Ich fand beim Aufräumen eine Notiz zu einem BDW – Artikel von Rüdiger Vaas, November 2014, mit dem Titel: Die Atome der Raumzeit. 

Die Atome der Raumzeit (Freiheitsgrade), Prof. Padmanabhan

`Mühsam ernährt sich das Eichhörnchen´ kann man nur bewundernd schließen, wenn man sich die Ernte aus vielen Jahrzehnten des Bemühens die QM und die RT auf eine gemeinsam Grundlage zu stellen, ansieht. Nach eher diffusen Unbehagen, das in den 20-er Jahren des letzten Jahrhunderts herrschte, sind mit fast jeder neuen Beobachtung auch neue Widersprüche entstanden, zu deren Lösung schließlich die Hilfe Dunkler Materie und Dunkler Energie in Anspruch genommen wurde. Das klingt schon etwas faustisch, aber nachdem die Dunklen nun mehr als 95% der Gesamtenergie des Universums ausmachen sollen, leben wir offenbar heute in einem echt dunklen Zeitalter, das mit dem Urknall begann.

Professor Padmanabhan möchte das Problem an den tief liegenden Wurzeln packen. Ich wünsche ihm aufrichtig Erfolg.
Dies haben schon viele vor ihm versucht.
Mir fallen zum Beispiel bei den Freiheitsgraden (oder den Atomen der Raumzeit) die Ure des Carl Friedrich von Weizsäcker ein (Vom Aufbau der Physik, Kapitel 9, Carl Hanser Verlag 1985). Auch die alten Griechen haben sich wegen der Möglichkeit eines wirklich ´leeren´ Raumes die Köpfe zerbrochen.
Und im 17. Jahrhundert betonte Descartes die Einheit von Körper und Raum. ´Das Eine kann ohne das Andere nicht gedacht werden!´ In Materie sah er Wirbel kleinerer Partikel.

Lord Kelvin und Maxwell sahen im Äther das Substrat, aus dem heraus sich alles Beobachtbare erst bildet. Dann kam Michelson und dann die Spezielle Relativitätstheorie – damit war der Fisch erst einmal geputzt: Der Äther war vom Tisch. Für eine Zeit.

Der Ausblick

Nun also die Freiheitsgrade, die Atome der Raumzeit.

Die Atome der Raumzeit, so sehe ich es, ähneln dem Äther Maxwells in dem Sinne, dass die beobachtbare Materie ein Resultat einer für uns unsichtbaren Wechselwirkung der RaumZeitAtome untereinander ist.

Für uns ist es unmöglich die RaumZeitAtome ´zu sehen´, da sie eine Ebene tiefer agieren und wir, die wir ja aus deren Wechselwirkungs-Produkten bestehen, sie mit unseren ausnahmslos materiellen Geräten prinzipiell nicht ´sehen´ können.
Derartige Voraussetzungen sind natürlich bei Wissenschaftlern nicht gerade beliebt. Aber da sie zu einer besseren Theorie führen soll, stellen wir Ansprüche an sie:

Forderung 1:
Die RaumZeitAtome oder Ure oder Mikroskopische Freiheitsgrade, ... wie auch immer, müssen bei ihre Wechselwirkung untereinander zu dem führen, was wir ´sehen´ können: Fermionen und Bosonen.

Forderung 2
Diese Wechselwirkungsprodukte müssen sich so benehmen, wie wir es beobachten. Bis zu den Grenzen des beobachtbaren Universums.

Gewählte Prinzipien
Um Fermionen als Resultat von in einem ProtoRaum wechselwirkenden RaumZeitAtomen zu sehen, können wir uns z.B. eine in sich geschlossene Schwingungsfigur vorstellen. In der Mechanik nennt man das Soliton oder Resonanz.
Die Quantenmechanik (QM) kennt keine ´Partikelmaterie´, sie kennt dafür den harmonischen Oszillator, der aber dort wegen ´intern angesiedelter´ Rückstellkräfte schwingt. Unsere Schwingungsfigur ist demgegenüber aber das zeitliche Produkt einer Wechselwirkung zwischen der ´eingekapselten´ Energie des Fermions und der Energie des sie umgebenden Vakuums oder auch der sie umgebenden RauZeitAtome.

