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Die
Spezielle Relativitätstheorie SRT


Für die Spezielle Relativitätstheorie SRT spielt das Prinzip der Eindeutigkeit des Weltgeschehens
PEW eine ganz zentrale Rolle. Während in der klassischen Physik bei Transformationen von einem Bezugssystem zu einem anderen der Gang der Uhren, die Massen und die Längen der Objekte ungeändert bleiben, hängen in der SRT diese physikalischen Maße von der Relativgeschwindigkeit der beiden Bezugssysteme ab. Das bedeutet, dass auch die in einem Bezugssystem beschriebene Kausalkette davon abhängt, von welchem anderen Bezugssystem das betreffende Bezugsstem betrachtet wird. Da aber die Wahl der Bezugssysteeme beliebig ist, wäre dann auch diese Kausalkette beliebig, was dem PEW widerspricht.

Wenn man nicht gleich an dieser Stelle der Überlegung die SRT verwerfen will, könnte man in Analogie zur klassischen Physik die von einem Bezugssystem für ein anderes Bezugssystem erhaltenen Wahrnehmungen als subjektive "Eindrücke" von Beobachtern bezeichnen, die sich auch in der Newtonwelt durchaus widersprechen dürfen, da sie für das Weltgeschehen uninteressant sind. Allerdings dürften sich die Folgerungen aus diesen subjektiven Eindrücken bezüglich der betrachteten Objekte - von optischen Täusschungen abgesehen - für alle Beobachter im System der SRT ebenso wie dies bereits in der Newton-Welt geschieht nicht widersprechen, wenn diese Folgerungen objektiven Charakter haben sollen. Wenn beispielsweise mehrere Beobachter in der Newtonwelt ein Auto betrachten, sind zwar ihre bildhaften Eindrücke, die sie von dem Auto haben, untereinander ganz verschieden. Sie widersprechen aber nicht der Schlussfolgerung, dass sie alle dasselbe Auto sehen. Ich werde am Beispiel des Myoneneffektes zeigen, dass etwas Entsprechendes in der SRT nicht stets gewährleistet ist und die SRT daher die Natur nicht widerspruchsfrei beschreiben kann.

Der Grund für die problematische Beurteilung der Eindrücke der Beobachter im Rahmen der SRT liegt darin, dass die SRT davon ausgeht, dass im Vakuum der Betrag der Geschwindigkeit des Lichtes unter allen Umständen und damit für alle Beobachter immer denselben universellen Wert c habe, was für die klassische Physik eine unmögliche Annahme ist, die zur Folge hat, dass die Galilei-Transformationen der Bezugssysteme in der klssischen Physik durch die Lorentz-Transformationen in der SRT ersetzt werden mussten.

Sehen wir uns zunächst die Experimente an, die die Voraussetzungen dafür waren, jene für die SRT so grundlegende Annahme treffen zu können


Die
Mängel der Messungen der Lichtgeschwindigkeit

Die erwähnte grundlegende Annahme der SRT stützt sich auf Experimente, für die man sagen kann, dass

a.) für alle Experimente nur erdverbundene Lichtquellen verwendet wurden
b.) alle Versuche nicht in Vakuum sondern in Luft durchgeführt wurden, die dadurch praktisch ebenfalls erdverbunden waren.
c.) für alle Experimente nur erdverbundene Beobachter eingesetzt wurden


Sieht man von den Scheinkräften einmal ab, die mit der Erdumdrehung in Verbindung stehen, waren das also alles Versuche innerhalb desselben Bezugssystems. Solche Experimente konnten zwar die Existenz eines damals diskuttierten Äthers widerlegen, reichten aber keinesfalls, um den ganzen Umfang der oben formulierten grundlegenden Annahme der SRT abzustützen. Man schenkte aber den genannten wichtigen Einschränkungen der Versuchsbedingungen keine Beachtung und glaubte - übrigens bis auf den heutigen Tag - dass das Licht im Vakuum nicht nur in jenem Bezugssystem, in dem seine Lichtquellen ruhten, sondern zugleich auch in jedem anderen Bezugssystem - eine Geschwindigkeit mit immer dem gleichen Betrag c hat. Das bedeutet, dass die Grundannahme des SRT experimentell auf äußerst schwachen Füßen steht.

