Hans-Otto Carmesin

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Universe: Unified from Microcosm to Macrocosm: Series Volume 4 ISSN: 2629-1525 ISBN: 978-3-96831-008-4 Modern physics is based on two great concepts: general relativity theory, GRT and quantum theory, QT. However, effects faster than light are called nonlocal, and they seem to be impossible in nature and in GRT, while they occur in QT, this contr...

The observable universe ranges from huge galaxies near the light horizon at a distance of 4.1 ∙ 10^26 m, via elementary particles at a hierarchy of scales, towards smallest objects at the Planck scale at lengths of 1.6 ∙ 10^-35 m. How did these very different objects form and develop? We present an answer by deriving a physically founded and critic...

Question Our observable universe ranges from the light horizon at a distance of 4.1 ∙ 10 to the power of 26 m towards the Planck scale at lengths of 1.6 ∙ 10 to the power of -35 m. Corresponding bodies are galaxy clusters, our home region of galaxies Laniakea, our Milky Way, our Solar System, Earth, cities, villages, houses, ourselves and elementar...

Since Planck discovered quantization in 1900, the nature of quanta was a mystery. That problem is solved in this book. We derive the postulates of quantum physics from the equivalence principles, gravity and relativity, by analyzing the vacuum. We clarify various conundrums of quanta: - We derive nonlocality. - We find the origin of the Schrödin...

Present-day physics is based on two fundamental theories: General relativity including gravity describes spacetime. Quantum physics describes minimal portions occurring in nature. However, we live in one world. Now, we unify these theories! For it, we start with four basic physical principles, each founded by observation and by thought experiment...

In general relativity, space exhibits curvature: Local curvature can be described by the Schwarzschild metric, SM. A global curvature that can take any value is inherent to the Friedmann Lemaître equation, FLE. However, observations show that the global curvature is zero. That shortcoming of the FLE has been named flatness problem. In this paper, w...

Quantum physics is very successful in describing nature and developing technology. However, quantum physics has not yet been really understood. Instead, quantization procedures and postulates had been proposed without derivation from more general physics. Now, quantum physics has been derived as a natural consequence of the dynamics of vacuum. Thes...

The continuous expansion of space since the Big Bang has been a great discovery of mankind. However, that continuous expansion is incomplete, as it fails to describe the physics at very high density and high energy of radiation quanta. In this paper, we provide a solution of that incom-pleteness problem by developing and analyzing a droplet model:...

Geomagnetism is essential for protection against cosmic rays. A project in geomagnetism devel-ops global thinking and global networking. So, such a project provides substantial didactical per-spectives. We report on such a project at a research club and on corresponding experiences. Our project deals with the high-precision recording of the earth's...

Matter is an essential concept. Indeed, also fundamental interactions can be transmitted by ele-mentary particles with mass. This fact had become a problem, as the usual principles of least ac-tion and gauge invariance predicted particles of interaction without mass. That problem has been solved by the proposed Higgs mechanism: vacuum exhibits a ph...

In our universe, distances have increased since the Big Bang. This is directly indicated by the redshift of distant galaxies or of the cosmic microwave background. Usually, that increase of distances is explained by a continuous expansion of space according to general relativity. However, that explanation is very incomplete. This is indicated by th...

Electromagnetic interactions are omnipresent in everyday life. These are part of the electroweak interactions, including the Higgs mechanism. However, the nature and microscopic structure thereof were a mystery. That mystery is solved in this book. We derive the observed charges and masses of the electroweak interaction from the equivalence princi...

The continuous expansion of space since the Big Bang has been a great discovery of mankind. However, that continuous expansion is incomplete, as it fails to describe the physics at very high density and small light radii. In this paper, we provide a solution of that incompleteness problem by developing and analyzing a droplet model: Droplets of hig...

Kurzfassung In diesem Beitrag setzen wir uns mit der Dynamik des frühen Universums auseinander. Dafür werden wir uns eine einfache Gleichung zur Berechnung herleiten und wir werden eine Methode zur Berechnung aufzeigen. Im Anschluss werden wir dann unsere Methode überprüfen und unsere Ergebnisse interpretieren. Anhand der Interpretation werden wir...

