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Träge Masse  

 

Die Spezielle Relativitätstheorie (SRT)

Zumindest die spezielle Relativitätstheorie gäbe es nicht, wenn es nicht die die grundlegende Annahme gäbe, dass der Betrag der Geschwindigkeit des Lichtes unter allen Umständen immer denselben universellen Wert habe und dass die Lichtgeschwindigkeit zugleich die größte erreichbare Geschwindigkeit ist. Die Konsequenzen dieser Annahme sind gewaltig und verursachten bisher bereits Unkosten in Miliardenhöhe, sodass ihre experimentelle Grundlage aufs äußerste hieb und stichfest abgesichert sein sollte. Das aber ist sie nicht, was zu dem Verdacht führt, dass man befürchtet, neue Erkenntnisse könnten das teure Gedanken-Gebäude zum Einsturz bringen. Dabei gibt es bereits sehr gute Gründe, die zeigen, dass die SRT auf einer falschen Grundannahme aufgebaut ist. Außerdem ist mir kein klassisches physikalisches Problem bekannt, das erst durch die SRT gelöst worden ist, dagegen mehrere, die erst durch die besagte Grundannahme entstanden sind.

Vielleicht am einfachsten kann man dies beim sogenannten
Myonen-Problem (s.u.) sehen, welches zeigt, dass die Myonen mit einer sehr viel höheren Geschwindigkeit als mit Lichtgeschwindigkeit auf die Erde zufliegen, und zwar dann, wenn man ihre Geschwindigkeit wie üblich durch den Quotienten von zurückgelegter Wegstrecke geteilt durch die dafür benötigte Zeit definiert. Es gibt weitere gute Gründe, die dafür sprechen, dass die SRT nicht richtig sein kann, von denen ich einige nachfolgend behandle.


Die Mängel der Messungen der Lichtgeschwindigkeit

Die Lorentztransformationen

Das Myonenproblem

Die Lichtemission eines Atoms

Die geschwindigkeits-abängige Masse


Facit


Die
Mängel der Messungen der Lichtgeschwindigkeit

Die SRT behauptet, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum für alle Beobachter (=Bezugssysteme) immer den gleichen Wert c habe und dass kein Körper und auch kein Signal eine höhere Geschwindigkeit als diese Lichtgeschwindigkeit haben kann. Soweit mir bekannt ist, stützt sich diese Behauptung auf Experimente, für die man sagen kann, dass

a.) alle Geschwindigkeitsmessungen in erdfesten Bezugssystemen durchgeführt wurden.
b.) die Experimente nicht in Vakuum sondern in Luft durchgeführt wurden, die praktisch ebenfalls erdfest war.
c.) nur erdverbundene Lichtquellen und Spiegel verwendet wurden
d.) 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 bestenfalls die Existenz eines damals diskuttierten Äthers widerlegen. Man schenkte aber den genannten wichtigen und einschränkenden Versuchsbedingungen keine Beachtung und glaubte - übrigens bis auf den heutigen Tag - dass das Licht nicht nur in dem Bezugssystem, in dem seine Lichtquellen ruhen, sondern in jedem anderen Bezugssystem eine Geschwindigkeit mit immer dem gleichen Betrag hat. Die naheliegende Vermutung, dass dass Licht sich in jenem Bezugssystem mit der Lichtgeschwindigkeit c ausbreitet, in dem seine Quellen ruhen, wurde zwar damals als 'Emissionstheorie' auch diskuttiert aber man hatte sie aus mir nicht bekannten Gründen, schnell wieder verworfen.

In den großen Teilchenbeschleunigungsanlagen findet die Beschleunigung elektrisch geladener Teilchen mit Hilfe von elektromagnetischen Feldern statt, die von erdfesten Quellen erzeugt werden, also sich mit der Lichtgeschwindigkeit c bewegen. Man kann dann nicht erwarten, dass sie in der Lage sind, die Teilchen auf eine höhere als ihre eigene Geschwindigkeit zu befördern.

Was die Ausbreitung des Lichtes betrifft, so sollte man 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 kugelymmetrischen Lichtwelle erwartet, welche von einem bewegten Bezugssystem aus beobachtet wird. Dabei bewegt sich dieses Licht im Mittel mit der Geschwindigkeit v und zum Teil mit der Signal-Geschwindigkeit v+c. Das bedeutet, dass unser tagtägliches Licht aus einer Überlagerung von vielen Anteilen besteht, die sich alle im Mittel mit den verschiedenen Geschwindigkeiten ihrer Quellen fortbewegen und wegen der Geschwindigkeiten der Quellen fast beliebige Signal-Geschwindigkeiten erreichen können.