Im nachfolgenden Abschnitt zeige ich, dass die Maxwelltheorie die gerade erwähnte Grundvoraussetzung der SRT - also die universelle Konstanz des Betrages der Lichtgeschwindigkeit - nicht unterstützt, da man sie aus ihr nicht ableiten kann

Die Ausbreitung des Lichtes

Was die Ausbreitung des Lichtes betrifft, so sollte man - untermauert von unzähligen Laborversuchen - davon ausgehen, dass das Licht als elektromagnetische Welle den Maxwellgleichungen genügt. Nicht nur diese Theorie sondern auch die alltägliche Erfahrung zeigen, dass sich die Lichtstrahlen nicht in Luft - und schon gar nicht im Vakuum - gegenseitig beeinflussen. Um mehr über das Licht zu erfahren, kann man sich daher auf das von einer Punktquelle ausgesandte Licht als "pars pro toto" beschränken. Wenn diese Quelle ruht, kann man sie in den Nullpunkt eines Bezugssystems legen und erhält mit Hilfe der Maxwellgleichungen eine verhältnismäßig einfache Differentialgleichung zweiter Ordnung, die eine kugelsymmetrische Lichtwelle beschreibt, welche sich mit der Lichtgeschwindigkeit c ausbreitet. Betrachtet man dieses Licht von einem mit konstanter Geschwindigkeit -v bewegten Bezugssystem aus, erhält man durch eine Galileitransformation aus jener einfachen Gleichung eine entsprechende, nun aber etwas kompliziertere Differentialgleichung, die dann das Verhalten des von einer mit der Geschwindigkeit v bewegten Quelle ausgestrahlten Lichtes beschreibt. Dieses Licht breitet sich nicht mehr mit Lichtgeschwindigkeit kugelsymmetrisch aus, sondern eben so, wie man das von einer kugelsymmetrischen Lichtwelle erwartet, welche von einem bewegten Bezugssystem aus beobachtet wird. Dabei bewegt sich dieses Licht im Mittel mit der Geschwindigkeit v, aber stellenweise auch mit Geschwindigkeiten, die bis zu v+c reichen.
Das bedeutet, dass unser tagtägliches Licht gemäß der Maxwellgleichungen eine Überlagerung von vielen Anteilen ist, die sich alle im Mittel mit den verschiedenen Geschwindigkeiten ihrer Quellen fortbewegen und wegen der Beliebigkeit der Geschwindigkeiten dieser Quellen damit zum Teil fast beliebige Geschwindigkeiten erreichen können


Die
Lorentztransformationen

Für die Lorentztransformation kommt es im Gegensatz zur Galileitransformation in besonderer Weise auf die Relativgeschwindigkeit v zwischen Beobachter und seinem Objekt an und zwar derart, dass in Abhängigkeit von v für zwei Beobachter, die sich gegenseitig beobachten, nach deren subjektiver Meinung die Uhren bei dem jeweils anderen Beobachter stets langsamer gehen als in seinem eigenen Bezugsystem (Zeitdilatation), die Längen stets kleiner sind als vom eigenen Bezugssystem aus gesehen (Längenkontraktion) und die Massen stets größer sind als im eigenen Bezugssystem. Alle drei Größen ändern sich dabei um denselben Lorentzfaktor, der gegen Unendlich strebt, wenn sich v der Lichtgeschwindigkeit nähert und der praktisch gleich Eins ist, wenn v sehr klein gegenüber der Lichtgeschwindigkeit ist. Die Herleitung dieses Faktors ist in jedem besseren Lehrbuch zu finden.

