Physik versus Einstein

 Zuletzt ergänzt am 13. November 2023

Das rechtwinklige Dreieck ABC, anhand dessen häufig die Relativität der Zeit erklärt wird, lässt sich an konkreten Beispielen, wie einer Eisenbahn als bewegtem und dem Bahndamm als ruhendem System veranschaulichen. In einem mit der Geschwindigkeit v fahrenden Eisenbahnwagen wird ein Lichtblitz von der Lichtquelle A an der Decke des Wagens senkrecht nach unten zum Punkt B am Wagenboden geworfen. Aus Sicht des ruhenden Systems (vom Bahndamm aus gesehen) läuft der Lichtstrahl schräg von A nach C, und zwar mit der Geschwindigkeit V¯c² + v² (das ist die Vektorsumme der beiden Teilgeschwindigkeiten c und v). 

Setzt man jedoch Einsteins Postulat der konstanten Lichtgeschwindigkeit voraus, dann hat der Lichtstrahl AC aus Sicht des ruhenden Systems dieselbe Geschwindigkeit c wie der senkrechte Lichtstrahl AB (woraus nach Einstein aus Sicht des ruhenden Systems die Geschwindigkeit V¯c² - v² für den Lichtstrahl AC folgt).  Weil die Strecke AC länger ist als die Strecke AB, trifft der Lichtstrahl in C später ein als in B, woraus Einstein die Relativität der Zeit folgert. Soweit die Theorie.

A

B    C

Dazu meine Kritik:

1. Unser Verstand neigt von Natur aus nicht dazu, sich zwei Bewegungsvorgänge gleichzeitig vorzustellen. Versuchen wir deshalb bewusst, uns die Bewegungen vorzustellen, die aus dem statischen Dreieck ABC nicht sofort ersichtlich sind. Während einer bestimmten Zeitspanne läuft der Lichtblitz von A nach B. Gleichzeitig und in der derselben Zeitspanne bewegt sich B nach C. In dem Augenblick , in dem der Lichtblitz in B eintrifft, befindet sich B aus Sicht des ruhenden Systems in C. Folglich sind B und C in der physikalischen Realität identische Punkte. Punkt B erscheint zwangsläufig in den beiden unterschiedlich bewegten Koordinatensystemen  an unterschiedlicher Stelle. Es ist aber logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass ein und derselbe Lichtblitz an ein und demselben realen Punkt B zu unterschiedlichen Zeiten eintrifft. Man sieht hier den Unterschied zwischen rein mathematischen Überlegungen und Realität.

2. Noch deutlicher wird die Kritik, wenn wir an Stelle des geometrischen Punktes B einen realen Gegenstand setzen, zum Beispiel einen Lichtsensor oder einfach einen chromglänzenden Schraubenkopf, der beim Eintreffen des Lichtstrahls aufblitzt. Wieder gilt: Während der Lichtblitz von der Lichtquelle A zur Schraube B läuft, bewegt sich diese aus Sicht des ruhenden Koordinatensystems nach C. In dem Augenblick, in dem der Lichtblitz an der Schraube eintrifft, befindet sich diese aus Sicht des ruhenden Koordinatensystems in C. Es ist logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass ein und derselbe Lichtstrahl an ein und derselben realen Schraube zu unterschiedlichen Zeiten eintrifft. Wenn an der Stelle der Schraube ein Lichtsensor sitzt, wird dieser nur einmal aufblitzen. Denn es gibt in dem Szenarium nur einen realen Lichtsensor oder nur eine reale Schraube. Das Licht trifft gleichzeitig in und B und C ein, weil es auf der Strecke AC, d.h. in Bezug auf das ruhende Koordinatensystem, die größere Geschwindigkeit V¯c² + v² hat als auf der Strecke AB (in Bezug auf das bewegte System).

Verallgemeinert gilt: Es gibt nur eine physikalische Realität, auch wenn man sie unter dem Gesichtspunkt unterschiedlich bewegter Koordinatensysteme betrachten kann. Die Zuordnung eines realen Gegenstands zu unterschiedlichen Koordinatensystems zeigt den Gegenstand zwangsläufig in unterschiedlichen Positionen, was aber nichts mit unterschiedlichen Zeiten zu tun hat. 

