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.
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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.
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.
Mittwoch, 8. Februar 2012
Eine Theorie, die aus Paradoxien besteht
(1) Das Prinzip der invarianten Lichtgeschwindigkeit ist logisch unhaltbar, weil eine Geschwindigkeit in Bezug auf unterschiedlich bewegte Systeme niemals den selben Wert haben kann.
Die Geschwindigkeit eines Systems ist nur in Bezug auf ein anderes System feststellbar. Wenn es keinen absoluten Raum oder absoluten Bezugspunkt gibt, dann sind Bewegung (Ortsveränderung) und Geschwindigkeit (auf die Zeit bezogene Ortsveränderung) relativ. Die Lichtgeschwindigkeit c bezieht sich auf den Ort oder Raumpunkt, an welchem von einer Lichtquelle ein Lichtimpuls emittiert wird. Eine Geschwindigkeit kann jedoch nicht in Bezug auf unterschiedlich bewegte Systeme den selben Wert haben. Das gilt auch für die Geschwindigkeit eines Lichtimpulses.
(2) Die Paradoxie der invarianten Lichtgeschwindigkeit zieht unmittelbar die nächste Paradoxie nach sich, nämlich die Zeitdilatation. Wenn unterschiedlich bewegte Beobachter die Lichtgeschwindigkeit konstant mit c beobachten, so ist für unterschiedlich bewegte Beobachter die Lichtlaufzeit zwischen zwei Punkten A und B eines bewegten Systems unterschiedlich. Darauf beruht die so genannte Zeitdilatation. Was Einstein nicht gesehen hat, ignorieren die relativistischen Theoretiker bis heute: Es ist logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass ein und derselbe Lichtimpuls in einem konkreten Raumpunkt B (den der ruhende Beobachter mit C bezeichnet) zu unterschiedlichen Zeiten eintrifft.
(3) Die nächste Paradoxie besteht darin, den Schein zur Wirklichkeit zu erklären. Infolge der Zeitdilatation, die aus unterschiedlichen Lichtlaufzeiten resultiert, scheinen die physikalischen Vorgänge im bewegten System langsamer zu verlaufen. Dies gilt auch für den Gang von Uhren. Unter stillschweigender Anwendung der heute veralteten Philosophie des "Empiriokritizismus" (Ernst Mach und R. Avenarius) erkärt Einstein den auf der Lichtlaufzeit beruhenden Scheineffekt zum wirklichen Effekt.
Aus diesem Fehler folgt eine weitere einfache logische Widerlegung der Relativitätstheorie. Denn es ist logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass von zwei Uhren jede gegenüber der anderen nachgeht (Paul Langevin, 1911).
(4) Nur eine gleichmäßig gehende Uhr ist eine gute Uhr. In dieser unbestrittenen Tatsache liegt der Beweis, dass die absolute Zeit in der Physik unentbehrlich ist. Warum sonst streben die Physiker nach möglichst genau gehenden Atomuhren? Dies ist zugleich die einfache Widerlegung der Relativitätstheorie. Die Leugnung der absoluten Zeit ist paradox.
Die Geschwindigkeit eines Systems ist nur in Bezug auf ein anderes System feststellbar. Wenn es keinen absoluten Raum oder absoluten Bezugspunkt gibt, dann sind Bewegung (Ortsveränderung) und Geschwindigkeit (auf die Zeit bezogene Ortsveränderung) relativ. Die Lichtgeschwindigkeit c bezieht sich auf den Ort oder Raumpunkt, an welchem von einer Lichtquelle ein Lichtimpuls emittiert wird. Eine Geschwindigkeit kann jedoch nicht in Bezug auf unterschiedlich bewegte Systeme den selben Wert haben. Das gilt auch für die Geschwindigkeit eines Lichtimpulses.
(2) Die Paradoxie der invarianten Lichtgeschwindigkeit zieht unmittelbar die nächste Paradoxie nach sich, nämlich die Zeitdilatation. Wenn unterschiedlich bewegte Beobachter die Lichtgeschwindigkeit konstant mit c beobachten, so ist für unterschiedlich bewegte Beobachter die Lichtlaufzeit zwischen zwei Punkten A und B eines bewegten Systems unterschiedlich. Darauf beruht die so genannte Zeitdilatation. Was Einstein nicht gesehen hat, ignorieren die relativistischen Theoretiker bis heute: Es ist logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass ein und derselbe Lichtimpuls in einem konkreten Raumpunkt B (den der ruhende Beobachter mit C bezeichnet) zu unterschiedlichen Zeiten eintrifft.
