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<blockquote data-quote="H2SO4" data-source="post: 91612" data-attributes="member: 2506"><p>Ein Spiegel von HEGRA Gemessen wurde dies mit HEGRA (High Energy Gamma Ray Astronomy), einem System von 6 großen Spiegeln auf La Palma, Kanarische Inseln. Die empfangenen Gammaphotonen hatten Energien von bis zu 22 [TeV] (Tera- Elektronvolt, das ist die billionenfache (1012!) Energie eines normalen Photons des sichtbaren Lichts, es ist die energiereichste jemals gemessene Strahlung.</p><p></p><p>Nun stehen wir allerdings vor einem Problem: diese Photonen dürften die Erde gar nicht erreichen!</p><p></p><p>Ein Super- Laser</p><p></p><p>Photonen mit der gigantischen Energie von 20 [TeV] kommen im Weltall nicht weit: Sie kollidieren mit den Photonen des kosmischen Infrarot- Hintergrundes und bilden ein Elektron und ein Positron. Der IR- Hintergrund stammt von den Sternen und heißem interstellarem Staub. Markarian 501 und 401 sind aber 300 Millionen Lichtjahre von uns entfernt! Die Photonen müssten eigentlich unterwegs vernichtet werden.</p><p></p><p>Man stellt sich heute vor, dass ³- Photonen sich unter bestimmten Bedingungen zu einem Bose- Einstein- Kondensat vereinen können, einer dicht gepackten Zusammenballung von Photonen niedriger Energie, die alle dieselbe Position haben. Genau dieses sollte mit Licht (auch bei ³- Photonen sprechen wir von Licht) geschehen, das von einem Super- Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, Lichtverstärkung durch angeregte Strahlung) emittiert wird. Einem Laser, der weit effizienter ist als er jemals auf der Erde herzustellen wäre. Es gibt solche Laser! In manchen aktiven Galaxien regen Röntgenstrahlen Wasserdampfwolken dazu an, ein Mikrowellen- Laserlicht zu emittieren. Das Universum ist mit Milliarden solcher Laser übersät. So ist es durchaus vorstellbar, dass Gruppen angeregter Atome in den Jets von Blasaren sich gegenseitig zur Lichtemission stimulieren.</p><p></p><p>Bose- Einstein- KondensatAuch auf der Erde können wir von einigen Elementen Bose- Einstein- Kondensate erzeugen. Bei einer Temperatur von 2 Milliardstel [K] über den absoluten Nullpunkt kondensieren hier 2000 Rubidiumatome zu einem Superatom von 20 [µm] Durchmesser. Sie verhalten sich völlig gleichartig, jedes Atom hat identische Eigenschaften und alle befinden sich auf niedrigstem Energieniveau. Es ist sozusagen ein "Superatom" entstanden. Zu sehen ist die Dichteverteilung, gemessen mit einem Laser. Rot ist die niedrigste Dichte, dann folgen gelb, grün, blau und weiß. Etwas Ähnliches könnte auch mit den Photonen eines Blasars geschehen, wie oben beschrieben.</p><p></p><p>Markarian 421, ein weiterer Blasar. Könnte auch diese punktförmige Gammaquelle ein gigantischer kosmischer Laser sein, bei dem Photonen ein Bose- Einstein- Kondensat bilden? Wir wissen es (noch) nicht.</p><p></p><p>Ein Blasar wäre somit imstande, ein Bose- Einstein- Kondensat von vielleicht 20 identischen ³- Photonen, jeweils mit einer Energie von 1 [TeV], auszusenden. Weil jedes einzelne Photon dieses Kondensats relativ wenig Energie besitzt, kann es ungehindert den IR- Hintergrund passieren. Angekommen in der Erdatmosphäre sehen wir dann ein Signal von 20 [TeV].</p><p></p><p>Quantengravitation</p><p></p><p>Die vorgenannte Erklärung eines natürlichen Superlasers klingt nun schon recht exotisch. Doch es bietet sich eine noch viel phantastischere Möglichkeit an, wenn sie zutrifft, könnte eine völlig neue Physik die Hochernergiewelt beschreiben.</p><p></p><p>Schon lange ist man auf der Suche nach einer Vereinigung der Quantenphysik und der Relativitätstheorie, der so genannten Quantengravitation. Die Relativitätstheorie beschreibt die großräumigen Strukturen des Kosmos, eine gleichmäßige, glatte Raumzeit, die nur durch Materie gekrümmt wird. Die Quantenmechanik führt uns dagegen in eine Welt der winzigsten Skalen, Ausdehnungen unterhalb der Planck- Länge (10-35 [m]). Sind beide Theorien irgendwann vereinigt (die String- Theorie könnte einmal dazu führen), sehen wir einen wallenden Schaum aus fluktuierender Quantengravitation, eingebettet in das Auf und Ab der Raumzeit!