Mittwoch, 13. Juni 2018

Kurze Theorie des Raumes

Während die oft als rätselhaft bezeichnete Zeit sich als das Maß der Dauer erschließt, ist der Begriff des Raumes schwieriger zu erhellen. In Anlehnung an die auf dem Zusammenwirken von Verstand und Außenwelt beruhende Theorie der Zeit entsteht auch eine Theorie des Raumes. Die drei geradlinigen Raumdimensionen bilden eine gedachte Struktur, mit deren Hilfe wir die Dinge räumlich einordnen. Auf diese Weise finden wir uns in der Außenwelt zurecht. Drei geradlinige Dimensionen, das ist die einfachste Form des Raumes, und mehr ist nicht notwendig, um jeden Raumpunkt eindeutig zu definieren. Durch den Fortschritt der Mathematik wurden gekrümmte Dimensionen möglich, die beispielsweise zu Beschreibung einer Kugeloberfläche zweckmäßiger als gerade Dimensionen sind.

Der Verstand greift mit den Sinnesorganen hinaus in die Außenwelt und verortet die Dinge in einem gedachten Koordinatensystem. Weil dies unbewusst geschieht und weil sich die realen Dinge tatsächlich in der Außenwelt befinden, haben wir von Natur aus schon immer die Vorstellung, dass der Raum in der Außenwelt ist. Auch Newton und Leibniz hatten diese Vorstellung, und die moderne Physik glaubt dies ebenfalls. Aber in Wirklichkeit ist der Raum eine angeborene Abstraktionsleistung des Verstandes. In der Außenwelt gibt es nur die Dinge.  Doch wenn wir sagen, dass es außerhalb des Verstandes keinen Raum gibt, scheinen wir ein Problem zu bekommen. Zu tief ist von Natur aus die Vorstellung in uns verwurzelt, dass sich der Raum in der Außenwelt befindet. Sofort sagt uns der Alltagsverstand, dass wir doch unbestritten in einem äußeren Raum leben, der durch Berge, Flüsse und Meere gegliedert ist. Was sonst als ein Raum wäre der Weltraum, der Sterne, Planeten und Staubwolken enthält? Der äußere Raum ist nach der uns angeborenen Denkweise der Raum schlechthin.

In der Wissenschaft ist die Unterscheidung von mathematischen Räumen und physikalischem Raum längst geläufig. Aber weder der wahre, mathematische Raum noch der äußere Raum existiert materiell.

In der Außenwelt existieren die Dinge, der Raum dagegen ist eine abstrakte Struktur. Wem dieser Gedanke befremdlich erscheint, der möge sich vergegenwärtigen, dass die Vorstellung Isaac Newtons von einem Raum, der in der Außenwelt real existiert, schon vor über 100 Jahren aufgegeben wurde. Die theoretische Physik hat sich dafür entschieden, dass Raum und Zeit nur Relationen zwischen den Dingen sind. Demnach existieren nur die Dinge, dagegen bestehen Raum und Zeit nur in Relationen zwischen den Dingen, nämlich als Größenverhältnisse, Abstände, Dauer von Veränderungen. Gegen den nächsten Schritt, wonach Raum und Zeit keine Eigenschaften der Welt, sondern ausschließlich Verstandeskategorien sind, sträubt sich die Wissenschaft mit Händen und Füßen. Wo es nichts zu beobachten, zu messen, zu experimentieren und zu berechnen gibt, sondern wo es ausschließlich auf die richtigen gedanklichen Grundlagen ankommt, wehrt sich die Naturwissenschaft gegen den Fortschritt und hält an dem fest, was mathematisch und experimentell als erwiesen gilt.

Der gedachte, mathematische Raum kennt seiner Natur nach nicht oben und unten, nicht Nord und Süd, und er kennt keinen festen Bezugspunkt für Bewegung. Daher ist Bewegung relativ. Nur durch Konvention wird oben, unten oder ein Bezugspunkt festgelegt. Als Bewohner der Erde sind wir uns seit jeher darin einig, dass unten da ist, wohin die Schwerkraft wirkt. Wir sind uns im Alltag außerdem darüber einig, Bewegung und Geschwindigkeit auf die Erdoberfläche zu beziehen. Bewegung (im Sinne von Ortsveränderung) und Geschwindigkeit hängen vom gewählten Bezugssystem ab und sind daher relativ. Ohne Bezugssystem ist der Begriff der Geschwindigkeit (im Sinne von Ortsveränderung) sinnlos.

Raum und Zeit sind nicht Teile oder Eigenschaften der materiellen Welt, sondern abstrakte Vorstellungen. Die abstrakte, mathematische Zeit ist nicht relativ, sondern ein festes Maß. Der Raum krümmt sich nicht, sondern die Dinge verändern ihre Position im Raum. Zwar lässt sich eine Raumzeit konstruieren, weil der mathematischen Phantasie keine Grenzen gesetzt sind. Tatsächlich aber bilden Raum und Zeit nicht physikalisch, sondern nur in unserem Erleben eine Einheit. Der Mathematiker Hermann Minkowski hat den Philosophen Melchior Palagyi insofern missverstanden. Ähnlich wie der Verstand die optisch unterschiedlichen Bilder unserer beiden Augen zu einem einheitlichen Eindruck zusammenfasst, fügt der Verstand das räumliche Nebeneinander und das zeitliche Nacheinander zu einem einheitlichen Erleben zusammen.

Nicht mit dem Urknall sind Raum und Zeit entstanden, sondern mit der Fähigkeit des Verstandes, das Nebeneinander und das Nacheinander der Dinge zu beschreiben. Raum und Zeit sind angeborene Werkzeuge des Verstandes, mit denen wir uns in der Welt orientieren.

Der äußere Raum besteht lediglich in Relationen zwischen den Dingen. Die Relationen zwischen den Dingen (Größen, Abstände) werden gemessen am wahren, mathematischen Raum. Ein Problem bleibt, dass die Sprache nur ein Wort für jede Art von Raum kennt. Und zu bedenken bleibt, dass der mathematische Raum nicht absolut ist. Er wird jedoch objektiv durch die Vereinbarung von Bezugspunkten und Bezugssystemen.

Mittwoch, 21. Februar 2018

Relativität - Wissenschaft oder Weltanschauung von gestern?

(Mit Änderungen vom 10. April 2018)

Teil 1 - Schein und Wirklichkeit


Welche dieser beiden Linien ist länger?

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Die untere Linie ist die längere von beiden, sagt der gesunde Menschenverstand spontan.
Falsch, sagt die Philosophie der Relativität. Du kannst gar nicht wissen, welche der beiden Linien länger ist, weil du nicht weißt, wie weit jede der beiden Linien von dir entfernt ist. Diese Überlegung mag in manchen konkreten Einzelfällen zutreffen. Aber wer sich diese Denkweise als Prinzip zu eigen macht, der befindet sich auf dem Irrweg des Relativismus, und er wird fortan den Wert des gesunden Menschenverstandes in Zweifel ziehen. (Nur um Missverständnissen vorzubeugen, weil ein Leserkommentar das moniert hat: Das Beispiel stammt natürlich nicht aus der speziellen Relativitätstheorie, sondern aus einer Vorlesung über die Philosophie der Relativität).

Ein anderes Beispiel. Zwei Männer stehen sich in einem Abstand von 10 oder 20 Metern gegenüber. Jeder peilt den anderen über den Daumen an und sieht, dass der andere nur daumengroß ist. Aber aus Erfahrung wissen wir, dass ein erwachsener Mensch größer als ein Daumen ist. Ein konsequenter Relativist (im Sinne des philosophischen Relativismus) würde jedoch sagen, dass  jeder der beiden Männer aus Sicht des jeweils anderen nur daumengroß ist, das sei nun einmal die Wirklichkeit. Denn eine objektive physikalische Wirklichkeit gebe es nicht, statt dessen sei die Beobachtung unsere einzige Wirklichkeit. Mathematisch lässt sich sogar problemlos beweisen, dass in unserem Beispiel jeder der beiden Männer für den anderen nur daumengroß ist. Und man könnte darauf eine Theorie über die Relativität der Körpergröße gründen.

