Freitag, 17. Februar 2012
Relativistische Zeitdilatation widerlegt?
Die Zeitdilatation kann vereinfacht an folgendem Beispiel erklärt werden. In einem bewegten System wird ein Lichtimpuls von A nach B senkrecht zur Bewegungsrichtung des Systems geschickt. Aus Sicht eines ruhenden Beobachters bewegt sich der Lichtimpuls von A nach C. Für die Strecke AC braucht der Lichtimpuls länger als für die kurze Strecke AB, woraus der Zeitunterschied zwischen dem ruhenden und dem bewegten Beobachter resultiert.
A
B C
Im Gegensatz dazu kommt man bei logischer Betrachtung zu dem Ergebnis, dass die Beobachtungen (Sinneseindrücke) des bewegten und des ruhenden Beobachters zeitlich übereinstimmen.
In der selben Zeitspanne, während der Lichtimpuls von A nach B gelangt, bewegt sich der Punkt B des bewegten Systems nach C. Beim Eintreffen des Lichtimpulses sind die Punkte B und C identisch. Es ist logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass ein und derselbe Lichtimpuls an einem realen Ort B zu unterschiedlichen Zeitpunkten eintrifft. Daher gibt es keine Zeitdilatation.
Da die Zeitdilatation unmittelbar aus dem Prinzip der invarianten Lichtgeschwindigkeit folgt (sowohl der ruhende als auch der bewegte Beobachter sollen für das selbe Licht den Wert c messen), ist die Widerlegung der Zeitdilatation im Grunde eine Widerlegung der Invarianz der Lichtgeschwindigkeit.
Der ruhende Beobachter beobachtet während der gesamten Beobachtungsperiode den selben realen Punkt B wie der bewegte Beobachter - mit dem Unterschied, dass sich dieser Punkt aus Sicht des ruhenden Beobachters bewegt und er ihn mit C benennt. Noch deutlicher wird dies, wenn man in Punkt B des bewegten Systems gedanklich einen Lichtdetektor (Photosensor) anbringt. Beim Eintreffen des Lichtimpulses sind B und C deckungsgleich, so dass der Lichtdetektor das Eintreffen des Lichtimpulses für alle Beobachter zum selben Zeitpunkt anzeigt.
Zwar trifft die Überlegung zu, dass die Bewegung A-B aus Sicht des ruhenden Beobachters eine Bewegung A-C darstellt, doch die Zeitdauer des Vorgangs bleibt für jeden Beobachter die selbe. Ersetzt man den Lichtimpuls gedanklich durch eine Billardkugel, so ist von vornherein klar und durch einen einfachen Versuch nachweisbar, dass die Kugel in B und C gleichzeitig eintrifft, weil B und C deckungsgleich sind. Im Falle der Billardkugel weiß man mit Sicherheit, dass sie nicht gleichzeitig an unterschiedlichen Orten sein kann. Ebenso wenig kann sie an einem bestimmten Ort zu unterschiedlichen Zeitpunkten eintreffen. Man wird einwenden, dass Licht etwas anderes ist als ein fester Körper. Doch wie sollte ein Lichtimpuls, gleich ob man ihn als Teilchen (Photon) oder Welle auffasst, die spukhafte Eigenschaft haben, an einem bestimmten Ort zu unterschiedlichen Zeiten einzutreffen? Quantentheoretische Überlegungen scheiden hier aus, denn die Systeme der Relativitätstheorie haben eine noch oben unbegrenzte Größenordnung, so dass aus der Lichtlaufzeit innerhalb eines Systems physikalische Folgerungen gezogen werden können.
Ein vom Punkt A ausgehender Lichtimpuls trifft an einer mit "B" markierten Stelle eines bewegten Systems (gleich ob Eisenbahn, Raumschiff oder abstraktes Koordinatensystem) zu einem bestimmten Zeitpunkt ein. Das Eintreffen des Lichtimpulses in B ist ein nach Ort und Zeit eindeutig bestimmtes Ereignis. Dass sich B aus Sicht des ruhenden Beobachters nach C bewegt, ändert nichts an diesem realen Sachverhalt, weil C zu jeder Zeit identisch mit B ist. Daher gibt es die relativistische Zeitdilatation nicht.