In the early universe, the density reached the order of the Planck density. As a result, there were gravitational instabilities in which dimensional transitions occurred. It should be taken into account that the early universe consists only of photons and black holes. Photons are bosons. The quantum physical model for many bosons, such as photons,...

The energy is an essential basic concept of physics. Additionally, the mass is included, as it is equivalent to energy. Moreover the energy is constant in the time evolution of the universe. So the question arises: What is the origin of the energy. Using general relativity and quantum physics, we determine that origin. Moreover I report about exper...

Kurzfassung In unserem Beitrag stellen wir eine Lösung des seit 1970 bekannten Horizontproblems vor, wel-ches die Frage aufwirft, wie die Lichtwellen seit dem Zeitpunkt des Urknalls den Horizont des ex-pandierenden Universums thermalisieren konnten. Unser Lösungsweg bedient sich Berechnungen, Diagrammen, sowie eines eigens entwickelten Zeitverlaufs...

Various observations of the Hubble constant H0 provide different values. That problem is called H0-tension. Here a physical explanation of the H0-tension is provided: Each observed value depends on the time or redshift of the emission of the used probe, as a consequence of the time evolution of the universe. This causes a large increase of H0 in th...

Universe: Unified from Microcosm to Macrocosm Series The observable universe ranges from huge galaxies near the light horizon at a distance of 4.1 · 10^26 m, via elementary particles at a hierarchy of scales, towards smallest objects at the Planck scale at lengths of 1.6 · 10^-35 m. How did these very different objects form and develop? We presen...

The expansion of space since the Big Bang, and the evolution of the early universe in particular, are challenging topics for students in research clubs or similar learning groups. Here we study the conservation of energy during that expansion, the origin of the rapid enlargement in the so-called era of 'cosmic inflation' and the origin of the energ...

Kurzfassung Die Position einer Masse kann gemessen werden und unterliegt Gesetzmäßigkeiten auf der Basis von grundlegenden Wechselwirkungen zwischen Materie. Bei Objekten mit hohen Dichten ist dabei die Gravitation dominant. In der Quantenmechanik sind Messwerte jedoch nach der Heisenbergschen Unschärferela-tion in Verbindung mit entsprechend kompl...

No density can be larger than the Planck density. The time evolution of the actual light horizon should be traced back until the Planck length is reached. However there arises a problem, as in the framework of general relativity theory, GRT, that length is only reached at the density much larger than the Planck density. We investigate the Planck sc...

Kurzfassung In dem folgenden Artikel möchten wir ein Problem der allgemeinen Relativitätstheorie lösen. Die-se Lösung verlässt den Makrokosmos und nutzt den Mikrokosmos, um zu erklären wie sie funkti-oniert. Um diese Lösung genauestens zu erläutern werde wir einige Formeln, Berechnungen, Mo-delle, Tabellenkalkulationen und Diagrammen zeigen und erk...

Universe: Unified from Microcosm to Macrocosm Reihe We see stars at the sky, embedded in unlimited space. In our universe, we discover, photograph and explain a lot by ourselves. With a telescope of length 1 m we take photos of objects near the end of the visible universe. So we observe satellites, comets, protuberances, the formation or explosion...

I present a quantum gravity model about the early universe and apply it to the early universe. With it the singularity problem can be solved in principle. Moreover gravitational instabilities can be analyzed.

Lernende der Astronomie-AG der Klassenstufen 5-12 können die Ausdehnung des Weltalls selbst beobachten. Darauf aufbauend können sie dieses modellieren. Im ersten Schritt modellieren sie die Dynamik ausgehend von der Newton'schen Kosmologie durch die Friedmann-Lemaitre-Gleichung FLG. Dabei entdecken sie die Urknall-Singularität mit einer divergieren...

From the Cosmic Microwave Background CMB the flatness problem and the horizon problem arose. An extraordinarily rapid increase of distances in the early universe, the Cosmic Inflation, was proposed as a possible solution (Guth, Phys. Rev. D, 1981), whereby suggested mechanisms for such an increase have been criticized (Steinhardt: Scientific Americ...

An equivalence principle is elaborated and founded. With it a third development of H.-O. Carmesins theory of quantum gravity is presented. The theory combines quantum physics with general relativity and is based on three numerical inputs only: the constants G, c and h (Carmesin, H.-O. (2017): Vom Big Bang bis heute mit Gravitation, Model for the Dy...

