Kritische Stimmen
zur Relativitätstheorie

von Paul Ehrenfest 

Schon 1909 (!!) wurde die Spezielle Relativitätstheorie von dem herausragenden österreichischen Physiker – und persönlichen Freund Albert Einsteins – Paul Ehrenfest widerlegt und ad absurdum geführt, so daß man bereits zu diesem Zeitpunkt diese Theorie definitiv ad acta hätte  legen müssen. Ehrenfest hatte ein unlösbares Paradoxon endeckt und herausgearbeitet, das unter der Bezeichnung „Ehrenfest-Paradoxon“ bekannt wurde. Dieses Paradoxon, das das logische Denken jedes Menschen hochgradig verprellt, könnte man vielleicht für Physiklaien so veran-schaulichen:  Gemäß Annahmen der Speziellen Relativitätstheorie wird der Umfang eines drehenden Rades kleiner, wobei der Radius des Rades unverändert bleibt!!

Das GOM-Projekt referiert in seiner Dokumentation die Arbeit von Paul Ehrenfest aus dem Jahre 1909 „Gleichförmige Rotation starrer Körper und Relativitätstheorie„:

G.O. Mueller – Fehlerkatalog – E: Bewegung / Fehler Nr. 5:
Das Ehrenfest-Paradoxon: Eine rotierende, runde Scheibe soll relativ zum Beobachter eine Längenkontraktion ihrer Umfangslinie erleiden 

Referat nach Galeczki/Marquard 1997 (S. 105-108): Das Verhältnis von Umfang zu Durchmesser soll durch Lorentz-Kontraktion kleiner als Pi werden. Phipps 1980 hat 6 verschiedene publizierte Lösungsvorschläge analysiert. Weinstein 1971 hat ein Experiment vorgeschlagen, das Thomas E. Phipps 1974 durchgeführt hat. Die behauptete Lorentzkontraktion der Scheibe müßte zur Folge haben, daß eine auf die Scheibe gravierte radiale, gerade Linie „auf der Scheibenoberfläche entgegen dem Drehsinn rückwärts gekrümmt wird„. Der Effekt müßte mit wachsender Zahl der Drehungen immer deutlicher werden, also kumulativ sein. „Phipps [1974] hat dieses Experiment durchgeführt, indem er eine Edelstahlscheibe (Durchmesser 1,35 cm) 4 Monate (!) lang ununterbrochen mit einer kleinen Druckluftturbine bei 6072 Hz drehen ließ. Auf die Scheibenoberfläche waren mehrere radiale Linien eingraviert. Während der Drehungen wurden Aufnahmen mit Laserblitzen von 20 ns Dauer gemacht. Die Analyse während des Experimentes und danach ergab [alpha] < 0,0006, mit anderen Worten, einen Nulleffekt.“ (S. 107). 

Andere Autoren wie z.B. Swann 1920 erklären die Spezielle Relativitätstheorie für unzuständig für Rotationseffekte: also keine Vorhersagen und keine Bestätigungen; für die Rotation fehle eine Theorie. Das Ehrenfest-Paradoxon ist somit ein echter Theorie-Fehler. 

Galeczki/Marquard 1997 (S. 105-108) fügen an: „Selbstredend meiden alle Lehrbücher und Monografien über die Spezielle Relativitätstheorie das Phipps-Experiment. Wie könnte es anders sein? Sogar eine umfangreiche Originalarbeit über ‚Relativität und Rotation‘ [P. F. Browne 1977], in der zwar der Vorschlag von Weinstein erwähnt wird, ignoriert dessen experimentelle Verwirklichung durch Phipps.“ 

Ehrenfest, Paul: Gleichförmige Rotation starrer Körper und Relativitätstheorie. In: Physikalische Zeitschrift. 10.1909, S. 918. – Swann, William Francis Gray: Unipolar induction. In: Physical review. Ser. 2, Vol. 15. 1920, S. 365-398. – Weinstein, D. H.: Ehrenfest’s paradox. In: Nature. London. Vol. 232. 1971, S. 548. – Browne, Peter F.: Relativity of rotation. In: Journal of physics. A: Math. Gen. 10. 1977, S. 727. – Phipps, Thomas E., jr.: Do metric standards contract? In: Foundations of physics. 10. 1980, S. 289-307. – Galeczki / Marquardt: Requiem für die Spezielle Relativität / Georg Galeczki, Peter Marquardt. Frankfurt a. M.: Haag u. Herchen, 1997. 271 S.