Nach Einsteins speziellem Relativitätsprinzip gilt für Lichtstrahlen dasselbe wie für feste Körper: Sie werden im bewegten System mitgeführt. Daraus folgt, dass dem Lichtimpuls die Geschwindigkeit des bewegten Systems vermittelt wird. Daraus folgt weiter, dass der Lichtimpuls - vergleichbar einer Billardkugel in der Eisenbahn - für alle Beobachter in Punkt B, der identisch ist mit Punkt C, gleichzeitig eintrifft. Wenn der Einwand zutrifft, dass Licht nicht schneller als c sein kann, dann ist das spezielle Relativitätsprinzip entkräftet. Entweder das Licht wird im bewegten System mitgeführt und hat in diesem System die Geschwindigkeit c (spezielles Relativitätsprinzip), woraus von außen betrachtet die Lichtgeschwindigkeit c + v resultiert. Oder die Lichtgeschwindigkeit *) ist auf c begrenzt (Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit), woraus im bewegten System eine andere Lichtgeschwindigkeit als c resultiert. Entweder - oder, aber beides zusammen geht nach den Gesetzen der Logik nicht.
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*) Wie jede Geschwindigkeit kann auch die Lichtgeschwindigkeit nur relativ zu einem Bezugssystem angegeben werden. Nach der Relativitätstheorie bezieht sich die von der Bewegung der Lichtquelle unabhängige konstante Lichtgeschwindigkeit auf den Ort (Raumpunkt), an dem das Licht emitttiert wird.
Montag, 13. Februar 2012
Relativitätsprinzip und Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit
(ergänzt am 8. August 2012)
Am Beginn der speziellen Relativitätstheorie postuliert Einstein zwei Voraussetzungen: das Relativitätsprinzip und das Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit. Jeder der beiden Begriffe wird in unterschiedlichen Bedeutungen verwendet, was zu Missverständnissen führen kann.
Relativitätsprinzip
1. Nach dem schon durch Newton formulierten (klassischen) Relativitätsprinzip ist es nicht möglich, durch mechanische Experimente zu unterscheiden, ob sich ein Inertialsystem (d.h. ein gleichmäßig geradlinig bewegtes System) in Ruhe oder in Bewegung befindet. Die mechanischen Gesetze sind in jedem System gleich.
2. Nach der auf Leibniz zurückgehenden relationistischen Auffassung des Raumes gibt es keinen absoluten Raum. Daraus folgt die Relativität von Bewegung. Die Bewegung (Ortsveränderung) eines Gegenstands (allgemein: eines Systems) kann nur in Bezug auf irgendein anderes System festgestellt werden. Wenn es kein bevorzugtes, absolutes System gibt, dann ist jede Bewegung relativ.
Die Relativität von Bewegung hat faktische Grenzen. Nicht der Bahnhof bewegt sich, sondern der Zug. Denn gemeinsames Bezugssystem für Bahnhof und Zug ist in diesem Fall die Erdoberfläche. Wäre es anders, so müsste die Bewegung der Bahnhöfe zu Erdbeben führen. - Nicht die Sonne dreht sich um die Erde, wie es den Anschein hat, sondern aufgrund kosmologischer Erkenntnisse weiß man, dass es umgekehrt ist. Aus der Hierarchie der kosmischen Bewegungssysteme folgt, dass für die Bewegungen in unserem Planetensystem die Sonne das natürliche Bezugssystem ist.
3. Das Einsteinsche Relativitätsprinzip (auch spezielles Relativitätsprinzip) erweitert das klassische Relativitätsprinzip auf alle physikalischen Vorgänge, also auch auf die optischen Gesetze. Einstein setzt voraus, dass in allen gleichmäßig-geradlinig bewegten Systemen (Inertialsystemen) die Lichtgeschwindigkeit gleich ist. Das Licht wird in jedem System sozusagen mitgeführt. Das spezielle Relativitätsprinzip ist eines der beiden Hauptpostulate der speziellen Relativitätstheorie.
4. Eine andere Bedeutung hat das Relativitätsprinzip in der allgemeinen Relativitätstheorie: beschleunigte Bezugssysteme und Inertialsysteme im Schwerefeld sind gleichberechtigt (allgemeines Relativitätsprinzip).
Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit
1. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts ist konstant c, das heißt, die Lichtgeschwindigkeit ist unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle. In dieser Bedeutung steht das Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit am Beginn der speziellen Relativitätstheorie. Es ist neben dem speziellen Relativätsprinzip eines der beiden Hauptpostulate der speziellen Relativitätstheorie.