From the Cosmic Microwave Background CMB the flatness problem and the horizon problem arose. An extraordinarily rapid increase of distances in the early universe, the Cosmic Inflation, was proposed as a possible solution by Guth in 1981, whereby suggested mechanisms for such an increase have been criticized (Steinhardt: Scientific American 2011). W...

An equivalence principle is elaborated and founded. With it a third development of H.-O. Carmesins theory of quantum gravity is presented. The theory combines quantum physics with general relativity and is based on three numerical inputs only: the constants G, c and h (Carmesin, H.-O. (2017): Vom Big Bang bis heute mit Gravitation, Model for the Dy...

Lernende der Jugend forscht-AG der Klassenstufen 9-12 haben 2017 die Ära der kosmischen Inflation im Rahmen der Quantenphysik und Gravitation modelliert. Dabei sind sie vom kosmologischen Prinzip ausgegangen, also von der Homogenität und Isotropie des Raums. Erst untersuchten sie die Bewegung von Sternen um das Zentrum der Milchstraße. Diese Bewegu...

The evolution of the early universe is a challenging topic for students in research clubs or similar learning groups. Here we study sub curvature length scales. For these small lengths a novel equivalence principle becomes valid. This principle can be successfully applied to the cosmic inflation , dark energy and dark matter. The first two applicat...

Wir entdecken die Geschichte des Universums mit eigenen Fotos und Experimenten Band 2 in: Universe: Unified from Microcosm to Macrocosm Hans-Otto Carmesin, Berlin: Verlag Dr. Köster 2020 Wir können unser Universum gerade heute eigenständig erkunden: Wir entdecken die wesentlichen Naturgesetze und messen die entsprechenden Naturkonstanten mit eige...

Aufgaben zu folgendem Buch: Wir entdecken die Geschichte des Universums mit eigenen Fotos und Experimenten Band 2 in: Universe: Unified from Microcosm to Macrocosm Hans-Otto Carmesin, Berlin: Verlag Dr. Köster 2020 Wir können unser Universum gerade heute eigenständig erkunden: Wir entdecken die wesentlichen Naturgesetze und messen die entspreche...

Die Jugendlichen wachsen heutzutage mit digitalen Medien auf. Aber verstehen sie diese auch? Wissen sie, wie die Daten zu ihren Endgeräten gelangen? Was kann das Fach Physik zur Beantwortung solcher Fragen beitragen? Wir stellen hierzu eine kleine Unterrichtseinheit bestehend aus zweimal 45 min vor. Darin erkunden Lernende einer sechsten Klasse mit...

The evolution of the early universe is a challenging topic for students in research clubs or similar learning groups. Here we study sub curvature length scales. For these small lengths a novel equivalence principle becomes valid. This principle can be successfully applied to the cosmic inflation , dark energy and dark matter. The first two applicat...

Studienseminar Stade, Bahnhofstraße 5, 21682 Stade, Gymnasium Athenaeum Stade, Harsefelder Straße 40, 21680 Stade, University Bremen, Otto-Hahn-Alle 1, 28359 Bremen Hans-Otto.Carmesin@athenetz.de Kurzfassung Der Klimawandel ist inzwischen als eine der größten Herausforderungen der Menschheit aner-kannt. Weniger klar ist die Situation beim Verständn...

Letter to Editor concerning the actual controversy about the Hubble Constant

General relativity theory describes the macrocosm, quantum physics the microcosm. Both fields coact in a natural manner in the universe: Limitations of observation by Heisenberg‘s uncertainty relation and by the Schwarzschild radius cause smallest observable regions. These interact by gravity, perform harmonic oscillations thereby and form the loca...

Der anthropogene Klimawandel erfordert globales Handeln und Einsicht. Das ermöglicht unser Spiel zur Entdeckung des Klimawandels und zur Entwicklung sowie Erprobung von Lösungen. Es gibt zwei Varianten: Beim Basisspiel entwickeln die Spieler/innen Lösungen durch Deeskalation. Beim erweiterten Spiel entdecken die Lernenden stabile Lösungen durch For...

