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, weil Wissenschaft doch viel komplizierter ist. Sollen wir glauben, dass die Menschen auf der anderen Straßenseite wirklich nur daumengroß sind?


Zur Erläuterung:

A
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| c oder V¯c²-v²?
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|
|
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 nach aktuellem Stand der Wissenschaft tatsächlich 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.