2. Aus dem speziellen Relativitätsprinzip zusammen mit dem Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit konstruiert Einstein die Idee, dass die Lichtgeschwindigkeit eine invariante Naturkonstante ist. Gleich wo sich die Lichtquelle befindet, die Lichtgeschwindigkeit hat in jedem Inertialsystem die selbe Größe c, und die Lichtgeschwindigkeit hat in Bezug auf unterschiedlich bewegte Beobachter stets die selbe Größe c. Diese Vorstellung wird für die Herleitung der Lorentz-Transformation und für die Zeitdilatation in der speziellen Relativitätstheorie vorausgesetzt.
Von vielen Autoren wird die invariante Lichtgeschwindigkeit ungenau und vereinfacht als konstante Lichtgeschwindigkeit bezeichnet. Sicher ist mit der invarianten Lichtgeschwindigkeit eine feste Naturkonstante c gemeint (Nr. 2) , doch die verbale Gleichsetzung mit dem Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit (Nr. 1) verschleiert den unlogischen Inhalt der Naturkonstanten c.
Kritik der invarianten Lichtgeschwindigkeit
1. Wenn es kein absolutes Bezugssystem gibt - und ein solches konnte bisher nicht festgestellt werden - dann sind Bewegung und Geschwindigkeit nur in Bezug auf beliebige andere Bezugssysteme definierbar, das heißt Geschwindigkeit ist relativ. Mit dem Wechsel des Bezugssystems ändert sich die Geschwindigkeit. Der Unterschied zwischen Relativ- und Absolutgeschwindigkeit besteht darin, dass das Referenzsystem für Absolutgeschwindigkeiten ein als absolut vermutetes System bzw. ein fester Raumpunkt wäre.
Relativ zu dem in einem Fahrzeug sitzenden Fahrer hat das Fahrzeug die Geschwindigkeit Null. Relativ zu einer auf der Straße stehenden Person hat das Fahrzeug beispielsweise eine Geschwindigkeit von 100 km/h. Man sieht daraus, dass Relativgeschwindigkeiten physikalisch real sind und je nach ihrer Größe harmlos oder verheerend sein können.
Man kann daher nicht von der Größe einer Geschwindigkeit sprechen, ohne anzugeben, auf welches Bezugssystem sich die Größe einer Geschwindigkeit bezieht. Eine Geschwindigkeit kann in Bezug auf unterschiedlich bewegte Systeme niemals den gleichen Wert haben. Ohne ausdrückliche Angabe oder stillschweigende Voraussetzung eines bestimmten Bezugssystems ist der physikalische Begriff "Geschwindigkeit" sinnlos. Aus diesem Grund ist das Prinzip der invarianten Lichtgeschwindigkeit logisch unhaltbar. Für die invariante Lichtgeschwindigkeit gibt es kein Bezugssystem. Die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit beinhaltet, dass jeder Beobachter, gleich ob er sich auf eine Lichtquelle zu bewegt oder sich von ihr entfernt, die Lichtgeschwindigkeit mit dem selben Wert c messen soll.
2. Die beiden Postulate Einsteins, spezielles Relativitätsprinzip und Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit, stehen in Widerspruch zueinander. Entweder ist die Lichtgeschwindigkeit c unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle. Oder das Licht wird in einem bewegten System (bzw. von einer Lichtquelle) mitgeführt, dann hat es relativ zu einem Ruhesystem die Geschwindigkeit c + v. Der Widerspruch wird nur scheinbar mathematisch aufgelöst, indem ein weiteres in sich widersprüchliches Prinzip, nämlich das Prinzip der invarianten Lichtgeschwindigkeit eingeführt wird.
3. Ein Beispiel
3.1 Das bewegte System ist ein Eisenbahnzug, der mit der Geschwindigkeit v fährt. Vom Zugende A sendet eine Lichtquelle einen Lichtimpuls zum Zuganfang B. Während der Lichtimpuls im fahrenden Zug die Strecke AB zurücklegt (laut Einsteins Relativitätsprinzip hat der Lichtimpuls im Zug die Geschwindigkeit c), gelangt das vordere Zugende B nach C. Aus Sicht eines am Bahndamm stehenden Beobachters legt der Lichtimpuls die längere Strecke AC zurück, und zwar mit der Geschwindigkeit c + v. (Wenn man sich statt des Lichtimpulses eine Billardkugel vorstellt, wird es anschaulicher). Mangels eines absoluten Bezugssystems ist jede Geschwindigkeit relativ, und ihre Größe hängt vom gewählten Bezugssystem ab. Nach der Logik hat der Lichtimpuls von außen betrachtet, also relativ zum ruhenden Beobachter die Geschwindigkeit c + v.