Solche Beispiele lassen sich in beliebiger Anzahl finden. Ist der Mond wirklich nur eine kleine Scheibe, so wir ihn von der Erde aus beobachten, oder hat er in Wirklichkeit einen Durchmesser von 3476 km? Hier wird der Unterschied zwischen Schein und Wirklichkeit klar. Vor allem wird klar: Die relativistische Betrachtungsweise verliert ihre Aussagekraft, sobald wir den Bereich der von der Wirklichkeit losgelösten  Mathematik verlassen und uns in die reale Welt begeben. Anders gesagt, die Relativität ist offenkundig Unsinn, sobald wir über einen Gegenstand bessere Erkenntnisquellen als die bloße Beobachtung haben.

Nun spielen in der Relativitätstheorie die optischen Gesetze, genauer die perspektivischen Regeln,   keine Rolle. Doch auch hier geht es in der kritischen Diskussion u. a. um die Frage, ob die Zeitdehnung Schein oder Wirklichkeit ist, ob es mehrere physikalische Wirklichkeiten geben kann. Eine der  Grundlagen der Relativitätstheorie ist der erkenntnistheoretische Grundsatz von Einsteins erklärtem Vorbild Ernst Mach: Die Beobachtung ist unsere einzige Wirklichkeit. Erst 20 Jahre später befreite sich der älter und klüger gewordene Einstein von dieser obsoleten philosophischen Maxime und vertrat statt dessen die realistische Auffassung, dass der Mond auch dann scheint, wenn wir ihn nicht beobachten.

Werner Heisenberg hat ein Gespräch mit Albert Einstein aus dem Jahr 1926 aufgezeichnet. Es ging vor allem um die Frage, ob die Beobachtung die einzige Quelle wissenschaftlicher Erkenntnis ist. Auf den Hinweis von Heisenberg auf die Relativitätstheorie sagt Einstein: "Vielleicht habe ich diese Art von Philosophie verwendet, aber sie ist trotzdem Unsinn." (Werner Heisenberg, Quantentheorie und Philosophie, Hrsg. Jürgen Busche, Reclam Nr. 9948).

In § 2 seines Textes von 1905 (spezielle Relativitätstheorie) erklärt Einstein am Beispiel mit dem bewegten Stab, dass Zeit und Gleichzeitigkeit relativ sind, weil unterschiedlich bewegte Beobachter infolge unterschiedlicher Lichtlaufzeiten bestimmte Beobachtungen zu unterschiedlichen Zeiten machen. Nicht nur die Populärliteratur zeigt in vielen Gedankenexperimenten Einsteins oder seiner Anhänger (oft dient eine fahrende Eisenbahn zur Veranschaulichung), dass der im Zug fahrende und der am Bahndamm stehende Beobachter ein bestimmtes Ereignis infolge wechselnder Lichtlaufzeiten zu unterschiedlichen Zeiten sehen. Die relative Zeit ist demnach ein Scheineffekt. Dadurch wird  eine  Kernaussage der Relativitätstheorie widerlegt, nämlich dass aus der Theorie die Möglichkeit von Zeitreisen folgt.

Zieht man dagegen die relativistische Literatur zu Rate, so beruht die relative Zeit keineswegs auf wechselnden Lichtlaufzeiten zwischen Objekt (oder Lichtquelle) und Beobachter. Hierfür wird § 3 von Einsteins Arbeit aus dem Jahr 1905 herangezogen. Dort ist nicht von Beobachtern die Rede, sondern von Koordinatensystemen. Aber das ändert im Grunde nichts. Werden zwei Koordinatensysteme parallel gegeneinander bewegt, so hat ein rechtwinklig zur Bewegungsrichtung laufender Lichtstrahl zwischen den beiden Koordinatensystemen effektiv eine geringere Geschwindigkeit als c, nämlich V¯c² - v² . Diese Überlegung ist bekannt aus der Mathematik zum Michelson-Morley-Versuch. Auch hier ist V¯c² - v² nichts anderes als die effektive Lichtgeschwindigkeit zwischen Lichtquelle und Beobachter. - Stellt man dagegen die Frage, welche Geschwindigkeit der im bewegten System senkrecht zur Bewegungsrichtung mit c laufende Lichtstrahl in einem ruhenden Koordinatensystem hat, so lautet die mathematisch korrekte Antwort V¯c² + v² .

Nach der Relativitätstheorie soll derselbe Lichtstrahl, der im bewegten Koordinatensystem die Geschwindigkeit c hat, auch im relativ dazu ruhenden Koordinatensystem dieselbe  Geschwindigkeit haben. Ein mathematisches und logisches Unding. Daraus folgt, dass nicht V¯c² - v² oder V¯c² + v², sondern c auf der schrägen Linie AC gilt. (siehe Abbildung unten). Daraus wiederum soll ein ruhender Beobachter folgern, dass der Lichtstrahl im bewegten System die Geschwindigkeit V¯c² - v²  hat. Und das soll - wohlgemerkt - die einzige Wirklichkeit für den ruhenden Beobachter  sein. Der Widerspruch zu der durch Einstein getroffenen Voraussetzung, wonach der Lichtstrahl im bewegten System in Wirklichkeit die Geschwindigkeit c hat, ist offenkundig. Wenn c eine unveränderliche Größe ist, dann ist jede andere Lichtgeschwindigkeit als c ein Scheineffekt.

Wenn aber der unterschiedliche Verlauf der Zeit in unterschiedlich bewegten Systemen nur ein Scheineffekt ist, dann sind Zeitreisen logisch nicht denkbar, und die ganze Theorie ist reif für den Papierkorb. Doch der Relativismus versteht die subjektive Beobachtung als die einzige Wirklichkeit - und schon wird der Scheineffekt  auf wundersame Weise zur Wirklichkeit. Die Wissenschaft verheißt uns Zeitreisen und damit die Erfüllung des Traumes von ewiger Jugend. Dass dies ein Irrweg ist, wird selbst noch im 21. Jahrhundert beharrlich ignoriert.

Die Sekunde ist international exakt definiert als ein festes Maß. Wozu soll es gut sein, wenn unterschiedlich bewegte Beobachter unterschiedliche Sekunden zur Zeitmessung verwenden? Die  Beobachter müssen doch ihre unterschiedlichen Messergebnisse nur mit dem sogenannten Lorentzfaktor umrechnen, und schon ist klar, dass überall dieselbe Zeit herrscht. Ach ja, der gesunde Menschenverstand gilt nicht. Sollen wir glauben, dass die Menschen auf der anderen Straßenseite wirklich nur daumengroß sind?


Zur Erläuterung:

A
|
|
| c oder V¯c²-v²?
|
|
|
B-------C
      v

Obwohl Einstein postuliert, dass der Lichtstrahl AB die Geschwindigkeit c hat, soll V¯c² - v² (der Wert, den der ruhende Beobachter berechnet) ebenfalls die Wirklichkeit beschreiben. Zwei verschiedene physikalische Wirklichkeiten? Zeitreisen sollen möglich sein, wenn man von einer Wirklichkeit in die andere wechselt?



Teil 2 - Weltanschauung von gestern

Die spezielle Relativitätstheorie beruht nicht nur auf den physikalischen Postulaten Einsteins. Sie ist gleichermaßen auf dem Boden des Zeitgeistes um 1900 entstanden. Mit Zeitgeist um 1900 meine ich bestimmte philosophische Modeströmungen, die damals großen Einfluss in der Wissenschaft hatten. In erster Linie ist die Wiederbelebung der auf G. W. Leibniz zurückgehenden relationistischen Auffassung von Raum und Zeit zu nennen. Sie enthält eine fortschrittliche Komponente, weil in der Tat kein fester Bezugspunkt im Raum gegeben ist, woraus folgt, dass Bewegung (im Sinne von Ortsveränderung) relativ ist. Der Relationismus  enthält daneben auch eine rückschrittliche  Komponente, weil er das Ende der absoluten Zeit bedeutete und den Keim der relativen Zeit in sich trug.

