Hot-Fusion Technologien

Die Presse ignoriert alternative HOT-Fusion Ansätze komplett. Es gibt physikalisch viel bessere Konfigurationen. Das ist alles Hot-Fusion, nicht Cold-Fusion oder LENR. 

Es geht darum, Atomkerne zu verschmelzen indem man sie mit den richtigen Geschwindigkeiten, also hot, häufig genug nahe aneinander bringt. 

TLDR: Was heißt hier "besser": in heißem Plasma haben die Teilchen verschiedene Geschwindigkeiten. Aber nur ein paar Prozent am oberen Ende haben die richtige Geschwindigkeit für Fusion. Man muss dafür sorgen, dass die meisten die richtige Geschwindigkeit/Energie haben, dann weniger Schwund, kleineres Gerät, viel günstiger. 

Fusion geht nicht nur mit dem Tokamak oder mit Lasern. Aber in der Presse kommen immer nur diese 3 vor:

1. Tokamak, also ITER
2.  Laser Fusion, d.h. USA National Ignition Facility
3. In deutschen Medien auch Wendelstein 7-X in Greifswald, weil wir da stolz drauf sind. Wir behaupten zwar, dass der nie Energie machen soll und nur der Forschung dient, aber insgeheim halten wir es für möglich, dass ITER scheitert und am Ende Deutschland mit dem Stellarator vorne liegt (oder zumimdest gleichauf mit den Chinesen). 

Grundsätzlich will man eigentlich nur Verfahren, die p-B11 Fusion ermöglichen, weil p-B11 neutronenfrei abläuft, im Gegensatz zu D-T oder He3 Prozessen. p-B11 erzeugt 3 Alphateilchen, die man direkt in Strom umwandeln kann, komplett ohne Neutronen. D-T muss Neutonen abbremsen, um Dampf zu erzeugen. Gleichzeitig wird damit alles radioaktiv. He3 ist zwar besser als D-T (immerhin ein Alpha) aber macht trotzdem auch ein 14 MeV Neutron. Das ist unschön, braucht Abschirmung, auch nicht toll für Raumfahrt. p-B11 dagegen braucht kaum Abschirmung, nur ein gutes Vakuum. Das ist perfekt für Raumfahrt. 

Allerdings: p-B11 braucht mehr Teilchenenergie. Kein Problem wenn man Protonen und Bor-Ionen durch Spannungsgefälle beschleunigt. Aber schwierig bei thermalisierten Plasmen (braucht 1 Milliarde Grad statt 100 Millionen), weil Thermalisierung eine ungünstige Geschwindigkeitsverteilung macht bei der nur wenige Prozent des Plasmas schnell genug sind, um zu fusionieren. Alle anderen Teilchen sind Ballast, der für Strahlungsverluste sorgt und das Heizen erschwert. Das disqualifiziert eigentlich Verfahren, die auf Hitze in magnetisch komprimiertem Plasma basieren. Deshalb meine ich dass Tokamak falsch ist. Auch mit He3. Damit entfällt auch die ganze He3-Stripmining-auf-dem-Mond Sache. 

Andere physikalisch bessere Ansätze:

- Dense Plasma Focus, ca. 8 Million USD Finanzierung. Vielversprechender Ansatz der die Instabilität von Magnetfeldern in Plasma nutzt, statt sie zu bekämpfen. Ziel: 5 MW Reaktor so groß wie ein Container. Ist sehr schön für dezentralisierte Stromversorgung. Etwas Fringe, weil drastisch unterfinanziert und weil der Gründer aussieht wie ein verrückter Wissenschaftler. Aber er weiß was er tut. http://en.wikipedia.org/wiki/Dense_plasma_focus

- Inertial Electrostatic Confinement: Protonen auf Fusionsgeschwindigkeit beschleunigen durch eine Spannungsdifferenz. Derzeit keine Finanzierung, aber ein schöner Prototyp, der mit 200 Millionen USD hochskaliert werden müsste. Nicht günstig, aber 100x günstiger als ITER. Ziel: 100 MW Reaktor so groß wie ein Haus, immerhin einer pro Stadtteil und nicht wie heutige Kraftwerke 1000 MW Großtechnik. https://en.wikipedia.org/wiki/Polywell

- Field Reverse Configuration: zig-Millionen USD private Finanzierung, Beschleunigung der Protonen durch Magnetfelder, im Prinzip gegeneinander gerichtete Plasma-Kanonen. Auch eher Container-Größe. Allgemein zu FRC hier: http://en.wikipedia.org/wiki/Field-reversed_configuration praktisch z.B. https://en.wikipedia.org/wiki/TAE_Technologies

- General Fusion: zig-Millionen private Finanzierung. Spektakuläres Konzept, dampfgetriebene Rammen machen Schockwellen in einer rotierenden Kugel aus geschmolzenem Blei. In der Mitte irgendwo Plasma und Fusion. https://en.wikipedia.org/wiki/General_Fusion

​Daneben gibt es immer wieder Firmen, die behaupten ​den Tokamak besser zu können als ITER. Die Chinesen haben einen, weil ihnen ITER zu lange dauert. Lockheed Martin ist immer wieder in der Presse. Es ist nicht klar, warum die wahrgenommen werden, aber andere Fusion-Projekte nicht. Viele glauben, dass Lockheed hier nur die Reputation von Lockheed Martin's Skunk Works nutzt um den Aktienkurs zu pushen. 

Auf der anderen Seite kann man davon ausgehen, dass einige Technologien von ITER veraltet sind bis das Ding läuft und dass man jetzt einen Tokamak beginnen könnte, der zeitglich mit ITER online geht zu 1/20 der Kosten. Tokamak ist und bleibt aber teure Großtechnik mit Dampfturbine und Neutronenaktivierung der inneren Struktur. 

Hitze und damit Thermalisierung muss man unbedingt vermeiden. Deshalb sollte man gar nicht in Millionen Grad Kelvin rechnen, sondern besser Ionen mit genau der richtigen Energie und Geschwindigkeit erzeugen, z.B. 600 keV Bor-Ionen für p-B11 Fusion. 600 keV ist anspruchsvoll, aber nicht neu. Bor hat 6 Protonen, also braucht man ein 100 kV Spannungsgefälle. Das ist weniger als bei Überlandleitungen und etwas mehr als eine typische Röntgenröhre. Also bekannte Technik. 

Wir müssen nur endlich vom Tokamak weg und dann liegt Fusion nicht immer 30 Jahre in der Zukunft.

_happy_fusing()

ScienceCode - The GeekCode for Science

Do you remember the geek code in the 90s? It encoded how geeky you were and your thoughts about geeky topics. 

I am a physicist and I want a ScienceCode that tells in short what I think about various science, physics and cosmological theories. 

My ScienceCode is: 

bb+/un ci0 eu+ dm+/sn de- mv/rp sm+ ss- st- lqg+ gr+ sr++ gut- fp++/gf  sh0

What is your ScienceCode?

Format

We are starting with a format that is a bit more regular than the original Geek Code. Roughly:

  [ theory rating [ "/" modifier ] ]+

where:

  theory: [a-z0-9]+

  modifier: [a-z0-9]+
  rating: "--" | "-" | "0" | "+" | "++"

Big Bang

bb--: Never Happened. There was nothing resembling a Big Bang like starting point. 

bb-: No Big Bang, maybe close, but no singularity.

bb0: I am not sure if there was a Big Bang. Things could be completely different. Maybe it only appears like there was a start. 

bb+: I think there was one. Maybe more, but our universe began with a singularity. 

bb++: There was a Big Bang almost 14 billion years ago starting with a singularity. After that the laws of nature unfolded. 

bb++/1: There was a Big Bang and only one. No cycles, no big crunch, no bounce, no conformal transformation. 

bb--/ss: No Big Bang, because the universe is in a steady state. 

bb-/cc: Conformal cyclic cosmology has a state that almost looks like a singularity for the new phase. 

bb+/un: Universe from nothing. Happens "all the time" if you wait "long enough" in a non-universe without time. 