_______________________ >
A B C
3.2 Gegen das spezielle Relativitätsprinzip spricht, dass ein Lichtimpuls - auch wenn sich die Lichtquelle bewegt - an einem bestimmten Ort emittiert wird. Dieser Ort ist Bezugspunkt *) für die Ausbreitungsgeschwindigkeit c des Lichtes. Damit kann die Lichtgeschwindigkeit nicht unabhängig davon sein, ob sich ein Beobachter zu diesem Ort hin oder von ihm weg bewegt. Ohne spezielles Relativitätsprinzip, aber unter Einhaltung des Prinzips der konstanten Lichtgeschwindigkeit ergibt sich folgendes: Der Lichtimpuls breitet sich vom Emissionspunkt A mit der Geschwindigkeit c aus. Die gleiche Geschwindigkeit c hat er gegenüber dem ruhenden Beobachter, weil dieser seine Position gegenüber dem Punkt A, von welchem der Lichtimpuls abgegeben wurde, nicht verändert. Der Zug entfernt sich vom Emissionspunkt A mit der Geschwindigkeit v, so dass der Lichtimpuls im bewegten Zug (relativ zum Zug) die Geschwindigkeit c - v hat. Das Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit, wonach die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle ist und in Bezug auf den Emissionspunkt A nicht größer als c sein kann, wird eingehalten. Bei dieser Betrachtungsweise liegt der eigentliche Fehler der Relativitätstheorie im speziellen Relativitätsprinzip, nach welchem die Lichtgeschwindigkeit in jedem Inertialsystem den Wert c hat. Wie sich das Licht tatsächlich ausbreitet, ist bis heute nicht geklärt.
------------------
*) Da v = s/t gilt und da die Strecke s durch zwei Endpunkte bestimmt wird, sind zwei Punkte zur Definition einer Geschwindigkeit notwendig. Wenn ich hier von einem Bezugspunkt spreche, so meine ich das an diesem Punkt festgemachte Koordinatensystem, in welchem die Strecke s bestimmt wird.
Am Beginn der speziellen Relativitätstheorie postuliert Einstein zwei Voraussetzungen: das Relativitätsprinzip und das Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit. Jeder der beiden Begriffe wird in unterschiedlichen Bedeutungen verwendet, was zu Missverständnissen führen kann.
Relativitätsprinzip
1. Nach dem schon durch Newton formulierten (klassischen) Relativitätsprinzip ist es nicht möglich, durch mechanische Experimente zu unterscheiden, ob sich ein Inertialsystem (d.h. ein gleichmäßig geradlinig bewegtes System) in Ruhe oder in Bewegung befindet. Die mechanischen Gesetze sind in jedem System gleich.
2. Nach der auf Leibniz zurückgehenden relationistischen Auffassung des Raumes gibt es keinen absoluten Raum. Daraus folgt die Relativität von Bewegung. Die Bewegung (Ortsveränderung) eines Gegenstands (allgemein: eines Systems) kann nur in Bezug auf irgendein anderes System festgestellt werden. Wenn es kein bevorzugtes, absolutes System gibt, dann ist jede Bewegung relativ.
Die Relativität von Bewegung hat faktische Grenzen. Nicht der Bahnhof bewegt sich, sondern der Zug. Denn gemeinsames Bezugssystem für Bahnhof und Zug ist in diesem Fall die Erdoberfläche. Wäre es anders, so müsste die Bewegung der Bahnhöfe zu Erdbeben führen. - Nicht die Sonne dreht sich um die Erde, wie es den Anschein hat, sondern aufgrund kosmologischer Erkenntnisse weiß man, dass es umgekehrt ist. Aus der Hierarchie der kosmischen Bewegungssysteme folgt, dass für die Bewegungen in unserem Planetensystem die Sonne das natürliche Bezugssystem ist.
3. Das Einsteinsche Relativitätsprinzip (auch spezielles Relativitätsprinzip) erweitert das klassische Relativitätsprinzip auf alle physikalischen Vorgänge, also auch auf die optischen Gesetze. Einstein setzt voraus, dass in allen gleichmäßig-geradlinig bewegten Systemen (Inertialsystemen) die Lichtgeschwindigkeit gleich ist. Das Licht wird in jedem System sozusagen mitgeführt. Das spezielle Relativitätsprinzip ist eines der beiden Hauptpostulate der speziellen Relativitätstheorie.
4. Eine andere Bedeutung hat das Relativitätsprinzip in der allgemeinen Relativitätstheorie: beschleunigte Bezugssysteme und Inertialsysteme im Schwerefeld sind gleichberechtigt (allgemeines Relativitätsprinzip).
Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit
1. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts ist konstant c, das heißt, die Lichtgeschwindigkeit ist unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle. In dieser Bedeutung steht das Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit am Beginn der speziellen Relativitätstheorie. Es ist neben dem speziellen Relativätsprinzip eines der beiden Hauptpostulate der speziellen Relativitätstheorie.
2. Aus dem speziellen Relativitätsprinzip zusammen mit dem Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit konstruiert Einstein die Idee, dass die Lichtgeschwindigkeit eine invariante Naturkonstante ist. Gleich wo sich die Lichtquelle befindet, die Lichtgeschwindigkeit hat in jedem Inertialsystem die selbe Größe c, und die Lichtgeschwindigkeit hat in Bezug auf unterschiedlich bewegte Beobachter stets die selbe Größe c. Diese Vorstellung wird für die Herleitung der Lorentz-Transformation und für die Zeitdilatation in der speziellen Relativitätstheorie vorausgesetzt.
Von vielen Autoren wird die invariante Lichtgeschwindigkeit ungenau und vereinfacht als konstante Lichtgeschwindigkeit bezeichnet. Sicher ist mit der invarianten Lichtgeschwindigkeit eine feste Naturkonstante c gemeint (Nr. 2) , doch die verbale Gleichsetzung mit dem Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit (Nr. 1) verschleiert den unlogischen Inhalt der Naturkonstanten c.
Kritik der invarianten Lichtgeschwindigkeit
1. Wenn es kein absolutes Bezugssystem gibt - und ein solches konnte bisher nicht festgestellt werden - dann sind Bewegung und Geschwindigkeit nur in Bezug auf beliebige andere Bezugssysteme definierbar, das heißt Geschwindigkeit ist relativ. Mit dem Wechsel des Bezugssystems ändert sich die Geschwindigkeit. Der Unterschied zwischen Relativ- und Absolutgeschwindigkeit besteht darin, dass das Referenzsystem für Absolutgeschwindigkeiten ein als absolut vermutetes System bzw. ein fester Raumpunkt wäre.
Relativ zu dem in einem Fahrzeug sitzenden Fahrer hat das Fahrzeug die Geschwindigkeit Null. Relativ zu einer auf der Straße stehenden Person hat das Fahrzeug beispielsweise eine Geschwindigkeit von 100 km/h. Man sieht daraus, dass Relativgeschwindigkeiten physikalisch real sind und je nach ihrer Größe harmlos oder verheerend sein können.
Man kann daher nicht von der Größe einer Geschwindigkeit sprechen, ohne anzugeben, auf welches Bezugssystem sich die Größe einer Geschwindigkeit bezieht. Eine Geschwindigkeit kann in Bezug auf unterschiedlich bewegte Systeme niemals den gleichen Wert haben. Ohne ausdrückliche Angabe oder stillschweigende Voraussetzung eines bestimmten Bezugssystems ist der physikalische Begriff "Geschwindigkeit" sinnlos. Aus diesem Grund ist das Prinzip der invarianten Lichtgeschwindigkeit logisch unhaltbar. Für die invariante Lichtgeschwindigkeit gibt es kein Bezugssystem. Die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit beinhaltet, dass jeder Beobachter, gleich ob er sich auf eine Lichtquelle zu bewegt oder sich von ihr entfernt, die Lichtgeschwindigkeit mit dem selben Wert c messen soll.
2. Die beiden Postulate Einsteins, spezielles Relativitätsprinzip und Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit, stehen in Widerspruch zueinander. Entweder ist die Lichtgeschwindigkeit c unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle. Oder das Licht wird in einem bewegten System (bzw. von einer Lichtquelle) mitgeführt, dann hat es relativ zu einem Ruhesystem die Geschwindigkeit c + v. Der Widerspruch wird nur scheinbar mathematisch aufgelöst, indem ein weiteres in sich widersprüchliches Prinzip, nämlich das Prinzip der invarianten Lichtgeschwindigkeit eingeführt wird.