Das bedeutet aber auch, dass die universelle Lichtgeschwindigkeit den Maxwellgleichungen widerspricht.


Die
Lorentztransformationen

Die Einführung der universellen Lichtgeschwindigkeit kann nur dann widerspruchsfrei sein, wenn man 'ihr zuliebe' die Zeit, den Raum und die Masse völlig neu definiert, was mit Hilfe der "Lorentztransformationen" erreicht wird. Wenn ein Beobachter von dem Bezugssystem aus, in dem er ruht, ein Objekt beurteilt, das sich relativ zu seinem Bezugssystem mit der Relativgeschwindigkeit v bewegt, so bemerkt er als Konsequenz der Lorentztransfomation, dass in diesem Objekt die Uhren bzw. die Verlaufsgeschwindigkeiten der Vorgänge in diesem Objekt um einen Faktor xZeit langsamer gehen als in seinem System (Zeitdilatation), dass ferner die Längen dort um einen Faktor xLänge kleiner sind, als sie in seinem System wären (Längenkontraktion), und dass die Massen dort um einen Faktor xMasse größer sind als sie in seinem System wären. Alle drei Faktoren sind gleich und werden hier gemeinsam als Lorentzfaktor x bezeichnet, der den von v abhängigen Wert hat:

x= 1/Wurzel [1 - (v *v) / (c * c)]

Da dasselbe Objekt für Beobachter mit unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten zu diesem Objekt keine eindeutigen Eindrücke vermittelt, müsste das Prinzip der Eindeutigkeit des Weltgeschehens eigentlich diese Eindrücke verbieten, wenn es sich bei ihnen nicht nur um subjektive Eindrücke handeln würde, die für das Weltgeschehen belanglos sind.

Nicht unbedingt mehrdeutig und daher für das Weltgschehen nicht unbedingt bedeutungslos könnten dagegen die Schlussfolgerungen sein, die die Beobachter aus ihren gleichzeitig gewonnenen subjektiven Beobachtungen von Längen und von Verlaufsgeschwindigkeiten der Vorgänge ziehen können. Zum Vergleich mit unserer gewohnten Galilei-Welt: Ein und dieselbe Kanne z.B. erweckt bei vielen Beobachtern unter verschiedenen Blickwinkeln und aus verschiedenen Entfernungen verschiedene subjektive Eindrücke, die für das Weltgeschehen bedeutungslos sind. Dennoch kommen die Beobachter übereinstimmend zu dem Schluss, dass es sich um dieselbe Kanne handelt.

Das Myonenp
roblem

Ähnliche Schlussfolgerungen spielen z.B. auch beim sogenannten Myonenproblem eine wichtige Rolle. Bei diesem Problem handelt es sich um Myonen, das sind gewisse Mesonen, die durch die Höhenstrahlung in der Stratosphäre, etwa 20km über dem Erdboden, erzeugt werden und mit einer Beinahe-Lichtgeschwindigkeit v zum großen Teil in Richtung Erde fliegen, wobei die Erde auch von den meisten von ihnen noch vor ihrem Zerfall in andere Teilchen erreicht wird. Das Problem dabei ist nur, dass ihre Lebensdauer als Myonen so kurz ist, dass sie die Erde auch dann kaum noch in Gestalt von Myonen erreichen könnten, wenn sie sogar mit Lichtgeschwindigkeit geflogen wären. Zur Lösung dieses Problems benutzt ein Beobchter, der sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt, die subjektiven Antworten auf die Fragen

a.) Wie groß erscheint für ein Myon die Entfernung zwischen seinem Entstehungsort in der Stratosphäre und der Erde?
b.) Welche Lebensdauer hat das Myon bis zu seinem Zerfall?

