Die Strukturen des Kosmos sind entscheidend durch "Bindungsenergie" bestimmt. Ohne die Zusammen-Bindung von Teilen (dh "Partikel") zu größeren Körpern gäbe es keinerlei Strukturen, keine Gestaltung, keine Individualität. Ohne Bindungsenergie gäbe es keine Formen, keine Leben, keine Inhomogenität. Alles wäre tote Homogenität (dh "Gleichförmigkeit"). Ein Beispiel:
Zwei Sauerstoff-Atome O und O verbinden sich miteinander zu einem Sauerstoff-Molekül O2 (wie in der Luft): Sie kommen einander nahe und "reagieren" miteinander derart, daß Energie abgeht; etwa als Photon, als Licht-Energiequant. Mit dem Abgang des Photon bleibt gleichsam ein Energie-Loch zurück, in welchem nun die beiden Atome zum Molekül zusammen-gebunden sind. Mit diesem Energie-Loch (als fehlender Energie) hat das Molekül verminderte Energie gegenüber den beiden Atomen. Das Molekül ist um diese abgegangene Energie leichter als die beiden Atomen. Insgesamt ist jedoch die Energie erhalten geblieben, weil die im Molekül gegenüber den Atomen verminderte Energie im abgegangenen Photon enthalten ist: die Energie der beiden Atome ist gleich der Energie des Moleküls plus der Energie des Photons.
Die beiden Atome sind im Molekül deshalb zusammengebunden, weil das Molekül nicht mehr ohne weiteres in die beiden Atome auseinanderfallen kann. Nur wenn von außen dem Molekül - etwa durch ein in das Molekül einfallendes Photon - mindestens soviel Energie zugeführt wird, daß das Loch gefüllt wird, kann das Molekül wieder in die zwei Atome zerschlagen werden. Die Bindungsenergie - dh diejenige Energie, welche die Zusammenbindung bewirkt und erhält - ist somit das Energie-Loch: Bindungsenergie ist wesenhaft negativ.
Auch für Bindungsenergien gilt die generelle Energie/Masse-Äquivalenz m = E/c2 . Die negative Bindungsenergie hat entsprechend auch negative Masse, die "Bindungs-Masse". Diese Negativität erweist sich dadurch, daß eben die mit Bindungsenergie zusammengebundenen Körper leichter sind; dh um die Bindungsmasse weniger träg und weniger schwer. Die extern (dh gegenüber der Umgebung) existierende "Materieenergie" ist somit intern (dh im Inneren des zur neuen Einheit verbundenen Körpers) die Summe der internen Partikel-Energien, vermindert um den Betrag der Bindungsenergie. Zur Unterscheidung sei generell die und nur die extern zum Kosmos auftretende Energie des einheitlichen Körpers als "Materieenergie" bzw deren Masse als "Materiemasse" bezeichnet. Hingegen sei die interne Energie eines Partikels als "Eigen-Energie" bzw die zugehörige Masse als "Eigen-Masse" bezeichnet. Die Materieenergie eines Körpers besteht somit aus den Eigenenergien der Partikel aus denen der Körper zusammengebunden ist, und aus der Bindungsenergie, welche diese Partikel zur höheren Einheit des Körpers zusammenbindet.
Speziell die Bindungsenergie, welche durch Gravitation (Schwerkraft) gegeben ist, sei als Gravitations-Potentialenergie, kurz als "Potential-Energie" und die zugehörige Masse als "Potential-Masse" bezeichnet. Die internen Partikelenergien seien ebenfalls als "Eigen-Energien" bezeichnet.
Ein Beispiel; ein Mann hat extern ein Kapital von 1000 Mark (als Materieenergie), das intern zur Bank aus einem Guthaben als Spareinlage von 10000 Mark (als Eigenenergie) und aus einem Schuldbetrag als Kreditaufnahme von 9000 Mark (als Bindungsenergie bzw Potentialenergie) besteht. Dieser Schuldbetrag bindet den Mann an die Bank.