Cosmic Inflation 

ci--: There was no initial inflation. Maybe even no Big Bang. All made up. Just one theory constructed after the data to fit the data, without another independent proof. 

ci-: Probably no initial inflation. It is just not necessary in order to generate the measured homogeneity in the microwave background. Also, the large-scale homogeneity of the current structure of the universe is in question. 

ci0: I don't know if there was an initial inflationary phase. There could be other explanations for the structure of the microwave background. I think we're still figuring that out

ci+: There probably was an initial inflationary phase resulting in the homogeneity we see in the microwave background and the current large-scale structure.

ci++: For sure there was inflation after the Big Bang. That's what explains the observational data. 

Expanding Universe

eu--: The universe is not expanding. It is infinite, static. What would it expand into? Also: science does not agree on the expansion rate. 

eu-: The universe is not expanding. May be tired light, may be another effect that only shows on a very large-scale. 

eu0: The jury is still out on continued expansion. It might just look like expansion. Sure, far galaxies are increasingly red. But that's so far away that even a small yet unknown effect might accumulate to let it look like redshift. We don't know enough. 

eu+: Looks like the universe is expanding. Also, the expansion is faster for galaxies farther out. 

eu++: The universe expands at an accelerating rate. That's what the data show. There is a Nobel price for that (a universe can be from nothing but not a Nobel price)

Dark Matter

dm--: Not necessary to explain the observations. Conclusions are misled by observation bias and by the desire to find "classical" answers. Sure, there are measurements, but they will be disproven or explained one at a time without dark matter. 

dm-: Something, just not matter. No particle, no heaps of frozen energy. There is an effect but it does not result from something in our universe, maybe not even from inside our universe. Should not be called dark gravity or not even "dark", just unexplained large-scale gravitic effects. 

dm0: Could be anything: modifications to gravitational theories, yet unmeasurable discrepancies in electromagnetic forces, shadow gravity from other universes. Or it might be a yet undiscovered not event theorized particle. Impossible to tell as long as the standard model is not the last word. 

dm+: Dark matter explains all the data better than any other theory, so I'd say 50:50 that there is stuff in our universe. 

dm++: There is dark matter, because it explains so many different observations. I also have a preferred theory on what it is made of. We just need more time to prove it. 

dm++/ax: with axions 

dm++/w: with WIMPs

dm++/bh: with black holes, tiny ones, and/or primordial or big ones. 

dm++/sn: with sterile neutrinos

Dark Energy

de-: Nope, no dark energy, because there is no explanation required. Even if it were, dark energy is a big gun. Any measurement can be explained with the properties "dominating the universe", "ubiquitous", "unknown". 

de-: Some measurements look like there is a need for a driving force that might even increase. Unfortunately, it has been called dark energy which is an even worse term than dark matter. There are no doubts about the measurements, but about their interpretation and about some assumptions that went into the calculations. 

de0: I am not sure if there is the need for dark matter. That's not even a theory yet. "Fills the universe uniformly" sounds like a modern Aether, the medium where EM-waves used to propagate. It might evaporate like its predecessor. 

de+: Something causes the universe to expand, and it is not the momentum from the Big Bang. 

de++: A field that uniformly fills the universe. Universe grows, so its power grows, hence accelerated expansion. As simple as that. You are the 4%. 

Standard Model of Particle Physics

sm--: The Standard Model is wrong. The interpretation of probability amplitudes is unclear. The theory is too complex, has too many parameters, is not unified with gravity, not even close. Also, there are experiments with statistically significant measurements that clearly show something is missing. It barely covers 4% of the universe. We need a new theory. 

sm-: The Standard Model works for everyday purposes just like Newton without Einstein: usually delivers the right numbers, but that does not make it the truth. The truth is very different and not yet known. May be strings or any supersymmetry, may be a holographic theory or something we do not yet grasp. 

sm0: The current Standard Model is just the current model. It is workable, but there have been many "standard" models. It is a set of equations that mostly return the numbers we find in experiments. The equations may be almost right or totally off. I don't care as long as they work. Future generations may develop totally different models. 

sm+: The Standard Model works very well. There might be small corrections necessary. But for all practical purposes now and in the foreseeable future the Standard Model (and General Relativity) is all we need. Even if there are measurements significantly above reasonable doubt which are not covered by the Standard Model, they will never lead to new physics that changes anything in our lives. 

sm++: Nature is not a collection of formulas. It just is. If we really want to cover nature by mathematics, then the formulas we call Standard Model are the best we can get. We won't come closer to the truth. The symbols in the Standard Model are good models for the particles and forces at play.

Supersymmetry

ss--: Definitely not Supersymmetry. Too much new stuff for too little gain. None of the extra particles materialized. Complete failure. We need something else. 

ss-: Hardly Supersymmetry. Claiming that 50 % of all required particles have already been found sounds like a win, but it does not solve the problem of the missing supersymmetric partners. Unlikely, but not impossible, though. 

ss0: May be Supersymmetry. Difficult to tell without any experimental confirmation. 

ss+: It's probably Supersymmetry. But it is difficult to choose which one. Looks kind of arbitrary. 

ss++: Supersymmetry it is. The future will tell which version exactly. Everything will fall into place. 

String Theory

st--: Vibrating non-entities is nonsense. You are not even allowed to ask what vibrates. Also, too many extra dimensions necessary. Nice try, but that is not how nature works. 

st-: Probably not. String Theory is not even complete. Too many open questions and some answers are problematic. 

st0: Could be true. Elegant approach, but too incomplete (yet?). Reproducing the observed spectrum of elementary particles needs arbitrary parameters. Unclear if they are emergent or if it is just another theory with a parameter set that is larger than desired. 

st+: String Theory unifies the forces, produces dark matter and even has inflation. Needs more research, but the direction is clear. 

st++: All particles are just oscillation modes of strings. Period. Problem solved.

st++/26: Bosonic string theory, 26-dimensions

st++/10: Superstring theory

st++/m: M-theory

Loop Quantum Gravity

lqg--: Spacetime is continuous on small scales. It is neither quantized, nor foamy.  

lqg-: Kind of pointless. A theory that has no measurable effect is useless. It is not even a scientific theory, because that needs a model and fitting data. 

lqg0: Undecided. Could be true or not. I don't care because it will never affect the real world. 

lqg+: Space is quantized and spacetime fluctuates on the Planck length. There is just no way to prove it or use it. 

lqg++: Loop Quantum Gravity merges quantum mechanics and general relativity. Experimentalists will find ways to show it. 

Multiverse

mv--: There is only one universe: ours. 

mv-: Practically there is no multiverse. Our universe seems to be much larger than our observable universe. We cannot even decide if our universe is infinite or just very large. Anything beyond our light cone should be beyond consideration.

mv0: Impossible to tell. Our universe may be part of a multiverse. But we will never know. 

mv+: There are many universes. Very many, but the number would be countable if anyone could count. They might induce each other. They might follow after each other sequentially. Black holes might spawn new universes. Our universe might be the inside of a black hole. Or maybe universes are branes and a Big Bang happens when 2 universes collide in the higher dimensional multiverse. 

mv++: There is a (practically or literally) infinite number of universes popping in an out of existence in the multiverse. Ours is just one of them that allows for life to emerge.

mv++/rp: Many with any combination of parameters. Some bear life, many do not, but who can tell what "some" and "many" mean with respect to an infinite number. 