Nun ist der Begriff ´RaumZeitAtome´ leider wenig anschaulich. Da steckt sowohl Raum als auch Zeit drin. Die RaumZeitAtome möchte ich deshalb als eine mit anschaulichen Elementen gefüllte Raumzelle beschreiben. Diese Raumzelle wird von Impuls tragenden Objekten durchströmt, wobei diese Objekte je eine lineare Komponente Impuls und eine Rotations-Komponente Impuls in sich tragen und sie aus allen Richtungen die Raumzelle durchströmen. Zur Herkunft der Impulse kommen wir später. Ein derart gefüllter Raum lilegt  dem Modell zu Grunde:

Bild: Impuls tragender Objekte  →  energiegefülltes Vakuum

Eine in dieser Umgebung existierende Schwingungsfigur wird sich in diesem Raum nie schneller bewegen können als die Wechselwirkungsgeschwindigkeit der darin befindlichen Impulstragenden Objekte (ITO) ist.

Bild unten veranschaulicht eine darin existierende Schwingungsfigur. Sofern diese in einem isotropen und homogenen Strom von Impulstragenden Objekten (ITO)  ruht, sollte sie ´rund´sein. Die zeitliche Existenz der Wechselwirkungsfigur ist auf eine ausgeglichene Impulsbilanz angewiesen.

Um Bosonen als Wechselwirkungsprodukt mit RaumZeitAtomen zu sehen, müssten wir uns das Wellenpaket als eine offene Schwingungsfigur vorstellen, welche sich in diesem Raum wie ein Soliton fortpflanzt.

Welcher Raum?

Wenn wir den Alten Griechen, Descartes, Poincaire, ... und auch Padmanabhan folgen, dann bekommt der (Makro-)Raum seine Dimensionen, indem wir darin befindliche Atome und die daraus gebildeten Körper gedanklich aneinander reihen und/oder das Fortpflanzen von Bosonen darin auswerten (Maxwell).
Was Physiker um Padmanabhan von RaumZeitAtomen oder mikroskopischen Freiheitsgraden, beschreiben, versuchen wir hier mit dem  Modellraum  zu veranschaulichen.

Padmanabhan und seine Kollegen sagen, dass die ART zwar eine korrekte und effektive Beschreibung der Welt ist, aber die ART und der Begriff der Gravitation selbst emergent seien. Sie vermuten, dass unsere Wahrnehmung der Gravitation eher eine Vision ist, weil die eigentliche Ursache in der WW der RaumZeitAtome miteinander liegt. Die ART wäre durch die einerseits geniale, andererseits aber einschränkende Vereinfachung Gravitation= Geometrie nicht mehr in der Lage, auf die tiefer liegende Ebene des Raumes zugreifen zu können.

Die Raumzeitatome selbst und die Art und Weise der im Raum stattfindenden Wechselwirkung können wir prinzipiell nicht direkt beobachten. Erst Fermionen können wir vermessen und verfolgen.
Wenn es aber um die Entwicklung und das Benehmen der WW-Produkte im Mikrobereich geht, dann können wir doch Einiges über das Geschehen sagen. Das macht die QM. Die klassische Ursache-Wirkungs-Prognose funktioniert dann zwar nicht mehr, aber die Wahrscheinlichkeitsaussagen, die wir mit ihr treffen können sind meist perfekt.

Unser Raum-Modell bietet aus sich heraus keinen Ansatz für irgendwelche Dimensionen. Unser Makro-Raum bekommt erst durch uns, die Materie, seine vier Dimensionen. Wir tun das, indem wir die für uns wahrnehmbaren WW-Produkte der Raumzeitatome, die Materie, miteinander vergleichen. Räumlich und zeitlich.