3. Ein Beispiel
3.1 Das bewegte System ist ein Eisenbahnzug, der mit der Geschwindigkeit v fährt. Vom Zugende A sendet eine Lichtquelle einen Lichtimpuls zum Zuganfang B. Während der Lichtimpuls im fahrenden Zug die Strecke AB zurücklegt (laut Einsteins Relativitätsprinzip hat der Lichtimpuls im Zug die Geschwindigkeit c), gelangt das vordere Zugende B nach C. Aus Sicht eines am Bahndamm stehenden Beobachters legt der Lichtimpuls die längere Strecke AC zurück, und zwar mit der Geschwindigkeit c + v. (Wenn man sich statt des Lichtimpulses eine Billardkugel vorstellt, wird es anschaulicher). Mangels eines absoluten Bezugssystems ist jede Geschwindigkeit relativ, und ihre Größe hängt vom gewählten Bezugssystem ab. Nach der Logik hat der Lichtimpuls von außen betrachtet, also relativ zum ruhenden Beobachter die Geschwindigkeit c + v.
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A B C
3.2 Gegen das spezielle Relativitätsprinzip spricht, dass ein Lichtimpuls - auch wenn sich die Lichtquelle bewegt - an einem bestimmten Ort emittiert wird. Dieser Ort ist Bezugspunkt *) für die Ausbreitungsgeschwindigkeit c des Lichtes. Damit kann die Lichtgeschwindigkeit nicht unabhängig davon sein, ob sich ein Beobachter zu diesem Ort hin oder von ihm weg bewegt. Ohne spezielles Relativitätsprinzip, aber unter Einhaltung des Prinzips der konstanten Lichtgeschwindigkeit ergibt sich folgendes: Der Lichtimpuls breitet sich vom Emissionspunkt A mit der Geschwindigkeit c aus. Die gleiche Geschwindigkeit c hat er gegenüber dem ruhenden Beobachter, weil dieser seine Position gegenüber dem Punkt A, von welchem der Lichtimpuls abgegeben wurde, nicht verändert. Der Zug entfernt sich vom Emissionspunkt A mit der Geschwindigkeit v, so dass der Lichtimpuls im bewegten Zug (relativ zum Zug) die Geschwindigkeit c - v hat. Das Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit, wonach die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle ist und in Bezug auf den Emissionspunkt A nicht größer als c sein kann, wird eingehalten. Bei dieser Betrachtungsweise liegt der eigentliche Fehler der Relativitätstheorie im speziellen Relativitätsprinzip, nach welchem die Lichtgeschwindigkeit in jedem Inertialsystem den Wert c hat. Wie sich das Licht tatsächlich ausbreitet, ist bis heute nicht geklärt.
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*) Da v = s/t gilt und da die Strecke s durch zwei Endpunkte bestimmt wird, sind zwei Punkte zur Definition einer Geschwindigkeit notwendig. Wenn ich hier von einem Bezugspunkt spreche, so meine ich das an diesem Punkt festgemachte Koordinatensystem, in welchem die Strecke s bestimmt wird.
Dienstag, 7. Februar 2012
Das PKL wird fallen
Das Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit (PKL) ist die grundlegende physikalische Annahme, auf der die spezielle Relativitätstheorie beruht. Das PKL beinhaltet nicht nur die durchaus glaubhafte Hypothese, wonach die Lichtgeschwindigkeit c unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle konstant ist. Vielmehr hat das PKL bei Einstein die unlogische Bedeutung, dass jeder Beobachter die Lichtgeschwindigkeit mit c misst, gleich ob er sich auf die Lichtquelle zu bewegt oder sich von ihr entfernt. Die Relativitätstheorie beruft sich hierbei auf den berühmten Versuch von Michelson und Morley, der allerdings auch andere Interpretationen als die relativistische Deutung Einsteins zulässt. Dass spätere Experimente, wie zum Beispiel Sagnac 1913, Michelson und Gale 1925 oder Marinov 1980 das PKL widerlegen, wird von der herrschenden Meinung ignoriert.
Das PKL als Grundvoraussetzung der Relativitätstheorie ist eine Paradoxie, weil die invariante Lichtgeschwindigkeit nicht nur der physikalischen und mathematischen Logik ins Gesicht schlägt, sondern "Geschwindigkeit" zu einem sinnlosen Begriff macht. Denn in Ermangelung eines festen Bezugssystems sind nur Relativgeschwindigkeiten feststellbar, also Geschwindigkeiten in Bezug auf beliebige Bezugssysteme. Eine Geschwindigkeit kann in Bezug auf unterschiedlich bewegte Systeme niemals die selbe Größe haben.
Auf der Grundlage des PKL konstruiert Einstein die "Zeitdilatation". Hierzu betrachtet er zwei Punkte A und B in einem bewegten System. Aus dem PKL resultiert eine unterschiedliche Lichtlaufzeit von A nach B für den ruhenden und den bewegten Beobachter, so dass der ruhende Beobachter alle Vorgänge im bewegten System langsamer ablaufen sieht. Was Einstein nicht bedenkt und was die relativistische Physik bis heute ignoriert: Es ist logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass ein und derselbe Lichtimpuls in einem konkreten Punkt B zu unterschiedlichen Zeiten eintrifft.