(3) Die nächste Paradoxie besteht darin, den Schein zur Wirklichkeit zu erklären. Infolge der Zeitdilatation, die aus unterschiedlichen Lichtlaufzeiten resultiert, scheinen die physikalischen Vorgänge im bewegten System langsamer zu verlaufen. Dies gilt auch für den Gang von Uhren. Unter stillschweigender Anwendung der heute veralteten Philosophie des "Empiriokritizismus" (Ernst Mach und R. Avenarius) erkärt Einstein den auf der Lichtlaufzeit beruhenden Scheineffekt zum wirklichen Effekt.
Aus diesem Fehler folgt eine weitere einfache logische Widerlegung der Relativitätstheorie. Denn es ist logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass von zwei Uhren jede gegenüber der anderen nachgeht (Paul Langevin, 1911).
(4) Nur eine gleichmäßig gehende Uhr ist eine gute Uhr. In dieser unbestrittenen Tatsache liegt der Beweis, dass die absolute Zeit in der Physik unentbehrlich ist. Warum sonst streben die Physiker nach möglichst genau gehenden Atomuhren? Dies ist zugleich die einfache Widerlegung der Relativitätstheorie. Die Leugnung der absoluten Zeit ist paradox.
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!
Montag, 8. August 2011
Die relative Zeit - ein absoluter Irrtum
Nach der speziellen Relativitätstheorie verläuft in gegeneinander bewegten Inertialsystemen die Zeit in jedem System relativ zu jedem anderen System langsamer. Diese Aussage ist in mehrfacher Hinsicht in sich widersprüchlich und unhaltbar.
1. Nicht die Zeit verläuft langsamer, sondern die Uhren gehen im jeweils anderen System langsamer. Einstein kann nur aus dem Grund von langsamer verlaufender Zeit sprechen, weil er voraus per Definition die Zeit mit dem Gang von Uhren gleichsetzt. (Daher der bekannte Satz: "Zeit ist das was wir von der Uhr ablesen."). Außerdem ist durch diese Definition die Zeit von vornherein "relativ", denn schon Newton bezeichnete - weil keine Uhr absolut gleichmäßig geht - die mit Uhren gemessene Zeit als relative Zeit.
2. Die Uhren im jeweils anderen System gehen nicht wirklich, sondern nur scheinbar langsamer. Denn der Effekt der "Zeitdilatation" beruht lediglich auf unterschiedlichen Sinneseindrücken des bewegten Beobachters und des im anderen System "ruhenden" Beobachters. Ursache der unterschiedlichen Sinneseindrücke ist die für die beiden Beobachter unterschiedliche Lichtlaufzeit zwischen zwei Punkten innerhalb des bewegten Systems.
3. Diese unterschiedliche Lichtlaufzeit wiederum beruht auf der unlogischen und experimentell widerlegten Hypothese der invarianten Lichtgeschwindigkeit: jeder Beobachter, gleich ob er sich auf eine Lichtquelle zu bewegt oder sich von ihr entfernt, soll die Lichtgeschwindigkeit konstant mit c messen.
4. Die Zeitdilatation ist ein reziproker (wechselseitiger) Effekt, so dass keine Uhr wirklich nachgeht. Wenn jede Uhr gegenüber allen anderen Uhren nachgeht, dann geht keine Uhr nach. Es ist logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass von zwei Uhren jede gegenüber der anderen nachgeht. Darauf hat schon 1911 Paul Langevin hingewiesen.
5. Daher könnte - wenn Einsteins Postulat der invarianten Lichtgeschwindigkeit zutrifft - die Zeitdilatation allenfalls ein Scheineffekt sein. Da aus Sicht eines jeden Systems die Uhr im jeweils anderen System um den Lorentzfaktor langsamer zu gehen scheint, ist dieser Scheineffekt bzw. Messfehler unter Anwendung des Lorentzfaktors korrigierbar. Das Ergebnis dieser Korrektur: in jedem System herrscht die gleiche Zeit. Dadurch widerlegt sich die Relativitätstheorie selbst. Ihre Mathematik beweist ungewollt, dass in jedem bewegten System in Wirklichkeit dieselbe Zeit gilt.
6. Dagegen argumentiert der Relativismus, dass die Geschwindigkeit eines bewegten Systems von Natur aus nicht bekannt ist, so dass die Beobachtung unsere einzige Wirklichkeit und daher die Frage nach der objektiven Wirklichkeit sinnlos sei. Dieses überholte philosophische Argument aus der Zeit um 1900 überzeugt nicht. Es kommt nicht darauf an, ob wir in jedem Einzelfall über die notwendigen Daten verfügen, um die Zeit im bewegten System zu berechnen. Entscheidend ist, dass in der mit dem Lorentzfaktor gegebenen wechselseitigen Beziehung zwischen den Systemen der logische und mathematische Beweis liegt, dass in jedem System die universelle Zeit gilt.
