Wissenschaftliche Theorien beruhen, anders als in der Physik oder Chemie, auf Grundannahmen. In der Wissenschaftsphilosophie wird die Empirie als die Erfahrung, die entweder zu einer Hypothese führt oder sie widerlegt, der Evidenz, also der unmittelbaren Erkenntnis einer wissenschaftlichen Behauptung, gegenübergestellt. Wissenschaft, die auf Grundannahmen beruht, kann eine Gefahr darstellen - theoretische Theorien, das Übel vieler wissenschaftlicher Behauptungen. 

Das Vakuum-Forschungszentrum wird nicht nur neue physikalische Erkenntnisse durch praktische Versuchsreihen liefern, sondern auch bahnbrechende Ergebnisse zum Nutzen der Umwelt.

Die Urknalltheorie oder Paralleluniversen, drei Dimensionen, vier Dimensionen oder sogar elf Dimensionen. Gibt es 4 Elemente, oder 20 Elemente? Wenn dunkle Materie eine postulierte Form der Materie ist, dehnt sich das Universum aus; was ist richtig - was ist falsch? Seit 60 Jahren versuchen Wissenschaftler, namentlich Physiker, der Natur mit modernster Technik Geheimnisse zu entlocken.

Wir sollten berücksichtigen, dass sämtliche Konzepte auf Theorien beruhen. Bis heute ist keine der in den letzten 60 Jahren gewonnenen Erkenntnisse bestätigt worden. Es sind Annahmen, die sich aus den Ideen einzelner Wissenschaftler ableiten. Das Wissen, das die Menschheit heute besitzt, entspricht verhältnismäßig einem Tropfen der gesamten auf unserer Erde vorhandenen Wassermenge.

Die Forschung sollte sich auf praktische Erfahrungen stützen. In einem erzeugten Vakuum bestimmt allein das Vakuum die Temperatur einer Flüssigkeit. Bei einem Druck von 6,1 mbar beträgt die Temperatur 0°C.

Eine Studie hat deutlich gezeigt, dass die Zahl der Studenten an einer Universität erheblich gesteigert werden kann, wenn dieses Vakuum-Forschungszentrum einer Universität zur Verfügung gestellt wird.



Blue Building Vacuum Research Centre (VRC)

Vakuum-Forschungszentrum

Um die Frage nach der Temperatur des Universums beantworten zu können, müssen wir zunächst wissen, was Temperatur bedeutet. Bei einfachen Gasen zeigt die Temperatur die Bewegung der Gasmoleküle an: Je höher die Temperatur ist, desto schneller bewegen sich die Moleküle. Wenn wir nun das Universum als absolutes Vakuum betrachten, dann hat es überhaupt keine Temperatur. Denn in einem absoluten Vakuum gibt es keine Teilchen, die sich bewegen; folglich ist die Temperatur dort nicht mehr definiert.

Wie steht es darüber hinaus mit der Materie? In einem Labortest konnte nachgewiesen werden, dass Materie auch im Vakuum gekühlt werden kann.

Viele Faktoren spielen beim Vakuum eine entscheidende Rolle, aber sie müssen erst noch erforscht werden. Vakuum ist ein wichtiges Konzept für die Erhaltung unserer Umwelt, das mit Hilfe moderner Technologien bis zu 40 % Energie einsparen kann. Eine Vakuumtestanlage soll gebaut werden, die nicht nur das Interesse aller Studenten weltweit wecken, sondern auch ein Wahrzeichen für das Land sein wird, in dem sie gebaut wird.

Das Vakuumsystem im Blue Building Vakuumforschungszentrum wird bei Temperaturen von -160°C bis 400°C arbeiten können, um das Verhalten von Materialien und anderen Substanzen im Weltraum zu simulieren.

In unserem Universum reichen die Temperaturen von -276°C bis zu einer unbekannten Temperatur (vermutlich mehr als 400°C) im Ultrahochvakuum.

Die eingesetzten Instrumente werden in der Lage sein, Temperaturen, Längenausdehnungen und Verformungen eines Testobjekts in der Simulationskammer genau zu bestimmen. Das bedeutet: In der Simulationskammer, die aus rostfreiem Stahl und einer Kupferverkleidung mit Kühlplatten, Vakuumpumpen, Schalttafeln und mehreren laser- und kamerabasierten Instrumenten besteht, kann sich das Testobjekt frei bewegen, ohne etwas zu zerstören.

Testreihen im Vakuumsystem können sowohl horizontal als auch vertikal durchgeführt werden. Die Funktionsweise des Vakuumrohrsystems ist denkbar einfach: Alle fallenden Objekte sind automatisch nahezu schwerelos - genau wie das Experiment, das in der Fallkapsel platziert wurde.

Horizontal können verschiedene Materialien mit sogenannten Vakuumkanonen beschossen werden. Zusätzlich können Experimente in Magnetfeldern, Gravitationsfeldern bis hin zur bekannten Antigravitation durchgeführt werden.