General Relativity

gr--: General Relativity only seems to work. It is made to fit the data. Actually, the universe is driven by other forces. Gravity is so weak compared to other forces that even unmeasurable discrepancies or imbalances in the other three would completely dominate the universe. This is much more probable.  

gr-: General Relativity is an approximation. Galileo, Newton, Einstein, we are getting closer to the truth. But it is not the end of the road.

gr0: Just one theory. A good one, but it could be the wrong model. Imagine there are 2 models. Both returning the same numbers in the value ranges we are used to. But their interpretation is completely different. Both cannot be true. Yet we know only one such theory. We cannot compare. And because General Relativity works so well in practice, we are convinced that there is a 4-dimensional spacetime that is warped by matter and in turn creates geodesics for said matter. Even though General Relativity works, this may be the wrong picture. Just saying.

gr+: General Relativity works really well. But it is not compatible with Quantum Mechanics as we know it. There will be a theory that harmonizes probabilities of Quantum Mechanics with determinism of General Relativity. 

gr++: General Relativity is all we need to understand the interaction of matter, energy, and spacetime.

Special Relativity

sr--: FTL is possible. Tachyons are real. Special Relativity is an oppressive pseudo theory.

sr-: Quantum entanglement might be usable for communication in the future. An Alcubierre-like drive might move spacetime with less requirements than currently theorized and without being suppressed (I am talking to you, firewall). 

sr0: There may be more elaborate theories in the future. Maybe a grand unified theory has loopholes for paths beyond Special Relativity. 

sr+: Special Relativity doubtless works. Though we might find limited ways to work around it. Maybe causality is not "that badly violated" for purely inactive observers. 

sr++: The fact is: c is the limit. Not just for speed, but also for effects. No FTL travel, no time machines. Any theoretically possible path that seems to circumvent Special Relativity is practically forbidden by infinitesimal probabilities, by firewalls, by event horizons. No chance. 

Grand Unified Theory, Existence of

gut--: The three fundamental forces of the Standard Model plus General Relativity is all there is. Gravity is an effect of warped spacetime. It is an effective force, but not a fundamental one. There is no such thing as a spin 2 graviton (for that matter :-). No particle mediated force, no gauge theory, nothing to unify. Period. 

gut-: A unified theory does not have to be a gauge theory, not even a field theory. Maybe the field theory thing is wrong. Maybe the standard model is wrong. Maybe String Theory is right. Maybe Richard Feynman made computations easy and erected a smoke screen at the same time. It needs a new way of thinking. For sure there is a theory that harmonizes quantum and relativity, because they do co-exist in this universe. So, there must be a way to unify them. But it is not the GUT you expect.

gut0: Not sure if we will ever get there. The ways of the universe might be above us mere humans, even if we let our best specimen work on it. 

gut+: It takes longer than physicists thought, but sometime in the future the fundamental forces will be unified by a new theory, a new way to see the universe.

gut++: There is a unifying theory, and its name is X. 

Fermi Paradox

fp--: Not a paradox. There are no aliens. 

fp-: Irrelevant until the aliens land 

fp0: Many intelligent people talk about it, so it seems to be a thing. I don't know if we'll ever know and if we should care. Fun exercise, though. 

fp+: Interesting question. I wonder what the solution is. We'll find out.

fp++: It looks like a paradox, but that's only because of our limited knowledge. It has a solution, and the solution has serious implications for humanity.

fp++/gf: The solution to the paradox is great filters in general

fp++/re: No aliens because of rare earth.

fp++/ri: No aliens because of rare intelligence that is detectable.

fp++/zoo: We live in a galactic zoo.

Simulation Hypothesis 

sh--: This is the real world.

sh-: There is no indication. I don't believe that we are living in a simulation. That would be weird. 

sh0: Undecided and not interested. If this is a simulation, then it's a good one. It definitely looks like the real world, so I treat it like that. Knowing this would not change anything. 

sh+: That could well be. The probability argument is very much in favor of this being a simulation. Also, the delayed-choice quantum eraser is a hint that the simulation fixes things after the fact if any simulated consciousness looks at the result. This is - in turn - a hint that consciousness is not emergent, but really special, because it gets extra treatment by the simulator. Which - again in turn - is an argument for a simulation. Furthermore, quantum entanglement works exactly as it would if the entangled particles were not really separated in space because they are all simulated. There is no spatial separation for the simulator, hence it is easy to update both states at once. 

sh++: This is a simulation. 

sh++/n: We are at the n-th level. 

Extensions

There are more theories out there. Several theories in this list could profit from a more knowlegable explanation. I am sure you also have many ideas about modifiers. Write me if you want to add or change something. 

Until then,

_happy_simulating()

The Big Bang is still on

To a quantum tunneling lifeform that lives 10^50 years from now, our stars are just like the sparkling after the fireworks of the big bang. From their point of view stars lit up for a instant right after nucleons formed and just to give birth to black holes. These black holes are the "stars" for the future quantum tunneling life, which lives on a single Hawking radiation photon every few billion years.

...because Time plays out on a logarithmic scale.

Let me explain:

The universe is about 14 billion years old. And it will be 10.000 times older when the last stars burn out. The universe may look static and dark to us. But it is still in a violent final phase of the big bang. Compared to what follows, the big bang is still going on.

Before stars even formed the universe went through multiple development stages on vastly different timescales. It all started at the earliest observable time, the Planck time, a ridiculously tiny 10 to the minus 43 seconds. At 10 to the minus 36 seconds a process called inflation began to grow the universe very quickly. When inflation ended, the universe had spent 99.9 % of its age inflating. From this point of view, everything before inflation appeared just as an initial flash.

Then for a long time many things happened while the fundamental forces of nature unfolded and the laws of physics as we know them came into being. If someone had observed inflation come and go, then this next phase would have been unimaginably long. A 1000 billion billion billion times longer than inflation had lasted. But finally, quarks condensed into hadrons. Protons and neutrons formed. When that happened, the universe was just a microsecond old.

The universe continued to expand and cool down until electrons and protons could combine to hydrogen atoms. Imagine, you just observed hadron condensation. Then you had to wait another 10 billion billion times longer until hydrogen atoms formed. That's 400.000 years after the birth of the universe. And it is still 3000 K hot. As hot as on the surface of most stars.

Now things happen in quick succession. Only 1000 times longer than everything before, hydrogen atoms clump together and the first stars light up. Stars form galaxies, life appears and hairless apes gaze to the stars. From our point of view, the first stars appeared after only 1% of the age of the universe. 100 times later, now at 13,8 billion years, mighty galaxy clusters are in full swing. The dark matter halo of galaxies sucks in intergalactic hydrogen, galaxies merge, stars explode, supermassive black holes shoot jets over millions of lightyears stirring up the intergalactic medium like the water tap in a bathtub. A wild time.

The universe started out at ridiculously high temperatures. It cooled down a lot. But it is not yet cold. Stars are hot, flooding the universe with radiation, and even without them the universe has a decent background temperature of several degrees. Cold for us, but a lot more than zero.

Radiation is everywhere. We are living in the afterglow of the big bang. With an emphasis on "glow". The universe is still very bright in the microwave range of the electromagnetic spectrum. Our eyes cannot see microwaves, but they are there. The universe is glowing brightly from every direction and countless stars do their part to keep it up.

New stars will be born and die for a long time to come. The smallest live 1000 times longer than our sun. But eventually, the last stars fade. The universe gets dark. That's when the radiation frenzy of the big bang finally ends. The universe will then be 10.000 times older than now. From that point of view, we had been living in the first percent of a percent of the universe. Quarks had condensed into nucleons. Nucleons combined to atoms. Atoms formed stars. Stars kept radiation going. The violent phase of forming and radiating is over when the last stars fade. This is the end of a universe flooded by radiation. A 100 trillion years from now. The end of the radiation epoch. The real end of the fireworks after the big bang.

Times are starting to drag. Nothing happens quickly anymore. No more stars popping in and out of existence. No more flashlights in the dark. No more radiation sources. Only cold planets orbiting black dwarf stars, iron balls, slowly tumbling neutron stars, and black holes in dark galaxies. It's the quiet grown-up phase of the universe. Except for the occasional collision, which sends a blindingly bright spark into the universe.