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Beitrag von Harald Maurer vom 22.04.09 in seinem Forum:  

Der Versuch, das Ehrenfest-Paradoxon ausschließlich mit der Speziellen Relativitätstheorie zu lösen, ist zwecklos. Für Einstein war dieses Paradoxon einer der Beweggründe, die Allgemeine Relativitätstheorie zu entwickeln. Das Ehrenfest-Paradoxon eignet sich daher hervorragend zur Konstruktion von Stolpersteinen für die Spezielle Relativitätstheorie, weil das Rad bei gleichbleibenden Radien und Winkeln aufgrund der Wölbung kleiner und dicker wird – also in Konflikt mit den y-und z-Dimensionen kommt, deren Koordinaten sich ja in der Speziellen Relativitätstheorie nicht ändern. Zahnradbahnen werden daher niedriger, Radkästen werden zu klein etc. etc. 

Es kommt nicht von ungefähr, dass Einstein just im Jahre 1909 in mehreren Arbeiten versuchte, die Spezielle Relativitätstheorie ad acta zu legen, weil er erkannte, dass sie zu Widersprüchen führt, wenn Gravitation und Rotation im Spiel sind. Die Spezielle Relativitzätstheorie (welche Einstein nach eigenen Worten bald zum Halse heraushing) faszinierte aber das Publikum zu sehr, als dass sie von ihr hätten lassen können. Mit der Allgemeinen Relativitzätstheorie hat Einstein all diese Probleme lösen können, aber zum Preis anderer skuriller Voraussetzungen. Immerhin hat sich die Allgemeine Relativitätstheorie aufgrund ihrer Kompliziertheit und mathematisch hohen Ansprüche der Diskussion weitgehend entziehen können – aber auch ihrer allgemeinen Anwendung! 

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Artikel von Peter Ripota in diesem Blog: Das Ehrenfestsche Paradoxon

Kurz nach Veröffentlichung der Einsteinschen Arbeit “Zur Elektrodynamik bewegter Köper” (vulgo “Spezielle Relativitätstheorie”) 1905 machte sein Freund Paul Ehrenfest eine unangenehme Entdeckung: Auf Grund der Längenkontraktion müsste sich eine rotierende Scheibe verziehen, und zwar ganz ohne Kräfte!

Was hat es mit Ehrenfests Scheibe auf sich? Alles, was sich bewegt, zieht sich nach den Regeln der Relativitätstheorie zusammen („Längen-Kontraktion“). Das gilt natürlich auch für den gesamten Umfang einer Scheibe, wenn sie sich rasch dreht. Wenn der Umfang, also das Rad, kleiner wird, müsste sich die Scheibe verbiegen, was man aber verhindern kann, wenn man statt der Scheibe einen langen Zylinder aus einem festen Material nimmt. Wie aber kann sich etwas verbiegen, ohne sich zu verbiegen?

Darauf gibt es nur eine vernünftige Antwort: Es geht nicht, die Theorie ist Unsinn. Doch Einstein und seine Verehrer fanden eine andere, völlig groteske Lösung:
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Zitate von Reinhard Rohmer aus seiner Arbeit vom März 2008 Einstein in der Kritik: 

[…] Dass seine Physik von Raum und Zeit absurd ist, hat Einstein bald im Stillen selbst eingesehen. Das schließe ich aus der Tatsache, dass er das „Zwillingsparadoxon“ in keiner seiner späteren Arbeiten wiederholt oder auch nur erwähnt und nur ein Jahr später (1912) in einem Brief an den Theoretiker Paul Ehrenfest (1880 – 1933), seinen besten Freund unter den Physikern, schreibt: 

Zitat von Albert Einstein:
Ich gratuliere Ihnen herzlich zu Lorentz‘ Nachricht. Außer Ihnen würde sich niemand mehr freuen wie ich, wenn Sie nach Holland berufen würden. Sie sind einer der wenigen Theoretiker, denen die Mathematik-Seuche nicht den natürlichen Verstand geraubt hat. („The collected papers of Albert Einstein“, Band 5, Brief vom 30. Juni 1912). 

