Peter Ripota: Lorentzkontraktion
Leute, ist denn das so schwer mit dem Begreifen der Raumstauchung alias Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion? Nach ein bisschen Recherche im Internet ergibt sich ein klares Bild, nämlich:
(1) Die Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion ist real, kann aber nicht gemessen werden.
(2) Die Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion ist fiktiv, kann aber unter Umständen gemessen werden.
(3) Die Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion kann niemals gemessen werden, weil uns eine gütige Natur davor bewahrt, Einstein zu widerlegen.
(4) Die Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion geschieht um den Faktor „gamma“ (= Wurzel aus 1 – (v/c)²).
(5) Der Faktor der Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion ist größer als gamma.
(6) Der Faktor der Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion ist kleiner als gamma.
(7) Der Faktor der Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion ist gleich 1.
(8) Der Faktor der Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion ist mal kleiner, mal größer, mal gleich, mal überhaupt nicht gleich gamma. Es hängt vom Standpunkt ab.
(9) Ein Experiment stellte fest, dass es keine Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion gibt.
(10) Eine Neu-Interpretation des gleichen Experiments stellte fest, dass es sehr wohl eine Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion gibt, vorausgesetzt, die Atome des Maßstabs verbiegen sich elliptisch.
Usw. Alle Erkenntnisse stammen aus der Fachliteratur, auf die ich im Einzelnen nur sporadisch eingehen möchte. Verwirrt? Wie sagte doch die Schwarze Königin zu Alice im Wunderland:
„Du magst das Unsinn nennen“ sagte die Schwarze Königin. „Aber ich habe schon Unsinn gehört, dagegen ist das so logisch wie das Einmaleins.“
Konkret:
Es begann mit James Terrell vom Los Alamos Scientific Laboratory, der bereits 1959 zeigte, dass sich ein Meterstab bei hohen Geschwindigkeiten nicht verkürzt, nur scheinbar verdreht. Die Lorentzkontraktion bleibt unsichtbar. Stimmt nicht, behauptete C. W. Sherwin von der Universität von Illinois in Urbana 1961: Die Lorentzkontraktion ist sichtbar. Delbert Larson dagegen, ein Designer für den „Superconducting Supercollider“, interpretiert das Experiment von Sherwin dahingehend, dass eine Lorentzkontraktion nicht sichtbar ist, ja nicht einmal existiert (Es sind die gleichen Daten!). Ganz anders Hsiao-Bai Ai vom Institut für Kernforschung in Shanghai: Der direkte Nachweis der Lorentzkontraktion ist möglich (so der Titel seines Artikels). Unsinn, meint A. Gamba 1966: Niemand wird je die Lorentzkontraktion beobachten. Quatsch, meint Robert D. Klauber von der Universität in Fairfield, Iowa. Natürlich kann man sie sehen, aber nicht messen (oder war es umgekehrt?). Allerdings: Das Ausmaß der Lorentzkontraktion ist anhängig vom Standpunkt des Betrachters. Je nachdem, wo der Beobachter steht, sieht er den Meterstab kürzer, gleich lang oder länger. Es hängt außerdem davon ab, wie die Uhren synchronisiert werden, auch das ist ziemlich willkürlich.
Stellen Sie sich diese Situation mal anschaulich vor. Sie hocken ganz friedlich am Tresen Ihrer Lieblingsbar, und plötzlich kommt so ein Kerl daher und macht Stunk. Er provoziert Sie, wie auch immer. Doch Sie lassen sich nicht einschüchtern und behaupten kühn, Sie könnten ihn mit dem kleinen Finger Ihrer linken Hand in die Luft heben. Er lacht sich kaputt, aber sie sagen, Sie müssten nur „den Standpunkt wechseln„. Sie gehen also ein halbes Mal um ihn herum, setzen sich noch eine Brille auf (möglichst eine in rosa) – und schwupp, schon ist der Kerl so leicht, dass Sie ihn ohne weiteres mit dem kleinen Finger hochheben können. Ein Wunder? Aber nein: Relativitätstheorie!