What does not collide finally spreads evenly. Planets wander off and dark solar systems dissolve. It took a long time until the last star burnt out. And over 100.000 times that duration, galaxies also dissolve thermodynamically. They lose their stars to the void. Iron balls and black holes are still there. But they are now evenly distributed and rarely meet each other. The radiation that was produced in earlier times is also still there. But it is spread out over a vastly larger universe. Photons are so red shifted to ultra-long wavelengths that they are barely noticeable. For all practical purposes, radiation is gone.

The universe is now so dark, that the faint glow of hawking radiation becomes the new standard. Black holes slowly start to evaporate. Hawking radiation of stellar black holes is so weak, that it is not measurable in our bright universe. On the contrary, our times are still so warm that black holes inhale the cosmic microwave background growing a little bit. But then, at the beginning of the end of times, hawking radiation is the only light source. It is weak. If there is any life, then it lives slowly. It will perceive the entire age of stars, a 100 trillion years, like the blink of an eye. On these timescales, a photon every billion years is considered a bright light source. Again, there are flashlights in the dark. But on a totally different scale than the long-forgotten stars.

Even though the universe is huge, black holes still find each other. But between each collision lies a timespan like an entire radiation epoch. Now that counts as the blink of an eye. A hypothetical life form might then be based on ultra-rare quantum tunneling events and it will be living on Hawking radiation. It might see black holes as we now see stars. 

Around the year 1e90, right in the (logarithmic) middle of the black hole epoch (just like where we are living in the log-middle of the stellar epoch), a stellar black hole will give off a radio photon every billion years or an optical photon every million billion years. Considered the perceived time for quantum tunnelling runs 1e65 times slower, they experience a trillion trillion trillion trillion trillion years like we do one second. During this time, a Hawking photon every million billion years amounts to 1e50 photons. For comparison, our sun gives off 1e45 photons per second. That is the same "order" of perceived luminosity, which is just a fancy term for "brightness".

When black holes lose mass this way, they shine even brighter. There will be less luminous large black holes, and smaller ones burning much brighter. For this kind of life form, the universe is filled by shining stellar black holes, glowing supermassive black holes, and brightly burning ageing black holes. Until they explode. These are the supernovae of the future: incredibly bright flashes when black holes explode. They are rare in the neighborhood but they actually happen all the time just like we see supernovae in distant galaxies. Flashes of black hole explosions and collisions will be everywhere, frequent on a timescale where a trillion trillion trillion trillion trillion years feels like a second. 

Remember the long time until dark galaxies dissolved. That was long after all stars went the black hole or iron ball path. It takes a trillion trillion trillion trillion times that again until stellar sized black holes evaporate. That's not "just" a trillion trillion trillion trillion years. It's trillion trillion trillion trillion times all that was before, which already was a billion times longer than our current 13.8 billion years universe. It's a long time, even for ultra-slow quantum tunneling life that lives off a photon every billion years.

Then only real behemoths remain. Giant black holes that dwarf our current supermassive black holes. They have the mass of galaxy superclusters. Fun fact: the event horizon of these ultra massive holes is of galactic dimensions: a million light-years across (not "just" a million kilometers). And they also evaporate. But exponentially slower due to their vast size. It takes another trillion trillion trillion times more.

Eventually there are only ridiculously red-shifted photons left in a ridiculously large universe. The hypothetical quantum tunneling life will be long gone. Our biological way of life is 1 billion years old. It might last 10 billion, maybe even 1000 billion years. The quantum tunneling life may last trillion trillion trillion times longer. It will regard our phase as one of the early stages of the universe. As the last part of the big bang, when the universe was still hot. The black hole era is the real "life" of the universe. Everything before that is just the big bang. An unmeasurably short flash bevor black holes emerged and stayed. And went.

On a logarithmic timescale we live much closer to the begin of everything than to the end. We are now in the first third of the logarithmic timescale. We live on starlight. We think that our time is the real time of the universe and that the big bang was a flash 13.8 billion years ago when nucleon and atom synthesis happened.

The second third of the logarithmic timescale belongs to the hypothetical quantum tunneling life. They live on Hawking radiation from black holes for an unimaginable 10 to the 40 times longer than we did. They think that their time is the real time of the universe and the big bang was just a flash a trillion trillion years ago including a super short stellar phase that gave them their black holes. For them, our stars were just a brief intermediate step right after nucleon synthesis, necessary to form black holes, their "stars". For them, our stars were shorter lived than anything before nucleosynthesis for us. 

We don’t know much about the third part of the timescale. Maybe it is just boring for another 10 to the 40 times longer. Maybe there is life so strange and slow, that it regards the earlier – already unimaginable slow – quantum tunneling life as just the blink of an eye. Just a flash before their own real time began. 

Nature finds a way.

And after all that, there are no baryons left and only unimaginably cold photons at wavelengths the size of the universe remain. There are no clocks and nothing that can serve as a measure of time. With time goes distance, both becoming meaningless. So the universe is filled by photons so long, they barely fit into the universe. They may as well be concentrated in a small spot. Who could tell. Basically the size of the universe is just a few wavelengths of the dominating radiation. Maybe then a phase change happens, an implict or explicit rescaling, either just a continuation or a deflation event. Whatever happens then, the result looks very much like all radiation in a small spot by measure of wavelengths. 

The rest is history. Inflation kicks in and the forces of nature unfold creating the laws of physics as we know them - or maybe - different ones this time.

_happy_waiting()

Kosmologisches Glaubensbekenntnis

Das Bild zeigt den größten Teil des
Kosmos, der jemals fotografiert wurde:
Hubble Ultra-Deep Field

Kürzlich fragte mich jemand in einer Wissenschaftsgruppe, wie ich zu verschiedenen naturwissenschaftlichen Theorien stehe. Als geübter Mitdenker und Meinungshaber geht das schnell von der Hand.

Hier also mein physikalisch kosmologisches Glaubensbekenntnis:

- glaube an den Urknall. Ich weiß aber nicht wie es dazu kam. Es gibt die Idee, dass das Universum Null Gesamtenergie hat. Dann kann es im Multiversum zufällig aus einer Quantenfluktuation entstanden sein. (bb+)

- bin indifferent was die kosmische Inflation betrifft. Mit "Überlichtgeschwindigkeit" von Planck-Länge zu Atom-Größe. Das ist schon eine wilde These. Es könnte andere Erklärungen geben für die Struktur des Mikrowellenhintergrunds. Ich denke, das finden wir noch heraus. (ci+)

- glaube an eine Multiversum-Theorie, weiß aber nicht welche, vielleicht mit unendlich vielen Universen mit zufälligen Parametern. (mv/rp)

- glaube deshalb auch, dass wir in einem Universum leben und zu einer Zeit in der die Parameter genau so sind, dass unsere Art Leben möglich ist. In sehr vielen Universen und Zeiten ist das nicht so. Das Universum ist nicht für uns gemacht. Wir stellen uns die Frage, ob wir einzigartig sind und ob das Universum für uns gemacht ist (eventuell von jemand), weil wir zufällig hier sind. Wären die Parameter nicht so lebensfreundlich, dann könnten wir die Frage nicht stellen. Also eher Zufall als kreiert. (id--)

- bevorzuge eine einfache Ballon Hypothese als Modell für das 3-dimensionale Universum Mein einziger Grund ist Ockham's Razor, denn alle anderen Theorien sind komplexer aber nicht besser (besser im Sinne von beweisbarer).