Bindungsenergien halten ua Atome und Atomkerne zusammen; zB: Ein freies Proton zieht schwach wechselwirkend (elektrisch) ein freies Elektron an und vereinigt sich zu einem H-Atom (Leichtwasserstoff-Atom), wobei eine Energie von 13 eV abgeht. Ein freies Proton zieht stark wechselwirkend (nuklear) ein freies Neutron an und verenigt sich zu einem D-Kern (Schwerwasserstoff-Atomkern), wobei eine Energie von 2,3 MeV abgeht. Mit der jeweiligen Zusammenfügung verbleibt ein Energie-Defizit, also eine negative Energie von -13 eV bzw -2,3 MeV und entsprechend negative Masse. Um diese ist das H-Atom leichter als das jeweils freie Proton + Elektron bzw ist der D-Kern leichter als das jeweils freie Proton + Neutron (Massendefekt). Konkret ist das H-Atom um rund 10-8 leichter als das freie Proton plus das freie Elektron bzw ist der D-Kern 10-3 leichter als das freie Proton plus das freie Neutron.
Bindungsenergien treten auf bei Annäherung von Partikeln aneinander unter anziehenden Kräften. Weil diese Kräfte und Annäherungsstrecken sehr unterschiedlich sind, sind auch die Bindungsenergien sehr verschieden. Bei Molekül-Reaktionen sind die getätigten Bindungsenergien nur rund ein zehnmilliardstel (10 -10) der Eigenenergien der beteiligten Moleküle. Diese molekular-elektrischen Bindungsenergien begründen die Strukturierung und Reaktionen der Moleküle in unserer irdischen Umwelt; etwa den Aufbau unseres Körpers und seinen Stoffwechsel, etwa die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in Kraftwerken und Kraftwagen, etwa die Detonation von TNT und anderen Sprengstoffen. Gegenüber diesen molekularen Reaktionen sind die kernatomaren Reaktionen durchschnittlich dreißigmillion-mal energischer; ein Verhältnis wie eine Sekunde zu einem Jahr.
Beim Atomkern-Reaktionen sind die getätigten Bindungsenergien einige Promille der Eigenenergien. Diese nuklearen Bindungsenergien begründen die Bildung der Atomkerne aller Elemente und deren Reaktionen; etwa in den Brennprozessen der Sonne und der Sterne, etwa in Atomkraftwerken und Kernwaffen (des A- oder H- Typus). Die Atomkerne haben gegenüber den freien Nukleonen (Protonen und Neutronen), aus denen sie bestehen, Massen-Defekte von durchschnittlich einigen Promillen. Eisen hat - als stabilster Atomkern - den größten Massendefekt von ca 8‰; die meisten Atomkerne fast ebensoviel. Nur die allerleichtesten und die allerschwersten Kerne haben beträchtlich weniger Defekt, sodaß mit ihrer Fusion (Verschmelzung, etwa in der H-Bombe) bzw ihrer Fission (Spaltung, etwa in der A-Bombe) nukleare Energie freisetzbar ist.
Die Massen aller kerntechnisch wichtigen Atomkerne sind derzeit auf zehnmillionstel genau gemessen, sodaß jeder Schüler für beinahe jede Kern-Reaktion über den Massendefekt der reagierenden Kerne die getätigte (abgehende bzw zuzuführende) Energie bestimmen kann. Konkret heißt das: die negative Masse der Bindungsenergien ist alltägliche Praxis aller Kerntechniker.
Noch sehr viel größer sind die subelementaren Bindungsenergien, welche das Nukleon - etwa Neutron - begründen. Diese Bindungsenergie, welche die chaotisch-flukturierenden Subpartikel zum Neutron (Proton, usw) zusammen-bindet, ist sehr viel größer als die gesamte Energie des ganzen Nukleons. Darüber sind alle Fachwissenschaftler einig, bei noch Unsicherheiten über konkrete Werte. Offenbar ist die Eigenmasse der jeweils aktuellen Subpartikel viele Zehnerpotenzen größer als die Masse des von ihnen gebildeten Neutrons, wobei diese riesenhafte Eigenenergie mit einer negativ fast ebenso großen Bindungsenergie eben zur Masse des Neutrons defektiert.