In der kompensierten Schwerkraftumgebung eines Raumfahrzeugs im Orbit oder einer frei fallenden Kapsel spielen Oberflächenspannungseffekte (oder Grenzflächenspannungen) eine wichtige Rolle. Unter terrestrischen Schwerkraftbedingungen werden diese Effekte oft durch den Einfluss des hydrostatischen Drucks überdeckt.

Unter Mikrogravitationsbedingungen können die Oberflächenspannungskräfte dominieren. Mikrogravitationsbedingungen sind vor allem in Raumfahrzeugen in der Umlaufbahn anzutreffen, können aber auch im VRC auf der Erde, in Flugzeugen mit Parabelflugbahnen und in Höhenforschungsraketen erreicht werden.

Bei isothermen Problemen führen die Kohäsionskräfte innerhalb des Fluides zusammen mit den Adhäsionskräften zwischen dem Fluid und einer festen Grenze zu einer Kapillarkraft, die zum kapillaren Aufsteigen der Flüssigkeit in Schlitzen, Spalten und Kapillarschaufeln sowie zur makroskopischen Umorientierung in großen Fluidbehältern führt. In Oberflächenspannungstanks für Satelliten werden diese Effekte für den Treibstofftransport und die Positionierung genutzt.

Die Forschungsaktivitäten gehören entweder in den Bereich der Grundlagenforschung zur Strömungsphysik, die sowohl am Boden im Labor als auch unter kompensierter Schwerkraft im VRC oder auf Höhenforschungsflügen durchgeführt wird, oder in den Bereich der anwendungsorientierten Forschung zu Prozessen, die unter Mikrogravitationsbedingungen auf Satelliten, Space Shuttles, Raketenoberstufen oder Raumstationen stattfinden.

Die Dynamik von Flüssigkeitsströmungen spielt bei zahlreichen Naturphänomenen eine Schlüsselrolle und bestimmt die Effizienz vieler Prozesse in der Technik. Im Allgemeinen können Flüssigkeiten gleichmäßig und geordnet fließen, wie z. B. Blut in kleinen Kapillaren, oder erratisch schwanken, wie in den Wirbeln hinter einer Flugzeugtragfläche zu sehen. Daher ist die quantitative Vorhersage von Flüssigkeitsströmungen in der technischen Praxis von entscheidender Bedeutung.

Für die Studenten würde das Blue Building VRC die Möglichkeit bieten, mit Unterstützung von akademischen Beratern die Bereiche Strömungsdynamik, Weltraumwissenschaft und Weltraumtechnologien zu studieren und gleichzeitig einen Einblick in das Vakuumsystem und die dort durchgeführten Mikrogravitationsexperimente zu bekommen.

Vorschläge für spezielle Studienprogramme:

Die experimentelle Gravitation und Quantenoptik

Dieses Programm konzentriert sich auf Experimente an Vakuumsystemen mit ultrakalten Atomen (QUANTUS, PRIMUS), in denen die Physik dieser Quantensysteme im erweiterten freien Fall untersucht wird. Diese Freifall-Experimente bieten einen vielversprechenden Ansatz für Tests der Schwerkrafttheorie und der Quantenphysik in einem neuen Parameterbereich. Solche Quantensysteme und künftige physikalische Grundlagentests in einer Mikrogravitationsumgebung werden ebenfalls modelliert werden. Als Nebeneffekt der Experimente mit kalten Atomen wird die Anwendung von Messinstrumenten wie optischen Kavitäten oder einem Frequenzkamm als hochstabile Frequenzreferenzen untersucht.

Gravitationstheorie

Diese Forschung konzentriert sich auf analytische Berechnungen der Bahnen von Teilchen und Licht in allgemein relativistischen Raumzeiten. Untersucht werden Probleme in der Astronomie sowie relativistische Auswirkungen auf die Bewegung und Verfolgung von Satelliten und den Gang von Uhren. Grundlegende Probleme der Elektrodynamik (einschließlich der nichtlinearen Elektrodynamik und der Elektrodynamik höherer Ordnung) und alternative Theorien der Schwerkraft wie die Finsler-Geometrie werden untersucht. Die grundlegenden und mathematischen Aspekte der Gravitation und der Elektrodynamik werden mit dem Studium der Gravitations- und Quantentheorie verknüpft.

Mikrosatellitensysteme und Modellierungsmethoden

Die Gruppe Mikrosatelliten und Modellierungsmethoden entwickelt innovative Mikrosatelliten-Hardware sowie neue numerische Modellierungsmethoden im Bereich der Bahnausbreitung, Satellitenmissionsanalyse und Satellitensystembewertung.

Der erste Forschungsschwerpunkt zielt auf die Nutzung von Mikrosatelliten als Instrument zur Technologiedemonstration und -qualifikation, als Plattform für kleine wissenschaftliche Nutzlasten und als Instrument zur Verbesserung der studentischen Ausbildung.

Die zweite Forschungslinie konzentriert sich auf neue hochpräzise Modellierungsmethoden, um eine bessere Analyse und Vorhersage von Bahnstörungen im Rahmen der Bahnausbreitung zu ermöglichen. Darüber hinaus werden innovative Modellierungsansätze für die Bewertung der Leistung von Missionen und Experimenten entwickelt.