Damit erweist sich Einsteins Postulat der konstanten Lichtgeschwindigkeit als ein Produkt der mathematischen Phantasie, das nichts mit der physikalischen Wirklichkeit zu tun hat. Aus Sicht unterschiedlich  bewegter Beobachter oder Koordinatensysteme kann das Licht niemals dieselbe Geschwindigkeit c haben, gleich ob sich Beobachter bzw. Koordinatensysteme auf die Lichtquelle zu bewegen oder sich von ihr entfernen.

Mathematik versus Einstein

 Im mathematischen Teil (§ 3) seiner speziellen Relativitätstheorie von 1905 betrachtet Einstein die Lichtstrahlen, die von einer geradlinig bewegten Lichtquelle ausgehen und fragt, welche Geschwindigkeit diese Lichtstrahlen aus Sicht eines ruhenden Koordinatensystems haben (immer unter Beachtung seines Postulates der konstanten Lichtgeschwindigkeit). Er stellt fest, dass die senkrecht zur Bewegungsrichtung laufenden Lichtstrahlen aus Sicht des ruhenden Systems schräg verlaufen mit der Geschwindigkeit V¯ c² - v² .  Auch stellt er fest,  dass die waagrecht (parallel zur Bewegungsrichtung der Lichtquelle) laufenden Lichtstrahlen aus Sicht des ruhenden Koordinatensystems die Geschwindigkeiten c + v (in Bewegungsrichtung) und c - v (in der Gegenrichtung) haben. *)

Gleich wie man es dreht und wendet: Aus den beiden unterschiedlichen Geschwindigkeiten c + v und c - v kann aus Sicht des ruhenden Systems niemals die einheitliche Geschwindigkeit V¯ c² - v² resultieren. Einstein kommt zu dem Ergebnis V¯c² - v², weil er aus c + v und c - v den Durchschnitt c bildet und diesen mittels seiner besonderen Messvorschrift in das ruhende System transformiert. Aber die Verwendung der Durchschnittsgeschwindigkeit unterschiedlicher Lichtstrahlen ist ein Fehler, wenn es darum geht, die einzelnen Lichtstrahlen vom bewegten in das ruhende System zu transformieren. 

Wie konnte Einstein diesen Fehler machen? Er übernimmt das mathematische Szenarium aus dem Michelson-Morley-Experiment. Bei diesem Experiment wird der Lichtstrahl in Bewegungsrichtung des Apparats tatsächlich durch einen Spiegel reflektiert. Für die Berechnung, zu welcher Zeit der Lichtstrahl an der Beobachtungsebene eintrifft, ist die Durchschnittsgeschwindigkeit des Lichtstrahls für den Hin- und Rückweg gefragt. Wenn jedoch die Aufgabe lautet, die einzelnen Lichtstrahlen einer bewegten Lichtquelle in ein ruhendes Koordinatensystem zu transformieren (spezielle Relativitätstheorie), dann muss jeder Lichtstrahl für sich betrachtet werden.

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*) Ein Widerspruch in sich: Einstein verwendet c + v und c - v, obwohl es nach seinem Postulat der konstanten Lichtgeschwindigkeit nur die Lichtgeschwindigkeit c gibt. Allein schon dadurch gerät die  Mathematik der SRT in ein fragwürdiges Licht. Die ganze schwer durchschaubare Rechnung Einsteins wird überflüssig, wenn man konsequent sagen würde: Es gibt nur eine Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen, nämlich c. Und aus c im bewegten System wird nach Einstein  V¯c² - v² im ruhenden System. Weil es aber nach dem Postulat Einsteins nur die Lichtgeschwindigkeit c gibt, ist die Zeitdehnung ein Scheineffekt, wodurch die ganze Theorie hinfällig ist.    

  

Kant versus Einstein # 2

 zuletzt bearbeitet am 6. November 2022

Die Zeit hat keine räumliche Grenze. In diesem Augenblick geschieht nicht nur irgend etwas auf der Erde, sondern auch vieles in anderen entfernten und bewegten Systemen. Dass wir es nicht instantan messen können oder überhaupt kein Signal davon erhalten, ändert nichts an seiner Gleichzeitigkeit. Daher ist jeder Augenblick, den ich mit "Jetzt" bezeichne, überall derselbe. Weil das so ist, gibt es nur eine Zeit. Wäre es nicht so, dann würde die Welt als Ganzes nicht gleichzeitig existieren - eine absurde Vorstellung.