</p><p></p><p>Hier werden seltsame Dinge geschehen: Sehr energiereiche Photonen könnten um einen kleinen Betrag abgebremst werden, also nicht mehr exakt mit Lichtgeschwindigkeit fliegen! Energiereiche ³- Photonen weisen eine sehr kleine Wellenlänge auf und können deshalb die Stöße der fluktuierenden Raumzeit spüren.</p><p></p><p>Eine kleine Kugel spürt die UnebenheitenMan kann sich das an einem - etwas an den Haaren herbeigezogenen - Beispiel verdeutlichen. Rollt man eine Kugel über einen normalen Tisch, der ja stets mikrofeine Poren und Rillen hat, so wird sie die gleiche Geschwindigkeit haben wie auf einem hochglanzpolierten Tisch ohne diese Oberflächenstruktur. Machen wir die Kugel jetzt aber mikroskopisch klein, so wird ihr Lauf von den Rillen und Poren sehr stark beeinflusst, sie muss diesen Unebenheiten folgen und wird dadurch abgebremst. Auf ähnliche Weise bekommen die extrem kurzen Wellenlängen der ultraharten Gammastrahlung die Rauhigkeit der Quantengravitation zu spüren.</p><p>Nicht nur die Abbremsung der hochenergetischen Photonen wäre eine Folge der quantengravitativen Wirkung, sondern auch, dass sie nicht mit den Photonen des IR- Hintergrundes kollidieren. Man hat berechnet, dass die im Bereich von 10-35 [m] (Planck- Länge) wirksame Quantengravitation es den 20 [TeV]- Photonen tatsächlich ermöglichen würde, problemlos den IR- Hintergrund zu überwinden und damit zur Erde gelangen.</p><p></p><p>Die quantengravitative Wirkung könnte auch die Erklärung für ein anderes kosmisches Rätsel sein. Manchmal werden sehr energiereiche Protonen von mehr als 1020 [eV] in unserer Atmosphäre entdeckt, die nur von entfernten aktiven Galaxien stammen können. Aber auch sie dürften erst gar nicht hier ankommen! Protonen dieser Energie sollten eigentlich von der kosmischen Mikrowellen- Hintergrundstrahlung ausgelöscht werden.</p><p></p><p>Trotz der sehr unterschiedlichen Energieskalen ließen sich beide Phänomene - hochenergetische Photonen und ³- Quanten von Markarian 501 - mit der Rauhigkeit der Raumzeit erklären.</p><p></p><p>Wir haben heute noch keine Theorie der Quantengravitation, doch könnte uns die Natur schon bald einen weiteren Nachweis ihrer Existenz liefern. Wenn es nämlich in einigen Jahren gelingt, mit hinreichend genauen Detektoren die Gamma- Bursts exakt zu analysieren. Stimmt die Theorie, dann sollten die 20 [TeV]- Photonen eines solchen Bursts etwas später bei uns eintreffen als die übrigen, weil sie die vielleicht wirklich existierende Rauhigkeit der Raumzeit spüren und sich etwas langsamer als das Licht ausbreiten.</p><p></p><p>Man darf dabei aber nicht außer Betracht lassen, dass der weit entfernte IR- Hintergrund vielleicht viel schwächer ist als bisher gedacht. Dann hätten auch hochenergetische ³- Photonen kein Problem das All zu durchqueren.</p><p></p><p>Zurzeit werden verschiedene, hochempfindliche Gamma- Teleskope gebaut. HESS (High Energy Stereoscopic System) entsteht in Namibia unter deutscher, englischer und italienischer Leitung, ein System aus 16 Spiegeln, das 30- mal entferntere Blasare als Markarian 501 detektieren kann. Die ersten 4 Spiegel nahmen bereits 2001 ihren Betrieb auf, zusammen mit MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cerenkov Telescope), einem deutschen 17- Meter- Spiegel auf La Palma. Die Amerikaner haben VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System), ein 7- Spiegel- System in Arizona.</p><p></p><p>Sollte mit diesen neuen Geräten festgestellt werden, dass auch viel weiter entfernte Blasare als Markarian 501 uns ständig mit 20 [TeV]- Photonen bombardieren, so werden es die Vertreter der klassischen Physik sehr schwer haben eine Erklärung zu finden. In jedem Fall geht dort draußen, weitab von uns, etwas sehr dramatisches vor in den fremdartigsten Galaxien des Universums. Wir wissen noch nicht sehr viel über Blasare, aber sie werden uns sicher noch viele Jahre beschäftigen.</p><p></p><p>Ein Teil dieses Beitrags beruht auf einem Bericht des New Scientist</p><p></p><p>Anmerkung:</p><p>Neue Untersuchungen mit dem HESS konnten die bisherige Vermutung, dass die hochenergetischen Gammaphotonen die "Rauhigkeit" der Raumzeit auf der Quantenebene spüren, nicht bestätigen. Die Forschungen werden daher fortgesetzt.</p></blockquote><p></p>