Die Vereinigung von Teilen zur nächstgrößeren Einheit setzt Energie frei und hinterläßt eine um diese Energie verminderte Masse. Die abgegebene Energie im Verhältnis zur verbliebenen Energie - bzw abgegebene Masse im Verhältnis zur hinterlassenen Masse - reicht von milliardstel bei Atomen, die sich zum Molekül verbinden, bis milliarden bei Subpartikeln, die sich zum Nukleon verbinden. Mit der abgebebener Energie, bei Verbleib einer faustschweren Masse, könnte könnte man in der Vereinigung von Atomen zu Molekülen ein Zimmer erwärmen; von Nukleonen zu Atomkernen eine Großstadt heizen; von Subpartikeln zu Nukleonen einen neuen Mond aus dem Erdball sprengen.
Das mit der Energie-Abgabe (Massendefekt) verbliebene Energie-Loch bindet die Teile naturgemäß umso energischer aneinander, je mehr Energie bei ihrer Vereinigung abgegangen ist. Umso härter ist die neue Einheit (Korund ist härter als Marmor), umso mehr Energie ist aufzuwenden um den Verband wieder zu zertrümmern.
Um Moleküle zu zerschlagen sind Temperaturen von einigen tausend Grad (kK) ausreichend; um Atomkerne zu zerschlagen einige milliard Grad (GK). Wenn überhaupt, wurden Nukleonen - in dynamischen Entstehen und Vergehen zu Subpartikeln - nur vor der ersten Mikrosekunde des All zerschlagen. Nichteinmal Ultrastrahl-Protonen mit 1020 eV zertrümmern beim Aufschlag auf Materie. Um Subpartikel auch nur vereinzelt zu erzeugen, ist ein Aufwand nötig, der einen Staatsbankrott riskiert. Wegen der immensen Wichtigkeit wurden - von allen Großmächten mitfinanziert - Experimente (CERN) durchgeführt, welche einige W- und Z-Bosonen äußerst kurzzeitig erzeugten, womit die SU-5 Theorie bestätigt wurde.
Bei aller Materie - den Neutronen, Protonen und Elektronen, den Atomen und Molekülen, bei Planeten und Sternen, sogar bei schweren Massenballungen wie Neutronensternen und Galaxenkernen - erscheint jedoch die negative Bindungsenergie (bzw Bindungsmasse) extern immer nur indirekt: als Verminderung, als Defekt von positiven Eigenenergien (bzw Eigenmassen), wobei aber immer eine positive Energie (bzw Masse) verbleibt. Die Bindungsenergien werden nie negativ-größer als die Eigenenergien der gebundenen Partikel. Es verbleibt immer nur Materie mit positiver Materieenergie (bzw Materiemasse).
Die extern erscheinende Energie ist intern aufgespalten in eine größere Eigenenergie (größer als die mit de Einheit extern erscheinende Energie) und eine negative Bindungsenergie; ebenso mit deren Massen. Jedoch ist nicht zwangsläufig die Eigenenergie der gebundenen Partikeln gleich deren Energie im ungebundenen Zustand: es könnte die Eigenenergie zB adfektiert und durch eine entsprechend negativ-größere Bindungsenergie ausgeglichen sein. In diesem wichtigen Fall ist die innen wirksame Bindungsenergie negativ-größer als die bei der Bindungs-Reaktion abgegangene Energie; mit auch entsprechend höheren und aktiveren inneren Energie-Verhältnissen.
Extern erscheint zwar immer die gleiche Gesamtenergie (bzw Gesamtmasse) wenn schlicht die Eigenenergie um die bei der Bindung abgegangene Energie defektiert; oder wenn intern die Eigenenergie der Partikel wie ungebunden (nicht defektiert) ist, aber extern um die negative Bindungsenergie (negativ-gleich der abgegangenen Energie) vermindert ist; oder wenn gar intern die Eigenenergie adfektiert und extern durch eine negativ-vergrößerte Bindungsenergie (negativ-größer als die abgegangene Energie) vermindert ist. Relational erscheint kein Unterschied. Der nur relativistische Aspekt, der nur nach dem Sosein inbezug auf extern fragt, ignoriert diese ganze Problematik einer inneren Komponenten-Aufspaltung: relativistisch ist mit der abgegangenen Energie ein Defekt verblieben – und fertig.
