Die Spezielle Relativitätstheorie (SRT)
Zu Beginn möchte ich die beiden etwas
schwierigen aber sehr wichtigen Begriffe subjektiv
und objektiv zu erklären
versuchen.: Wenn wir mit unseren Sinnen etwas
bemerken, erhalten wir von dem wahrgenommenen
Ojekt einen subjektiven Eindruck,
der nur für uns diese seine Bedeutung hat. Wir
sehen zum Beispiel einen Menschen, der wegen
seiner Entfernung uns gegenüber für uns subjektiv
"klein" geworden ist, aber objektiv
natürlich seine Größe behalten hat.
Die SRT steht und fällt mit der
Behauptung, dass für jedes Bezugssystem,
einschließlich der Quellen des Lichts der Betrag
der Licht-Geschwindigkeit stets denselben universellen
Wert c hat. Schon hier taucht
die Frage auf, ob diese universelle
Lichtgeschwindigkeit c subjektiv
oder objektiv ist. Sie ist aber offenbar so
beschaffen, dass man mit ihrer Hilfe keine
Schlüsse auf die Geschwindigkeit des Weltalls
ziehen kann.
Aus der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit leiten
sich in der SRT zwei Regeln ab:
Wenn zwei Beobachter, die zueinander die Relativgeschwindigkeit
v haben und sich gegenseitig
beobachten, gehen für jeden der beiden
Beobachter die Uhren des anderen
Beobachters um den sogenannten "Lorentz-Faktor"
f langsamer (Zeitdilatation)
und die Längen erscheinen ihm
dort um den Faktor f kürzer als
die entsprechenden Längen im eigenen
Bezugssystem (Längenkonzentration).
Dabei ist f stets größer als
Eins und hat den Wert
f=1/(1-v*v/c*c)
Es gibt jedoch noch eine dritte Regel, die besagt,
dass jede Masse beim anderen
Beobachter unendlich groß zu werden scheint und
für eine weitere Beschleunigung eine unendlich
große Energie benötigen würde, wenn ihre
Relativ-Geschwindigkeit sich der
Lichtgeschwindigkeit nähert. Damit verhindert
sie, dass eine Materie schneller als das Licht
wird. Ich werde weiter unten zeigen, dass die
Ursache für diese Regel darin liegt, dass wir
über keine Hilfsmittel
verfügen, mit denen wir eine Materie kontrolliert
auf Lichtgeschwindikeit bringen könnten, Das
schließt nicht aus, dass sich Materie sehr viel
schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen
kann, wie zum Beispiel mit Atom-Bruchstücken
nach einer Kernspaltung oder mit dem Licht von
einem schnell fliegenden Stern - aber wir können
mit solcher schnellen Materie oder diesem Licht
etwa in unseren Beschleunigungsanllagen nichts
anfangen.
Die Lichtuhr
.Mit Hilfe einer Licht-Uhr kann
man die Zeitdilatation erklären,
Sie beesagt, dass für einen Beobachter die Uhren
in einem von ihm beobachteten Objekt langsamer
gehen als seine eigenen Uhren, wenn sich das beobachtete
Objekt mit einer von Null verschiedenen Relativ-Geschwindigkeit
v ihm gegenüber bewegt. Eine Licht-Uhr
besteht aus zwei parallel zueinander in einem
festen Abstand zueinander
stehenden Spiegeln. Zwischen diesen
beiden Spiegeln wird ein Photon
ständig hin und her reflektiert, das sich dabei
stets mit der betragsmäßig konstanten
Lichtgeschwindigkeit c bewegt.
Die Zeitdillatation
Wenn sich die ganze Licht-Uhr für enen der
beiden Beobachter mit der Geschwindigkeit v
parallel zu den Spiegeln bewegt,.ist
für das Photon immer eine der beiden Wegstrecken
zwischen den beiden Spiegeln größer geworden.Diese
längere Wegstrecke wird von dem Photon ebenfalls
mit Lichtgeschwindigke it durchflogen, wodurch
sich die Taktfrequenz der
Lichtuhr um den Lorentzfaktor f verkleinert
hat. Dabei ist der Lorentzfaktor
f=1/(1-v*v/c*c.