Dagegen gibt es nach Einstein keine objektive Gleichzeitigkeit. Einstein definiert die Gleichzeitigkeit nach den Sinneswahrnehmungen unterschiedlicher Beobachter. Weil die Wahrnehmungen von unterschiedlichen Lichtlaufzeiten abhängen, stellt jeder Beobachter andere Gleichzeitigkeiten fest, sodass jeder Beobachter eine andere Zeit hat.

Wie konnte Einsteins abwegige Definition von Gleichzeitigkeit von einem großen Teil der Wissenschaft um das Jahr 1905 akzeptiert werden? In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurden weite Teile der Wissenschaft vom philosophischen Positivismus beherrscht, der eine lange Tradition hat (früher nannte er sich Empirismus). Danach beruht alles menschliche Wissen ausschließlich auf Erfahrung. Eine besondere Ausprägung erhielt diese Auffassung im 19. Jahrhundert: Unser gesamtes Wissen beruhe auf Sinneseindrücken, eine objektive Wirklichkeit gebe es nicht. (Ernst Mach: "Die Beobachtung ist unsere einzige Wirklichkeit"). Der Positivismus wurde in den folgenden Jahrzehnten im wesentlichen widerlegt und gilt heute als überholt.

Doch bis heute ist den meisten Physikern nicht bewusst, dass Einsteins subjektivistische Definition von Gleichzeitigkeit und damit die relative Zeit auf der subjektivistischen Ausprägung des Positivismus (damals als "Empiriokritizismus" bezeichnet) beruht. Einstein definiert im voraus die Zeit als relativ, siehe § 1 und § 2 seines Textes von 1905.

 Seine anschließende Berechnung in § 3 beweist nicht die Relativität, sondern zeigt die Regel auf, nach der sich die behauptete Relativität richtet, nämlich den Lorentzfaktor. In Einsteins mathematischem Szenarium bewegen sich zwei Koordinatensysteme parallel gegeneinander. Ganz unauffällig und nebenbei  wird jedes der Systeme zu einer eigenen Zeitzone mit synchronisierten Uhren erklärt (Seite 898 Absatz 4 Satz 3 : "Zu diesem Zwecke haben wir in Gleichungen auszudrücken..."). Dabei gibt es in der unbelebten Natur keine Zeitzonen. *) Der Abstand zwischen zwei Uhren, die sich zunächst gegenüber stehen, nimmt wegen der Parallelbewegung zu. Dadurch gehen infolge zunehmender Lichtlaufzeit die Uhren aus Sicht des jeweils anderen Systems langsamer. Da nach Einstein gilt: "Zeit ist das, was wir von der Uhr ablesen", verläuft die Zeit in jedem der beiden Systeme aus Sicht des anderen Systems langsamer. Und weil der junge Einstein noch an den positivistischen Leitsatz glaubt, wonach die Beobachtung unsere einzige Wirklichkeit sei, soll der Zeitunterschied kein Scheineffekt, sondern Wirklichkeit sein, sodass Zeitreisen möglich sind, wenn man von einem System ins andere wechselt.

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*) An dieser Stelle könnte jemand auf den Einwand kommen, dass es in der Natur auch keine Koordinatensysteme und keine Mathematik gibt. Doch dieser scheinbare Einwand bestätigt nur meine Überzeugung, dass Raum, Zeit und Mathematik ausschließlich Verstandesprodukte sind. Der Kern  des Problems ist Einsteins falscher Zeitbegriff. Die Wissenschaft kann ohne Mathematik, Raum und Zeit nicht arbeiten. Aber mit falschen Vorstellungen über die Natur von Raum, Zeit und Mathematik gerät sie auf Abwege.   