7. Die Relativitätstheorie erklärt die Sinneseindrücke zur einzigen Wirklichkeit. Nur wenn man individualpsychologisch argumentiert, indem man die individuellen Sinneseindrücke der Beobachter zur Wirklichkeit erklärt, so gehen die Uhren im bewegten System langsamer - vorausgesetzt, dass die Hypothese der invarianten Lichtgeschwindigkeit zutrifft. Argumentiert man aber physikalisch (was bedeutet, eine physikalische Wirklichkeit vorauszusetzen, die mehr umfasst als die unmittelbare Beobachtung), so gilt in jedem System die universelle Zeit.
1. Nicht die Zeit verläuft langsamer, sondern die Uhren gehen im jeweils anderen System langsamer. Einstein kann nur aus dem Grund von langsamer verlaufender Zeit sprechen, weil er voraus per Definition die Zeit mit dem Gang von Uhren gleichsetzt. (Daher der bekannte Satz: "Zeit ist das was wir von der Uhr ablesen."). Außerdem ist durch diese Definition die Zeit von vornherein "relativ", denn schon Newton bezeichnete - weil keine Uhr absolut gleichmäßig geht - die mit Uhren gemessene Zeit als relative Zeit.
2. Die Uhren im jeweils anderen System gehen nicht wirklich, sondern nur scheinbar langsamer. Denn der Effekt der "Zeitdilatation" beruht lediglich auf unterschiedlichen Sinneseindrücken des bewegten Beobachters und des im anderen System "ruhenden" Beobachters. Ursache der unterschiedlichen Sinneseindrücke ist die für die beiden Beobachter unterschiedliche Lichtlaufzeit zwischen zwei Punkten innerhalb des bewegten Systems.
3. Diese unterschiedliche Lichtlaufzeit wiederum beruht auf der unlogischen und experimentell widerlegten Hypothese der invarianten Lichtgeschwindigkeit: jeder Beobachter, gleich ob er sich auf eine Lichtquelle zu bewegt oder sich von ihr entfernt, soll die Lichtgeschwindigkeit konstant mit c messen.
4. Die Zeitdilatation ist ein reziproker (wechselseitiger) Effekt, so dass keine Uhr wirklich nachgeht. Wenn jede Uhr gegenüber allen anderen Uhren nachgeht, dann geht keine Uhr nach. Es ist logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass von zwei Uhren jede gegenüber der anderen nachgeht. Darauf hat schon 1911 Paul Langevin hingewiesen.
5. Daher könnte - wenn Einsteins Postulat der invarianten Lichtgeschwindigkeit zutrifft - die Zeitdilatation allenfalls ein Scheineffekt sein. Da aus Sicht eines jeden Systems die Uhr im jeweils anderen System um den Lorentzfaktor langsamer zu gehen scheint, ist dieser Scheineffekt bzw. Messfehler unter Anwendung des Lorentzfaktors korrigierbar. Das Ergebnis dieser Korrektur: in jedem System herrscht die gleiche Zeit. Dadurch widerlegt sich die Relativitätstheorie selbst. Ihre Mathematik beweist ungewollt, dass in jedem bewegten System in Wirklichkeit dieselbe Zeit gilt.
6. Dagegen argumentiert der Relativismus, dass die Geschwindigkeit eines bewegten Systems von Natur aus nicht bekannt ist, so dass die Beobachtung unsere einzige Wirklichkeit und daher die Frage nach der objektiven Wirklichkeit sinnlos sei. Dieses überholte philosophische Argument aus der Zeit um 1900 überzeugt nicht. Es kommt nicht darauf an, ob wir in jedem Einzelfall über die notwendigen Daten verfügen, um die Zeit im bewegten System zu berechnen. Entscheidend ist, dass in der mit dem Lorentzfaktor gegebenen wechselseitigen Beziehung zwischen den Systemen der logische und mathematische Beweis liegt, dass in jedem System die universelle Zeit gilt.
7. Die Relativitätstheorie erklärt die Sinneseindrücke zur einzigen Wirklichkeit. Nur wenn man individualpsychologisch argumentiert, indem man die individuellen Sinneseindrücke der Beobachter zur Wirklichkeit erklärt, so gehen die Uhren im bewegten System langsamer - vorausgesetzt, dass die Hypothese der invarianten Lichtgeschwindigkeit zutrifft. Argumentiert man aber physikalisch (was bedeutet, eine physikalische Wirklichkeit vorauszusetzen, die mehr umfasst als die unmittelbare Beobachtung), so gilt in jedem System die universelle Zeit.