Der wohl bedeutendste Protagonist dieser philosophischen Strömungen war der Physiker und Erkenntnistheoretiker Ernst Mach. Seine Forderung nach Entfernung der absoluten Zeit aus der Physik hatte weltanschauliche Gründe, denn im 19. Jahrhundert war der Fortschritt durch  Materialismus und Positivismus geprägt, alles Absolute wurde in Frage gestellt. Überdies konnte sich Mach auf Newton als Zeugen berufen, der schon erkannt hatte, dass die absolute, wahre Zeit mit Uhren, die naturgemäß ungleichmäßig gehen, nicht messbar ist. Mach war zu seiner Zeit eine überragende wissenschaftliche Autorität, und so ist es erklärbar, dass der junge Einstein ihn als Vorbild betrachtete und die Forderung nach Abschaffung der absoluten Zeit in eine Theorie umsetzte.

Zu den einflussreichen philosophischen Strömungen dieser Zeit gehörte der Positivismus, der alles Wissen auf Erfahrung zurückführt, wogegen die Verstandeslogik als sekundäres Produkt gilt. Die daraus entwickelte Erkenntnistheorie von Ernst Mach, der sogenannte Empiriokritizismus, leugnet sogar eine objektive Wirklichkeit und geht damit noch einen Schritt weiter als die idealistische Philosophie Immanuel Kants, die von der Existenz der objektiven Wirklichkeit überzeugt ist, aber deren Erkennbarkeit bestreitet. Mach formte den Positivismus zu einem extremen Sensualismus aus, der in der Maxime gipfelt, dass die Beobachtung unsere einzige Wirklichkeit ist. Was man nicht beobachten kann, existiert nicht und ist metaphysische Spekulation, und so war es damals nur konsequent, dass Mach auch die Existenz des Atoms bestritten hat.

Der Sensualismus von Ernst Mach erscheint unverkennbar in Einsteins Definition von Gleichzeitigkeit. Sie hängt ausschließlich ab von Sinneseindrücken der Beobachter (§ 2 von Einsteins Text von 1905). Damit ist Gleichzeitigkeit per Definition relativ, unabhängig von jedem mathematischen "Beweis". Ich setze "Beweis" in Anführungszeichen, weil die Fragen was Raum, Zeit und Gleichzeitigkeit sind, philosophische Fragen sind, die niemals durch Beobachten, Messen, Experimentieren und Rechnen entschieden werden können. Nach einem Wort von Martin Heidegger kann die Naturwissenschaft mit ihren Mitteln gar nicht entscheiden, was Raum und Zeit sind.

Auch die Folgerung,  die Einstein aus seiner Theorie zieht, nämlich dass die Zeit in bewegten Systemen wirklich und nicht nur scheinbar langsamer verläuft, bleibt rätselhaft, es sei denn, man zieht den Satz zur Erklärung heran, dass die Beobachtung unsere einzige Wirklichkeit ist. Nur unter dieser Voraussetzung kann man dem Irrtum erliegen, dass das Ausbreitungsverhalten von Licht einen Einfluss auf die Zeit hat. Aber die Zeit ist keine mathematische Funktion von Licht- und Systemgeschwindigkeiten, sondern Geschwindigkeit wird an der Zeit gemessen. Nur wer die eigenwilligen Vorstellungen Einsteins von Raum und Zeit teilt, kann deren mathematische Verformung für ein Abbild der Natur halten.       




   

Freitag, 19. Mai 2017

Inhaltsverzeichnis des Blogs "Zeit und Relativität"

Sapere aude - habe Mut dich deines eigenen Verstandes zu bedienen! (Immanuel Kant)

Raum und Zeit sind keine physikalischen Dinge, sie sind auch keine Eigenschaften der materiellen Welt. Sie sind angeborene Werkzeuge des Verstandes, mit denen wir uns in der Welt orientieren.  


2011:
24. Februar    1911-2011 Hundert Jahre Zwillingsparadoxon
2./3. Mai        Physik und Philosophie der SRT
19. Mai          Sind Beobachtung und Wirklichkeit identisch?
8. Juni            Etwas Erkenntnistheorie ist hilfreich
11. Juli           Die Zeit in der Relativitätstheorie
23. Juli           Die Relativität der Zeit- und Raumrelationen
28. Juli           Die Einstein-Lichtuhr
8. August        Die relative Zeit - ein absoluter Irrtum
19. Oktober     Philosophische Argumente gegen die relative Zeit

2012
2. Februar       Schein und Wirklichkeit
7. Februar       Das PKL wird fallen
8. Februar      Eine Theorie, die aus Paradoxien besteht
13. Febr.        Relativitätsprinzip und Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit
17. Febr.        Relativistische Zeitdilatation widerlegt?
20./27. Juni    Die Lichtgeschwindigkeit in der SRT
15. Okt.          Der Zeitbegriff in der Relativitätstheorie
2. Dez.            Zum Michelson-Morley-Experiment

2013
26. Juli           Zeitphilosophie und Physik
31. Juli           Zur Relativität von Bewegung
25. August     Lichtgeschwindigkeit und Zeitdilatation

2014
9. Februar         Das Phantom c

2015
27. Febr.        Die Beweiskraft von Experimenten ist relativ
30. Mai          Gleichzeitigkeit
27. August     Einstein hat falsch gerechnet
2. September  Zur Mathematik der speziellen Relativität

2016
7. Februar       Nicht die Zeit ist relativ, sondern die Zeitmessung
16. Februar     "Die Sensation aus dem Weltall"
2. Mai             Die spezielle Relativität ist am Ende
26. Juli           Wo der (mathematische) Hund begraben liegt
27. Juli           Einstein beschreibt nur einen Scheineffekt - und noch dazu unvollständig

2017
19. April        Beobachter oder Koordinatensysteme?
4. Mai            Schein und Wirklichkeit

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Dieser Blog ist nicht gewerblich. Er dient der Wissenschaft im Sinne des Wortes von
Karl Popper: "Wissenschaft besteht darin, Irrtümer loszuwerden".

Meine Zeittheorie finden Sie unter http://www.zeitrelationen.blogspot.com/ (Was ist Zeit?)

Die umfassende Dokumentation der wissenschaftlichen Kritik der Relativitätstheorie seit 1908 bis zur Gegenwart (Projekt G.O.M.) finden Sie unter www.ekkehard-friebe.de sowie
www.kritik-relativitaetstheorie.de

Auf der Grundlage meiner Internet-Aufsätze ist ein Buch entstanden mit dem Titel
"Was ist Zeit und ist sie relativ?" Vertrieb durch epubli.de und Amazon. Im Buchhandel z.Zt. noch nicht im Verzeichnis lieferbarer Bücher. 120 Seiten. ISBN 978-3-746713-88-5

Verantwortlich für den Inhalt des Blogs:
Luitpold Mayr, Augsburg,   e-mail:  Luitp.mayr[at]t-online.de




Donnerstag, 18. Mai 2017

Gleichzeitigkeit

aktualisiert am 18.05. 2017

Die Gleichzeitigkeit ist der Schlüsselbegriff dafür, ob wir der Vernunft oder relativistischen Denkvorschriften folgen.

Die Gleichzeitigkeit ist der Punkt, an dem sich die Geister scheiden. Uns ist von Natur aus die Gewissheit angeboren, dass die Gleichzeitigkeit von zwei Ereignissen eine reale Tatsache ist, die nicht von Beobachtungen oder Messungen abhängt. Jeder Augenblick, den ich mit "Jetzt" bezeichne, ist im gesamten Universum derselbe. Seit Immanuel Kant weiß man, dass uns die absolute Zeit und mit ihr der Begriff von Gleichzeitigkeit angeboren ist. Wenn jetzt und hier etwas geschieht, so geschieht an allen anderen Orten  gleichzeitig etwas anderes, auch wenn ich die Ereignisse dort nicht beobachten kann. Jeder Mensch weiß, was mit "gleichzeitig" gemeint ist, ohne dass wir dafür eine Definition brauchen.