   

 

Kant versus Einstein

 Ungeachtet aller logischen, physikalischen und mathematischen Kritikpunkte bestehen grundlegende philosophische Einwendungen gegen die Relativitätstheorie. Einstein hat sich bei Immanuel Kant posthum dafür entschuldigt, die Lehre des großen Philosophen über Raum und Zeit widerlegt zu haben. Kant konnte sich dazu nicht äußern, hat sich aber vermutlich im Grab umgedreht. In der Tradition von Kant stehende Philosophen haben die Relativitätstheorie seit jeher abgelehnt, weil Raum und Zeit als angeborene Formen des Denkens und Erkennens weder relativ sein können, noch durch die Naturwissenschaft beliebig definiert werden können. 

Wie konnte dieser Dissens entstehen? Die Physik als Naturwissenschaft, deren wesentliche Gegenstände Materie und Energie sind, wusste nichts mit apriorischen Denkkategorien anzufangen, die nach Kants idealistischer Philosophie lediglich im Verstand existieren, aber keinen erkennbaren Bezug zur realen Außenwelt hatten. Auch Newtons absolute Zeit schien um 1900 widerlegt, weil die damals vom philosophischen Positivismus des 19. Jahrhunderts geprägte Physik nur gelten ließ, was man beobachten und messen kann. Ernst Mach, führender Physiktheoretiker und Vorbild des jungen Einstein, forderte konsequent nicht nur die Abschaffung der absoluten Zeit, sondern auch des Atoms, weil man es mit damaligen technischen Mitteln nicht beobachten konnte. 

Doch das war vor 120 Jahren. In der Mitte des 20. Jahrhunderts entstand die evolutionäre Erkenntnistheorie. Eine ihre Grundüberlegungen bestand darin, dass auch die Entwicklung des menschlichen Verstandes durch die Umwelt geprägt wurde. *) Auf dieser Basis lässt sich plausibel und nachvollziehbar begründen, dass Kants apriorische Denkkategorien nicht losgelöst von der Wirklichkeit entstanden sind, sondern äußere, reale Ursachen haben. Raum und Zeit sind Ordnungs- und Maßsysteme, mit denen wir uns besser in der Welt orientieren können. 

Damit stellt sich die Frage, welchen Sinn gleitende Maßeinheiten haben, die Einstein eingeführt hat, nur um die Lichtgeschwindigkeit unter allen Umständen konstant zu halten. **) Bis heute wertet die Physik die einschlägigen Berechnungen Einsteins als mathematischen Beweis für die relative Zeit. Bis heute behandelt die Physik Raum und Zeit, als ob sie physikalische Dinge wären, die in rätselhaften Wechselwirkungen mit der Materie stehen (Krümmung der Raumzeit durch die Gravitation). Und bis heute glauben viele Physiker, dass Zeit durch Uhren generiert wird (Einstein: "Zeit ist das, was wir von der Uhr ablesen"). Und das, obwohl es außerhalb des Verstandes nichts gibt, was man als Zeit bezeichnen könnte.

*) Konrad Lorenz: Kants Lehre vom Apriorischen im Lichte gegenwärtiger Biologie, 1941

**) Oskar Kraus: Offene Briefe an Albert Einstein und Max von Laue, Wien 1925

      Louis Essen: The Special Theory of Relativity. A Critical Analysis, Oxford 1971  

Leserbrief

 Leserbrief an die "Augsburger Allgemeine" zum Artikel "Das größte Rätsel des Universums" vom 30.04.22

In dem Artikel ist, wie so oft in den letzten Jahren, wieder einmal die Rede vom "Kräuseln der Raumzeit". In der Natur gibt es keine Raumzeit, denn diese ist eine mathematische Konstruktion. Aus diesem Grund kann man weder mit dem Fernrohr noch mit milliardenteurem Spezialgerät beobachten, dass die Raumzeit sich krümmt. Die Physik behandelt Raum und Zeit so als ob sie reale Gegenstände wären, die in rätselhaften Wechselwirkungen mit der Materie stehen. 

In Wirklichkeit sind Raum und Zeit Denk- und Ordnungssysteme, mit denen die Evolution unseren Verstand ausgestattet hat, damit wir uns in der Welt besser zurechtfinden. Aber man kann von der Physik keinen Denkfortschritt in diese Richtung erwarten, wenn schon viele Naturphilosophen vor den "Zumutungen der Wissenschaft" (Karl Jaspers) auf die Knie gehen, weil sie Immanuel Kant zu unrecht für veraltet halten.