- bin noch skeptisch bei dunkler Materie. Ich sag mal 50:50, dass es was in unserem Universum ist, z.B. bisher unbekannte Elementarteilchen. Kann aber auch ein anderer Effekt sein, z.B. die Gravitationswirkung von Materieballungen anderer Universen, die über höhere Dimensionen des Multiversums in unseres hinein wirkt. Das kann Gravitation vermutlich. Update: nach neuesten Erkenntnissen eher keine "Einstreuung", sondern doch was bei uns. (dm+)

- bin kritisch gegenüber der populärwissenschaftlichen Interpretation von dunkler Energie, insbesondere der Teil mit 70 % des Universums usw. Ich glaube das ist was anderes. (de-)

- glaube nicht an Supersymmetrie. Erstens ist das viel Theorie und nötige Teilchen im Vergleich zum Mehrwert. Zweitens hat man noch keinen der supersymmetrischen Partner gefunden. Bis dahin: nein. (ss-)

- bin kritisch bei der Stringtheorie, weil sie schwer zu beweisen ist. Ein Puzzlestück fehlt mir tatsächlich noch. Warum ballt sich Energie zu verschiedenen Typen von Elementarteilchen zusammen. Was macht ein Klümpchen Energie zum Gluon? Da muss eine Theorie her. Da würde die Stringtheorie passen, aber es könnte auch was ganz anderes sein. (st-)

- finde Schleifenquantengravitation nett. Eigentlich gilt das gleiche, wie für die Stringtheorie: schwer zu prüfen. Aber ich könnte mir vorstellen, dass alles quantisiert ist, auch der Raum. Quantisierung macht das Leben immer interessant. Alles was wir kennen entsteht aus Quantisierung. Ein gutes Prinzip. Allerdings ist die Skala so klein, dass es praktisch nicht relevant ist. Das ist schade. Abgesehen von der Skala könnte man eine Ähnlichkeit sehen zwischen quantisierter Raumzeit und Gitter-QCD. Das könnte darauf hindeuten, dass wir in einer Simulation leben, Glaube ich aber nicht. (lqg+)

- Nebenthema Fermi-Paradox: Ich glaube (leider) an Thesen wie Great-Filter, Rare-Earth, Rare-Intelligence. Mit anderenWorten, keine Aliens, zumindest nicht in Reichweite. Pech. Milliarden erdähnliche Planeten pro Milchstraße hin oder her. Great Filter quetschen die Wahrscheinlichkeit gaaanz schnell zusammen. (fp/gf)

- Nebenthema Simulationshypothese: Wenn unsere Art intelligentes Leben im Prinzip einzigartig ist (wie gesagt, nicht anthropozentrisch, sondern zufällig und "rare"), dann spricht die Statistik nicht für eine Simulation. Andererseits, die Fernwirkung der Quantenverschränkung und das Doppelspaltexperiment mit verzögerter Erkenntnis lassen mich etwas schaudern. Genau so würde man eine Simulation effizient machen: solange keiner hinschaut als Welle und erst dann als Teilchen, wenn eines der simulierten Wesen genau nachmisst. (sh-)

Zurück zur Physik:

- bin total pro Standardmodell. Das scheint gut zu funktionieren. Ich habe kein Problem mit (zu) vielen Parametern. Verstehe nicht warum 19 Parameter schlechter sein sollen als z.B. 3 oder 6. Wer kann mit Autorität behaupten, dass 19 Parameter "viel" sind. Vielleicht wäre 1000 viel und 19 ist schon wenig. Was mir schwerer im Magen liegt ist die Renormierung. Die Mathematik sollte ohne auskommen. Auf der anderen Seite ist das Hinweis auf eine vereinheitlichte Theorie. Das hat ja auch was. (sm+++)

- habe nicht an das einfache Higgs geglaubt und bin immer noch skeptisch. Ich finde es gut, wie CERN offiziell formuliert: Man hat ein "Boson mit Higgs-artigen Eigenschaften" gefunden. Aber ob es das einig wahre Higgs ist und ob es das wirklich gibt, bin ich nicht sicher. Der Higgs-Mechanismus ist fast zu einfach und konstruiert, um wahr zu sein. LHC hat eben gefunden, was gesucht wurde. Hätte man eine anderen mathematischen Mechanismus erfunden und was anderes gesucht...naja. Update: OK, das ging daneben. Es scheint wirklich das schlichte Higgs zu sein, wie langweilig.

- glaube die Allgemeine Relativitätstheorie trifft es schon ziemlich gut ("nails it"). Ich könnte mir noch Quantenkorrekturen vorstellen, die auch die ART wieder als Näherung erscheinen lassen. (gr+++)

- fürchte, dass die spezielle Relativitätstheorie stimmt, also erstmal keine Überlichtgeschwinigkeit, keine Zeitreisen. Aber ich habe noch Hoffnung, dass man das "umgehen" kann ohne die SRT zu verletzen. Das würde natürlich bedeuten, dass es Beobachter gibt, bei denen die Kausalität verletzt ist. Aber diese Beobachter könnten selbst keinen Einfluss nehmen. Also hoffe ich, dass die geradezu dogmatische Kausalitätsforderung der modernen Physik ("kausal für alle Weltlinien") etwas aufgeweicht wird. (sr++)

- kann mir vorstellen, dass es nicht zwingend eine große vereinheitlichte Theorie geben muss. Vielleicht wirken Standardmodell und ART unabhängig voneinander und lassen sich nicht vereinheitlichen, vielleicht nicht einmal bei sehr hohen Energien. Warum soll es nicht zwei fundamentale Strukturen und unabhängige Wirkungen geben? Mal davon abgesehen, Standardmodell beschreibt Teilchenfelder in einer ART Raumzeit. Gravitation ist keine vermittelte Kraft, sondern ein Effekt der Krümmung, eine Scheinkraft, wie die Kraft durch Beschleunigung. Also gibt es auch nichts zu vereinheitlichen und kein Skalenproblem. Wenn Gravitation keine Kraft ist, wie die anderen, dann stellt sich nicht die Frage warum sie sooo viel schwächer ist. Invers relativ gesehen: Stark (1), E/M (100), Schwach (1.000.000), alle gefühlt in einem "vernünftigen" Bereich, dann lange nichts, dann Gravitation (10^38), echt jetzt. (gut-)

Mein Kosmo-Code:
bb+ ci+ mv/rp id-- dm+ de- ss- st- lqg+ fp/gf sh- sm+++ gr+++ sr++ gut-

_happy_believing()

Energie und Geld

Schwarzes Loch
(Symbolbild)

Gerade entdeckt, dass auch andere die Rolle des Geldes in der Wirtschaft mit der der Energie in der Physik vergleichen. George Cooper schreibt in "The Origin of Financial Crises", dass Kredite und Schulden sich gegenseitig aufheben und eine Nullsumme ergeben wie im Vakuum in der Natur. Und so wie in der Quantenphysik im Vakuum für kurze Zeit Energie und negative Energie entstehen können und wieder vergehen im Rahmen der Heisenbergschen Unschärferelation, so geben Banken Kredite als Guthaben und verbuchen dafür Schulden als positives und negatives Guthaben.

In der Physik gibt es die sogenannte Hawkingstrahlung. Die entsteht nahe an einem Schwarzen Loch, wenn sich für ganz kurze Zeit im Vakuum ein gegensätzliches Teilchenpaar bildet und eines davon aus Versehen in das Schwarze Loch fällt. Dann können die beiden sich nicht wieder zu Null verbinden, sondern das andere bleibt als echtes Teilchen bestehen. Das, das in das Schwarze Loch gefallen ist, hat zum Ausgleich dann negative Energie und das Schwarze Loch verliert dadurch langsam Masse.

In der Finanzwirtschaft werden normalerweise Kredite getilgt, mit den Schulden verrechnet und übrig bleiben nur ein paar Prozent Zinsen. Momentan passiert es leider immer häufiger, dass Kredite nicht zurück gezahlt werden. Die Bank bleibt dann auf den Schulden sitzen und wie ein schwarzes Loch frisst dieses negative Geld das Eigenkapital der Bank auf. Die Bank verliert Masse. Schönes Bild.

_happy_heisenberging()

Metaprognose April 09

2 Monate später gibt es neue Daten, die Szenario 4 etwas zu optimistisch wirken lassen. Die Daten im grünen Bereich sind seit Februar dazu gekommen. Sie bilden einen neuen Cluster in fast linearer Fortführung der fallenden Tendenz von Oktober bis Februar.