Selbst der Relativist kann nicht ernsthaft bestreiten, dass es Ereignisse gibt, die tatsächlich gleichzeitig stattfinden. Diese Gleichzeitigkeit ist eine reale Tatsache. Die Relativierung der Gleichzeitigkeit ist eine unphysikalische, subjektivistische Konstruktion. Jeder Beobachter soll seine eigene physikalische Wirklichkeit haben. Diese Betrachtungsweise geht in der Psychologie, aber nicht in der Physik.

Einstein behauptet, dass Gleichzeitigkeit relativ sei und definiert werden müsse. Die Relativitätstheorie macht die Gleichzeitigkeit von den Sinneseindrücken der Beobachter abhängig. Was ein Beobachter gleichzeitig wahrnimmt, ist gleichzeitig. Was er nacheinander wahrnimmt, ist nicht gleichzeitig. Dadurch hat jeder Beobachter seine eigene Zeit, die von unterschiedlichen Lichtlaufzeiten abhängt. Die relativistische Denkweise schreibt den Beobachtern vor, ihr Wissen über die Lichtlaufzeit zu ignorieren und statt dessen ihre unmittelbare Beobachtung als Wirklichkeit zu nehmen. Auf diese Weise wird aus der Physik eine Wissenschaft, welche nicht die Natur, sondern Sinneseindrücke beschreibt. Genau dies fordert Ernst Mach mit seiner sensualistischen Erkenntnistheorie, und genau dies setzt der junge Albert Einstein konsequent in seiner Theorie der relativen Zeit von 1905 um.  Der Philosoph Karl Popper (eigentlich kein Kritiker der Relativitätstheorie) spricht in diesem Zusammenhang vom Einbruch des Subjektivismus in die Physik.

Einsteins Gleichzeitigkeit ist einzig aus dem Grund relativ, weil er - allen mathematischen Überlegungen vorausgehend - die Gleichzeitigkeit per Definition von den Sinneseindrücken unterschiedlicher Beobachter abhängig macht (siehe § 2 "Über die Relativität  von Längen und Zeiten" im Urtext von 1905). Wir wissen aber alle von Natur aus - solange wir uns nicht relativistischen Denkvorschriften unterwerfen - dass die Gleichzeitigkeit von Ereignissen eine reale Tatsache ist, die nicht von Beobachtungen  oder Messungen abhängt.

Jedes Ereignis findet an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit statt. Weil unterschiedliche Beobachter das Ereignis zu unterschiedlichen Zeiten wahrnehmen, konstruiert die Relativitätstheorie daraus die Relativität der Zeit. Nach Einsteins Definition ist Gleichzeitigkeit zwangsläufig relativ, wobei seine Mathematik diese Auffassung von Zeit und Gleichzeitigkeit bereits voraussetzt. Nur unter dieser Voraussetzung ist es möglich, aus der Bewegung eines Lichtstrahls, die sich in gegeneinander bewegten Koordinatensystemen unterschiedlich darstellt, auf einen unterschiedlichen Verlauf der Zeit in unterschiedlich bewegten Systemen zu schließen,

Bemerkenswert ist, dass viele Gedankenexperimente Einsteins und der Sekundärliteratur (meist sind es Eisenbahn-Gedankenexperimente) damit beginnen, dass zwei Lichtblitze "gleichzeitig" gezündet werden. Was sonst als die reale, absolute Gleichzeitigkeit kann damit gemeint sein? Ohne die Voraussetzung der absoluten Gleichzeitigkeit wäre die Relativitätstheorie gar nicht möglich!

Die relativistische Physik argumentiert, dass  die relativistische Zeitdilatation gar nicht auf den unterschiedlichen Lichtlaufzeiten zwischen Lichtquelle und Beobachter beruhe.  Die Zeitdilatation sei ein mathematisch erwiesener, beobachter-unabhängiger Effekt. In der Mathematik Einsteins (§ 3 von Einsteins Text von 1905) gebe es keinen Beobachter.  -   Falsch! Einstein macht kurzerhand sein bewegtes Koordinatensystem als Ganzes zur Lichtquelle, das ruhende Koordinatensystem zum Beobachter. Mit der Größe V¯c² - v² beschreibt er nichts anderes als die effektive Lichtgeschwindigkeit zwischen Lichtquelle und Beobachter. Siehe dazu meinen Artikel "Beobachter oder Koordinatensysteme."

Dass ausgerechnet eine physikalische Theorie sich von der physikalischen Wirklichkeit entfernt, indem sie die reale Gleichzeitigkeit und eine einheitliche physikalische Wirklichkeit leugnet, ist ein Treppenwitz der Wissenschaftsgeschichte. Zum Problemfall für die gesamte Wissenschaft wird die Sache, weil der Relativismus behauptet, seine  Auffassung von Zeit und Gleichzeitigkeit sei die einzig wahre, weil naturwissenschaftlich bewiesen. So lange die relativistische Zeitmetaphysik die Wissenschaft beherrscht, wird es in der Zeitfrage keinen Fortschritt geben. Dadurch wird die relativistische Physik zum Hindernis für den Fortschritt von Denken und Erkenntnis.

Philosophische Argumente gegen die relative Zeit

aktualisiert am 18.05.2017

Aus philosophischer Sicht gibt es im wesentlichen zwei  Einwendungen gegen die relative Zeit. Die eine betrifft den Zeitbegriff, die andere die erkenntnistheoretisch verfehlte Gleichsetzung von Sinneseindrücken und Wirklichkeit. Daneben lassen sich zwar Grenzen des Relativitätsprinzips aufzeigen, jedoch ist dies ein schwächeres Argument.

Die physikalische Kernaussage der speziellen Relativitätstheorie liegt im Prinzip der invarianten Lichtgeschwindigkeit. Um letztere als unlogisch zu erkennen, muß man nicht Physik oder Mathematik studiert haben. Siehe dazu meinen Aufsatz über die Lichtgeschwindigkeit in der speziellen Relativitätstheorie.

(1) Der Zeitbegriff. Mit variablen Maßeinheiten wird jede Physik sinnlos.

Einsteins Auffassung von Zeit ist subjektivistischer Unsinn. Die Zeit hängt weder von den Sinneseindrücken unterschiedlicher Beobachter noch vom Gang der Uhren ab.

Für die herkömmliche Philosophie in der Tradition von Immanuel Kant ist Zeit eine angeborene Verstandeskategorie, eine Ordnungsstruktur im Verstand, welche jeder wissenschaftlichen Erkenntnis vorausgeht. Sie ist wie andere "a priori" gegebene Kategorien (wie Raum, Zahl, Kausalität) Grundlage unseres Denkens und Erkennens.  Als Denkkategorie kann Zeit nicht relativ sein. Dieser Einwand wurde von anfang an gegen die Relativitätstheorie erhoben.

Dagegen konnte sich Einstein auf den von ihm als geistiges Vorbild anerkannten Physiker und Philosophen Ernst Mach berufen. Dieser vertrat wie G.W. Leibniz die relationistische Auffassung von Zeit und Raum. Danach ist Zeit eine Ordnungsstruktur in der Natur. Konkret gesagt, besteht Zeit in den Relationen der Aufeinanderfolge von Ereignissen, also in Zeitabständen. Nach dem Wissensstand von 1905, dem Entstehungsjahr der Relativitätstheorie,  war die Frage berechtigt, ob Leibniz oder Kant recht hat. Dass beide zum Teil recht haben, weil die zeitliche Struktur der Welt infolge der evolutionären Entwicklung des Verstandes zu einer zeitlichen Ordnungsstruktur im Verstand führt, war damals noch nicht bekannt.  