In order to measure the predicted elementary particles of dark matter indirectly, the influence of these particles on the formation and evolution of galaxies may be detected with help of astronomical observations (see Carmesin, Hans – Otto (May 2018): Entstehung dunkler Materie durch Gravitation – Model for the Dynamics of Space and the Emergence o...

In order to measure the predicted elementary particles of dark matter indirectly, the influence of these particles on the formation and evolution of galaxies may be detected with help of astronomical observations (see Carmesin, Hans – Otto (May 2018): Entstehung dunkler Materie durch Gravitation – Model for the Dynamics of Space and the Emergence o...

In order to measure the predicted elementary particles of dark matter indirectly, the influence of these particles on the formation and evolution of galaxies may be detected with help of astronomical observations (see Carmesin, Hans – Otto (May 2018): Entstehung dunkler Materie durch Gravitation – Model for the Dynamics of Space and the Emergence o...

The expansion of our universe is fascinating. Additionally there are exciting mysteries about the early universe: How is causality achieved? Why is quantum gravity essential? How can the problems of reheating and big bang singularity be solved? Here I present a teaching unit that I developed and tested in a research club at school. The 'process rel...

From the Cosmic Microwave Background CMB, the flatness problem and the horizon problem arose. An extraordinarily increase of distances in the early universe, the Cosmic Inflation, was proposed as a possible solution, whereby suggested mechanisms for such an increase have been criticized (Steinhard, 2011). We apply a theory that explains the Cosmic...

Usually telescope based research on the big bang is performed by the application of huge telescopes like the Hubble-Space-Telescope. However, in our work we propose three methods for the big bang observation, which are applied with an 11 inch telescope in our school observatory. The first method is based on the redshift. We are using the redshift t...

Der anthropogene Klimawandel erfordert weltweite Einsicht und Kooperation. Dazu ist Bildung wichtig. Hierzu präsentie-ren wir ein Klimaspiel. Die Spieler entdecken den Klimawandel und entwickeln sowie erproben Lösungen. Das geht ohne besondere Lernvoraussetzungen in verschiedenen Klassen, Fächern und Jugendgruppen. Binnendifferenzierend wird das im...

Die allgemeine Relativitatstheorie, ART, ist grundlegend für das Denken von Raum und Zeit und daher für viele Schülerinnen und Schüler interessant. Hier zeige ich, wie Lernende ein Astrofoto aufnehmen, daran die relativistische Lichtablenkung messen und, ausgehend von ihren Basiskonzepten, wesentliche Konzepte der ART entwickeln. Dazu berichte ich...

Lernende spielten auf einem öffentlichen und gut besuchten Astronomieabend in der Aula ein spannendes neues Theaterstück zum Zwillingsparadoxon: Eine Schülerin wurde versehentlich auf eine Zeitreise geschickt. Der Reisenden gelang die Umkehr und bei der Rückkehr war sie 27 Jahre jünger als ihre Zwillingsschwester. Die Lernenden berechneten den Alte...

Eine der wichtigsten zu erlernenden Kompetenzen und gleichzeitig auch Ziel des Physikunterrichts ist das Lösen von realen, physikalischen Problemstellungen. Oftmals wird die Strategie zum Lösen des Problems eher unbewusst erlernt und angewandt, so dass die Lernenden die Problemstellungen meist intuitiv lösen. Zur Steigerung der Problemlösefähigkeit...

Lernende entdeckten und fotografierten mit ihrem Schulteleskop ihre Welt vom Tanzstudio fast bis zum Ende der sichtbaren Welt. Dabei erkundeten sie eigenständig unterschiedliche astronomische Objekte. Auch gliederten sie die Objekte nach Entfernung und Bewegungsart in vier sinnvolle Gruppen. Diese selbstständige fotografische und kompetent struktur...

Die aktuelle Entdeckung der Gravitationswellen ist eine für Schülerinnen und Schüler spannende Gelegenheit, etwas über Einsteins Theorie der Dehnung der Raumzeit zu erfahren. Mit Modellversuchen, Computerexperimenten, kognitiven Konflikten und Modellbildungen erschließen sich die Lernenden schrittweise das Thema. Ausgehend von ihren Kenntnissen ent...