Zuletzt wurde das PKL durch Messungen im Rahmen des "Opera"- Projekts widerlegt. Nach einer Krisensitzung des Cern-Forschungszentrums wurde in einer eilig einberufenen Pressekonferenz die Beobachtung bekannt gegeben, dass Neutrinos die Lichtgeschwindigkeit übertreffen. Die Meldung erschien am 24. September 2011 auf den Titelseiten der großen Tageszeitungen. Laut Cern-Chef Rolf Heuer verlangt es die Ethik der Wissenschaft, dass die Resultate der breiteren (Physiker-) Gemeinschaft zugänglich gemacht werden, um eine Prüfung durch unabhängige Experimente anzuregen. Cern-Forschungschef Sergio Bertolucci erläuterte: "Falls diese Messungen bestätigt werden, könnten sie unsere Sicht auf die Physik verändern." Die relativistische Physik sollte die aufgezeigte Chance nutzen, um endlich einen Diskussionsprozess über die Relativitätstheorie zuzulassen. Wie sonst will die Physik aus dem Dilemma herauskommen, dass sie an einer offensichtlich seit Jahrzehnten überholten Grundlagentheorie dogmatisch festhält?
Daneben enthalten die Nachrichten aus dem Cern eine Botschaft, die im Grunde nicht neu, aber in ihrer Tragweite noch nie voll in das öffentliche Bewusstsein eingegangen ist. Minimalste Messdifferenzen, in diesem Fall ganze 60 Milliardstelsekunden, liegen zwischen der Relativitätstheorie und ihrer experimentellen Widerlegung. Dass die Theorie seit 100 Jahren logisch widerlegt ist (durch Paul Langevin, 1911), wird nach wie vor geleugnet. Aber immerhin wurde nun offiziell die Möglichkeit in Erwägung gezogen, dass sie experimentell wackeln könnte. Ein deutlicher Fortschritt.
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Nachtrag vom 26. Februar 2012:
Gestern stand in der Zeitung, dass die Neutrinos falsch gemessen wurden. Ein lockerer Stecker war schuld. Das kann passieren, denn wo Menschen am Werk sind, werden Fehler gemacht, und komplizierte Technik ist empfindlich. Ich habe mich zu früh gefreut. Die Spitzen des Cern treten vor die Weltpresse, um die Menschheit auf das Ende der Relativitätstheorie einzustimmen, und dann so etwas. Das fehlerhafte Versuchsergebnis stellt alles in Frage, was sie bisher gelernt und gelehrt haben. Trotzdem verschweigen sie es nicht oder versuchen eine Deutung, die ihnen in den Kram passt. Sondern sie informieren die Öffentlichkeit und rufen die Physiker in aller Welt zur Nachprüfung auf. Angesichts dessen, dass die Relativitätstheorie auf dem Spiel steht, ist dieses Verhalten nach den Erfahrungen der Vergangenheit völlig unerwartet und verdient Respekt. Doch möglicherweise ist auch dieses Lob voreilig. Im schlimmsten Fall wird der blamable Vorgang dazu benützt, um die nach Austausch des defekten Kabels zu erwartenden "normalen" Messergebnisse als glanzvolle Bestätigung der Relativitätstheorie zu verkaufen.
4. Januar 2013:
Rückblickend gesehen, war es wohl eine geschickte Public-relations-Aktion. Warum sonst das Tamtam um einige Fehlmessungen? Die Botschaft der PR-Aktion lautet: Seht her, die Behauptung der Kritiker stimmt gar nicht, dass wir Versuchsergebnisse ignorieren, welche gegen die Relativitätstheorie sprechen. Beim geringsten Zweifel informieren wir die Weltöffentlichkeit und fordern die Physikergemeinde zur Nachprüfung auf!
Das PKL als Grundvoraussetzung der Relativitätstheorie ist eine Paradoxie, weil die invariante Lichtgeschwindigkeit nicht nur der physikalischen und mathematischen Logik ins Gesicht schlägt, sondern "Geschwindigkeit" zu einem sinnlosen Begriff macht. Denn in Ermangelung eines festen Bezugssystems sind nur Relativgeschwindigkeiten feststellbar, also Geschwindigkeiten in Bezug auf beliebige Bezugssysteme. Eine Geschwindigkeit kann in Bezug auf unterschiedlich bewegte Systeme niemals die selbe Größe haben.