Jedenfalls war Einstein überzeugt, den Zeitbegriff Immanuel Kants durch seine Relativitätstheorie widerlegt zu haben. In dieser Überzeugung bestärkte ihn die Anerkennung durch Physiker wie Max Planck und Max von Laue. Daran konnte auch die Kritik zahlreicher anderer Physiker und Philosophen nichts ändern. So wies zum Beispiel Oskar Kraus (Ordinarius für Philosophie an der deutschen Universität in Prag, verstorben 1942 in Oxford) in einer ausführlichen Kritik der Relativitätstheorie darauf hin, dass ohne die gedankliche Vorstellung von absoluter Zeit überhaupt keine Zeitmessung möglich ist, und er fragt nach dem Sinn einer Physik ohne feste Maßeinheiten (Offener Brief an Albert Einstein und Max von Laue, 1925).

Kennzeichnend für den Zeitbegriff der Relativitätstheorie ist nicht nur die relationistische Auffassung, sondern daneben die Gleichsetzung des Zeitverlaufs mit dem Gang von Uhren ("Zeit ist das, was wir von der Uhr ablesen"). Mit dieser Zeitdefinition knüpft Einstein an Newton an, der die mit ungenauen Uhren gemessene Zeit als relativ bezeichnet, im Gegensatz zur wahren, gleichmäßig verlaufenden absoluten Zeit. Durch die Gleichsetzung der Zeit mit dem Gang von Uhren stellt Einstein schon begrifflich von vornherein sicher, dass die absolute Zeit vom Tisch ist. Außerdem unterstützt diese Zeitdefinition das Argument, dass der langsamere Gang der bewegten Uhr mit einem langsameren Verlauf der Zeit verbunden ist.


(2) Die Gleichzeitigkeit von Ereignissen ist ein realer Sachverhalt, der nicht von Beobachtungen oder Messungen abhängt.

Absolute Zeit und absolute Gleichzeitigkeit bedingen sich gegenseitig. Wenn überall die selbe Zeit gilt, dann ist jeder Zeitpunkt im gesamten Raum der selbe. In jedem Augenblick, den ich mit "jetzt" bezeichne, geschehen gleichzeitige Ereignisse in der Welt. Diese Gewissheit ist uns angeboren. Ein Zeitpunkt ist nicht auf Teile des Raumes begrenzt, sondern gilt universell. Würde die Zeit in unterschiedlichen Teilen der Welt unterschiedlich verlaufen, so würde die Welt als Ganzes nicht gleichzeitig existieren. Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft wären nicht zu unterscheiden.

Einstein versucht die absolute Zeit von der Gleichzeitigkeit her auszuhebeln. Er demonstriert zunächst durch sein Gedankenexperiment mit dem bewegten Stab, dass bewegte Beobachter gleichzeitige Ereignisse - hier den Stand der Uhrzeiger von synchronisierten Uhren - infolge unterschiedlicher Lichtlaufzeiten nicht gleichzeitig wahrnehmen. Deshalb sei Gleichzeitigkeit relativ. (Zur Elektrodynamik bewegter Körper, § 2, Seite 895 ff., Zeitschrift Annalen der Physik 1905).  Dies entspricht den Eisenbahn-Gedankeneperimenten in späteren Veröffentlichungen, bei denen der Beobachter im fahrenden Zug zwei gleichzeitig gezündete Lichtblitze nicht gleichzeitig sieht. Einstein macht auf diese Weise die Gleichzeitigkeit zu einer Frage von Sinneseindrücken. Wenn aber Gleichzeitigkeit von Sinneseindrücken abhängt, dann ist sie zwangsläufig infolge unterschiedlicher Lichtlaufzeiten relativ. Der in § 3 folgende Rechengang, die sogenannte Herleitung der Lorentz-Transformation, zeigt lediglich das Maß der Relativität auf. Infolge unterschiedlicher Lichtlaufzeiten weichen die Sinneseindrücke des ruhenden und des bewegten Beobachters um den Lorentzfaktor voneinander ab, wenn man Einsteins Hypothese der invarianten Lichtgeschwindigkeit voraussetzt.

Selbst wenn man die philosophischen Überlegungen zur absoluten Zeit ablehnt und der Physik ihren eigenen Zeitbegriff zugesteht, wonach einzig die messbaren Zeitrelationen als Zeit zu gelten haben, so stellt sich sofort die Frage, wie die Zeitrelationen relativ sein können. Sie sind nur aus dem Grund relativ, weil die Relativitätstheorie nicht die objektiven Zeitrelationen in der Natur beschreibt.  Sie beschreibt die Zeitrelationen, wie sie  - beeinflusst durch die behauptete unterschiedliche Lichtlaufzeit zwischen zwei Punkten A und B des bewegten Systems - aufgrund von Sinneseindrücken erscheinen.

An der von Sinneseindrücken abhängig gemachten Gleichzeitigkeit wird die subjektivistische Weltsicht der Relativitätstheorie deutlich. Die subjektivistische Betrachtungsweise in Wissenschaft, Kunst und Philosophie lag um 1900 im Trend. Ob die Anfänge der Existenzphilosophie und der Psychoanalyse, ob die philosophische Methode der Phänomenologie, ob der Impressionismus in der Malerei - das Subjekt und der subjektive Blick auf die Welt standen im Vordergrund. Ein Modetrend des damaligen Zeitgeistes war auch der so genannte Machismus. Nach der Erkenntnistheorie von Ernst Mach besteht unsere einzige Wirklichkeit in den Sinneseindrücken. Doch was hat die subjektivistische Weltsicht mit Physik zu tun? Wenn Physik eine Naturwissenschaft ist, dann hat sie eine Wirklichkeit zum Gegenstand, die mehr ist als die bloße Beschreibung von Sinneseindrücken.

Tatsache ist, dass wir aufgrund unserer natürlichen menschlichen Begrenztheit die Gleichzeitigkeit von zwei Ereignissen nur innerhalb unseres Gesichtskreises ohne technische Hilfsmittel feststellen können. Das ändert jedoch  nichts daran, dass Gleichzeitigkeit ein unabhängig von jeder Beobachtung und Messung gegebener Sachverhalt ist. Physiker mögen spontan zu der Ansicht von Ernst Mach neigen, dass in der Physik nur zählt, was man beobachten und messen kann. Diese Ansicht stimmt aber bei näherem Überlegen nicht, weil die Wissenschaft mehr weiß als das, was man messen und zählen kann. Denn ein wesentliches Element jeder Wissenschaft ist das logische Denken. Aus diesem Grund unterscheidet schon Leibniz zwischen Erfahrungstatsachen und Vernunfterkenntnissen  Zu den letzteren gehört das Wissen über die Lichtlaufzeit, durch die Zeitmessungen relativiert werden. Sind etwa Blitz und Donner, welche in unserer Wahrnehmung zeitlich nicht übereinstimmen, die einzige Wirklichkeit in der Physik? Die Physiker erklären uns, dass dahinter ein bestimmtes Ereignis zu einer bestimmten Zeit steht, nämlich eine elektrische Entladung. Womit wir bei der Erkenntnistheorie sind.


(3) Erkenntnistheorie. Ein Scheineffekt wird nicht dadurch wirklich, dass man an die Erkenntnistheorie von Ernst Mach glaubt, wonach die Beobachtung unsere einzige Wirklichkeit sei.

Ein zweiter philosophischer Aspekt der Relativitätstheorie betrifft die Erkenntnistheorie. Einstein zieht aus seiner mathematischen Herleitung der Zeitdilatation ohne weitere Begründung den Schluss, dass eine bewegte Uhr gegenüber einer ruhenden Uhr physikalisch wirklich langsamer geht. Dagegen muss man aufgrund des Rechengangs, der die von der Lichtlaufzeit abhängigen Sinneseindrücke der Beobachter beschreibt, zu dem Ergebnis kommen, dass die bewegte Uhr für den ruhenden Beobachter nur scheinbar langsamer geht. Auch die relativistische Philosophie liefert dafür keine plausible Erklärung, sondern sagt pauschal, die Folgerung Einsteins ergebe sich aus der Logik der Relativitätstheorie. Allerdings zäumt diese Aussage das Pferd von hinten auf. Denn ohne wirkliches Nachgehen der bewegten Uhr ist die Zeitdilatation nur ein Scheineffekt, wodurch die Theorie widerlegt ist. Damit die Relativitätstheorie gültig bleibt, muss die bewegte Uhr wirklich nachgehen.