Zum Abschluss das Zitat des Jahrhunderts, diesmal von den eher unbekannten Physikern Bernhard Rothenstein und Ioan Damian von der Politehnica Universität in Rumänien:
„Die Realität der Lorentzkontraktion ist das Ergebnis der Tatsache, dass die Natur uns vor Ergebnissen schützt, die das heilige Prinzip der Relativität verletzen.“
Um das zu begreifen, hilft am besten noch ein Zitat aus Alice im Wunderland:
Alice: „Etwas Unmögliches kann man nicht glauben.“ Darauf die Weiße Königin: „In deinem Alter habe ich täglich eine halbe Stunde darauf verwendet. Zuzeiten habe ich vor dem Frühstück bereits bis zu sechs unmögliche Dinge geglaubt.“
Tun Sie’s ihr nach, dann begreifen Sie’s. Vielleicht. Wenn nicht, dann lesen Sie Harry Potter.
Peter Ripota
- 22. Oktober 2009
- Artikel
23. Oktober 2009 um 19:38
Sehr geehrter Herr Ripota:
Wenn es so viele entgegengesetzte Meinungen über die wirkliche Bedeutung der Aussagen einer Theorie gibt, dann ist konzeptuel etwas daran nicht richtig.
Ist die Längenkontraktion real oder scheinbar? Oder ist die scheinbare eine Folge der wirklichen? Wenn sich etwas verkürzt, ist es der Meterstab, oder ist es der Raum selbst? Und wie steht es entsprechend mit den Uhren und der Zeit?
Gibt es nur relative Bewegungen, oder auch absolute? Und was ist der Unterschied? Kann ein Objekt (Wellenfront oder Lichtteilchen) die gleiche Geschwindigkeit relativ zu zwei Beobachtern haben, die sich relativ zueinander bewegen? Und wenn nicht, wie kann dies das Ausgangspostulat einer ernsten physikalischen Theorie sein? usw., usw.
Die Ursache aller dieser Zweifel liegt daran, dass die Einsteinsche Auffassung nicht nur falsch, oder gar unsinnig, sondern ganz klar vernunftwidrig ist.
Die unleugbaren Erscheinungen der sogenannten relativistischen Physik sind in der heutigen Relativitätstheorie mathematisch richtig beschrieben, aber begrifflich vollkommen irrational. Deshalb ist eine Rationalisierung derselben dringend nötig.
In dieser Richtung wurde am 26. September 2009 meine Kurzarbeit „Die Rationalisierung der Relativität in der Physik“ in dem Blog von Herrn Ekkehard Friebe veröffentlicht.
http://ekkehard-friebe.de/blog/herbert-sommer-die-rationalisierung-der-relativitat-in-der-physik/
Auch der nachstehende Brief an Frau Jocelyne Lopez im selben Blog dürfte Sie vielleicht
Interessieren.
Sehr geehrte Frau Lopez :
Es freut mich sehr, dass Sie auch die Existenz eines objektiven Raumes und der absoluten Bewegungen zur vernünftigen Beschreibung der physikalischen Vorgänge für angebracht halten, denn diese Voraussetzung scheint mir absolut notwendig.
Zur tatsächlichen Längenkontraktion, die mit weiteren realen Eigenschaftsänderungen der Materie auch eine unbedingt notwendige Bedingung zur Rationalisierung einer allgemeinen, konstruktiven Theorie ist, möchte ich Ihnen meine persönliche Ansicht vortragen.
Dabei muss ich aber auch klarstellen, dass ich als nicht Physiker mir gar nicht einbilde andere Leute hierüber belehren zu können. Ich möchte nur einige physikalisch begründete Tatsachen und Vorstellungen erwähnen, die zur Beseitigung gewisser Zweifel dienen können. Es sind nur Gedanken, die ich mir selber mache, um eine relativistische Physik zu rationalisieren, die sich, trotz ihrer unsinnigen heutigen Darstellung und Begründung, nicht nur in der Astrophysik, als auch in der modernsten Techologie und in der Forschung allgemein so gut bewährt hat.
Der Äther von Lorentz heisst heute Kraftfeld und davon gibt es viele (gravitatorisch, elektrisch, stark, schwach, usw). Das wesentliche dieser Kraftfelder ist, dass sie mit nach verschiedenen Gesetzen abfallender Stärke den ganzen Raum einnehmen und sich in ihnen jede Änderung derselben mit der gleichen Phasengeschwindigkeit wie das Licht fortpflanzt.