Mögliche Szenarien:

[5] selbst wenn sich die Prognosen langsam stabilisieren sieht -6 bis -7 % derzeit wahrscheinlicher aus.

[6] es ist trotzdem nicht auszuschließen, dass sich alle Wirtschaftsinstitute in einem kollektiven Schockzustand befinden und sich mit Negativprognosen überbieten. Vielleicht gibt es Mitte des Jahres bessere Wirtschaftsdaten und sie kommen plötzlich wieder zur Besinnung.

Ein Verlauf nach [6] würde Wirtschaftsprognosen fast ad absurdum führen. Das sieht dann eher nach Reaktion, als nach Projektion aus. Die Wirtschaftsinstitute wirken im Moment eher wie Getriebene und Überrumpelte, denn wie Analysierende und Wissende.

Es sieht ganz so aus, als ob die Modelle der Institute versagt haben. "Versagt" ist natürlich ein starkes Wort und klingt nach persönlichen Fehlern der Wissenschaftler. Aber so ist das in Wahrheit nicht. Wissenschaftler analysieren die Welt, die sie vorfinden. Daraus konstruieren sie mathematische Modelle. Ein Modell ist dann richtig, wenn man Zahlen in die Formeln einsetzt und tatsächlich gemessene Wirtschaftsdaten herauskommen. Wenn das Modell besonders gut ist, dann kann man Zahlen einsetzen, die man in naher Zukunft erwartet und eine Wirtschaftsprognose für die nahe Zukunft bekommen. Das funktioniert im Moment nicht mehr, da der Zusammenbruch der Finanzmärkte nicht in den Modellen abgebildet wurde.

Das ist zumindest die aktuelle Erklärung: es fehlt einfach ein Faktor, der plötzlich dominant geworden ist, so dass das ganze Zahlenwerk irrelevant wird im Vergleich zum nun dominierenden Faktor. Der wurde ausgelassen, weil er bisher nicht wichtig war. Eine typische Näherungslösung und auch richtig, weil dieser Faktor bisher das Ergebnis nie verändert hätte.

In der Physik ist man viel weniger schockiert, wenn eine Theorie platzt. Im Gegenteil, das Leben des theoretischen Pysikers besteht darin sich Theorien auszudenken und diese zu veröffentlichen. Wenn sich eine Theorie bestätigt, dann freut man sich und schreibt noch eine Veröffentlichung. Die Freude hält aber nicht ewig, weil es irgendwann langweilig wird. Wenn die Theorie das Experiment perfekt beschreibt, dann wird der theoretische Physiker irgendwann arbeitslos. Er kann dann nur noch hoffen, dass das Experiment (die Realität) irgendwann ein bisschen vom Modell abweicht.

Genau das ist beim LHC im CERN geschehen. Der Vorgänger (LEP) hat das Standardmodell der Quantenphysik so genau bestätigt, dass man eigentlich zufrieden sein sollte. Es gibt nur mathematische Unschönheiten und kleinliche Kritik, wie zu viele Parameter, aber die Natur hält sich perfekt an das Standardmodell. Was tut also der Physiker? Er bittet die Regierung um ein paar Milliarden Euro, um eine neue Maschine (LHC) zu bauen, die vielleicht doch noch eine Abweichung zwischen Modell und Experiment aufdecken könnte.

Reines Wunschdenken? Nein. Es ist eine wohl bekannte Tatsache in der Physik, dass ein Modell nur in einem bestimmten Bereich gilt. Schaut man genauer hin, dann ergeben sich Abweichungen und man erweitert die Theorie. Das ist schon oft geschehen. So hat sich die Wissenschaft entwickelt, von Galileo Galilei und dem Fallexperiment am schiefen Turm von Pisa, über Newton und Kepler bis zu Einsteins Relativitätstheorie. Jede Theorie baut auf der anderen auf, verfeinert sie und beschreibt die Natur genauer.

Warum müssen Modelle in der Physik erweitert werden? Wann versagen sie überhaupt? Was ist so ein "Bereich" in dem eine Theorie gilt? Normalerweise hat das mit Energie zu tun. Theorien gelten in einem bestimmten Energiebereich. Steigert man die Energie, dann kommen andere Aspekte der Natur zum Vorschein, die nicht von der alten Theorie erfasst werden. Man braucht eine neue Theorie, die die neuen Aspekte einbezieht, weil diese irgendwann dominieren und alles andere verdrängen. Bei höherer Energie wirken vor allem die neuen Aspekte der Natur. So ist das bei Newton und Einstein passiert. In der Nähe von Schwarzen Löchern, die sehr viel Energie haben, ist der Raum stark gekrümmt. Newton wusste nichts von Raumkrümmung. Auf der Erde stimmt Newtons Theorie. Aber bei einem Schwarzen Loch spielt die Raumkrümmung eine so starke Rolle, dass die normale Newton-Theorie falsch wird. Man muss die Raumkrümmung mit berücksichtigen. Dann stimmt es wieder. Die Raumkrümmung ist der neue Aspekt der Natur, der plötzlich wichtig wird, bei hohen Energien.

Zurück zur Wirtschaft. Ein neuer Aspekt in der Wirtschaft ist plötzlich wichtig geworden: die Stabilität von Finanzderivaten, ihre Auswirkungen auf Interbankenkredite und letztlich auf die Realwirtschaft. Vorher waren Finanzderivate vernachlässigbar für die Entwicklung der Realwirtschaft. Auf einmal werden Finanzderivate entscheidend. Sie treten hervor und dominieren das Verhalten der Wirtschaft, auch der Realwirtschaft. Warum tritt dieser Aspekt der Wirtschaft so hervor?

In Analogie zu physikalischen Modellen könnte man annehmen, dass Wirtschaftsmodelle ihren Gültigkeitsbereich verlassen haben. Wodurch wird der Gültigkeitsbereich definiert? Was entspricht dem Begriff der Energie aus physikalischen Modellen? Vielleicht die Geldmenge? Wenn die Rolle des Geldes in einem Wirtschaftsmodell der Energie in einem physikalischen Modell entspricht, dann wird leicht verständlich warum Wirtschaftsmodelle versagen. Die Umsätze mit Finanzderivaten bewegen sich eine Größenordnung über denen der Realwirtschaft. Diese Umsätze haben neue Aspekte hervor treten lassen, die bisher vernachlässigt wurden

Man hat sozusagen ein Experiment gemacht mit viel mehr Energie, als je zuvor. Dabei hat man herausgefunden, dass es Abweichungen zwischen Theorie und Praxis gibt. Jetzt ist es Zeit, die Modelle anzupassen auf den neuen Energiebereich. Für die Wirtschaftswissenschaftler eine Überraschung, für Physiker ganz normal, aber für die Welt eine Katastrophe.

Das "Versagen" bezieht sich nicht auf fehlerhafte Modelle, sondern darauf, dass die Theoretiker nicht erkannt haben, dass sich das Experiment ausserhalb des Gültigkeitsbereichs ihrer Modelle befindet. Insofern wird Szenario [6] doch wieder möglich, weil sich ein Modellwechsel abzeichnet. Das alte Modell versagt, Panik macht sich breit, die Theoretiker entwickeln nach einer Weile ein besseres Modell und alles normalisiert sich wieder. Wunschdenken?

_happy_modeling()

LHC : Schwarze Löcher überbewertet

Eine kurze Zusammenfassung dieser Sache mit den Schwarzen Löchern beim LHC.

Beim LHC wird mit Energiewerten gearbeitet, die 1000 mal höher sind als beim Vorgänger LEP. Es kann sein dass dabei schwarze Löcher erzeugt werden. Das ist aber kein Grund zur Panik weil...

...wenn der Physiker sagt "kann sein" nicht heisst das welche erwartet werden. Es ist nur nicht 100% ausgeschlossen weil die Physikerin nie was falsches sagen will.