Donnerstag, 28. Juli 2011
Die Einstein-Lichtuhr
zuletzt ergänzt im April 2024
Die Einstein-Lichtuhr ist keine wirkliche Uhr, sondern ein Gedankenexperiment, welches das von Einstein postulierte Ausbreitungsverhalten von Licht demonstriert. Zwischen zwei parallelen Spiegeln läuft ein Lichtimpuls hin und her. Das Spiegelsystem wird quer zur Laufrichtung des Lichtimpulses in Bewegung gesetzt. Aus Sicht des ruhenden Beobachters beschreibt der Lichtstrahl nun eine Zickzacklinie zwischen den beiden Spiegeln. Weil der schräge Weg zwischen den Spiegeln länger ist als die gerade Verbindung, soll das Licht aus Sicht des ruhenden Beobachters für den Weg zwischen den Spiegeln länger brauchen, wodurch der Takt der Lichtuhr langsamer geht. Daraus folgert Einstein, dass die Zeit im bewegten System langsamer verläuft. Soweit das Gedankenexperiment.
Die Lichtuhr ist im Prinzip eine fortlaufende Wiederholung des rechtwinkligen Dreiecks ABC, an Hand dessen die Zeitdilatation auf einfache Weise in der Literatur veranschaulicht wird. Jedoch die kritische Beschreibung lautet anders. Der Lichtstrahl läuft zwischen den beiden Spiegeln von A nach B (und wieder zurück). Das Eintreffen des Lichtstrahls in B ist ein Ereignis, das an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit stattfindet. Es gibt nur eine physikalische Wirklichkeit. Wie also sollte der Lichtstrahl in B zu unterschiedlichen Zeiten eintreffen? Zwar legt der Lichtstrahl aus Sicht des ruhenden Beobachters einen längeren Weg zurück, aber er hat für den ruhenden Beobachter auch eine größere Geschwindigkeit. Daher trifft der Lichtstrahl für alle Beobachter zur selben Zeit in B ein. (Die unterschiedliche Lichtlaufzeit zwischen B und den Beobachtern ist nach der Relativitätstheorie bekanntlich ohne Belang). .
Dieselbe Überlegung trifft auch zu, wenn man das bekannte rechtwinklige Dreieck ABC für sich allein betrachtet oder es zum Beispiel in einen Eisenbahnwagen einfügt. Aus Sicht des ruhenden Beobachters läuft der Lichtstrahl nicht von A nach B, sondern schräg von A nach C. Doch der Lichtstrahl A-C hat aus Sicht des ruhenden Beobachter nicht die Geschwindigkeit c (wie Einstein voraussetzt) sondern nach Pythagoras V¯c² + v². Daraus folgt, dass der Lichtstrahl für jeden Beobachter zur selben Zeit im Punkt B eintrifft. Der ruhende Bobachter hat denselben Punkt B im Auge, benennt ihn aber mit C, weil er sich aus seiner Sicht bewegt. Allgemeiner formuliert: Es ist logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass ein und der derselbe Lichtstrahl (oder ein Lichtblitz, oder ein Photon) an ein und demselben realen Ort *), bzw. an der Spiegeloberfläche zu unterschiedlichen Zeiten eintrifft.
Das Gedankenexperiment erweckt den Eindruck, dass die bewegte Lichtuhr langsamer geht. Das beruht darauf, dass das Licht zu einer theoretischen Uhr umfunktioniert wird. Dass Einstein aus dem von ihm postulierten (aber niemals bewiesenen) Ausbreitungsverhalten von Licht und aus dem daraus folgenden langsameren Gang der Lichtuhr auf einen langsameren Verlauf der Zeit schließt, beruht auf einem falschen Zeitbegriff. Denn die Zeit hängt weder von Licht- oder Systemgeschwindigkeiten noch vom Gang der Uhren ab.
Geschwindigkeit wird an der Zeit gemessen, was durch die Formel v = s/t bestätigt wird. Einstein stellt diese einfache und unbestreitbare Wahrheit auf den Kopf, indem er die Zeit von der Geschwindigkeit abhängig macht. Letzteres ist keine neue Erkenntnis über die Natur, sondern eine willkürliche mathematische Spielerei zu dem Zweck, die Lichtgeschwindigkeit in Bezug auf unterschiedlich bewegte Systeme konstant zu halten.