Dass für einen Beobachter sich die Massen vergrößern, wenn ihre Relativgeschwindigkeit gegenüber dem Beobachter wächst, kann leicht dann sehr problematisch werden, wenn im Objekt zugleich mehrere Massen beobachtet werden, die sich gegenseitig über ihre Gravitationskräfte anziehen. Es würden sich nämlich dann nicht nur diese Massen vergrößern sondern es würden sich auch ihre gegenseitigen Abstände verkleinern, wodurch sie sich noch stärker gegenseitig anziehen. Es wäre sehr erstaunlich, wenn die Lorentztransformationen für alle solchen denkbaren Problemstellungen vernünftige Antworten fänden.

Eine sehr wichtige Konsequenz der Lorentztransformationen betrifft die Höchstgeschwindigkeit für jegliche Materie. Sie ergibt sich, weil für einen Beobachter die für sein Objekt maßgebende Uhr um dem Lorentzfaktor langsamer geht, je größer die Relativgeschwindigkeit v zu seinem Objekt ist. Somit sind die Beschleunigungen, die sein Objekt vielleicht erfährt, für diesen Beobachter um so kleiner je näher v an der Lichtgeschwindigkeit liegt und gehen gegen Null, wenn v die Lichtgeschwindigkeit erreicht hat. Das heißt, dass im Rahmen der SRT für keinen Beobachter die Relativgeschwíndigkeit v eines Objektes Überlichtgeschwindigkeit erreichen kann, oder dass es keine Geschwindigkeit gibt, die größer als die Lichtgeschwindigkeit ist. Immerhin scheinen die Erfahrungen mit großen Beschleunigungsanlagen diese Aussage der SRT zu bestätigen, dennoch will ich sie im nächsten Abschnitt hinterfragen.
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Akzeptieren wir aber die experimentellen Voraussetzungen der SRT trotz ihrer Mängel, so muss man immerhin konstatieren, dass bei Benutzung der Lorenztransformation die Grund-Annahme der SRT, dass die Geschwindigkeit des Lichts für alle Beobachter dieselbe ist, stets gewahrt bleibt. Wie ich weiter unten am Beispiel des Myonenproblems zeigen werde, haben die Lorentztransformationen bisweilen die Eigenschaft, dass sich die Voraussagen von zwei Beobachtern bezüglich bezüglich einer messbaren Geschwindigkeit dann nicht widersprechen, wenn diese Beobachter jeweils dort angesiedelt sind, wo sich entweder die Uhren oder die Längen jeweils in Ruhe befinden. Gegenüber anderen Beobachtern widersprechen sich dagegen die Voraussagen dieser Beobachterpaare und müssen deswegen vom PEW verworfen werden.


Ist die
Lichtgeschwindigkeit wirklich die größte erreichbare Geschwindigkeit?

Man kann die Beschränkung der Geschwindigkeit der elektrisch geladenen Teilchen in den Beschleunigungsanlagen auch in der klassischen Physik erklären, wenn man bedenkt, dass ein elektrisch geladenes Teilchen von einem elektromagnetischen Feld nur dann beschleunigt werden kann, wenn dessen Gesschwindigkeit am Ort des Teilchens größer ist als die augenblickliche Geschwindigkeit des Teilchens. Das ist ähnlich wie bei einem Segelschiff, das bei Windstille auf einer laufenden Wellenfront im Meer nicht schneller werden kann als diese Wellenfront selbst ist. In den Beschleunigungsanlagen können nur Kräfte von Feldern wirksam werden, deren Quellen, auch wenn sie intermittierend benutzt werden, ortsfest sind und die daher nur Felder generieren können, die selbst höchstens Lichtgeschwindigkeit erreichen können. Das heißt, auch ohne Erklärung durch die SRT kann man verstehen, warum diese Anlagen die Teilchen nicht auf Überlichtgeschwindigkeit beschleunigen können. Somit gibt es zwar auch in der klassischen Physik eine Geschwindigkeitsbeschränkung, aber sie gilt nur dann für Materie, wenn sie durch solche elektromagnetische Wellen beschleunigt wird, deren Quellen im Bezugssystem der Geschwindigkeit dieser Materie ruhen
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Dagegen gibt es in der klassischen Physik durchaus Beschleunigungen, durch die ein Teilchen beliebig hohe Geschwindigkeiten erreichen kann. Es handelt sich dabei um instantane Kräfte, die sich mit unendlich großer Geschwindigkeit ausbreiten. Beispiele dafür sind die Coulombkraft und die Gravitationskraft oder vielleicht auch andere Kräfte, die beim Zerfall eines Atomkerns auftreten. Bei der bei einem Atomzerfall wirkenden Coulombkraft auf ein elektrisch geladenes Teilchens kommt es z.B. darauf an, wie nah sich dessen Startpunkt am Pol der Coulombkraft befunden hatte: Je näher der Startpunkt am Pol gelegen hatte, desto größer war seine Beschleunigung. Besonders wichtig ist, dass durch die Gravitationskräfte im Weltenraum ganze Sterne Überlichtgeschwindigkeit im Bezugssystem eines Beobachters erreichen können, durch die sie für ihn unsichtbar werden, wenn sie sich mit dieser Überlichtgeschwindigkeit von ihm weg bewegen (s. meine Ausfürungen über "
dunkle Materie " in meinem Aufsatz über Photonen). Diese einfache Erklärung der Dunklen Materie trifft nur zu, weil die SRT, die eine solche Erklärung blockiert, falsch ist. Dass sie falsch ist, begründe ich, wie bereits angekündigt, im nächsten Abschnitt.