Wenn die Störung durch einen Energiesprung im Feldzentrum verursacht wird, wie es oft beim erregten Atom oder seinem Kern geschieht, dann wird diese Störung als kleine, raumbegrenzte Wellengruppe, die wir als Photon oder allgemein als Teilchen bezeichnen, weitergeleitet. Dieser winzige fortschreitende Feldbereich, den wir nun Teilchen nennen, ist also nichts anderes als der vom erregten Feldzentrum ausgestossene, kompakte Energieüberschuss.
Alle diese Kraftfelder mit ihren wechselwirkenden Anziehungs- und Abstossungspotentialen bestimmen die stabilen Dimensionen aller Körper, vom Quark bis zum Galaxienhaufen. Aber ihnen allen ist die gleiche Potentialverzögerung gemeinsam, die nur von der eigenen Trägheit der Energie abhängt und die, bei der stetigen Ortsänderung des bewegten Körpers, dauernd versucht die stabilen Abstände der entgegengesetzten Kräfte verzögert wiederherzustellen.
Deshalb ist auch, unabhängig von deren Struktur, diese Längenänderung der Objekte bei allen proportional die gleiche, da die Potentialverzögerung und die dadurch verursachte Kürzung der stabilen Abstände auch bei allen die gleiche ist. Dieser Umstand sollte auch erklären warum der lorentzsche Kontraktionskoeffizient der Dimensionen aller bewegten Körper mathematisch und allgemein gültig vorausgesagt und berechnet werden kann.
In meiner Meinung dürften dabei keine spezifischen Elastizitätskräfte auftreten, da in diesem Fall die Längenänderung nicht wie im Ruhezustand durch die Überwindung der Kraftpotentiale geschieht, sondern durch die von Lorentz beschriebene Kontraktion der Felder selbst und durch die sich bei der Bewegung dauernd verzögert neueinstellenden Gleichgewichtsorte, die auf diese Weise im Raum von selbst näher zusammenrücken. Bei dieser Längenänderung sind also keine elastischen Kräfte beteiligt.
Ich bin der Ansicht, dass durch die bequeme Annahme der einsteinschen Philosophie, die jede phänomenologische Beschreibung vermeidet, die retardierten Potentiale sehr wenig beachtet werden. In keinem der mir bekannten Physiklehrbüchern wird darauf hingewiesen, dass der im newtonschen Gravitationsgesetz erscheinende Abstand zwischen den wirkenden Massen nicht in dem betrachteten Augenblick gilt, sondern in einem um die Dauer der Laufzeit des Lichtes früheren Zeitpunkt. Also, retardiert.
Wenn die betreffenden Massen sich beide in Ruhe befinden, dann ist natürlich dieser Abstand in jedem Augenblick derselbe und das bekannte, so berühmte Gesetz kann wie üblich als nicht verzögert aufgefasst und angewandt werden.
Da aber, bei relativ bewegten Massen, die gegenseitige Kraft sich auf einen früheren Abstand und eine frühere Kraftrichtung bezieht, ergibt sich bei den Planeten eine ständige Abweichung von der sonst erwarteten, sich periodisch wiederholenden elliptischen Umlaufbahn. Und wir erhalten somit eine anschauliche Erklärung der Periheldrehung der Planeten, ohne Mathematik und ohne unsinnige Raum- und Zeitvorstellungen.
Die Berücksichtigung der lange vor Einstein bekannten, retardierten Potentiale erlaubt uns also gewisse Erscheinungen, wie z.B. die Periheldrehung der Planeten oder die Längenkontraktion bewegter Körper, die allgemein als relativistisch gelten und angeblich einer neuen Raum-Zeit-Vorstellung bedürfen, ohne Weiteres nach der klassischen Physik zu beschreiben
Dass sie auch bei der einsteinschen Theorie richtig abgeleitet werden ist gut verständlich, wenn man berücksichtigt, dass der mathematische Hintergrund seiner Relativitätstheorie von Lorentz, von seinen Freunden Grossmann und Besso und auch von anderen noch klassisch denkenden und klassich ausgebildeten Wissenschaftlern herrührt.
