergebnis der Beschleunigung der Materie durch den GH zu betrachten. Die Masse ist also keine immanente Eigenschaft der Materie, sondern entsteht erst durch Wirkung von außen. Ich habe schon in dem Absatz zu Photonenbewegung darauf hingewiesen, dass bei den Interferenzvorgängen die Parameter, mit denen man die Oszillation von einer Vakuole beschreiben kann (mit Ausnahme der Zeit) also Delta a (die Gravitationskonstante) oder Licht-geschwindigkeit nicht konstant sind. Das bedeutet, dass auch die Masse nicht konstant sein kann. Die Masse passt sich der Werten des Gravitativen Hintergrunds an und variiert entsprechen der Position des Objektes innerhalb des Sonnensystems, dann des Sonnensystems innerhalb der Milchstraße und der Milchstrasse innerhalb des Galaxienhaufen und so weiter.

Es ist für mich daher kein Wunder, dass wir keinen genauen Wert der „Gravitationskonstante“ ermitteln können und entsprechend das rätselhafte Magersucht des Kilogramms bestaunen müssen.

Wenn sich die Beschleunigung des GH ändert (nehmen wir an, die Gravitationskonstante wird kleiner) dann ändert sich auch die Oszillationscharakteristik der Vakuole (die Vakuole expandiert nicht so stark und lässt weniger Raum entstehen. Proportional dazu verringert sich auch die Lichtgeschwindigkeit, weil die Strecke kürzer ist, die die Photonen innerhalb eines Expansionsvorgangs zurücklegen können.)

Um die weitere Beweisführung zu erleichtern, muss ich noch die Definition der Materie einführen:

Materie ist ein Zusammenschluss des Elementarteilchen (des Photons) und einem

Elementarteil des Raumes, der Vakuole.

Verändert sich der GH, dann verändert sich entsprechend auch das Raumvolumen, das von den Elementarteilchen eingeschlossen ist. Das betrifft die gesamte Materie - egal in welchen Zustand sie sich gerade befindet. So gesehen, ist ein Ruhezustand in unserem Universum nicht vorhanden. Alles unterliegt den Oszillationsvorgängen des GH. Die Stärke der Oszillationen der Materie ist aber sehr unterschiedlich und abhängig vom Aggregatzustand der Materie.

Die Moleküle des Gases werden viel stärker auf solche Änderungen reagieren als solche z.B. in flüssigem Zustand. Man kann es als ein Gesetz formulieren:

Die Oszillationen der Materie sind direkt proportional zu der Anzahl der gebunden

Elementarteilchen und umgekehrt proportional zu der Stärke der Bindung.

Verändert sich der Bindungszustand der Moleküle (sie gehen von flüssigem Zustand in einen festen), dann wird ein Teil der Energie der Oszillationsbewegung abgegeben (Massenverlust). Diese abgegebene Energie ist für jede Substanz charakteristisch und hängt direkt mit dem aktuellen Wert des Gravitativen Hintergrunds zusammen.

Anders gesagt: die physikalischen Parameter der Bindung der Moleküle bei der

Phasenübergängen werden von dem Zustand des Gravitativen Hintergrunds im

Moment des Übergangs bestimmt. Aufgrund von Interferenzvorgängen ist dieser Zustand nicht durch konstante Werte des GH und LG zu beschreiben, sondern ist, wie oben erwähnt, zahlreichen periodischen Änderungen unterworfen.

Am Beispiel des Urkilogramms möchte ich jetzt die Konsequenzen dieser Vorgänge erläutern. Ich bin dabei gezwungen, mich auf Vermutungen zum Ablauf des Herstellungsprozesses des Prototyps und der Normkörper zu stützen, weil ich keine Angaben darüber gefunden habe. (Anscheinend ist dieses Thema für die Wissenschaft so unwichtig, dass sie praktisch kaum erläutert, geschweige denn genauen Analysen unterzogen werden).

Meine Annahme - der Prototyp und die Normkörper wurden zwar aus der gleichen Legierung hergestellt, der Gießvorgang selbst jedoch erfolgte nacheinander vielleicht mit Zeitabständen von Stunden oder sogar Tagen. Ich nehme an, dass die Normkörper erst dann endgültig hergestellt wurden, nachdem der Prototyp schon fertig war. Es ist also möglich, dass die Rohkörper noch mal erhitzt wurden, um die Verarbeitung zu erleichtern.

Egal wie der Vorgang tatsächlich abgelaufen ist - für die angestrebte Einheit der Körper  ist jede Abweichung von dem Gleichzeitigkeitsprinzip katastrophal. Es führte dazu, dass die Bindungsenergie beim Festwerden der Rohkörper oder nach deren Erhitzung von einem zu dem anderen Körper verschieden war und eine Änderung des Abstandes zwischen einzelnen Atomen in dem Kristallnetz bewirkte. Die so entstandenen Körper waren dann nicht gleich in Bezug auf die Oszillationssensibilität der in dem Körper gebundenen Atome!