Einstein zählte sich selbst zu diesem Zeitpunkt nicht zu diesen Wenigen. „Die Mathematik-Seuche hat mir den natürlichen Verstand geraubt„, das war es, was er dem Freund hier klagte. In diese Zeit fällt wohl auch sein Bekenntnis: 

Zitat von Albert Einstein:
Mathematik ist die einzige perfekte Methode, sich selber an der Nase herumzuführen. (zitiert in Carl Seelig, Helle Zeit – Dunkle Zeit, S. 72 – 73) 

Bleiben wir einen Moment bei Ehrenfest. Sein Schicksal ist außerordentlich tragisch. Mit der Relativitätstheorie (und der Quantentheorie) ist er nie fertig geworden. Er musste sie aber lehren. 1933 nahm er sich das Leben, weil er es nicht länger aushielt, seinen Studenten etwas vorzumachen. Einstein war tief betroffen. In seinem Nachruf auf den Unglücklichen sagte er: 

Zitat von Albert Einstein:
Er war ja nicht nur der beste Lehrer unseres Faches, den ich kennen gelernt habe; er war auch leidenschaftlich erfüllt von dem Interesse für Entwicklung und Schicksal der Menschen, insbesondere aber seiner Studenten. … Die Studenten und Kollegen in Leiden liebten und schätzten ihn, sie kannten seine aufopfernde Hingabe, sein nur auf Dienen und Helfen eingestelltes Wesen. Musste er nicht glücklich sein? 

In Wahrheit fühlte er sich jedoch unglücklicher als alle anderen, die mir näher getreten sind. Dies kam daher, dass er sich der hohen ihm gestellten Aufgabe nicht gewachsen fühlte. … Zu lernen und zu lehren, was man nicht in vollem Maße innerlich bejaht, ist an sich eine schwere Sache, doppelt schwer für einen fanatisch ehrlichen Geist, dem Klarheit alles bedeutet. („Aus meinen späten Jahren„, S. 205, „In memoriam Paul Ehrenfest„, 1934) 

Der Physikhistoriker Franco Selleri berichtet von der „überwältigenden Ehrlichkeit“ Ehrenfests, „die sowohl sein Leben, als auch seine Forschung bestimmte. Deshalb wurde er auch von seinen Kollegen als „das Gewissen der Physik“ betrachtet.“ („Die Debatte um die Quantentheorie„, 1990, S. 13). Von dieser Sorte Wissenschaftler gibt es viel zu wenige. 

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Artikel von Wolfgang Herrig vom 20.10.2009 im Blog ChronoLogs von Spektrum der Wissenschaft:
Ehrenfest zu Ehren. 12. Brief aus meiner Mühle (Teil 2)

In das Jahr 2009 fällt nicht nur das zwanzigjährige Jubiläum des Falls der Berliner Mauer, in diesem Jahr wird auch das Ehrenfest-Paradoxon einhundert Jahre alt. Der Physiker Ehrenfest ist nur noch einem sehr kleinen Kreis von Menschen überhaupt bekannt, und daher soll er an dieser Stelle wenigstens eine kleine Würdigung erfahren.

Paul Ehrenfest (1880-1933) war ein außerordentlich intelligenter und begabter Physiker. Er folgte Hendrik Antoon Lorentz („Lorentz-Kontraktion“), der ihn dafür empfohlen hatte, auf dem Lehrstuhl für Theoretische Physik in Leiden. Zu seinen Schülern zählten u. a. die namhaften Physiker Uhlenbeck und Goudsmit (Elektronenspin), Casimir (gleichnamiger Effekt) und Kuiper (Kuiper-Gürtel). Als Assistenten scharte er Physiker um sich, die später Berühmtheit erlangten: Oppenheimer, Fermi, Heisenberg und Dirac, um nur die bekanntesten zu nennen. Einstein war mit ihm befreundet und bezeichnete Ehrenfest als den besten Lehrer, den er je getroffen habe. Geradezu schwärmerisch äußerte sich Niels Bohr im Jahr 1919: „Ich denke, ich habe so viel von Ihnen gelernt, das von größter Bedeutung für mich sein wird. Ich möchte so gerne mein Glücksgefühl und meine Dankbarkeit zum Ausdruck bringen für das Vertrauen und die Sympathie, die Sie mir gegenüber gezeigt haben, fühle mich aber fürchterlich unfähig, dafür Worte zu finden.“

Hätte es einen Preis gegeben für den Physiker mit der größten gedanklichen Klarheit, hätte ihn Ehrenfest leicht gewinnen können. Es war Ehrenfest, der nach der Lektüre von Plancks Buch erkannte, dass man die Strahlungsformel erhält, wenn man nur die Energien E=nhv zulässt und sie als gleichberechtigte Fälle zählt, nicht aber wenn man sie mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf die verschiedenen Oszillatoren verteilt.
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