Die Wechselwirkungen
in unserem Raummodell müssen zu den in unserer Realität beobachteten Erscheinungen führen. Zum Beispiel zur Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, zur Relativität, zur trägen Masse, zur Gravitation, zum Elektromagnetismus usw.

1. Der Energieerhaltungssatz soll gelten. Die Materieschwingungen sehen wir als ein geschlossenes Energiepaket an, dass in ständiger WW mit dem Raum steht. Um als Materie stabil zu sein, muss dieser WW-prozess ein Gleichgewichtsprozess sein. ( DeBroglie)
   
   

2. Die Materieschwingungen oder Materieresonanzen nehmen geometrisch ´Raum´ in Anspruch. Zum einen statisch (Fermionen-> Masse), zum anderen wandernd (EM-Impuls). Beide sind lokal veränderte Strukturen des Raumes.
   
   

3. Die uns stabil erscheinenden Resonanzen im Raum können bei bestimmten Bedingungen entstehen (besonderer Impuls, der die Resonanz erzeugt und dabei in ihr akkumuliert wird) und sie können bei bestimmten Bedingungen auch wieder zerfallen (Resonanz löst sich auf, der darin akkumulierte Impuls verliert sich im Raum).

Zur Existenzbedingung von Materie

Da Materie im Raum mit diesem Gleichgewichtsfiguren bildet, ergibt sich für Ihre Wahrnehmung im MakroRaum die Trägheit, die galileische Relativität, die Grenzgeschwindigkeit des Lichts, die Ruhemasse und relativistische Massenzunahme, die Quantisierung von Bosonen und Fermionen und die Unschärfe m.E. ganz zwanglos, wie auch der Umstand, dass die QM für den MakroRaum nur statistische Aussagen machen kann. Der WW-Querschnitt der Gravitation liegt dann irgendwo zwischen 10 ^-40 und 10 ^-120 , bezogen auf den (vermuteten) Energiegehalt des Quantenvakuums.

Bild aus Überall ist die Mitte zur Konstanz der C

Die o.g. Gleichgewichts-´Forderung´ ist damit nicht nur ein Charakteristikum der Resonanz, sondern es ist die Existenzbedingung von Materie schlechthin.
Die Energie des Teilchens ist dann die Summe aller mit der Umgebung über einen kompletten Schwingungszyklus (Planck-Zeit?) ausgetauschten Impulse. Als Existenzbedingung des Teilchens kann man das Integral aller Impulse über die Zykluszeit ansehen, das sich zu 0 ergibt (sofern das Teilchen nicht beschleunigt wird).
P(i) steht hier für die Impulse der Teilchenschwingung (innere) und P(a) für die äußeren Impulse, also die aus der Umgebung oder dem (lokalen) Welthintergrund. Das Integral P(i)dt steht für die Energie des Teilchens.

Und die Zykluszeit steht für die Mindest-´Zeitdauer´, die nötig ist, um mit dem Teilchen Chemie machen zu können. Diese Zeitdauer (subj. Maßstab 1) ist dann zwangsläufig auch abhängig von der Relativgeschwindigkeit zum MakroRaum, in dem eine gleichartige Schwingungsfigur bei anderem Bewegungszustand sowohl andere räumliche als auch andere Zeitmaßstäbe haben würde.

Zu den Quellen und Senken der RaumZeitAtome, der Dunklen Materie und Dunklen Energie

Das hier beschriebene Modell bietet zwar Anschaulichkeit, aber es muss natürlich auch darauf hinweisen, woher sie kommen und wohin sie gehen: diese Impuls tragenden Objekte (ITO), Wirks oder RaumZeitAtome.