Bei logischer Betrachtung ist der langsamere Gang der bewegten Uhr nur ein Scheineffekt, der auf Sinneseindrücken beruht. Ein wirklicher Effekt ist auch aufgrund der folgenden Überlegung ausgeschlossen. Nach dem Relativitätsprinzip kann die bewegte Uhr als ruhend und die ruhende Uhr als bewegt betrachtet werden, die relativistischen Effekte sind daher reziproke (wechselseitige) Effekte. Es ist aber logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass von zwei Uhren jede gegenüber der anderen nachgeht (Paul Langevin, 1911). Um die Relativitätstheorie vor dieser einfachen Widerlegung wenigstens scheinbar zu retten, wurde der Begriff "Uhrenparadoxon" erfunden. Es gibt dutzende von  unterschiedlichen Erklärungsversuchen seit Einstein bis zur Gegenwart, aber es gibt es bis heute keine einheitliche Erklärung für das angebliche Paradoxon, das in Wirklichkeit die paradoxe Konsequenz aus einer unlogischen Theorie und damit deren Widerlegung ist.

Auf die Frage, wie Einstein zu seiner unlogischen Schlussfolgerung gelangt, gibt es mehrere denkbare Antworten. Entweder hätte er schlicht übersehen, das die Relativitätseffekte reziprok gelten. Vielleicht war es auch Wunschdenken, warum Einstein das ruhende System (die ruhende Uhr) verabsolutierte, weil er ahnte oder wusste, dass seine ganze Theorie logisch zusammenfällt, wenn die Zeitdilatation nur ein Scheineffekt ist. Vereinzelt stößt man auch auf die Meinung, dass der Autist Einstein (auch wohlwollende neuere Biographien bescheinigen ihm das Asperger-Syndrom) ein gestörtes Verhältnis zur Realität hatte. Doch ich meine, man kann solche Vermutungen ausschließen. Einstein hat sich zwar nicht in der Relativitätstheorie, jedoch in überlieferten Gesprächen, ausdrücklich auf die Erkenntnistheorie von Ernst Mach bezogen.

Damit kommt wieder die Philosophie ins Spiel. Nach Lage der Dinge hat Einstein die heute als obsolet (veraltet) geltende sensualistische Erkenntnistheorie von Ernst Mach konsequent in die Relativitätstheorie übernommen: Was wir beobachten (bzw. sehen), ist unsere einzige Wirklichkeit. Also geht die bewegte Uhr nicht scheinbar, sondern wirklich langsamer. Aus einer allgemeinen philosophischen Maxime von zweifelhaftem Aussagewert macht Einstein auf diese Weise ein physikalisches Prinzip. Ernst Mach kam aufgrund seiner sensualistischen Philosophie zu der radikalen Forderung, die Wissenschaft habe sich auf die Beschreibung von Sinneseindrücken zu beschränken. Dies ist der Grund, warum Einsteins Beobachter in allen Gedankenexperimenten die Welt so beurteilen, als ob sie Automaten ohne Verstand wären. Sie registrieren Lichtimpulse, beurteilen Gleichzeitigkeit nach dem Eintreffen von Lichtimpulsen am Auge des Beobachters (bzw. am Photosensor des Automaten), wissen aber sonst nichts über die Welt. Vor allem wissen sie nichts über die Lichtlaufzeit, die jeder verständige Mensch in die Beurteilung einbeziehen würde, ob zwei Ereignisse gleichzeitig sind. Auf diese subjektivistische Sichtweise beruft sich die heutige Physik, wenn sie von ihrem Weltbild spricht. Der Philosoph Karl Popper (der kein erklärter Kritiker der Relativitätstheorie war), spricht in seiner Autobiografie in diesem Zusammenhang vom Einbruch des Subjektivismus in die Physik..


(4) Das Relativitätsprinzip

In der Tat sind Bewegung und Geschwindigkeit stets relativ, weil Bewegung und Geschwindigkeit eines Systems nur in Bezug auf ein anderes System festgestellt und gemessen werden kann. Der auf der Erdoberfläche lebende Beobachter wird in der Regel die Erdoberfläche als Bezugssystem wählen und deshalb Richtung und Geschwindigkeit von Fahrzeugen relativ zur Erdoberfläche angeben. Gäbe es einen absoluten Raum, so hätten wir die Wahl, diesen als Bezugssystem für Bewegung und Geschwindigkeit zu wählen - was für die Alltagspraxis auf unserer Erde allerdings recht umständlich wäre. Immerhin wurde in den letzten Jahrzehnten durch mehrere Experimente an Hand der kosmischen Hintergrundstrahlung eine Absolutgeschwindigkeit der Erde annäherungsweise bestimmt. Ob man daraus auf ein absolutes Bezugssysstem schließen kann, hängt m. E. in erster Linie von der kosmologischen Überlegung ab, ob in einem nach allen Richtungen  expandierenden Universum ein ruhendes Zentrum auszumachen ist. Doch die Astronomen sagen, dass unsere Milchstraße und die Nachbargalaxie Andromeda sich aufeinander zu bewegen und sich in 2 Milliarden Jahren gegenseitig durchdringen werden. Das ist ein Indiz gegen die Theorie eines seit dem behaupteten Urknall gleichmäßig expandierenden Universums.

Bisher wurde kein absolutes Bezugssystem nachgewiesen, also gilt das Relativitätsprinzip, wenn es um die kinetische Beschreibung von Bewegung und Geschwindigkeit geht. Die logische Ungereimtheit beginnt erst mit der Hypothese der invarianten Lichtgeschwindigkeit, welche Einstein für seine Berechnung zu Grunde legt,  "indem man durch Gleichungen ausdrückt, dass sich das Licht (wie das Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in Verbindung mit dem Relativitätsprinzip verlangt) auch im bewegten System gemessen mit der Geschwindigkeit V fortpflanzt." (Seite 899 in der Zeitschrift "Annalen der Physik", Jahrgang 1905).

Im Klartext: Einsteins Rechengang setzt voraus, dass jeder Beobachter die Lichtgeschwindigkeit mit dem selben Wert c messen soll, gleich ob er sich auf das Licht (bzw. die Lichtquelle) zu bewegt oder sich von ihm entfernt. Im vorausgehenden  § 2 gilt dies noch nicht, wodurch der unbefangene Leser völlig ratlos bleibt. Dort demonstriert Einstein am Gedankenexperiment mit dem bewegten Stab, dass die Lichtlaufzeit zwischen den Enden des Stabes A und B für den Hin- und Rückweg unterschiedlich ist, woraus er die Relativität von Gleichzeitigkeit folgert. Doch werden auch in § 3 das erweiterte Relativitätsprinzip und das Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit nicht logisch miteinander verbunden. Dies ist gar nicht möglich, weil beide Prinzipien in absolutem Widerspruch zueinander stehen. Wenn man genau hinsieht, so erkennt man: bei Einstein gilt für den bewegten Beobachter das erweiterte Relativitätsprinzip, wie es zu Beginn auf Seite 891 Absatz 2 beschrieben wird, für den ruhenden Beobachter gilt das Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit (im Sinne von Seite 892 oben). Weil sich für die beiden Beobachter das Licht nach unterschiedlichen Prinzipien ausbreitet, sehen sie einen von A ausgehenden Lichtimpuls in Punkt B des bewegten Systems zu unterschiedlichen Zeiten eintreffen.