[QUOTE="H2SO4, post: 91612, member: 2506"] Ein Spiegel von HEGRA Gemessen wurde dies mit HEGRA (High Energy Gamma Ray Astronomy), einem System von 6 großen Spiegeln auf La Palma, Kanarische Inseln. Die empfangenen Gammaphotonen hatten Energien von bis zu 22 [TeV] (Tera- Elektronvolt, das ist die billionenfache (1012!) Energie eines normalen Photons des sichtbaren Lichts, es ist die energiereichste jemals gemessene Strahlung. Nun stehen wir allerdings vor einem Problem: diese Photonen dürften die Erde gar nicht erreichen! Ein Super- Laser Photonen mit der gigantischen Energie von 20 [TeV] kommen im Weltall nicht weit: Sie kollidieren mit den Photonen des kosmischen Infrarot- Hintergrundes und bilden ein Elektron und ein Positron. Der IR- Hintergrund stammt von den Sternen und heißem interstellarem Staub. Markarian 501 und 401 sind aber 300 Millionen Lichtjahre von uns entfernt! Die Photonen müssten eigentlich unterwegs vernichtet werden. Man stellt sich heute vor, dass ³- Photonen sich unter bestimmten Bedingungen zu einem Bose- Einstein- Kondensat vereinen können, einer dicht gepackten Zusammenballung von Photonen niedriger Energie, die alle dieselbe Position haben. Genau dieses sollte mit Licht (auch bei ³- Photonen sprechen wir von Licht) geschehen, das von einem Super- Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, Lichtverstärkung durch angeregte Strahlung) emittiert wird. Einem Laser, der weit effizienter ist als er jemals auf der Erde herzustellen wäre. Es gibt solche Laser! In manchen aktiven Galaxien regen Röntgenstrahlen Wasserdampfwolken dazu an, ein Mikrowellen- Laserlicht zu emittieren. Das Universum ist mit Milliarden solcher Laser übersät. So ist es durchaus vorstellbar, dass Gruppen angeregter Atome in den Jets von Blasaren sich gegenseitig zur Lichtemission stimulieren. Bose- Einstein- KondensatAuch auf der Erde können wir von einigen Elementen Bose- Einstein- Kondensate erzeugen. Bei einer Temperatur von 2 Milliardstel [K] über den absoluten Nullpunkt kondensieren hier 2000 Rubidiumatome zu einem Superatom von 20 [µm] Durchmesser. Sie verhalten sich völlig gleichartig, jedes Atom hat identische Eigenschaften und alle befinden sich auf niedrigstem Energieniveau. Es ist sozusagen ein "Superatom" entstanden. Zu sehen ist die Dichteverteilung, gemessen mit einem Laser. Rot ist die niedrigste Dichte, dann folgen gelb, grün, blau und weiß. Etwas Ähnliches könnte auch mit den Photonen eines Blasars geschehen, wie oben beschrieben. Markarian 421, ein weiterer Blasar. Könnte auch diese punktförmige Gammaquelle ein gigantischer kosmischer Laser sein, bei dem Photonen ein Bose- Einstein- Kondensat bilden? Wir wissen es (noch) nicht. Ein Blasar wäre somit imstande, ein Bose- Einstein- Kondensat von vielleicht 20 identischen ³- Photonen, jeweils mit einer Energie von 1 [TeV], auszusenden. Weil jedes einzelne Photon dieses Kondensats relativ wenig Energie besitzt, kann es ungehindert den IR- Hintergrund passieren. Angekommen in der Erdatmosphäre sehen wir dann ein Signal von 20 [TeV]. Quantengravitation Die vorgenannte Erklärung eines natürlichen Superlasers klingt nun schon recht exotisch. Doch es bietet sich eine noch viel phantastischere Möglichkeit an, wenn sie zutrifft, könnte eine völlig neue Physik die Hochernergiewelt beschreiben. Schon lange ist man auf der Suche nach einer Vereinigung der Quantenphysik und der Relativitätstheorie, der so genannten Quantengravitation. Die Relativitätstheorie beschreibt die großräumigen Strukturen des Kosmos, eine gleichmäßige, glatte Raumzeit, die nur durch Materie gekrümmt wird. Die Quantenmechanik führt uns dagegen in eine Welt der winzigsten Skalen, Ausdehnungen unterhalb der Planck- Länge (10-35 [m]). Sind beide Theorien irgendwann vereinigt (die String- Theorie könnte einmal dazu führen), sehen wir einen wallenden Schaum aus fluktuierender Quantengravitation, eingebettet in das Auf und Ab der Raumzeit! Hier werden seltsame Dinge geschehen: Sehr energiereiche Photonen könnten um einen kleinen Betrag abgebremst werden, also nicht mehr exakt mit Lichtgeschwindigkeit fliegen! Energiereiche ³- Photonen weisen eine sehr kleine Wellenlänge auf und können deshalb die Stöße der fluktuierenden Raumzeit spüren. Eine kleine Kugel spürt die UnebenheitenMan kann sich das an einem - etwas an den Haaren herbeigezogenen - Beispiel verdeutlichen. Rollt man eine Kugel über einen normalen Tisch, der ja stets mikrofeine Poren und Rillen hat, so wird sie die gleiche Geschwindigkeit haben wie auf einem hochglanzpolierten Tisch ohne diese Oberflächenstruktur. Machen wir die Kugel jetzt aber mikroskopisch klein, so wird ihr Lauf von den Rillen und Poren sehr stark beeinflusst, sie muss diesen Unebenheiten folgen und wird dadurch abgebremst. Auf ähnliche Weise bekommen die extrem kurzen Wellenlängen der ultraharten Gammastrahlung die Rauhigkeit der Quantengravitation zu spüren. Nicht nur die Abbremsung der hochenergetischen Photonen wäre eine Folge der quantengravitativen Wirkung, sondern auch, dass sie nicht mit den Photonen des IR- Hintergrundes kollidieren. Man hat berechnet, dass die im Bereich von 10-35 [m] (Planck- Länge) wirksame Quantengravitation es den 20 [TeV]- Photonen tatsächlich ermöglichen würde, problemlos den IR- Hintergrund zu überwinden und damit zur Erde gelangen. Die quantengravitative Wirkung könnte auch die Erklärung für ein anderes kosmisches Rätsel sein. Manchmal werden sehr energiereiche Protonen von mehr als 1020 [eV] in unserer Atmosphäre entdeckt, die nur von entfernten aktiven Galaxien stammen können. Aber auch sie dürften erst gar nicht hier ankommen! Protonen dieser Energie sollten eigentlich von der kosmischen Mikrowellen- Hintergrundstrahlung ausgelöscht werden. Trotz der sehr unterschiedlichen Energieskalen ließen sich beide Phänomene - hochenergetische Photonen und ³- Quanten von Markarian 501 - mit der Rauhigkeit der Raumzeit erklären. Wir haben heute noch keine Theorie der Quantengravitation, doch könnte uns die Natur schon bald einen weiteren Nachweis ihrer Existenz liefern. Wenn es nämlich in einigen Jahren gelingt, mit hinreichend genauen Detektoren die Gamma- Bursts exakt zu analysieren. Stimmt die Theorie, dann sollten die 20 [TeV]- Photonen eines solchen Bursts etwas später bei uns eintreffen als die übrigen, weil sie die vielleicht wirklich existierende Rauhigkeit der Raumzeit spüren und sich etwas langsamer als das Licht ausbreiten. Man darf dabei aber nicht außer Betracht lassen, dass der weit entfernte IR- Hintergrund vielleicht viel schwächer ist als bisher gedacht. Dann hätten auch hochenergetische ³- Photonen kein Problem das All zu durchqueren. Zurzeit werden verschiedene, hochempfindliche Gamma- Teleskope gebaut. HESS (High Energy Stereoscopic System) entsteht in Namibia unter deutscher, englischer und italienischer Leitung, ein System aus 16 Spiegeln, das 30- mal entferntere Blasare als Markarian 501 detektieren kann. Die ersten 4 Spiegel nahmen bereits 2001 ihren Betrieb auf, zusammen mit MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cerenkov Telescope), einem deutschen 17- Meter- Spiegel auf La Palma. Die Amerikaner haben VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System), ein 7- Spiegel- System in Arizona. Sollte mit diesen neuen Geräten festgestellt werden, dass auch viel weiter entfernte Blasare als Markarian 501 uns ständig mit 20 [TeV]- Photonen bombardieren, so werden es die Vertreter der klassischen Physik sehr schwer haben eine Erklärung zu finden. In jedem Fall geht dort draußen, weitab von uns, etwas sehr dramatisches vor in den fremdartigsten Galaxien des Universums. Wir wissen noch nicht sehr viel über Blasare, aber sie werden uns sicher noch viele Jahre beschäftigen. Ein Teil dieses Beitrags beruht auf einem Bericht des New Scientist Anmerkung: Neue Untersuchungen mit dem HESS konnten die bisherige Vermutung, dass die hochenergetischen Gammaphotonen die "Rauhigkeit" der Raumzeit auf der Quantenebene spüren, nicht bestätigen. Die Forschungen werden daher fortgesetzt. [/QUOTE]
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