Er ergibt sich aus einem rechtwinkligen Dreieck
nach einer etwas längeren aber einfachen
Rechnung mit Hife des Pytagoras.
Die Längen-Kontraktion
Die Erklärung der Längen-Kontraktion
stützt sich dann einfach auf die Erklärung der Zeitdilatation,
indem von einem ruhenden Beobachter - und nur von
einem solchen Beobachter aus gesehen - die Längen
und Entfernungen in dem
beobachteten Inertialsystem geschrumpft sind.
Klassisch gesehen - also ohne
dem Postulat der Konstanz der
Lichtgeschwindigkeit - funktioniert die Licht-Uhr
in derselben Weise wie die Uhr des Beobachters,
weil dann das Photon auf den längeren
Abschnitten seines Zick-Zack-Weges entsprechend
schneller fliegen muss. Um das zu können,erhält
es zu Beginn einer solchen verlängerten
Flugstrecke von dem jeweiligen beschleunigten
Spiegel eine entsprechende Geshwindigkeits-Querlomponente,
sodass die Licht-Uhr daher unabhängig vom
Inertialsysstem stets die richtige Zeit für
ihren Beobachters angeben kann. Man kennt diesen
Effekt von einer Schwenkung mit einer leuchtenden
Taschenlampe her, mit derem Licht man sehr
einnfach einen großen und sehr schnellen Licht-Kreis
beschreiben kann.
Somit ist alles solange "schön unnd gut",
solange in der SRT alles subjektiv
bleibt .Das saber würde bedeuten, dsss duch die
Anwendung der genannten Regeln
nchts passieren darf, was Einfluss auf unsere Kausalkette
haben kann, Oder genauer: alles was im Rahmen
einer der drei erwähnten Regeln passiert, darf nur
für den betreffenden Beobachter von Bedeutung
sein.
Da sich die Anwendungs-Bereiche der
Bezugssyssteme überdecken,können,
erhebt sich die Frage, was
passiert, wenn zwei Beobachter
dasselbe Objekt unter
unterschiedlichen Relativ-Geschwindigkeiten
beobachten? Dann hätte dieses Objekt für jeden
der beiden Beobachter andere Uhren, Längen und
Massen. Offensichtlich zeigt sich mit dieser
Frage, dass solche Ergebnisse nur subjektiv
sein dürfen, denn es lässt sich nicht vermeiden,
dass ein Objekt zugleich von mehreren Beobachtern
relativistisch unter
verschiedenen Relativ-Geschwindigkeiten
beobachtet wird, mit Ergebnissen, die sich
widersprechen, wenn sie objektiv
sind. In der klassischen Galilei-Welt
addieren sich die beobachteten subjektiven
Geschwindigkeiten und die objektiven
Ereignisse sind ohnehin sowohl in in der Galilei-Welt
wie in der relativistischen Welt unabhängig von
den Beobachtern.
Der Myonen-Effect
Einen für die SRT einschlägigen
Vorzeige-Effekt bieten die Myonen.
Die Myonen sind Mesonen,
die in der Stratosphäre durch Sonneneinstrahlung
etwa 30 Kilometer über der Erde entstehen und
dann auch zum Teil in Richtung Erde fliegen.Ihre Lebensdauer
als Myonen ist so kurz, dass sie die Erde selbst
dann nicht erreichen könnten, wenn sie mit
Lichtgeschwindigkeit geflogen wären .Dass die
Myonen trotzdem die Erde noch vor ihrem Zerfall
erreichen und dabei objektiv
sichtbare Spuren auf der Erde hinterlassen,
erklärt die SRT damit, dass es genau
einen - und nur diesen einen - Beobachter
gibt, der sich ebenso wie die Zerfalls-Spuren der
Myonen auf der Erde in Ruhe befindet und die
Myonen bei ihrem Flug zur Erde in seinen Gedanken
- also relativistisch unter Anwendung der
erwähnten drei Regeln - als
Objekt beobachtet. Für diesen Beobachter gehen
die Uhren, die für die beobachteten Myonen
maßgebend sind, so langsam, dass deren mit
diesen Uhren gemessene Lebensdauer lang genug ist,dass
sie die Erde erreichen noch bevor sie - also die
Myonen - zerfallen sind. Dieser eine Beobachter
befindet sich ruhend. und damit
ebenso auf der Erde wie die Zerfalls-Spuren der
Myonen.