...die Energie zwar höher ist als bei LEP, aber wenn daraus Materie erzeugt wird ist das immer noch verdammt wenig. 100 mal weniger als man für eine Bakterie braucht. Man braucht also keine Angst haben davon eingesaugt zu werden, weil man die Anziehungskraft einer Bakterie nicht merkt. Man merkt ja nicht einmal den Mount Everest, wenn man daneben steht (also von der Gravitation her meine ich).

...ein schwarzes Loch mit dem Gewicht einer Bakterie so unglaublich klein ist. Die ganze Erde wäre als schwarzes Loch nur 1 cm gross. Verkleinert man eine Bakterie entsprechend, dann ist das Ergebnis viel viel kleiner als ein Atomkern. Das heisst es fällt einfach zwischen den Atomen in der Erde durch bis zum Mittelpunkt im freien Fall. Es braucht eine halbe Stunde bis zur Mitte und fliegt dann weiter bis auf die andere Seite. Nach zwei Stunden kommt es wieder hier vorbei und hat keinem weg getan. Einfach zwischendurch gewitscht, denn was für uns feste Materie ist ist eigentlich ziemlich leer. Wenn wir die Hand auf den Tisch legen, dann spüren wir den Gegendruck der Elektronenhüllen. Zwischen Elektronenhülle und Atomkern ist aber viel viel NICHTS wo das Bakterien-Black Hole durchpasst. Und für ein Bakterien-Black Hole ist sogar der Atomkern fast NICHTS. Nur wenn es ein Proton head-on trifft kann es das fressen. Das ist aber sehr selten.

...selbst wenn es ab und zu einen Atomkern frisst auf dem Weg durch die Erde dann wächst es trotzdem sehr langsam. Es braucht 3 Milliarden Jahre, um ein (in Zahlen: 1) Gramm Erde zu verputzen. Und selbst dann ist es ungefährlich, weil die Anziehungskraft von einem Gramm auch nicht groß ist. Schon mal jemand von einem ml Wasser eingesaugt worden?

...es das nach der Hawking-Theorie das alles gar nicht machen kann. Je kleiner ein schwarzes Loch ist, desto schneller "verpufft" es. Große schwarze Löcher sind sehr stabil, wenn sie die Masse der Sonne oder der Erde haben. Aber wenn sie nur so viel wiegen wie ein großer Lastwagen, dann leben sie nur eine Sekunde. Ein Black Hole mit der Masse einer Bakterie verpufft viel schneller. Gerade wurde es geboren und beginnt langsam zum Erdmittelpunkt zu fallen, aber bevor es den Boden erreicht, ZAPP, kaputt. Es endet als Teilchenschauer im Detektor und bringt dem Physiker, der gerade hinschaut einen Nobelpreis. Immerhin - wer kann das von sich sagen.

also: Don't Panic.
in Memoriam D.N.A.

IEC - Hoax oder Rettung der Welt

Am 9. November 2006 präsentierte ein alter Mann im Google-Firmenseminar (Google Tech Talk) eine erstaunliche Theorie. Der Mann war Dr. Bussard. Bussard ist bekannt für den sogenannten Bussard Ramjet, einen hypothetischen Raketenantrieb, der interstellaren Wasserstoff durch Magnetfelder einsammelt, komprimiert und zur Kernfusion bringt. Das war aber nicht die Theorie, über die er bei Google berichtet hat. Der Ramjet stammt schon aus den 60-er Jahren. Bussard befasst sich also schon seit 50 Jahren mit Magnetfeldern und Kernfusion. Er ist ein ernstzunehmender Physiker und Ingenieur. Er war in den 70-er Jahren Assistant Director der Atomic Energy Commission und bis in die 80-er Jahre an einigen Projekten zur Tokamak-Kernfusion auch für das DOE beteiligt. Bussard hat mehrere Unternehmen gegründet, darunter 1984 die EMC Corporation, eine Anspielung auf Einsteins E=mc^2 Formel.

EMC hatte über viele Jahre bis 2006 Forschungsaufträge der US-Regierung. Die Firma beschäftigte sich mit der Herstellung von Prototypen für einen neuen Typ von Kernfusionsreaktor. Und das ist der Punkt an dem die Geschichte erstaunlich und für Laien undurchschaubar wird. Das heißt aber nicht, dass sie nicht wahr sein kann.

Bussard berichtet, dass seine Firma an IEC-Fusion arbeitete. IEC ist die Abkürzung für Inertial Electrostatic Confinement, also elektrostatischer Trägheitseinschluss. Kernfusion ist in der Theorie einfach. in der Praxis aber sehr schwierig. Man bringt leichte Atome (z.B. Wasserstoff, Lithium, Bor) sehr eng zusammen. Sie verschmelzen zu schwereren Atomkernen und setzen dabei Energie frei. Die Energie kann man dann verwenden, um Strom zu erzeugen. Leider stoßen sich Atomkerne ziemlich stark ab, da alle positiv elektrisch geladen sind. Man muss sie deshalb unter hohem Druck einsperren und zusammenhalten. Das nennt man Einschluss (=Confinement).

Es gibt verschiedene Methoden Atome zusammenzupressen. Zum Beispiel so wie es in Sternen (unsere Sonne) geschieht, durch Gravitation. Dafür braucht man sehr viel Masse, ca. 100.000 mal so viel wie das Gewicht der Erde. Das ist also technisch nicht praktikabel. Eine vielversprechende Methode ist der Einschluss durch Magnetfelder. In sich geschlossene (Tokamak) Magnetfelder, die 100.000 mal stärker sind als das Erdmagnetfeld können Atomkerne genügend zusammenpressen. Darüber hinaus kann man auch Wasserstoffkügelchen mit gigantischen Lasern beschießen, so dass sie explodieren wobei für kurze Zeit ein großer Druck entsteht, der die Atome genügend zusammenpresst. Das nennt man Trägheitseinschluss. Sowohl am magnetischen Einschluss, als auch am Trägheitseinschluss wird noch geforscht. Es ist aber jetzt schon klar, dass wenn sie eines Tages wirklich funktionieren dafür ziemlich große und teure Anlagen gebaut werden müssen.

Genauso wie sich die elektrischen Ladungen der Atomkerne abstoßen, ziehen sich gegenseitige Ladungen an. Man könnte deshalb die Abstoßungskräfte überwinden, indem man einen negativ geladenen Pol (Kathode) aufstellt zu dem alle Atomkerne hingezogen werden. Sie werden dort so stark hingezogen, wie sie sich untereinander abstoßen. Die negative Ladung müsste nur etwas größer sein, als die positive, dann kommen sich die Atome ziemlich nahe. Das nennt man elektrostatischer Einschluss (= electrostatic confinement). Das einzige Problem dabei ist, dass mit dem Druck der eingeschlossenen Atomkerne auch die Temperatur steigt. Und zwar auf viele Millionen Grad. Das heißt, dass die Kathode ziemlich schnell schmilzt und kaputt ist. Die einzige Lösung ist eine sog. immaterielle Kathode, die nur aus Elektronen besteht. Man müsste die Elektronen zusammenhalten ohne ein Material, dass schmelzen kann. Man kann tatsächlich Elektronen durch ein Magnetfeld zusammenhalten. Mit der richtigen Magnetfeldstruktur kann man einen Klumpen Elektronen an einer Stelle in der Mitte der Magnetfelder fixieren. Schießt man jetzt leichte Atomkerne darauf, dann kreisen die Kern um den Elektronenklumpen in der Mitte und treffen sich immer wieder. Jedes mal, wenn sie sich treffen, können sie verschmelzen und Energie erzeugen. Die Kunst bei diesem Verfahren besteht in der Anordnung der Magnetfelder. Die müssen so dicht sein, dass die Elektronen nicht entkommen können und zusammenbleiben, um die immaterielle Kathode zu bilden. Das nennt sich dann IEC: inertial electrostatic confinement.