Die Einstein-Lichtuhr ist keine wirkliche Uhr, sondern ein Gedankenexperiment, welches das von Einstein postulierte Ausbreitungsverhalten von Licht demonstriert. Zwischen zwei parallelen Spiegeln läuft ein Lichtimpuls hin und her. Das Spiegelsystem wird quer zur Laufrichtung des Lichtimpulses in Bewegung gesetzt. Aus Sicht des ruhenden Beobachters beschreibt der Lichtstrahl nun eine Zickzacklinie zwischen den beiden Spiegeln. Weil der schräge Weg zwischen den Spiegeln länger ist als die gerade Verbindung, soll das Licht aus Sicht des ruhenden Beobachters für den Weg zwischen den Spiegeln länger brauchen, wodurch der Takt der Lichtuhr langsamer geht. Daraus folgert Einstein, dass die Zeit im bewegten System langsamer verläuft. Soweit das Gedankenexperiment.
Die Lichtuhr ist im Prinzip eine fortlaufende Wiederholung des rechtwinkligen Dreiecks ABC, an Hand dessen die Zeitdilatation auf einfache Weise in der Literatur veranschaulicht wird. Jedoch die kritische Beschreibung lautet anders. Der Lichtstrahl läuft zwischen den beiden Spiegeln von A nach B (und wieder zurück). Das Eintreffen des Lichtstrahls in B ist ein Ereignis, das an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit stattfindet. Es gibt nur eine physikalische Wirklichkeit. Wie also sollte der Lichtstrahl in B zu unterschiedlichen Zeiten eintreffen? Zwar legt der Lichtstrahl aus Sicht des ruhenden Beobachters einen längeren Weg zurück, aber er hat für den ruhenden Beobachter auch eine größere Geschwindigkeit. Daher trifft der Lichtstrahl für alle Beobachter zur selben Zeit in B ein. (Die unterschiedliche Lichtlaufzeit zwischen B und den Beobachtern ist nach der Relativitätstheorie bekanntlich ohne Belang). .
Dieselbe Überlegung trifft auch zu, wenn man das bekannte rechtwinklige Dreieck ABC für sich allein betrachtet oder es zum Beispiel in einen Eisenbahnwagen einfügt. Aus Sicht des ruhenden Beobachters läuft der Lichtstrahl nicht von A nach B, sondern schräg von A nach C. Doch der Lichtstrahl A-C hat aus Sicht des ruhenden Beobachter nicht die Geschwindigkeit c (wie Einstein voraussetzt) sondern nach Pythagoras V¯c² + v². Daraus folgt, dass der Lichtstrahl für jeden Beobachter zur selben Zeit im Punkt B eintrifft. Der ruhende Bobachter hat denselben Punkt B im Auge, benennt ihn aber mit C, weil er sich aus seiner Sicht bewegt. Allgemeiner formuliert: Es ist logisch und tatsächlich ausgeschlossen, dass ein und der derselbe Lichtstrahl (oder ein Lichtblitz, oder ein Photon) an ein und demselben realen Ort *), bzw. an der Spiegeloberfläche zu unterschiedlichen Zeiten eintrifft.
Das Gedankenexperiment erweckt den Eindruck, dass die bewegte Lichtuhr langsamer geht. Das beruht darauf, dass das Licht zu einer theoretischen Uhr umfunktioniert wird. Dass Einstein aus dem von ihm postulierten (aber niemals bewiesenen) Ausbreitungsverhalten von Licht und aus dem daraus folgenden langsameren Gang der Lichtuhr auf einen langsameren Verlauf der Zeit schließt, beruht auf einem falschen Zeitbegriff. Denn die Zeit hängt weder von Licht- oder Systemgeschwindigkeiten noch vom Gang der Uhren ab.
Geschwindigkeit wird an der Zeit gemessen, was durch die Formel v = s/t bestätigt wird. Einstein stellt diese einfache und unbestreitbare Wahrheit auf den Kopf, indem er die Zeit von der Geschwindigkeit abhängig macht. Letzteres ist keine neue Erkenntnis über die Natur, sondern eine willkürliche mathematische Spielerei zu dem Zweck, die Lichtgeschwindigkeit in Bezug auf unterschiedlich bewegte Systeme konstant zu halten.
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*) Ich meine damit keinen Ort im relativen mathematischen Raum, sondern einen realen Gegenstand., so wie wir eine Ortsangabe gewöhnlich mit einem realen Gegenstand verbinden, z,B. mit einem Gebäude, einer Gedenksäule, einem Turm.