Diese Bemerkung über den Beobachter ist wichtig,
weil ein anderer vielleicht nicht auf der Erde
ruhender Beobachter eine ganz andere
Relativ-Geschwindigkeit gegenüber den auf die
Erde zufliegenden Myyonen haben könnte, was
bedeuten würde, dass sich dann für
ihn die Zerfallszeit der Myonen
verändert, welche dann an anderen
Orten der Erde ihre Zerfalls-Spuren hinterlassen
und damit dem ersteren Beobachter widersprechen
würden. Da die Zerfalls-Spuren objektiv
sind, lässt sich dieser Widerspruch nur dann
vermeiden, wenn man schon vor Erhalt des SRT-Ergebnisses
dieses für die Plazierung des Beobachters kennt
Ohne SRT und
ohne Beschränkung der Geschwindigkeit der
Materie auf Lichtgeschwindigkeit - also klassisch
- ist die Erklärung des Myoneneffektes
jedoch denkbar einfach:: Die
Myonen sind dann einfach mit einer Überlichtgeschwindigkeit
der Erde entgegen geflogen und zwar mit einer
Geschwindigkeit, die sich in üblicherWeise
ergibt aus dem Quotienten der Länge der
Flugstrecke und der Flugzeit, die gleich der im
Labor gemessenen Lebensdauier
der Myonen ist.
Ein weiteres, dem Myonen-Problem sehr ähnliches
Gedankenexpeeriment: bietet ein superschnelles
Raumschiff, das eine Beinahe -
Lichtgeschwindigkeit mitsamt seinen Passagieren
erreichen kann. Dieses Raumshiff dient in diesem
Gedankenexperiment einem Beobachter, der sich an
der Abflug-Rampe
in Ruhe befindet. als Objekt, wobei er sich mit
der Frage beschäftigt, ob "in seinen Augen
"die Passagiere in dem fliegenden Raumschiff
noch zu ihren Lebzeiten ferne Sterne erreichen
können. Da für diesen Beobachter
die Uhren. ebenso wie die Herzschläge der
Passagiere entsprechend langsamer gehen als seine
eigene Uhr und sein eigener Herzschlag, wäre das
- so gesehen - auch durchaus möglich .(siehe
Video Prof .H. Lsesch ,Spezielle
Relativitäts.theorie)
Allein die Existenz dieses Videos zeigt, dass
selbst ein so so weithin anerkannter Physiker,
wie Herr Prof, Lesch an die Objektivität
der Aussagen der SRT glaubt
Für einen anderen Beobachter,
der sich mit einer anderen Relativgeschwindigkeit
relativ zur Abflugrampe - also nicht in Ruhe -
aufhält, würde dasselbe Raumschiff mit einer
anderen Fluggeschwindigkeit relativ zum zuerst
genannten Beobachter fliegen, und derselbe
Fluggast könnte für ihn an einer anderen Stelle
im Weltraum - vielleicht auf einem anderen Stern
- sterben, was sowohl Unsinn ist und auch vom PEW
verboten würde.
Ist die Lichtgeschwindigkeit wiirklich
die größte universelle Geschwindigkeit
?
Stellen wir uns vor, dass ssich auf
einem Fluss, der mit der Geschwindigkeit v
fließt, ein frei
schwimmendes Kanu befindet, das
selbst über keinen eigenen Antrieb verfügt und
schließlich auch die Geschwindigkeit v des
Flusses angenommen hat.