5) Ein einfaches logisches Argument:
Einstein postuliert als Grundlage seiner Theorie, dass sich das Licht in jedem gleichmäßig-geradlinig bewegten System (auch Inertialystem genannt) mit der Geschwindigkeit c ausbreitet. Dieses Licht soll "vom ruhenden System aus betrachtet" die Geschwindigkeit V¯c² - v² haben. Ich meine, dass V¯c² + v² mathematisch korrekt wäre. Aber gleich ob V¯c² - v² oder V¯c² + v², es gibt nur eine physikalische Wirklichkeit. Letztere lautet gemäß Einstein, dass im bewegten System die Lichtgeschwindigkeit c beträgt. Alles andere ist folglich ein Scheineffekt, wodurch sich die Relativitätstheorie von selber erledigt.

(6) Noch eine Anmerkung zur allgemeinen Relativitätstheorie. Falls Atomuhren im Beschleunigungszustand und in Schwerefeldern langsamer gehen, so bedeutet dies nicht, dass die Zeit langsamer verläuft,  sondern dass wir Atomuhren nicht wechselnder Beschleunigung und Schwerkraft aussetzen sollten, wenn wir genau messen wollen. So wie wir mechanische Uhren zum Beispiel nicht wechselnder Temperatur aussetzen sollten, um möglichst exakt zu messen. Die Gleichsetzung des Zeitverlaufs mit dem Gang von Uhren übernimmt Einstein aus der speziellen Relativitätstheorie.


(7)  Die pauschale Behauptung, dass die Kritiker der Relativitätstheorie die Gedanken Einsteins und /oder seine Mathematik nicht verstanden hätten, stützt sich u.a. auf folgenden verwirrenden Umstand. In § 2 des Urtextes definiert Einstein die Relativität von Gleichzeitigkeit an Hand unterschiedlicher Lichtlaufzeiten zwischen Uhren und Beobachtern. In § 3, dem mathematischen Teil, schafft Einstein die Beobachter ab. Statt dessen versucht er zu zeigen, dass die Zeit in zwei parallel gegeneinander bewegten Koordinatensystemen nach Maßgabe des Lorentzfaktors unterschiedlich verläuft. Wer also die auf Beobachter und Lichtlaufzeiten gestützte Definition der Gleichzeitigkeit als Unsinn entlarvt, dem wird entgegengehalten, dass es in der Relativitätstheorie gar keine Beobachter gibt. Die Zeitverschiebung sei ein beobachter-unabhängiger mathematischer Effekt. Doch dies ist nicht der Fall, siehe meinen Artikel "Beobachter oder Koordinatensysteme?"

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Nachträge von 2015:

"Der in der Relativierung von Raum und Zeit enthaltene Widerspruch besteht in dem Satz, dass Raum und Zeit vom Bewegungszustand des Beobachters abhängig seien. Nun ist es aber ohne Zweifel die Bewegung, die ihrerseits Raum und Zeit voraussetzt." (F. Lipsius 1927)

"Die Physik bewegt sich in Raum und Zeit und Bewegung. Was Bewegung, was Raum, was Zeit ist, kann die Wissenschaft als Wissenschaft nicht entscheiden. Die Wissenschaft denkt also nicht; sie kann in diesem Sinne mit ihren Methoden gar nicht denken." (Martin Heidegger 1970) -  Damit sagt Heidegger etwas verklausuliert, dass die Physik nicht entscheiden kann, was Raum und Zeit sind.

"Entgegen Einsteins Anschauung kann man nicht bezweifeln, dass in diesem Augenblick, wo irgendetwas auf der Erde geschieht, auch vieles in anderen entfernten und bewegten Systemen geschieht. Dass wir es nicht instantan messen können oder überhaupt kein Signal davon erhalten, ändert nichts an seiner Gleichzeitigkeit." (F. Dessauer, 1958)

Donnerstag, 4. Mai 2017

Schein und Wirklichkeit

(aktualisiert im Mai 2017)

Wenn die relativistische Zeitdilatation nur ein Scheineffekt ist, dann sind Zeitreisen unmöglich und Einsteins Theorie ist hinfällig. Einstein selbst hat nicht erklärt, warum er die Zeitdilatation (im Gegensatz zur Längenkontraktion) für real hält. Eine mögliche Erklärung liegt in der Erkenntnistheorie von Ernst Mach, die in dem Satz gipfelt: Die Beobachtung ist unsere einzige Wirklichkeit. In einem von Werner Heisenberg nach dem Gedächtnis aufgezeichneten Gespräch sagt Einstein im Jahr 1926: "Vielleicht habe ich diese Art von Philosophie benützt, aber sie ist trotzdem Unsinn."

Der heutige Relativismus begründet die Wirklichkeit der Zeitdilatation vor allem mit zwei Argumenten. Erstens sei die Zeitdilatation nicht durch wechselnde Lichtlaufzeiten zwischen Objekt und Beobachter verursacht. Nur in diesem Fall wäre sie ein Scheineffekt. Zweitens beruhen unsere Sinneseindrücke nicht auf Einbildung, sondern sie sind real.

Dagegen ist einzuwenden: Einstein erklärt in § 2 seines Textes von 1905 die Relativität von Zeit und Gleichzeitigkeit anhand der zeitlich unterschiedlichen Wahrnehmungen von bewegten und ruhenden Beobachtern. Die zeitlichen Unterschiede resultieren aus unterschiedlichen Lichtlaufzeiten. In § 3 des Textes kommt das Wort "Beobachter" nicht vor. Einstein verwendet hier ruhende und bewegte Koordinatensysteme. Das Licht auf der y-Achse des bewegten Systems habe "vom ruhenden System aus betrachtet" stets die Geschwindigkeit V¯c² - v² . Eine mathematisch korrekte  Transformation dieses Lichtstrahls in das ruhende Koordinatensystem ergibt aber, dass der schräg von A nach C laufende Lichtstrahl (wenn wir uns auf das bekannte rechtwinklige Dreieck ABC beziehen), die Geschwindigkeit V¯c² + v² hat. Bei der Größe V¯c² - v² handelt es sich um nichts anderes als um die effektive Lichtgeschwindigkeit zwischen Lichtquelle und Beobachter, die aus dem Michelson-Morley -Versuch bekannt ist. Dort ist eine vergleichbare geometrische Situation gegeben. Der Beobachter bewegt sich in dem rechtwinkligen Dreieck von B nach C, sodass die effektive Lichtgeschwindigkeit kleiner als c ist, weil das Lichtsignal beim Beobachter später eintrifft. Wer in Einsteins Text von 1905 die Erläuterungen zu den Gleichungen genau liest, der sieht dass Einstein willkürlich das bewegte Koordinatensystem als Ganzes zur Lichtquelle und das ruhende Koordinatensystem zum Beobachter macht. Siehe dazu den Artikel "Beobachter oder Koordinatensysteme?"

Das relativistische Argument, wonach unsere Sinneseindrücke wirklich sind, ist in diesem Zusammenhang ein Scheinargument. Selbstverständlich sieht ein Beobachter auf der Erde den Mond "wirklich" nur als kleine Scheibe. Aber die außerhalb  unserer Sinnesorgane existierende physikalische Wirklichkeit  besteht doch darin, dass der Mond einen Durchmesser von 3476 km hat.

Doch jenseits aller umstrittenen Fragen über Beobachter, Koordinatensysteme und Sinneseindrücke gilt eine einfache logische Überlegung: Nach dem für die Relativitätstheorie grundlegenden Postulat hat das Licht im bewegten System die Geschwindigkeit c. Wenn dieses Licht aus Sicht des ruhenden Systems - gleich aus welchen Gründen - irgend eine andere Geschwindigkeit als c hat, so weicht dies von der als Wirklichkeit postulierten Größe c ab. Es gibt aber nur eine physikalische Wirklichkeit. Folglich handelt es sich um einen Scheineffekt.


Mittwoch, 19. April 2017

Beobachter oder Koordinatensysteme?