Samstag, 23. Juli 2011
Die Relativität der Zeit- und Raumrelationen
(geändert am 26. August 2011)
Ungeachtet der ausführlichen Definitionsbemühungen Einsteins (Zeit entspricht dem Uhrenstand, Zeit und Gleichzeitigkeit sind durch die Synchronisierung von Uhren zu definieren), dürfte unbestritten sein, dass unter "Zeit" in der Relativitätstheorie grundsätzlich die Zeitrelationen zu verstehen sind, das heißt die Abstände in der Aufeinanderfolge von Veränderungen bzw. Ereignissen. Dass Einstein dabei mit "Zeit" auch Zeitpunkte bezeichnet, ändert nichts an der grundsätzlich relationistischen Zeitauffassung, die Einstein von Ernst Mach übernimmt.
Die Zeitrelationen, also die Zeitspannen zwischen Ereignissen, sind ebenso wie die Raumrelationen Länge, Breite und Höhe (zum Beispiel die Abmessungen eines Hauses), feste Größen und als solche nicht relativ. Einsteins Theorie der relativen Zeit von 1905 beschreibt jedoch nicht die naturgegebenen, wirklichen Zeitrelationen, sondern ausschließlich die Sinneseindrücke, durch welche die Beobachter von den Zeitrelationen erfahren. Die Sinneseindrücke werden aber beeinflusst durch die Lichtlaufzeit, wodurch die Zeitrelationen zwangsläufig relativ erscheinen. Ein bestimmtes Ereignis, zum Beispiel ein Lichtblitz, wird von unterschiedlich weit entfernten Beobachtern zu unterschiedlichen Zeitpunkten wahrgenommen. Aus diesem Grund ist Gleichzeitigkeit nach Einsteins Logik relativ. In der Relativitätstheorie geht es zwar um bewegte Systeme, aber auch hier gilt dieselbe Logik, zum Beispiel in den auch aus der Populärliteratur bekannten Eisenbahn-Gedankenexperimenten. Am Zuganfang und am Zugende sollen auf den Schienen gleichzeitig (!) Lichtblitze gezündet werden. (Einstein setzt die absolute Gleichzeitigkeit voraus, obwohl es sie nach seiner Theorie gar nicht gibt!). Der in der Mitte des Zuges fahrende Beobachter sieht die Blitze nicht gleichzeitig, weil er sich auf die vordere Lichtquelle zu bewegt und sich von der anderen Lichtquelle weg bewegt. Daher sei Gleichzeitigkeit relativ (vgl. z. B. Mittelstaedt, Der Zeitbegriff in der Physik, 1976, Seite 85 ff.). Und das, obwohl der Effekt lediglich durch die unterschiedlichen Lichtlaufzeiten zwischen den Lichtquellen und dem Beobachter verursacht wird.
Von relativer Gleichzeitigkeit kann man natürlich nur dann sprechen, wenn man auschließlich die Sinneswahrnehmungen der Beobachter meint. Aber die Aufgabe der Physik als Naturwissenschaft besteht darin, nicht individuelle Sinneseindrücke, sondern die Wirklichkeit zu beschreiben. Daher wird jeder vernünftige Physiker die Lichtlaufzeit in seine Überlegungen einbeziehen und zu dem Ergebnis kommen, dass hinter den relativen Sinneseindrücken in Wirklichkeit die tatsächliche Gleichzeitigkeit steht. Im übrigen setzt Einstein bei allen seinen Gedankenexperimenten ungewollt die absolute Gleichzeitigkeit voraus, wenn er z. B. davon spricht, dass "gleichzeitig" zwei Lichtblitze gezündet werden.
Aber in der Relativitätstheorie gilt die Beobachtung als einzige Wirklichkeit. Einsteins philosophische Ansichten waren nach eigenem Bekunden weitgehend durch den Physiker und Philosophen Ernst Mach bestimmt, den er als seinen eigentlichen Lehrer betrachtet. Ernst Mach lehnte nicht nur die absolute Zeit ab, sondern er vertrat auch die - wohl zutreffende - Auffassung, dass wir die objektive Realität nicht erkennen können. Daraus zog er aber die - sicher unzutreffende - Schlussfolgerung, dass sich die Wissenschaft auf die Beschreibung von Sinneseindrücken zu beschränken habe. Aus diesem Grund erscheint zum Beispiel für Ernst Mach der ins Wasser getauchte Stab nicht gekrümmt, sondern er ist gekrümmt (auch wenn er metrisch gerade ist). Die Erkenntnistheorie von Ernst Mach ist in der Literatur unter der Bezeichnung "Empiriokritizismus" bekannt.