In diesem Gedankenexperiment entspricht der
"Fluss"einer großen
Beschleunigungsanlage, in der die Teilchen (also
das "Kanu)"
beschleunigt werden,bis sie die Geschwindigkeit
der auf sie einwirkenden elektromagnetischen
Kräfte der Beschleunigungs-Anlage (also des
Flusses") sangenommen haben. Soweit
wir über keine schnelleren Kräfte verfügen,
bietet die Lichtgeschwindigkeit für
uns dann tatsächlich die
größte verfügbare und zudem
auch "schnellste "Kraft und zwar dies
ganz ohne SRT. Das heißt, dass
dieses Gedanken-Experiment erklärt, warum es in
der SRT auf diese unerwartete Weise eine
universelle Höchstgeschwindigkeit gibt
Immerhin besagt das Gedanken-Experiment,
dass micht die Masse geschwindigkeitsabhängig
ist und damit eine Über-Lichtgeschwindigkeit
verhindert, sondern dass ledigilich wir
über keine Mittel verfügen, welche eine Masse
auf Überlichtgeschwindigkeitt bringen könnten.
Abgesehen von der nominellen Kraft, die
in einer Lichtwelle steckt, liegt ein wichtiger
Unterschied zwischen dem
geschilderten Fluss-Gedankenexperiment und dem
Licht bereits darin, dass das Licht stets von Punktquellen
ausgeht, sodass es in jeder Richtung dieselbe
treibende Geschwindigkeit bietet, was scließlich
mit Hilfe der Licht-Uhr
zu den lediglich subjektiv
empfundenen Lorentzfaktoren
führt, die bis auf die Formel für die Masse
auch nach Kenntnis des genannten
Geankenexperiments gegenüber den Formeln der SRT
unverändert bleiben.
Das ist anders bei nuklearen
Zerfallsprozessen wie zum Beispiel beim Zerfall
der Mesonen im Myonenproblem und wieder anders
bei Sternen, die sich mit einer
Überlichtgeschwindigkeit gegenüber der
Erdgeschwindigkeit bewegen lönnnen. Allerdings
können alle diese Kräfte uns ncht als richtungs-unabhängige
universelle Hilfsmittel für Beschleunigungen
dienen wie es das Licht kann..
Fazit
Wenn man im Rahmen der SRT jeden
Beobachter unabhängig von seinem Ort und seiner
Geschwindgkeit für die Beobachtung eines
Objektes zulässt, können sich - ähnlich wie
bei dem Myoneneffekt - seine Aussagen widersprechen.
Schon allein deswegen erweist sich die SRT damit
als falsch, bzw, ihre Aussagen
sind nur subjektiv. Darüber
hinaus zeigt der Myonen-Effekt, dass die
Lichtgeschwindigkeit nicht die
größte universelle Geschwindgikeit ist-
vielmehr ist sie
aber für uns mit den uns zur Verfügung
stehenden Mitteln die größte
universelle Geschwindigkeit, was auch
in unseren großen
Teilchen-Beschleunigungs-Anlage
giilt. .Oder anders ausgedrückt: Wir haben keine
Möglichkeit, einer Masse eine höhere
Geschwindigkeit als die Lichtgeschwindigkeit zu
verleihen, weil uns dafür die erforderlichen
Hilfsmittel fehlen. Nicht
unserem Einflusss unterliegen dagegen z.B.
schnell fliegende Sterne oder die bei nuklearen
Zerfallsprozessen abgestrahlten Teilchen, mit
denen zwar viel höhere Geschwindigkeiten als die
Lichtgeschwindigkeit zustande kommen, die aber
für uns nicht brauchbar sind.
, Das dürfte besonders die Astronomie ealso die
Theorie der dunklen Materie
betreffen, aber auch schon z.B. die Behauptung,
dass eine Masse für einen Beobachter größer
wird, der sich ihr gegenüber mit einer gewissen
Relativ-Geschwindigkeit bewegt, oder dass einer
Masse m die Energie m*c*c
entspricht,, erweist sich als falsch ,
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