Der
Myoneneffekt

Die Konsequenzen der Annahme, dass die Lichtgeschwindigkeit universal ist und dass keine Materie sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann, sind gewaltig. Sie haben nicht nur Eingang in die Lehrbücher gefunden sondern haben auch bis auf den heutigen Tag die Zielrichtungen der Forschung beeinflusst. Dabei gibt es sehr gute Gründe, die zeigen, dass nicht nur die experimentellen Grundlagen, auf denen die SRT beruht, unzureichend sind, sondern dass auch die Aussagen der SRT selbst gegen das PEW verstoßen.

Vielleicht am einfachsten kann man dies bei dem Myonen-Effekt sehen, welcher zeigt, dass die Myonen, die beim Zerfall gewisser Mesonen aus der Höhenstrahlung in der Stratosphäre entstehen, offenbar durch die dabei wirksamen gewesenen Zerfallskräfte so stark beschleunigt wurden, dass sie mit einer wesentlich höheren Geschwindigkeit als mit Lichtgeschwindigkeit auf die Erde zufliegen. Dass die Geschwindigkeit der Myonen tatsächlich so hoch ist, ergibt sich sehr einfach, wenn man mithilfe der objektiv nachweisbaren beim Auftreffen der Myonen auf der Erde erzeugten Spuren die Geschwindigkeit, mit der sie geflogen sein mussten, wenn man diese Geschwindigkeit wie allgemein üblich definiert, nämlich als Quotient von zurückgelegter Wegstrecke geteilt durch die dafür benötigte Zeit. Die Flugzeit ist in diesem Falle die aus Experimenten bekannte Lebensdauer der Myonen und die Wegstrecke ist gleich der Entfernung zwischen dem Aufttreffort auf der Erde und dem Entstehungsort der Myonen in der Stratosphäre.

Der Myoneneffekt liefert also sozusagen als Geschenk der Natur die experimentelle Bestätigung dafür, dass weitaus höhere Geschwindigkeiten als die Lichtgeschwindigkeit von der Materie erreicht werden können. Allein dieses Ergebnis dürfte viel aussageekräftiger sein als die Ergebnisse jener Experimente, auf die sich die SRT stützt.

Die SRT bietet zwar trotz ihrer sich selbst auferlegten Geschwindigkeitsbegrenzung - wobei erst durch sie der Myoneneffekt zum Myonenproblem wird - für diesen Effekt die nachfolgend beschriebene Erklärung, die aber offenbar auch gegen das PEW verstößt.