Jede Änderung des Gravitativen Hintergrunds musste sich dann unterschiedlich auf die Oszillationsfähigkeit der beteiligten Atome des jeweiligen Normkörpers auswirken. Je schwächer die Bindung war, desto stärker konnten die Atome bei der Zunahme des Wertes des GH oszillieren (beschleunigt werden), was eine höhere Masse der Normkörper bedeutete.

Die Rückschlüsse, die aus der Interpretation der Massenunterschiede der Normkörper zu ziehen sind.

1. Der Prototyp wurde in einem Zeitabschnitt gegossen, der jahresbedingt durch den

höheren Wert des GH gekennzeichnet war (ich möchte behaupten, dass der

Gießvorgang in Wintermonaten erfolgte). Bei Festwerden des Metalls wurden dann

Atome fester aneinander gebunden, als in den später angefertigten Kopien.

2. Aus dem Verlauf der Messungen von dem Prototyp und Normalen muss man

annehmen, dass ab dem Moment der Herstellung des Prototyps die Gravitations- konstante einen stetigen Zuwachs erlitten hat. Die Normkörper wurden dadurch schwerer. Der Zuwachs der Masse war dann aber individuell von der Bindungs-energie bei dem Phasenübergang von flüssigem zum festen Metall abhängig.

3. Um die Einheitlichkeit der Normkörper zu gewährleisten, muss der Gießvorgang aller Körper und der Phasenübergang gleichzeitig erfolgen. Das garantiert zwar nicht, dass die Masse sich nicht ändert, es sichert aber, dass die Änderung sich bei allen Körpern auf gleiche Weise auswirkt.

4. Es besteht keine Möglichkeit, die Masse über einen Probekörper zu definieren. Jeder Probekörper wird seine Masse den Änderungen des GH anpassen müssen.

5. Die Probekörper aus Silizium, die man durch Herstellung von Monokristall gewonnen Hat, weisen Unregelmäßigkeiten der Verteilung der Atome in dem kristallinen Netz auf, die den Wachstumsringen der Bäume ähneln. Dadurch werden die Ergebnisse der Atomzählung sehr unterschiedlich ausfallen - abhängig davon, welchen Bereich man gerade ausgewählt hat. Übrigens eignet sich dieser Monokristall hervorragend, um meine Theorie zu verifizieren. Würde man die Änderung des Abstandes der Atome während des Herstellungsprozesses messen können, würde das auf die Variabilität des GH deuten.

6. Die Watt-Waage ist als eine Methode zu Ermittlung der Definition des Kilogramms noch ungenauer, weil sie von den ständigen Änderungen der Gravitationskonstante abhängig ist.

Konsequenzen für die Neuinterpretation geologischer und geophysikalischer Prozesse.

Das Thema ist so umfangreich, dass ich hier nicht mal die wichtigsten Konsequenzen

erwähnen kann. Ich versuche trotzdem dem Leser einen Eindruck zu vermitteln, wie gravierend die Änderung für unser Verständnis der Physik wie auch der geophysikalischen Prozesse im inneren der Erden sind.

Ist der GH als entscheidender Faktor bei den Kristallisationsprozessen der Mineralien zu verstehen, dann müssen wir Abschied nehmen von unserem vertrauten Bild der Erde. Die Erde ist dann nicht mehr ein mehr oder weniger stabiler Körper, sondern sie kann und sie muss sich den Änderungen des GH anpassen. Aus dem Verlauf der Änderungen des Urkilogramms sehen wir, dass der GH aktuell eine langfristige Periode des langsamen Wachstums durchläuft. Wenn wir annehmen, dass solche Perioden nicht lokalen Einflüssen entspringen, sondern mit hoher Wahrscheinlichkeit auf die sich verändernde Lage der Sonne in der Milchstraße zurückzuführen sind, dann bedeutet dies, dass es langfristig bei sich ständig erneuernder Erdkruste zu einer Veränderung des Volumens des neu gebildeten

Gesteins kommt. Die Erde kann unter solchen Umständen sowohl ihr Volumen, wie

auch, und das ist genauso wichtig, langfristig auch das Volumen der Ozeane verändern.

Auch muss man konsequenterweise annehmen, dass die Erdbeschleunigung keine

Konstante ist, sondern ständig Änderungen durchläuft. Es bedeutet, dass geologisch

gesehen auch die physikalische Rahmenbedingungen für geophysikalische, geologische und geomorphologischen Prozesse sehr unterschiedlich waren und mit heutigen Zuständen nicht zu vergleichen sind. Diese Annahme kann uns ein Schlüssel liefern zum Verstehen bestimmter Ereignisse in der Geschichte der Erde, die bist jetzt nicht verstanden wurden wie z.B. ausgeprägte Perioden von Vulkanismus, Eiszeiten, Wärmeperioden, Gebirgsformung, usw.

Auch bei der Aufklärung der Prozesse in der Hydrosphäre und der Atmosphäre deutet sich dadurch eine völlig andere Sichtweise der möglichen Mechanismen an. Unter Umständen kann eine Änderung des GH viel größeren Einfluss auf die Temperatur der Erde in geologischen Maßstäben haben als andere bekannten Faktoren, CO2-Variabilität eingeschlossen.