Selbstorganisation der Materie

Woher kommen die vielfältigen Materieformen im Kosmos? Welche Gesetzmäßigkeiten treiben ihre Entwicklung? Die naturwissenschaftlich-technische Revolution der letzten Jahrzehnte ermöglichte die Entdeckung einer Fülle neuer Materieformen und Einblicke in ihre Entwicklungsgesetzmäßigkeiten. Trotzdem beantwortet eine idealistische Richtung in der modernen Physik diese Fragen mit der modernen Schöpfungsgeschichte eines "Urknalls" und einem Ende des Kosmos im "Wärmetod". In kritischer Auseinandersetzung mit solchen Deutungen fasst das vorliegende Buch die vielfältigen Entdeckungen in der dialektisch-materialistischen Theorie der selbstorganisierten Entwicklung der Materie zusammen. Es behandelt dabei Selbstorganisationsprozesse von den Quantenfeldern und subatomaren Bausteinen über Materieformen unserer Alltagswelt bis hin zu Galaxien und gigantischen Strukturen der Galaxiensuperhaufen. Dabei wird herausgeschält: Naturgesetze stehen nicht als "Weltformel" über der Materie, sondern sind Ausdruck ihrer Struktur und Dynamik. Die moderne Physik muss sich frei machen von den ideologischen Einflüssen des Idealismus und Positivismus, um aus der entstandenen Krise herauszukommen.

Jahrgang 1967, ist Universitätsprofessor für Physik in Göttingen und arbeitet in den Bereichen Festkörper-, Material- und Quantenphysik. Er hat besonders die Entwicklung neuer Materiezustände durch kollektive Selbstorganisation in stark wechselwirkenden Vielteilchensystemen wie Supraleitern untersucht. Aktuell forscht er an neuen Ansätzen für die erneuerbare Energieumwandlung in stark wechselwirkenden Materialien. Ehrenamtlich ist er in der Arbeiter-, Umwelt- und Jugendbildung aktiv sowie in verschiedenen Wissenschaftseinrichtungen.

1. Zwei widerstrebende Richtungen in der modernen Naturwissenschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2. Selbstorganisation in Vielteilchensystemen . . . . . . . . . . . . . . 27 2.1 Die Daseinsweise von Atomen in Phasen . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.2 Strukturbildung nahe am Gleichgewicht: Domänen, topologische Defekte und Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.3 Selbstorganisation in Umwandlungs- und Transportvorgängen . . . . . . 46 2.4 Struktur der Atome und ihre Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.5 Phasen und ihr "Zoo der Anregungen" . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3. Quantengase und -flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.1 Suprafluidität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.2 Fermigase und -flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.3 Supraleitung von Elektronen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3.4 Supraflüssigkeiten mit Spin - Helium-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4. Materiewellen und Quanten als Ausdruck der Wirkung tieferer Strukturebenen der Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 4.1 Das gefüllte "Vakuum": Nullpunktfelder . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 4.2 Die dialektische Einheit von Materiewelle und Teilchen . . . . . . . . . . 110 4.3 Quantenverschränkung: Gemeinsame Materiewellen . . . . . . . . . . 122 4.4 Die Stabilität der Elektronenhülle von Atomen . . . . . . . . . . . . . . 126 4.5 Dirac-See, Quantenfelder und Unendlichkeiten . . . . . . . . . . . . . . 133 4.6 Materiewellen als Organisationszustände des Nullpunktfelds . . . . . . 145 5. Der Einfluss tieferer Strukturebenen der Materie auf Bewegung und Gravitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 5.1 Bewegungen bei großen Geschwindigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . 153 5.2 Die spezielle Relativitätstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 5.3 Beschleunigte Bewegung, Trägheit und Gravitation . . . . . . . . . . . 167 5.4 Die allgemeine Relativitätstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 5.5 Über den Ursprung von Trägheit und Gravitation im Quantenäther . . . 181 6. Selbstorganisation im Mikrokosmos: Der Zoo der "Elementarteilchen" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 6.1 Die Entdeckung des "Zoos der Elementarteilchen" . . . . . . . . . . . . 191 6.2 Das Standardmodell und seine Grenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 6.3 Strukturbildung durch Teilabschirmung von Ladungen . . . . . . . . . . 203 6.4 Der elektroschwache Phasenübergang im Quantenäther . . . . . . . . . 208 6.5 Die Suche nach der Einheit der Naturkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . 213 6.6 Selbstorganisation von "Elementarteilchen" im Quantenäther . . . . . . 220 7. Dialektik der Entwicklungsprozesse im Mikro- und Makrokosmos 230 7.1 Entwicklungsprozesse der Sterne und der chemischen Elemente . . . . . 232 7.2 Entwicklungsprozesse der Galaxien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 7.3 Aktive Galaxienkerne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 7.4 Die Fermiogenese in aktiven Galaxienkernen . . . . . . . . . . . . . . . 264 7.5 Die Strukturebene der Galaxiensuperhaufen . . . . . . . . . . . . . . . 274 7.6 Rotverschiebung und Mikrowellenhintergrund . . . . . . . . . . . . . . 280 7.7 Selbstorganisation gegen Feintuning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 8. Selbstorganisierte Entwicklung der Materiesysteme im Kosmos . . 291 9. Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 10. Mathematischer Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 10.1 Allgemeine Eigenschaften topologischer Strukturen . . . . . . . . . . . 331 10.2 Topologische Strukturen in Quantenflüssigkeiten . . . . . . . . . . . . 332 10.3 Ursachen der Materiewellen und der trägen Masse bei gleichförmiger und beschleunigter Bewegung . . . . . . . 335 10.4 Abschirmlängen und Massen der Austauschquanten . . . . . . . . . . 337 10.5 Theorie der teilabgeschirmten Gravitation . . . . . . . . . . . . . . . . 340 10.6 Hubble-Gesetz und Deutung mittels der Theorie der teilabgeschirmten Gravitation . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 10.7 Modell des Elektrons als topologische Struktur . . . . . . . . . . . . . 344 Bildquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384