Ernst Machs Auffassung ist Ausdruck einer sensualistischen Philosophie, deren Tradition bereits Vorläufer in der griechischen Antike hat. Nach dieser Philosophie beruht unser gesamtes Wissen letztlich auf Sinneseindrücken, die Verstandesleistung spielt dabei ursprünglich keine Rolle. Aus diesem Grund ist das was wir beobachten, unsere einzige Wirklichkeit. Allerdings wusste Protagoras (ca. 480 - 421 v.Chr.) noch nichts von der Lichtlaufzeit, sondern musste glauben, dass das was wir sehen, stets der Wirklichkeit entspricht. Bestärkt wurde Ernst Mach sicher auch durch Immanuel Kants Lehre, wonach wir nur die Phänomene (Erscheinungen) erkennen, nicht aber die Dinge an sich. Allerdings muss sich Mach im Klaren darüber gewesen sein, dass die zeitliche Abweichung zwischen Beobachtung und Wirklichkeit durch die Lichtlaufzeit nicht zum Bereich der für unsere Erkenntnis unzugänglichen Dinge an sich, sondern zum Allgemeinwissen gehört. Dies dürfte der wesentliche Grund dafür sein, warum Ernst Mach die Relativitätstheorie zeitlebens abgelehnt hat, obwohl seine Forderung nach Abschaffung der absoluten Zeit sicher ein Motiv für Einsteins Relativitätstheorie war.
Würde man in der Physik die Sinneseindrücke grundsätzlich mit der Wirklichkeit gleichsetzen - wie es Einstein mit den Zeitrelationen macht - so wären schon allein aufgrund optischer Gesetze auch die Raumrelationen relativ. Denn ein Gegenstand erscheint uns um so kleiner, je weiter er entfernt ist. Doch kein ernst zu nehmender Physiker würde behaupten, dass der Monddurchmesser in Wirklichkeit relativ ist, denn wir wissen alle, dass er eine naturgegebe feste Größe von 3476 km ist. Ebenso sind die Zeitspannen zwischen Ereignissen naturgegebene Größen, sie erscheinen nur relativ infolge unterschiedlicher Lichtlaufzeiten. Das komplizierte und schwer durchschaubare relativistische Spiel mit der Zeit findet nur Glauben, weil wir Menschen von der Zeit - im Gegensatz zu den Raumrelationen Länge, Breite und Höhe - von Natur aus keine anschauliche Vorstellung haben.
Ungeachtet der ausführlichen Definitionsbemühungen Einsteins (Zeit entspricht dem Uhrenstand, Zeit und Gleichzeitigkeit sind durch die Synchronisierung von Uhren zu definieren), dürfte unbestritten sein, dass unter "Zeit" in der Relativitätstheorie grundsätzlich die Zeitrelationen zu verstehen sind, das heißt die Abstände in der Aufeinanderfolge von Veränderungen bzw. Ereignissen. Dass Einstein dabei mit "Zeit" auch Zeitpunkte bezeichnet, ändert nichts an der grundsätzlich relationistischen Zeitauffassung, die Einstein von Ernst Mach übernimmt.
Die Zeitrelationen, also die Zeitspannen zwischen Ereignissen, sind ebenso wie die Raumrelationen Länge, Breite und Höhe (zum Beispiel die Abmessungen eines Hauses), feste Größen und als solche nicht relativ. Einsteins Theorie der relativen Zeit von 1905 beschreibt jedoch nicht die naturgegebenen, wirklichen Zeitrelationen, sondern ausschließlich die Sinneseindrücke, durch welche die Beobachter von den Zeitrelationen erfahren. Die Sinneseindrücke werden aber beeinflusst durch die Lichtlaufzeit, wodurch die Zeitrelationen zwangsläufig relativ erscheinen. Ein bestimmtes Ereignis, zum Beispiel ein Lichtblitz, wird von unterschiedlich weit entfernten Beobachtern zu unterschiedlichen Zeitpunkten wahrgenommen. Aus diesem Grund ist Gleichzeitigkeit nach Einsteins Logik relativ. In der Relativitätstheorie geht es zwar um bewegte Systeme, aber auch hier gilt dieselbe Logik, zum Beispiel in den auch aus der Populärliteratur bekannten Eisenbahn-Gedankenexperimenten. Am Zuganfang und am Zugende sollen auf den Schienen gleichzeitig (!) Lichtblitze gezündet werden. (Einstein setzt die absolute Gleichzeitigkeit voraus, obwohl es sie nach seiner Theorie gar nicht gibt!). Der in der Mitte des Zuges fahrende Beobachter sieht die Blitze nicht gleichzeitig, weil er sich auf die vordere Lichtquelle zu bewegt und sich von der anderen Lichtquelle weg bewegt. Daher sei Gleichzeitigkeit relativ (vgl. z. B. Mittelstaedt, Der Zeitbegriff in der Physik, 1976, Seite 85 ff.). Und das, obwohl der Effekt lediglich durch die unterschiedlichen Lichtlaufzeiten zwischen den Lichtquellen und dem Beobachter verursacht wird.