Zur Längenkontraktion möchte ich noch bemerken, dass sie meines Erachtens doch sehr exakt gemessen worden ist, und zwar beim Michelson-Morley-Versuch. Das Messgerät verkürzte sich dabei nämlich genau um den von den retardierten Potentialen verlangten Betrag.
Die Anzeige des Instruments über die effektiv erfolgte Verkürzung war gerade das Ausbleiben einer Verschiebung der Interferenzstreifen. Das konnte nur bedeuten, dass die real ungleiche Relativgeschwindigkeit des Messgeräts gegen das Licht in zwei diametral gegenüberliegenden Orte der Umlaufbahn der Erde um die Sonne gerade durch die Verkürzung der Armlänge des Interferometers kompensiert wurde. Eine genauere Messung der theoretisch vorausgesagten und mathematisch berechenbaren Längenkontraktion des Instruments ist kaum vorzustellen.
Allerdings, wenn man diese einzig mögliche, realistische Ursache nicht zugeben will, dann bleibt einem nichts anderes übrig als an die mystische, raumzeitliche Philosophie von Einstein zu glauben. Ich kann das aber bei bestem Willen nicht. Der Verstand gestattet es mir einfach nicht. Und eine dritte Möglichkeit kenne ich noch nicht und kann sie mir auch in keiner Weise vorstellen.
Ich bin deshalb der Meinung, dass der Interferometerversuch nicht als Fehlversuch, sondern im Gegenteil, als eine ausserordentlich erfolgreiche Bestätigung der Längenkontraktion bewegter Körper angesehen werden sollte, zumal es zu diesem Verhalten des Messinstrumentes noch keine alternative, überzeugende Erklärung gibt.
Und nun möchte ich mich auf die Messung der relativen Lichtgeschwindigkeit durch zwei relativ bewegte Beobachter beziehen. Dass sie bei beiden Beobachtern nicht die gleiche sein kann, ist für normaldenkende Menschen ganz klar. Dass sie trotzdem als gleich gemessen werden kann, ist durchaus möglich, aber nur unter der Bedingung, dass bei den Beobachtern entweder ihre Meterstäbe, ihre Uhren oder beide ungleich messen, weil sie auch irgendwie verschieden sind.
Bei identisch gleichen Messgeräten besteht zwischen den Messwerten beider Beobachter eine Beziehung, die als Galilei-Transformation bezeichnet wird, bei der es unmöglich ist, dass da die gleiche relative Lichtgeschwindigkeit herauskommt. Um gleiche Geschwindigkeiten zu erhalten, muss zwischen den Messwerten beider Beobachter eine nicht galileische Beziehung bestehen, in diesem Fall die berühmte Lorentz-Transformation.
Also, mit anderen Worten, die Anwendung der Lorentz-Transformation in beiden Theorien stellt die glatte Anerkennung einer realen Ungleichheit der Messinstrumente beider Beobachter dar, denn nur wenn die Instrumente ungleich sind, kann die Beziehung nicht galileisch sein. Wenn man es nicht so erkennen will, dann bleibt nur die Mystik übrig, da es keine andere vernünftige Erklärung dafür gibt. Ohne eine wirkliche Veränderung der Messinstrumente und der Materie allgemein gibt es keine rationale Erklärung zur sogenannten relativistischen Physik. Das ist nun mal so.
Wenn man aber die Ungleichheit der Instrumente doch zugibt, und man gerade deshalb auch die lorentzschen Transformationsgleichungen anwendet, wie es in der Relativitätstheorie der Fall ist, dann kann man sie logischerweise nur auf die bei den Beobachtern auch bestehende Ungleichheit ihrer absoluten Bewegungen zurückführen. Und zwangsläufig ergibt sich somit die Abhängigkeit der materiellen Eigenschaften aller Körper von ihrer absoluten Geschwindigkeit, mit oder ohne Michelson-Morley.