Auf der Grundlage des PKL konstruiert Einstein die "Zeitdilatation". Hierzu betrachtet er zwei Punkte A und B in einem bewegten System. Aus dem PKL resultiert eine unterschiedliche Lichtlaufzeit von A nach B für den ruhenden und den bewegten Beobachter, so dass der ruhende Beobachter alle Vorgänge im bewegten System langsamer ablaufen sieht. Was Einstein nicht bedenkt und was die relativistische Physik bis heute ignoriert: Es ist logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass ein und derselbe Lichtimpuls in einem konkreten Punkt B zu unterschiedlichen Zeiten eintrifft.
Zuletzt wurde das PKL durch Messungen im Rahmen des "Opera"- Projekts widerlegt. Nach einer Krisensitzung des Cern-Forschungszentrums wurde in einer eilig einberufenen Pressekonferenz die Beobachtung bekannt gegeben, dass Neutrinos die Lichtgeschwindigkeit übertreffen. Die Meldung erschien am 24. September 2011 auf den Titelseiten der großen Tageszeitungen. Laut Cern-Chef Rolf Heuer verlangt es die Ethik der Wissenschaft, dass die Resultate der breiteren (Physiker-) Gemeinschaft zugänglich gemacht werden, um eine Prüfung durch unabhängige Experimente anzuregen. Cern-Forschungschef Sergio Bertolucci erläuterte: "Falls diese Messungen bestätigt werden, könnten sie unsere Sicht auf die Physik verändern." Die relativistische Physik sollte die aufgezeigte Chance nutzen, um endlich einen Diskussionsprozess über die Relativitätstheorie zuzulassen. Wie sonst will die Physik aus dem Dilemma herauskommen, dass sie an einer offensichtlich seit Jahrzehnten überholten Grundlagentheorie dogmatisch festhält?
Daneben enthalten die Nachrichten aus dem Cern eine Botschaft, die im Grunde nicht neu, aber in ihrer Tragweite noch nie voll in das öffentliche Bewusstsein eingegangen ist. Minimalste Messdifferenzen, in diesem Fall ganze 60 Milliardstelsekunden, liegen zwischen der Relativitätstheorie und ihrer experimentellen Widerlegung. Dass die Theorie seit 100 Jahren logisch widerlegt ist (durch Paul Langevin, 1911), wird nach wie vor geleugnet. Aber immerhin wurde nun offiziell die Möglichkeit in Erwägung gezogen, dass sie experimentell wackeln könnte. Ein deutlicher Fortschritt.
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Nachtrag vom 26. Februar 2012:
Gestern stand in der Zeitung, dass die Neutrinos falsch gemessen wurden. Ein lockerer Stecker war schuld. Das kann passieren, denn wo Menschen am Werk sind, werden Fehler gemacht, und komplizierte Technik ist empfindlich. Ich habe mich zu früh gefreut. Die Spitzen des Cern treten vor die Weltpresse, um die Menschheit auf das Ende der Relativitätstheorie einzustimmen, und dann so etwas. Das fehlerhafte Versuchsergebnis stellt alles in Frage, was sie bisher gelernt und gelehrt haben. Trotzdem verschweigen sie es nicht oder versuchen eine Deutung, die ihnen in den Kram passt. Sondern sie informieren die Öffentlichkeit und rufen die Physiker in aller Welt zur Nachprüfung auf. Angesichts dessen, dass die Relativitätstheorie auf dem Spiel steht, ist dieses Verhalten nach den Erfahrungen der Vergangenheit völlig unerwartet und verdient Respekt. Doch möglicherweise ist auch dieses Lob voreilig. Im schlimmsten Fall wird der blamable Vorgang dazu benützt, um die nach Austausch des defekten Kabels zu erwartenden "normalen" Messergebnisse als glanzvolle Bestätigung der Relativitätstheorie zu verkaufen.
4. Januar 2013:
Rückblickend gesehen, war es wohl eine geschickte Public-relations-Aktion. Warum sonst das Tamtam um einige Fehlmessungen? Die Botschaft der PR-Aktion lautet: Seht her, die Behauptung der Kritiker stimmt gar nicht, dass wir Versuchsergebnisse ignorieren, welche gegen die Relativitätstheorie sprechen. Beim geringsten Zweifel informieren wir die Weltöffentlichkeit und fordern die Physikergemeinde zur Nachprüfung auf!
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