Von relativer Gleichzeitigkeit kann man natürlich nur dann sprechen, wenn man auschließlich die Sinneswahrnehmungen der Beobachter meint. Aber die Aufgabe der Physik als Naturwissenschaft besteht darin, nicht individuelle Sinneseindrücke, sondern die Wirklichkeit zu beschreiben. Daher wird jeder vernünftige Physiker die Lichtlaufzeit in seine Überlegungen einbeziehen und zu dem Ergebnis kommen, dass hinter den relativen Sinneseindrücken in Wirklichkeit die tatsächliche Gleichzeitigkeit steht. Im übrigen setzt Einstein bei allen seinen Gedankenexperimenten ungewollt die absolute Gleichzeitigkeit voraus, wenn er z. B. davon spricht, dass "gleichzeitig" zwei Lichtblitze gezündet werden.
Aber in der Relativitätstheorie gilt die Beobachtung als einzige Wirklichkeit. Einsteins philosophische Ansichten waren nach eigenem Bekunden weitgehend durch den Physiker und Philosophen Ernst Mach bestimmt, den er als seinen eigentlichen Lehrer betrachtet. Ernst Mach lehnte nicht nur die absolute Zeit ab, sondern er vertrat auch die - wohl zutreffende - Auffassung, dass wir die objektive Realität nicht erkennen können. Daraus zog er aber die - sicher unzutreffende - Schlussfolgerung, dass sich die Wissenschaft auf die Beschreibung von Sinneseindrücken zu beschränken habe. Aus diesem Grund erscheint zum Beispiel für Ernst Mach der ins Wasser getauchte Stab nicht gekrümmt, sondern er ist gekrümmt (auch wenn er metrisch gerade ist). Die Erkenntnistheorie von Ernst Mach ist in der Literatur unter der Bezeichnung "Empiriokritizismus" bekannt.
Ernst Machs Auffassung ist Ausdruck einer sensualistischen Philosophie, deren Tradition bereits Vorläufer in der griechischen Antike hat. Nach dieser Philosophie beruht unser gesamtes Wissen letztlich auf Sinneseindrücken, die Verstandesleistung spielt dabei ursprünglich keine Rolle. Aus diesem Grund ist das was wir beobachten, unsere einzige Wirklichkeit. Allerdings wusste Protagoras (ca. 480 - 421 v.Chr.) noch nichts von der Lichtlaufzeit, sondern musste glauben, dass das was wir sehen, stets der Wirklichkeit entspricht. Bestärkt wurde Ernst Mach sicher auch durch Immanuel Kants Lehre, wonach wir nur die Phänomene (Erscheinungen) erkennen, nicht aber die Dinge an sich. Allerdings muss sich Mach im Klaren darüber gewesen sein, dass die zeitliche Abweichung zwischen Beobachtung und Wirklichkeit durch die Lichtlaufzeit nicht zum Bereich der für unsere Erkenntnis unzugänglichen Dinge an sich, sondern zum Allgemeinwissen gehört. Dies dürfte der wesentliche Grund dafür sein, warum Ernst Mach die Relativitätstheorie zeitlebens abgelehnt hat, obwohl seine Forderung nach Abschaffung der absoluten Zeit sicher ein Motiv für Einsteins Relativitätstheorie war.
Würde man in der Physik die Sinneseindrücke grundsätzlich mit der Wirklichkeit gleichsetzen - wie es Einstein mit den Zeitrelationen macht - so wären schon allein aufgrund optischer Gesetze auch die Raumrelationen relativ. Denn ein Gegenstand erscheint uns um so kleiner, je weiter er entfernt ist. Doch kein ernst zu nehmender Physiker würde behaupten, dass der Monddurchmesser in Wirklichkeit relativ ist, denn wir wissen alle, dass er eine naturgegebe feste Größe von 3476 km ist. Ebenso sind die Zeitspannen zwischen Ereignissen naturgegebene Größen, sie erscheinen nur relativ infolge unterschiedlicher Lichtlaufzeiten. Das komplizierte und schwer durchschaubare relativistische Spiel mit der Zeit findet nur Glauben, weil wir Menschen von der Zeit - im Gegensatz zu den Raumrelationen Länge, Breite und Höhe - von Natur aus keine anschauliche Vorstellung haben.
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