Und in welcher Weise diese Abhängigkeit zustandekommt ist eben was die heutigen Physiker in ihren Lehrbüchern phänomenologisch beschreiben müssten. Einstein hat es seinerzeit nicht getan, weil er mit dem Raum und den absoluten Bewegungen auch die nur damit erklärbaren realen Veränderungen ignorieren musste. Deshalb ist seine Theorie nicht nur unvernünftig in ihrer Begründung, sondern auch unvollständig, weil sie die Ursachen nicht physikalisch in einer phänomenologisch konstruktiven Weise darstellt.
Frau Lopez, ich finde Ihre beiden Vorbehalte zu einer konstruktiven Relativitätstheorie im Sinne von Lorentz insofern berechtigt, als die offizielle Physik bisher keine eindeutige Stellung zu den folgenden einfachen Fragen genommen hat:
1. Neben den relativen Bewegungen, gibt es auch absolute Bewegungen? Ja, oder nein?
2. Neben der synchronisationsbedingten scheinbaren Längenkontraktion und Zeitdilatation von
Einstein gibt es auch eine echte Kürzung der Längen und eine Verlangsamung der Uhren?
Ja, oder nein?
3. Fehlt bei der einsteinschen Theorie der phänomenologische, konstruktive Teil?
Ja, oder nein?
Ich habe mich schon darüber geäussert. Die Physiker, meines Wissens, noch nicht. Solange sie es nicht tun, haben Sie, Frau Lopez, vollkommen Recht über manche Aspekte ihrer Darstellung zu zweifeln und sogar zu protestieren.
Wenn man aber einigermassen gerecht und objektiv sein will, dann muss man doch zugeben, dass die mit so wichtigen Beiträgen von solch ausgezeichneten Mathematikern wie Grossmann, Schwarzschild und Hilbert entwickelte Allgemeine Relativitätstheorie richtig sein dürfte. Aber wie kann man darüber so sicher sein?
Sehr einfach. Im Gegensatz zur speziellen Theorie geht diese nicht von unsinnigen Postulaten und falschen Raum- und Zeitvorstellungen aus, sondern stellt ausschliesslich eine sachliche, rein mathematische Beschreibung der Beziehung dar, die zwischen den Messwerten von zwei Systemen bestehen muss, wenn diese eine gegebene Länge und eine gegebene Zeit aus irgend welchen Gründen unterschiedlich messen. Dabei wird zusätzlich nur vorausgesetzt, dass diese Beziehung funktionell ist, sodass die Werte des einen Systems mathematisch aus den Werten des anderen berechnet werden könen.
Es handelt sich also hierbei nur um eine mathematische Aufgabe, deren Lösung und logische Konsequenzen vollkommen unabhängig von irgendwelchen Meinungen sind. Diese Aufgabe wird bei der allgemeinen Theorie eingehend untersucht und durch Koordinatentransformation und Tensorrechnung auch richtig erledigt. Sehr erfreulich ist dabei, dass sie stillschweigend von Anfang an die tatsächliche Ungleichheit der Messinstrumente beider Systeme zugibt, denn nur so kann man von einem gleichen Objekt nichtübereinstimmende Werte erhalten, ein Umstand, der den einzigen Ansatzpunkt darstellt, aus dem die ganze Theorie konsequent abgeleitet wird.
Die Gleichheit der Lichtgeschwindigkeit für relativ bewegte Systeme ist also in der allgemeinen Theorie nicht ein unsinniges Postulat, sondern eine durch die Ungleichheit der Messinstrumente resultierende Täuschung. Ausser dem Einfluss der Bewegung folgert sie auch andere wirkliche, nachgewiesene Änderungen der Längen, Eigenrythmen und Massen der betrachteten Systeme durch Gravitationsfelder und andere Energiezustände.
Die spezielle Theorie müsste endlich aufgegeben werden, weil sie mathematisch bereits in der allgemeinen enthalten ist, und die letztere sollte nicht stillschweigend, sondern ausdrücklich die Existenz des absoluten Raumes, der absoluten Bewegungen und der durch sie verursachten Veränderungen der Messinstrumente und der Körper allgemein zugeben.
Diese neue rationalisierte, allgemeine Relativitätstheorie müsste die wirkliche physikalische Ursache der relativistischen Erscheinungen und ihre Wirkungsweise nicht nur mathematisch, wie jetzt, sondern auch in allgemein verständlichen Begriffen phänomenologisch beschreiben.