Wo sind ihre Quellen und wo sind ihre Senken?
Was könne wir dazu sagen:

1. Schwere Materie (Fermionen) ist in der hier beschriebenen Darstellung keine Partikel sondern stabile Schwingungsfiguren im Raum. Die Wechselwirkungsprozesse zwischen Fermionen und Umgebung sind dynamisch und damit an bestimmte Umgebungsbedingungen geknüpft, um stabil zu sein.
   Die Bedingungen können variieren. Man kann davon ausgehen, dass sie bei bestimmten Umgebungsbedingungen aus Raumenergie entstehen können und bei anderen Umgebungsbedingungen auch wieder in diesen zerfallen können.
   
   

2. Sofern Materie bei bestimmten Bedingungen ´entsteht´, wird die in der Schwingungsfigur gebundene Energie der Raumenergie ´entzogen´. Das sollte messbar  sein.
   

3. Sofern diese schwere Materie bei anderen Bedingungen zum Zerfall neigt, dann muss der zuvor in dieser Schwingungsfigur akkumulierte Impuls als freier, ´diffuser´ Impuls in die Raumenergie eingehen. Das sollte auch messbar sein.
   

4. Wie würden wir Bewohner des Makroraumes ein solches Entstehen und Vergehen von Materie wahrnehmen?
   
   

   ´Frisch´ entstandene Materie können wir erst im Moment des Entstehens wahrnehmen. Diese Materie wäre für uns eine Erscheinung wie aus dem Nichts, wobei die Energie dafür aus dem Vakuum zu kommen scheint.
   Eine uns bekannte Version der Genese von frischer Materie findet im Cern statt. Die neue Materie entsteht im Ergebnis der besonderen Umgebungsbedingungen, für die extra der Cern gebaut wurde: extreme Energien. Bewiesen ist also längst, dass (für uns) extreme Umgebungsbedingungen dazu führen können, dass Materie ´entsteht´. Manche Physiker sprechen in diesem Fall auch von einem ´Zerfall´ des Vakuums in Materie, der bei Einwirkung starker elektromagnetischer Impulse entsteht. Beim Entstehen von Materie kondensiert die zuvor als elektromagnetischer Impuls wandernde Energie in die Materie hinein.
   
   Sollte existierende Materie, die wir gerade noch ´gesehen´ haben, aus irgendwelchen Gründen zerfallen, wobei hier kein radiaoaktiver Zerfall gemeint ist, dann verschwindet die Materie plötzlich für uns im Nichts und an der Zerfallsstelle fließt die vormals in der kondensierten Materie enthaltene Energie in das Vakuum hinein.
   Derartige Zerfallsprozesse sind vielleicht zu beobachten. Woran könnte man eine solche Energiezufuhr in das Vakuum hinein erkennen?
   Wir kennen zwar Regionen im All, in denen laufend schwere Materie zu verschwinden scheint, wie in´s Nichts: Schwarze Löcher. Aber die Frage ist, ob das ´Verschwinden´ in´s Nichts korrekt ist, oder nicht etwas ganz anderes  passiert.
   

Basierend auf 1. bis 4. betrachten wir die Dunklen Mächte.

1. Die dunkle Materie wurde ´erfunden´ weil man anhand der Masse der sichtbaren Materie die beobachtete Kinematik in verschiedenen Galaxien nicht erklären konnte. Das Manko an Attraktion wurde durch die These ersetzt, dass dort ´dunkle Masse´ existiert, die wir nicht sehen können. Tatsächlich hatten wir aber nur ein Übermaß an Attraktion festgestellt. Da wir nur einen Grund kennen für Gravitation: das Vorhandensein einer Masse, war die These ´da muss Masse sein´ nachvollziehbar.
   Abstrakt: Die Beobachtungsergebnisse sind eindeutig: In Galaxien herrscht eine viel größere Attraktion, als man anhand der erkennbaren Masse errechnen würde.
   