Um sie diskutieren zu können, wählen wir von den unendlich vielen gleichberechtigten Beobachtern drei Beobachter aus, welche von ihrem Standort aus die Entfernung zwischen Entstehungsort der Myonen und der Erde sowie die Lebensdauer der Myonen beobachten. Jede dieser beiden Größen hängt im Rahmen der SRT von der Relativgeschwindigkeit zwischen dieser Größe und dem jeweiligen Beobachter ab. Diese drei Beobachter sind:

ein Beobachter, der auf der Erde steht
ein Beobachter, der mit den Myonen mitfliegt
ein Beobachter, der mit der halben Myonengeschwindigkeit fliegt

Die folgenden Formeln, in denen v die Fluggeschwindigkeit der Myonen bedeutet, entstammen den Lorentztransformationen.

Für den Beobachter auf der Erde ruht die Entfernung zwischen Entstehungsort des Myons und der Erde. Dieser Abstand bleibt für diesen Beobachter also unverändert, aber die Lebenssdauer des mit der Geschwindigkeit v fliegenden Myons, die hier gleich der Relativgeschwindigkeit zwischen ihm und dem fliegenden Myon ist, verlängert sich für ihn um den Lorentz-Faktor

.............................................................1x = 1/Wurzel (1 - v*v/c/c),

und endet für ihn entsprechend erst später als von Zerfalls-Experimenten im Labor bekannt. Weil die Myonen auf ihrem Weg zur Erde für diesen Beobachter vor ihrem Zerfall so weit fliegen, bis ihre Lebensdauer als Myonen abgelaufen ist, bedeutet dieses Resultat, dass sie für diesen Beobachter um den Faktor x weiter kommen und damit eventuell die Erde erreichen, als wenn sich ihre Lebensdauer nicht vergrößert hätte.

Dabei bietet die Bestimmung von v insofern ein besonderes Problem, weil der SRT wegen ihrer Geschwindigkeitsbegrenzung die übliche Bestimmung dieser Geschwindigkeit mittels der Formel "v=Weg/Zeit" verwehrt ist, die hier eine Überlichtgeschwindigkeit ergeben würde. Fest steht für die SRT nur, dass der Betrag von v einerseits kleiner ist als c andererseits aber den Faktor x so groß werden lassen muss, dass die durch ihn erwirkte Verlängerung der Lebensdauer ausreicht, um die Myonen trotz ihrer "geringen" Fluggeschwindigkeit zur Erde gelangen zu lassen. Weil x umso empfindlicher auf kleine Änderungen von v reagiert, je näher v bei c liegt, kann man - ohne wirklich messen zu müssen - v sehr genau (v=0.998*c) bestimmen, um mit seinem Wert dann die Messsergebnisse des Myoneneffektes "erklären" zu können.

Für den zweiten Beobachter, der mit den Myonen mitfliegt, ändert sich die Lebendauer der Myonen nicht, aber der Anfangspunkt und der Endpunkt der Entfernung zwischen Entstehungsort der Myonen und der Erde bewegen sich für ihn mit der Myonen-Geschwindigkeit v. Das führt für ihn zu einer Verkleinerung dieser Entfernung und zwar ebenfalls um den gleichen Faktor x. Das bedeutet, dass sich die Myonen bei ihrem Zerfall für diesen Beobachter genau soweit der Erde genähert haben wie für den ersten Beobachter.

Auch für den dritten Beobachter verlängert sich die Lebensdauer der Myonen, jedoch nur um den Faktor y

..............................................................1y = 1/Wurzel (1 - v*v/c/c/4).

und auch die Entfernung zwischen Fntstehungpunkt der Myonen und der Erde verkleinert sich für diesen Beobachter und zwar ebenfalls um den Faktor y

Da die Faktoren beider Effekte jeweils verlängernd auf die von der Erde aus beurteilte Flugstrecke der Myonen vor ihrem Zerfall wirken, ergibt sich für diesen Beobachter zusammengenommen eine Verlängerung der Flugstrecke der Myonen vor ihrem Zerfall um den Faktor

........................................................................1....1y*y.