Die Ursache ist zweifellos die Trägheit der Energie, und die Wirkungsweise ist die durch diese Trägheit bedingte Verzögerung der Potentiale. Die Folge ist ein verständliches Zusammenspiel dynamischer und kinematischer Vorgänge, die solche Effekte wie die Kürzung bewegter Körper oder die Verzögerung periodischer Energieumwandlungen in zeitmessenden Systemen (Uhren) in sehr anschaulicher Weise physikalisch einwandfrei begründen.
In dem Fall, zum Beispiel, von zwei Uhren, die nebeneinander gestellt synchronisiert werden, geht während der Trennung derselben diejenige langsamer, die dabei im absoluten Raum den längeren Weg zurücklegt, weil ihre absolute Bewegungsenergie und damit ihre träge Masse dadurch auch grösser ist. Infolgedessen bleibt nach der Trennung diese Uhr im Vergleich zur anderen zeitverzögert. Diese Erklärung scheint mir richtiger zu sein, als die in Ihrem Blog vom 15.10.2009 erwähnte Vorstellung von Herrn Hans Witte (1914) über den Einfluss des Äthers auf die bewegten Uhren .
Dieses Beispiel zeigt uns sehr deutlich, wie schwer es auch den Kritikern der Relativitätstheorie fällt, die Existenz des Raumes als nicht materielles Bezugsystem absoluter Bewegungen zu erkennen. Die absoluten Bewegungen, die einzig wirklichen, haben keinen materiellen Äther als Bezugsystem nötig. Der Raum selbst stellt dafür das ausgezeichnete, rationale Bezugsystem dar.
Ist das wirklich so schwer einzusehen? Braucht man wahrhaftig so viel Abstraktionsvermögen dazu, um sich den Raum als absolut ruhendes, dreidimensionales und unendliches Volumen vorzustellen, in dem sich alles entweder in Ruhe befindet oder seinen absoluten Platz in diesem Volumen ändert ?
Nach meiner Ansicht hat sich die Kritik der Relativitätstheorie entlang eines Jahrhunderts nicht mit Erfolg durchsetzen können, weil sie die dahintersteckende physikalische Erscheinung selbst verneint hat. Wie die Einsteinianer, glaubt auch sie nicht an den absoluten Raum, die absoluten
Bewegungen in demselben und die dadurch verursachte wirkliche Veränderung der Körper. Sie bezweifelt also auch die lorentzsche Interpretation und bemüht sich vergebens etwaige Irrtümer und Fehler beider Theorien, ohne Angabe einer Alternative, anzuzeigen.
Aber, ob man will oder nicht, die relativistische Physik ist eine unverkennbare Wirklichkeit, die von den atomaren bis zu den kosmischen Phänomenen bis heute die richtige mathematische Antwort gegeben hat. Das einzige Irrtümliche, und leider auch Unsinnige, an der ganzen Sache war der Versuch, die Ursache der beobachteten Erscheinungen ohne absolute Begriffe erklären zu wollen.
Das Ergebnis war die noch von so vielen Seiten andauernde Kritik, die aber niemals ihr Ziel erreichen wird, solange sie auch die Einwirkung der absoluten Bewegungen auf die materiellen Eigenschaften der Körper (Länge der Meterstäbe, Uhrengang, usw.) bezweifelt. Denn da ist sie weder mit Einstein, noch mit Lorentz und schwebt sozusagen in einem dialektischen Limbus.
Dieser Vorwurf betrifft Sie allerdings nicht, Frau Lopez, da Sie sich ja zu jeder Alternative offen erklärt haben, die bewiesene wissenschaftliche Argumente klar und verständlich vorbringt. Das ist auch meine Meinung, weshalb auch ich die offizielle Wissenschaft auffordere, sich endlich von der unsinnigen, unwissenschaftlichen Raum-Zeit-Philosophie von Einstein loszulösen und uns eine vernünftige, begrifflich richtige und konstruktive Theorie anzubieten.
In der Hoffnung, dass Sie in der Erweiterung meiner Ansicht manche brauchbare Idee finden, danke ich Ihnen aufrichtig für Ihre Geduld und grüsse Sie recht herzlich.
Herbert Sommer