2. Die dunkle Energie wurde ´erfunden´ weil man andere Beobachtungsergebnisse, wie die Expansion des Universums und die Inflation, nicht anders erklären konnte.
   Die dunkle Energie ist eine Antigravitation. Sie wirkt auf Materie abstoßend, bewirkt also eine Repulsion von Materie ohne sichtbaren Grund. Man stellt sie sich heute als gleichmäßig im leeren Raum verteilt vor. Sie bläht diesen Raum unablässig auf, wobei sich ihre Fähigkeit repulsiv zu wirken dabei nicht ´verdünnt´, sondern im ständig neu entstehenden Raum immer in gleicher Intensität neu repulsiv wirkt.

   Abstrakt: Die Beobachtungsergebnisse sind eindeutig: Die voids (der leeren Raum zwischen Galaxien) wirken repulsiv auf die sie umgebende Materie. Sie blähen sich auf. Der Raum im Inneren der Blasen ist offenbar Quelle einer Repulsion, deren Ursache für uns unsichtbar ist.
   
   

Welche ´Physik´ könnte dieser Gravitation / Antigravitation zu Grunde liegen ?

a) Um die Dunkle Materie zu ersetzen muss auf kleinem Raum mit großer Krümmung (Gradient) ein Prozess begünstigt werden, der auf die Umgebung sehr attraktiv wirkt.

b) Um die Dunkle Energie zu ersetzen in riesigen Räumen und bei minimalem Gradienten (ebener Raum) ein Prozess begünstigt werden, der auf die Umgebung repulsiv wirkt.

Beide Vorgänge sollten wechselseitig über den Komplex der Umgebungsbedingungen miteinander verbunden sein, ansonsten wären wir wieder rasch beim Urknall oder dem Kältetod.

Nehmen wir also an, dass

a) in der betrachteten dichten Region neue Materie entsteht, indem sie aus dem Raum heraus ´kondensiert´ und diesem dabei Impulsenergie entzieht.

b) in der betrachteten leeren Blasenregionen Materie zerfällt und der in ihr zuvor akkumulierte Impuls in die Raumenergie eingeht.

Beispielhaft variieren wir Umgebungsbedingungen einer stehende Welle:

• Fall A: Das Teilchen oder das Wellenpaket befindet sich inmitten einer großen Galaxis. Der Gradient und das Grav.-Potential sind hoch > die Bedingungen für die Stabilität der Teilchenschwingung ist gut.
  Die Wahrscheinlichkeit der Entstehung neuer Resonanzpaare aus dem Quantenvakuum ist groß. Teilchen, die in einem derartigen Zentrum entstehen und dieses verlassen, müssen zwangsläufig enorme kinetische Energie mit auf den Weg bekommen, ansonsten würden sie in das Attraktionszentrum zurückfallen. Sind das vielleicht die Jets?
  
  In dem Maße, wie Vakuumenergie in Materie hinein kondensiert und diese Energie dadurch dem lokalen Potential entzogen wird, steigt die Attraktivität des Areals in dem der Kondensationsprozess stattfindet. Das Areal wirkt enorm attraktiv auf seine Umgebung. Der ständige Kondensationsprozess hält das Potential, damit den Gradienten und damit die Prozessparameter in Gang.
  
  

• Fall B: der Gradient und das Potential sind gering
  Die Bedingungen für die Stabilität der Wellenpakete sind schlecht. In dieser Weltgegend unterwegs befindliche Wellenpakete fließen auseinander (Unschärfe vergrößert sich ) und sie neigen zum Zerfall. Die Pakete kommen ins Chaos und lösen sich im Quantenvakuum auf. Ihre Energie geht in das Quantenvakuum ein und erhöht dessen Potential - dies wirkt auf die Umgebung direkt repulsiv.

Zusammengefasst wäre dies die These von einem kosmischen Gleichgewichtsprozess, eines Kreislaufes von Materiegenese aus dem Vakuum heraus und von Materiezerfall in das Vakuum hinein.