(aktualisiert im Mai 2017)

Nach herrschender relativistischer Auffassung gibt es in der Mathematik der speziellen Relativitätstheorie keinen Beobachter. Statt dessen beschreibt die spezielle Relativität angeblich eine allgemeine, beobachter-unabhängige mathematische Beziehung zwischen unterschiedlich bewegten Systemen. Dies ist auch eine Begründung dafür, dass die relativistische Zeitdilatation kein durch die wechselnde Lichtlaufzeit zwischen Objekt und Beobachter verursachter Scheineffekt , sondern real sein soll. Tatsächlich verwendet Einstein für das mathematische Szenarium in § 3 seines Textes von 1905 (der sog. Herleitung der Lorentz-Transformation) ruhende und bewegte Koordinatensysteme. Doch wer Einsteins Erläuterungen zu den Gleichungen aufmerksam liest, der sieht, dass Einsteins Mathematik das bewegte Koordinatensystem als eine Lichtquelle und das ruhende Koordinatensystem als einen Beobachter behandelt.    

Nach Einstein hat das Licht auf der y-Achse des bewegten Koordinatensystems "vom ruhenden System aus betrachtet" stets die Geschwindigkeit V¯c² - v²  (Seite 899 des Textes von 1905). Diese ungenaue Formulierung lässt zunächst offen, ob es im ruhenden Koordinatensystem einen Beobachter gibt oder ob Einstein die Lichtgeschwindigkeit c vom bewegten in das ruhende Koordinatensystem transformiert. Doch wenn es Einstein um die zeitlich relativen optischen Sinneseindrücke von Beobachtern ginge, so käme es dabei entscheidend auf die Position des Beobachters im Verhältnis zur Lichtquelle an. Nimmt die Distanz zwischen Lichtquelle und Beobachter bewegungsbedingt ab, so ist die effektive Lichtgeschwindigkeit zwischen Lichtquelle und Beobachter größer als c, wodurch das Signal beim Empfänger früher eintrifft. Wächst die Distanz, so ist die effektive Lichtgeschwindigkeit kleiner als c. In diesem Fall ist die Relativität ein leicht erklärbarer Scheineffekt. Doch dies  ist offenbar nicht der theoretische Ansatz Einsteins.

Statt dessen versucht er, eine allgemeine mathematische Beziehung zwischen unterschiedlich bewegten Systemen zu konstruieren. Aber im Widerspruch zur Überschrift von § 3 ("Theorie der Koordinaten- und Zeittransformation von dem ruhenden auf ein relativ zu diesem in gleichförmiger Translationsbewegung befindlichen System") transformiert Einstein nicht die Geschwindigkeit der Lichtstrahlen vom einen in das andere Koordinatensystem, sondern er rechnet mit der Größe V¯c² -  v² , also mit der aus dem Michelson-Morley-Versuch bekannten effektiven Lichtgeschwindigkeit zwischen Lichtquelle und Beobachter.

Für die relativistische Zeitdilatation ist der senkrechte Lichtstrahl auf der y-Achse des bewegten Systems maßgeblich. Die einfache geometrische Transformation dieses Lichtstrahls in ein ruhendes Koordinatensystem ergibt, dass der Lichtstrahl im ruhenden System schräg verläuft und nach dem Satz des Pythagoras bzw. als Summe der Vektoren c und v die Geschwindigkeit V¯c² + v² hat. Die Folge: Es gibt keine relativistische Zeitdilatation, weil der Lichtstrahl in B und C gleichzeitig eintrifft. Denn er hat im bewegten Koordinatensystem die Geschwindigkeit c, im ruhenden Koordinatensystem auf der längeren Strecke AC die größere Geschwindigkeit  V¯c² + v² .

Wie kommt Einstein dazu, statt dessen mit dem Wert  V¯c² - v² zu rechnen? Darauf sind mehrere Antworten möglich.

Die erste mögliche Antwort:
Einstein übernimmt die Größe V¯c² - v² aus der Mathematik zum Michelson-Morley-Versuch. Hier haben wir ein geometrisch entsprechendes Szenarium. Der Beobachter bewegt sich von B nach C. Dadurch wird seine Distanz zur Lichtquelle A größer. Entsprechend wird die effektive Lichtgeschwindigkeit zwischen Lichtquelle und Beobachter kleiner als c, nämlich V¯c² - v².
Einstein kann dabei auf die mathematischen Überlegungen von Hendrik Lorentz zum Michelson-Morley-Versuch zurückgreifen einschließlich des Gamma-Faktors, der später als Lorentz-Faktor bezeichnet wurde. Darauf beruht der von vielen Kritikern erhobene Plagiats-Vorwurf gegen Einstein. (Daneben wird ihm auch vorgeworfen, die Methode der Uhrensynchronisierung mittels Lichtstrahlen von Henri Poincare übernommen zu haben, ohne dessen Namen zu nennen).

Die zweite mögliche Antwort:
Es ist die relativistische Antwort. Es gibt keine größere Geschwindigkeit als c. Der senkrechte Lichtstrahl AB im bewegten System läuft im ruhenden System schräg von A nach C, behält aber seine Geschwindigkeit c. Daraus folgt  V¯c² - v² für den senkrechten Lichtstrahl AB. Jedoch nach Einsteins Postulat des speziellen Relativitätsprinzips hat der senkrechte Lichtstrahl AB im bewegten System in Wirklichkeit die Geschwindigkeit c.  Folglich handelt es sich bei V¯c² - v² um einen Scheineffekt.

Trotzdem sollen Zeitreisen möglich sein? Der Relativismus bestreitet, dass es nur eine physikalische Wirklichkeit gibt. Der Relativismus beruht darauf, dass jeder Beobachter seine eigene Wirklichkeit hat. Daher lebt der Relativismus von Scheineffekten und behauptet bei Bedarf, dass diese wirklich seien.

Die dritte mögliche Antwort:    
Sie ist anhand von Einsteins Text von 1905 belegbar. Einstein macht die Beziehung zwischen der Lichtquelle und dem relativ dazu bewegten Beobachter zu einer Beziehung zwischen unterschiedlich bewegten Koordinatensystemen. Weil er die Relativität der Zeit beweisen will, erklärt er willkürlich jedes der Koordinatensysteme zu einer Zeitzone mit eigener Zeit. Dadurch entsteht der Eindruck, dass es keinen Beobachter gibt. Einstein auf Seite 898: "Zu diesem Zwecke haben wir in Gleichungen auszudrücken, dass tau nichts anderes ist als der Inbegriff der Angaben von im System k ruhenden Uhren, welche nach der im § 1 gegebenen Regel synchron gemacht worden sind."   (Mit dem griechischen Buchstaben tau bezeichnet Einstein die Zeit im bewegten Koordinatensystem k). Und folgerichtig auf Seite 899: "Es ist zu bemerken, dass wir statt des Koordinatenursprunges jeden anderen Punkt als Ausgangspunkt des Lichtstrahles hätten wählen können...".  

Durch den willkürlichen Kunstgriff mit den Zeitzonen ist es, jedenfalls hinsichtlich der Zeit, plötzlich gleichgültig, an welchem Ort genau sich Lichtquelle und Beobachter befinden. Einstein macht das bewegte Koordinatensystem als ein Ganzes zur Lichtquelle, das ruhende Koordinatensystem als ein Ganzes wird zum Beobachter. Für jeden beliebigen Punkt im bewegten System gilt, dass sich durch die parallele Seitwärtsbewegung die Distanz zu einem zunächst genau gegenüber liegenden Punkt des ruhenden Systems vergrößert. Die effektive Lichtgeschwindigkeit zwischen den beiden Punkten und damit zwischen den beiden Systemen hat die Größe V¯c² - v²,

Übrigens gibt es in der Natur keine unterschiedlichen Zeitzonen, denn diese sind, wenn auch durch den Lauf der Sonne veranlasst, eine zivilisationstechnische Einrichtung, um einheitliche Fahrpläne und Termine planen zu können. Dass unterschiedlich bewegte Systeme unterschiedliche Zeitzonen sein sollen, in denen noch dazu die Uhren unterschiedlich gehen, ist eine willkürliche Idee, Weil aber die Naturwissenschaft weder um 1900 noch heute eine zutreffende Vorstellung von Zeit hat, hält man die mathematische Relativierung der Zeit für eine neue Erkenntnis über die Natur.