Die Quantengravitation verbindet Mikro-und Makrokosmos. Hierfür wird ein neues Äquivalenzprinzip entwickelt und daraus die Quantengravitationstheorie von Hans-Otto Carmesin hergeleitet. Dabei werden die Gesetze der Gravitation und der Quantendynamik auf natürliche Weise auf verschiedene Dimensionen verallgemeinert. Seit dem Urknall wird das Vakuum...

The early universe was analyzed by a quantum gravity model by Hans-Otto Carmesin. So the problems related to the era of cosmic inflation and to dark matter have been solved. Here this model is applied to the late universe and the mystery of dark energy is revealed. This energy is explained by cosmic zero point oscillations of the quantum field. The...

Die allgemeine Relativitatstheorie, ART, ist grundlegend für das Denken von Raum und Zeit (t101, [zg]) und daher für viere schüle-rinnen und, schüler interessant. Hier zeige ich, wie Lernend.e ein Astrofoto aufnehmen, d"aran d.ie relativisfische Lichtabtenkung messen und, ausgehend von ihren Basiskonzepten, wesentliche Konzepte der ART entwickern....

Model for the Dynamics of Space and the Emergence of Dark Matter The book presents a comprehensible model of the emergence of space and dark matter in the early universe. Space is modeled from the Big Bang until today. Thereby the singularity-, flatness- and horizon-problem are solved. It is revealed qualitatively and quantitatively, how our space...

Vom Big Bang bis heute mit Gravitation Das Buch stellt ein gut nachvollziehbares Modell zur kosmischen Inflation vor. Der Radius des aktuell sichtbaren Teils des Universums wird ausgehend vom Big Bang bis heute modelliert. Das Modell beruht einzig auf den fundamentalen Grundlagen Gravitation und Quantenphysik und nutzt Ideen der Schleifenquantengr...

Energy belongs to the core ideas of the physics curriculum. But at the same time, energy is one of the most complex topics in science education since it occurs in multiple ways, such as motion, sound, light, and thermal energy. It can neither be destroyed nor created, but only converted. Due to the variety of relevant scales and abstractness of the...

Im Unterricht zur Newton’schen Mechanik handelten Zehntklässler als ruhende und beschleunigte Beobachter, auch im Freizeitpark. Sie nutzten und schärften Kraft-, Gleichgewichts- sowie Sehsinn. Sie erfassten Beschleunigungen via Sensor im Smartphone. Sie bildeten Sinne und Sensoren im Modellversuch nach. Sie untersuchten Bewegungen durch wahrnehmend...

Im Unterricht zur Newton'schen Mechanik handelten Zehntklässler als ruhende und beschleunigte Beobachter, auch im Freizeitpark. Sie nutzten und schärften Kraft-, Gleichgewichts- und Sehsinn. Sie erfassten Beschleunigungen via Sensor im Smartphone. Sie bildeten Sinne und Sensoren im Modellversuch nach. Sie untersuchten Bewegungen durch wahrnehmendes...

Lernende verfügen über ergiebige lebensweltliche Kompetenzen zur Newton'schen Mechanik: Sie erleben Kräfte sowie Beschleunigungen mit ihrem Kraftsinn, Gleichgewichtssinn und Sehsinn. Da sie auch beschleunigt beobachten, gehören die Zentrifugalkraft sowie andere Trägheitskräfte zu ihren alltäglichen Wahrnehmungen. Hierzu werden für den Unterricht nü...

We present a teaching unit that offers the students the opportunity to discover the age of the universe by hands on model experiments also with applets. We present a novel software, worksheets and outlines of lessons. We present experiences with students and a teacher training.

Kurzfassung Phasenübergänge und die dabei freigesetzte innere Energie behandeln wir mit einem lebensweltli-chen Kontext, der einen Beitrag zur Energiewende leisten kann. Wir berichten auch über die Erprobung in zwei Klassen des Gymnasiums.

Lernende entwickelten und bauten einen Spektralprojektor fürs Planetarium, der Objekte spektral richtig zeigt. Bei Vorstellungen im Planetarium erkannten die Zuschauer das Alter des Universums durch Spektralbrillen.

Leichtbau ist ein Schlüsselbeitrag zur Energiewende. Wir berichten über ein innovatives, an-spruchsvolles, umfassendes, progressives und mehrfach erprobtes Konzept für die letzten beiden Klassenstufen des Gymnasiums.