Wenn also der dritte Beobachter zum gleichen Resultat kommen soll wie die beiden anderen Beobachter, müsste gelten

...............................................................1........ y*y = x
oder
...............................................................1y1/(y*y) = 1/x

beziehungsweise

..........................................................11- v*v/c/c/4 = Wurzel (1 - v*v/c/c)

oder, beide Seiten quadriert, liefert das die Gleichung

...............................................................11 - v*v/c/c/2 + (v*v/c/c/4)**2 = 1 - v*v/c/c
und schließlich
........................................................... ..1 v*v/c/c = -8,

Dies ist eine Gleichung, die keine reelle Lösung für v zulässt. D.h. der dritte Beobachter kann somit für keine Fluggeschwindigkeit v zum gleichen Resultat gelangen wie die beiden anderen Beobachter. Für ihn ist dann die Rate der objektiv noch als Myonen auf die Erde gelangten Mesonen eine andere als für die anderen beiden Beobachter. Da diese nachprüfbaren und messbaren Raten aber nicht von allen Beobachtern in gleicher Größe erwartet werden, können sie als widersprüchliche Ereignisse nicht in die Kausalkette unserer Welt aufgenommen werden. D,h, sie werden vom PEW verworfen, was bedeutet, dass die SRT falsch ist, wenn man nicht will, dass die Beobachter verschiedenen Welten angehören.


E = m*c*c

Sowohl bei der Kernspaltung wie bei Kernfusion wird Energie abgegeben wobei sich die Gesamtmasse der beteiligten Komponenten um den sogenannten Massendefekt verrngert. Es liegt also sehr nahe, anzunehmen, dass die Energie und die Masse zumindest ineiander umwandelbar sind. Die mir bekannten Herleitungen der Forme E = m*c*c basieren alle auf dem Formelsatz der SRT. Es könnte aber auch sein, dass lediglich die freigesetzten Bindungskräfte für die feigesetzten Energien verantwortlich sind und dass Neutrinos bei beiden Prozessen freigesetzt werden und die fehlende Masse mitnehmen. Da beim Aufeindertreffen von einem Teilchen mit seinem Antiteilchen nur Energie und kein anderes bekanntes Teilchen entsteht, müssten dann die Massen der Teilchen gänzlich aus den Massen der Neutrinos bestehen. Umgekehrte Prozesse, bei denen dann viel Energie verbraucht wird, würden dann den Absorptionsprozessen für Quantensprünge der Atome entsprechen und ebenfalls auf Zufälle angewiesen sein, wobei dann allerdings zusätzlich die Gegenwart der benötigten Neutrinos erforderlich ist. Diese Vermutung hätte den Vorteil, dass die physikalisch wirksamen Massen der Elementarteilchen ebenso wie die elektrischen Ladungen weiterhin Naturkonstante bleiben.

Da die SRT nach meinen Ausführungen gegen das PEW verstößt und daher offenbar unglaubwürdig ist, und da andererseits die Lichtgeschwindigkeit erst durch die SRT ihre universelle Bedeutung erlangt hatte, sollte die Lichtgeschwindigkeit c auf das Gebiet der elektromagnetischen Erscheinungen beschränkt bleiben und nicht in der Formel E = m*c*c zu finden sein. Im Gegensatz zu dem Massendefekt ist die Formel E = m*c*c bisher m.W.n. auch nicht bisher zahlenmäßig experimentell bestätigt worden


Fazit

Nicht nur die experimentellen Befunde, auf denen die wesentliche Annahme der SRT beruht, sind unzureichend, es sind auch die Aussagen der SRT selbst, die sich widersprechen und damit dem PEW zuwiderlaufen. Das betrifft nicht nur die subjektiven Eindrücke sondern auch die Schlussfolgerungen der Beobachter. Besonders wichtig ist die vom Myonenereffekt experimentell untermauerte Erkenntnis, dass es keine generelle Beschränkung der Geschwindigkeit der Materie gibt. Weil die SRT den Forderungen des PEW nicht genügt, gehört sie somit zu den "falschen" physikalischen Theorien.
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