Dr. Bussard behauptet nun, dass seine Firma einen Prototypen diese Maschine für ein paar Millionen Dollar an Forschungsmitteln gebaut hat. Das Gerät, genannt Fusor, sieht etwa so aus wie 3 ineinander geschachtelte Helmholtz-Spulen. Das Prinzip ist nicht neu. Schon vor 80 Jahren gab es Vorschläge für sphärische Kathoden, um Ionen einzuschließen. Auch in Los Alamos in den 50-er Jahren wurde daran geforscht. Bussards Beitrag besteht darin, die Kathode immateriell zu machen. Sie besteht nur aus freien Elektronen, die nicht schmelzen können. So einen Fusor kann man mit relativ wenig Aufwand herstellen. Nur die Hochspannungen und Stromspulen mit hohen Leistungen sind eine Herausforderung. Es gibt sogar Studenten, die das in ihrer Freizeit gemacht haben. Aber ein Fusor, der für kommerzielle Kernfusion eingesetzt werden kann, hat dann doch höhere Anforderungen. Anscheinend ist auch die Größe des Geräts ein wichtiger Faktor. Nach den Berechnungen der EMC Corporation müsste ein 3 m großer Fusor dicht genug sein, um die Elektronenwolke im Inneren festzuhalten. Der Prototyp bei EMC war nur 30 cm groß.

Dieses 3 m große Gerät würde 200 Millionen US Dollar kosten und dauerhaft Strom produzieren. Bussard behauptet in seinem Vortrag, dass ein 3 m großer Fusor 100 Megawatt Leistung erzeugen könnte, genug für einen Stadtteil. Der notwendige Treibstoff ist unendlich verfügbar auf der Erde. Das IEC Verfahren ist sogar geeignet für Proton-Bor Fusion bei der nur geladene Teilchen (Alphateilchen) entstehen, die direkt in Strom umgewandelt werden können ohne den Umweg über Hitze zu gehen, wie bei heutigen Atomkraftwerken und bei den anderen geplanten Fusionskraftwerken. Zu allem Überfluss geht das alles ohne nennenswerte Radioaktivität. Es werden zwar Atomkerne verschmolzen, aber der Proton-Bor Prozess erzeugt nur Alphateilchen, keine Neutronen, wie die Kernspaltung oder die Deuterium-Tritium Fusion der Tokamaks. Da die Kernreaktoren vor allem duch Neutronenbestrahlung radioaktiv werden, entfällt sogar dieser Nachteil. Das ist keine kalte Kernfusion im Wasserglas. Das ist echte Technik mit bekannten physikalischen Effekten. Man könnte innerhalb von 10-20 Jahren von Kohle und Erdöl wegkommen und saubere Energie erzeugen. Fusor-Kraftwerke sind kleiner und billiger, als Kohle- und Kernkraftwerke und würden eine dezentrale Energieversorgung erlauben in der jeder Stadtteil sein eigenes Kraftwerk hat.

Bleibt die Frage: wo ist der Haken? warum gibt es das noch nicht?

Dr. Bussard sagt, dass es keinen Haken gibt. Ich kann nicht beurteilen, ob die Technik funktioniert. Es hört sich physikalisch vernünftig an und es gibt auch viele unabhängige Fusor-Entwicklungen. Es müsste nur jemand ein paar hundert Millionen Dollar investieren, um das erste Kraftwerk zu bauen.

Und da liegt laut Bussard das Problem. Jeder, der hundert Millionen Dollar/Euro investiert fragt erst mal ein paar Experten, ob das Projekt machbar ist. Und alle, die gefragt werden sind irgendwie verbunden mit der klassischen Tokamak Fusionsforschung. Der nächste Tokamak Forschungsreaktor (JET), der in Frankreich gebaut werden soll hat ein so großes Budget, dass eine ganze Generation von Fusionsforschern davon leben, arbeiten, promovieren, habilitieren, profilieren und emeritieren wird. Niemand hat ein Interesse durch ein positives Gutachten die Forschungsgelder der nächsten 20 Jahre zu gefährden. Deshalb sind alle Gutachten zumindest zurückhaltend, aber nie uneingeschränkt positiv. Bussard jedenfalls hat die Finanzierung der nächsten Stufe in den vergangenen Jahren gesucht und nicht gefunden. Er sag, dass er mit 79 Jahren inzwischen zu alt ist, um sich gegen die Widerstände durchzusetzen. Seine Firma hat ein paar Millionen vom DoD bekommen, v.a. von der Navy, weil die Navy immer an kompakten Stromquellen (für Flugzeugträger und U-Boote) interessiert ist. Aber alles was darüber hinausgeht wäre eine politische Entscheidung und da gibt es Widerstände im Establishment, angefangen von den Fusionsexperten, bis zu den Ölfirmen und Energiekonzernen.

Das alles klingt nach Verschwörungstheorie. Vielleicht ist es ja auch wahr. Vielleicht ist der Vorschlag technischer Unsinn. Vielleicht ist es die Lösung der Energie- und Umweltprobleme. Die US Navy hat EMC finanziert. Vielleicht erfahren wir in 20 Jahren, dass US Atom-U-Boote ab 2015 mit IEC-Fusion fuhren, statt mit Kernspaltung.

Der finanzielle Aufwand um Gewissheit zu bekommen ist viel geringer, als das was sonst in Fusionsforschung gesteckt wird, sogar geringer, als die jährliche Förderung alternativer Energiequellen in Deutschland. Ein Technologieland, wie Deutschland könnte zumindest die wenigen Millionen Euro investieren, um einen 1 Meter Prototyp zu bauen. Auch wenn man damit die Arbeit von Bussard noch mal wiederholt. Und Deutschland hat eine Physikerin als Bundeskanzlerin. Da könnte man auf höchster Ebene die Chancen erkennen.

Deshalb meine Bitte von Physiker zu Physikerin: liebe Frau Merkel, sehen Sie sich in einer freien Minute mal IEC-Fusion an. Vielleicht ist es ein Hoax eines alten Mannes, vielleicht aber die Lösung der Energieprobleme und der Weg zur Einhaltung ihrer Klimaziele.

Links:
- "The Advent of Clean Nuclear Fusion: Super-performance Space Power and Propulsion", Robert W. Bussard, Ph.D., 57th International Astronautical Congress, October 2-6, 2006
- "Should Google Go Nuclear?", November 9, 2006, 1.5 MB (revised August 30, 2007)
- askmar.com: IEC Fusion
- Tom Ligon’s Link and Resource List for the Bussard Fusion Reactor

Soweit der Stand der Dinge im Sommer 2007.

Letzten Monat, am 6.10.2007 ist Dr. Bussard an Krebs gestorben.

Zwei Monate zuvor ist der Forschungsvertrag für Dr. Bussards Firma EMC verlängert worden.

Es sieht so aus, also ob die US Regierung da an der falschen Stelle gespart hat. Die US Navy hat über 11 Jahre 20 Mio Dollar spendiert und keine Veröffentlichungen zugelassen. Ende 2005 ist der Forschungsauftrag ausgelaufen. Seit 2006 veröffentlich und spricht Dr. Bussard über die Technologie. Hätten sie ihn weiter finanziert, hätte die amerikanische Industrie vielleicht 10 Jahre Vorsprung gehabt. Aber Vorträge, wie der bei Google haben das Interesse von Physikern in aller Welt auf dieses Thema gelenkt. Innerhalb von wenigen Jahren werden andere Nationen, vielleicht auch die Industrie in diese Technologie investieren. Und vielleicht tritt ja der unerwartete und unwahrschinliche Fall doch ein, dass eine neue Technologie weltweit die Energieprobleme löst. Dann könnte man fossile Rostoffe besser verwenden, als sie zu verbrennen und Kernkaftwerke mit radioaktiver Strahlung blieben eine Randnotiz im Geschichtsbuch.