Lernwirksamkeit ist ein essenzielles Kriterium für guten Unterricht. Neuerdings zeigen umfangreiche Metaanalysen empirisch auf, welche unterrichtlichen Maßnahmen besonders lernwirksam sind. Hier habe ich mit Hilfe von Beispielen aus der schulischen Praxis Zusammenhänge zu neurowissenschaftlichen Wirkmechanismen dieser Maßnahmen dargestellt. Durch d...

Es wird eine innovative und besonders einfache sowie konkrete Einführung der Schwarzschildmetrik vorgestellt. Das Grundprinzip ist die Separation des vierdimensionalen Problems in vier einzelne Dimensionen. Diese Trennung der Dimensionen ist möglich, weil ein Zentralkraftproblem vorliegt, somit Isotropie besteht und entsprechend die nicht diagonale...

Wir leben in einer Zeit der energetischen Revolution. Hierbei hat die Solarenergie eine wichtige Aufgabe (Müller, 2011). Jedoch wird die heute übliche Fotovoltaik als kaum wirtschaftlich eingeschätzt (Die Ethikkommission sichere Energieversorgung, 2011). Dagegen ist die Solarenergie der dritten Generation rentabel. Es wurde eine Unterrichtssequenz...

Wir kann man Schüler für negative Zahlen gewinnen? Lebensnaher Unterricht lautet ein häufig bemühtes Schlagwort. Doch auch über das "Entdecker-Talent" lassen sich Schulleistungen erheblich steigern.

Kurzfassung Das EKG ist den Schülerinnen und Schülern bekannt, betrifft den eigenen Körper und ist für das Leben relevant. Daher motiviert es die Lernenden. Hier zeige ich, wie diese anhand des EKGs Feldlinien elektrischer Dipole und Äquipotentiallinien in spielerischer, anschaulicher und problemlösender Weise sowie auf hohem Anforderungsniveau eig...

Kurzfassung Die Produktion von Lebensmitteln sowie die Lebensmittelpreise werden aktuell nicht unwe-sentlich von der Erzeugung von Biokraftstoffen beeinflusst. Dieses heikle Thema wird in ei-nem Projekttag von Schülerinnen und Schülern der Klassenstufe 7 aus physikalischer Sicht aufgearbeitet. Auch fächerübergreifende Gesichtspunkte werden behandel...

As a model for an orientational glass, we consider quadrupoles on a simple cubic lattice with random Gaussian bonds Jij. We treat the fully isotropic model described by the Hamiltonian, where Si is the μ-th component of a m-component vector (both m = 2 and m = 3 are treated) and the sum extends over all nearest-neighbour pairs once. Monte Carlo si...

Unsere Schulsternwarte war bei Schülerinnen und Schülern sehr beliebt und dadurch oft zu klein. So entstand im Jahr 2004 die Idee, die Sternwarte über das Internet steuerbar zu machen.

Haploscopes are used to present a specific picture to each eye and have been employed for more than 70 years for binocular training. Since the appearance of high quality computer graphics it is possible to use multi-media stimuli to enlarge the patients attention in contrast to the common simple and less attractive pictures. Moreover the patient ca...

Viele Schülerinnen und Schüler schätzen anregende astronomische Beobachtungen. Aber können diese auch im Physikunterricht funktional zum Erreichen der Lernziele sein? Hierfür gibt es viele Beispiele. Ich stelle hierzu drei erprobte Unterrichtseinheiten vor. Bei einer entdeckten die Schülerinnen und Schüler das newtonsche Gravitationsgesetz, bei ein...

Extremwertaufgaben im 11. Jahrgang behandeln oft eine Person, die ihren Gewinn maximiert. Werden aber Gewinne für zwei oder mehr miteinander handelnde Personen gesucht, so können Schüler das Gleichgewicht entdecken, für dessen Erfindung John Nash 1994 den Nobelpreis für Ökonomie erhielt. Die Schüler praktizieren in diesem Zusammenhang unterschiedli...

Hohenwedeler Weg 136, 21682 Stade Gymnasium Athenaeum, Harsefelder Straße 136, 21680 St