Damit ist der relativistische Aspekt aber nur begrenzt anwendbar. Er ist insbesondere dann nicht mehr anwendbar, wenn es um Reaktionales oder Existentielles geht, wenn es etwa konkret um Reaktions-Dynamik geht. Für die Reaktionsphysik, für die Quantenphysik, die nach den Wechselwirkungen fragt, ist es ein entscheidender Unterschied, ob intern noch Bindungsenergien aktiv sind – und wie groß diese sind, dh wie stark sie eben wirken. Zwei gleich reiche Männer – der eine mit 1000 Mark schuldenfrei, der andere mit 100000 Mark Guthaben und 99000 Mark Schulden – sind in sehr verschiedener Wechselwirkung mit der Bank und den Geschäftspartnern.
Auch die Schwerkraft (Gravitation) bindet Massen aneinander. Bei einer Massen-Ansammlung, Massenballung erscheint extern nur die Defekt-Energie (als deren Materieenergie), mit welcher die Masse nach Abfuhr der gravitativ freigesetzten Energie erscheint, was von der Relativitätsphysik allein betrachtet wird. Intern wirkt und existiert aber das Gegenüber von positiven Eigenenergien der Partikel zur negativen Potentialenergie; dh zur gravitativen Bindungsenergie, aufgrund welcher die Teilmassen überhaupt als Ballung existieren. Intern wirken und existieren positive Eigenmassen und eine negative Potentialmasse.
Wie die elektrostatische Kraft (Ladungskraft, Coulombkraft) nimmt die Schwerkraft quadratisch mit der Entfernung ab. So ziehen sich zB ein Proton (e+, mp) und ein Elektron (e-, me) gegenseitig mit ihren entgegengesetzt-gleichen Elementarladungen (e+, e-) in elektrisch ähnlicher Weise an wie mit ihren beiden Massen (mp, me) gravitativ; allerdings elektrisch 2,27·1039 mal so stark als gravitativ. Wie die Ladungskraft durch die "elektrostatische Grundkonstante" Ge beherrscht wird, so die Gravitationskraft durch den Gravitationsfaktor G.
Die extern zum Kosmos gegebenen Materieenergien resultieren aus einer Hierarchie von immer größeren Einheiten, wobei jeweils "extern" der niedereren Einheit zum "intern" der höheren Einheit wird: Die Subpartikel sind subelementar zur Einheit der Nukleonen verbunden. Die Nukleonen sind nuklear zur Einheit der Atomkerne verbunden. Die Atomkerne sind atom-elektrisch mit den Elektronen zu Atomen verbunden. Die Atome sind molekular-elektrisch zu Molekülen verbunden. Die Moleküle sind valenz-elektrisch zu Makrokörpern verbunden. Die Makrokörper sind gravitativ zu Weltkörpern verbunden. Die Gravitation bindet überhaupt Massen jeder Art.
Mit immer höheren Einheiten werden die Bindugsenergien relativ immer schwächer, aber extern zum Kosmos treten immer größere Einheiten von Materie auf. Auf jeder Ebene erscheinen immer wieder negative Bindungsenergien, welche die Eigenenergien zwar reduzieren, aber nie zu einer insgesamt negativen Energie. Materie ist immer positiv in Energie und Masse. Dies gilt auch für die gravitativ gebundenen Körper; wie Planeten, Sterne, Galaxien.
Grob: die elektrischen Kräfte sind 1040 mal, die nuklearen Kräfte sind 1050 mal, die subelementaren Kräfte sind 1060 mal stärker als die gravitativen Kräfte von Elementarpartikeln aufeinander. Weil aber die Gravitation riesige Weltkörper zu Einheiten bindet, überwiegt die Gravitation großkosmisch doch alle anderen Kräfte sosehr, daß sie allein alles groß- und gesamt-kosmische Geschehen beherrscht.
Bei den inhomogenen Ballungen der Weltkörper überwiegt in Relation zum Freien Raum die Gravitationsenergie nie die Eigenenergien zu insgesamt negativer Energie; auch nicht in den extremsten Ballungen von Neutronensternen und Galaxenkernen. Im homogenen Weltpotential erscheinen zwar intern negative Massen von leeren Räumen. Aber extern zum Absoluten Weltpotential sind auch die gesamtkosmischen Verhältnisse erstaunlich ähnlich denen der schweren Ballungen.
× · ν ‰ π
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Finalisiert: 11:58 2006.03.23.