Die relativistischen Betrachtung dieses Problems sieht zunächst erfolgversprechend aus, da die Antwort auf die Frage a.) eine durch die Längenkontraktion um den Lorentzfaktor xLänge verkürzte Flugentfernung, und die Antwort auf die Frage b.) eine durch die Zeitdilatation um den Lorentzfaktor xZeit verlängerte Lebensdauer ergibt. Beide Lorentzfaktoren sind größer als Eins und hängen von der entsprechenden Relativgeschwindigkeit v zwischen Beobachter und seinem Objekt ab. Beides sind Effekte, die bei gleichbleibender Myonengeschwindigkeit die vom Beobachter vermutete Myonenrate auf der Erde vergrößern - also genau das, was wir hier verstehen wollen. Insgesamt hat sich also nach Meinung eines Beobachters die durchflogene Strecke eines Myons bis zu seinem Verfall um das Produkt

Px= xLänge * xZeit

verlängert.

Es gibt zwei verschiedene Beobachter, für die die von ihnen vermuteten zurückgelegten Flugstrecken der Myonen bis zum Augenblick ihres Zerfalls gleich groß sind. Der eine dieser Beobachter befindet sich auf der Erde und sein Objekt ist ein fliegendes Myon, das sich mit Myonengeschwindigkeit v relativ zu ihm bewegt. Für ihn sind die Lorentzfaktoren

xLänge
=1 und xZeit = x,

also ist

Px = x

weil sich nach Meinung des Beobachters die Entfernung in seinem Objekt "Erde" nicht ändert, und weil für ihn die Uhren des mit der Geschwindigkeit v relativ zu ihm bewegten Myons langsamer gehen. Für ihn ist also Px = x.

Der andere der beiden Beobachter fliegt mit einem Myon mit, und seine Objekte sind einmal die Erde, die sich mit der Geschwindigkeit v auf ihn zubewegt, und einmal das Myon, dessen Uhr denselben Gang hat wie seine eigene Uhr. Für ihn gilt also entsprechend

xLänge = x und xZeit = 1,

Auch für ihn ergibt daher das Produkt

P =xLänge*xZeit

Px
= x

Px
ist also für beide Beobachter gleich, und damit ist die vermutete erreichte Flugstrecke der Myonen bei ihrem Zerfall für beide Beobachter gleich groß.

Wenn die Befürworter der Speziellen Relativitätstheorie die Leistungsfähigkeit dieser Theorie unter Beweis stellen wollen, wird oft auf diese Übereinstimmung der beiden Beobachter hingewiesen, ohne zu zeigen, dass auch alle anderen Beobachter in ihrer Vermutung über die zurückgelegten Wege der Myonen übereinstimmen, was sich tatsächlich auch nicht zeigen lässt, weil z.B. schon ein Beobachter, der sich mit der halben Myonengeschwindigkeit v/2 auf die Erde zubewegt, zu einem anderen Resultat kommt, was sich wie folgt leicht zeigen lässt:

Da die Relativgeschwindigkeiten v/2 dieses Beobachters gegenüber den Myonen und gegenüber der Erde gleich sind, sind für ihn die Faktoren yLänge und yZeit gleich. Indem für ihn anstelle des Lorentzfaktors x der Lorentzfaktor y mit

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

gilt, ist also für ihn

yLänge = y

yZeit = y

Dieser Beobachter kommt also zu der Meinung, dass sich die durchflogene Strecke der Myonen um den Faktor

Py= yLänge * yZeit = y* y

gegenüber der nicht relativistischen Betrachtung verlängert. Damit auch dieser dritte Beobachter zur gleichen Meinung wie seine beiden Kollegen kommt, müsste sich dann für ihn die als Myonen durchflogene Strecke der Myonen um den Faktor

.................................................................. Py = Px

D.h. es müsste gelten
...............................................................1 y*y= x
oder
...............................................................1y1/(y*y) = 1/x

Daraus folgt

...............................................................11- v*v/c/c/4 = Wurzel (1 - v*v/c/c)
oder beide Seiten quadriert
...............................................................11 - v*v/c/c/2 + (v*v/c/c/4)**2 = 1 - v*v/c/c
..............................................................1 v*v/c/c = -8,

was keine reelle Lösung für v zulässt. Das bedeutet, dass es keine Myonengeschwindigkeit v gibt, für die die Aussage des dritten Beobachters mit den Aussagen der ersten beiden Beobachtern über die Verteilung der Zerfallspunkte der Myonen auf der Erde übereinstimmt

Würden insgesamt alle Beobachter zu dem gleichen Resultat dieser Verteilung kommen, müsste das Prinzip der Eindeutigkeit des Weltgeschhens der relativistischen Erklärung des Myonenproblems zustimmen. Da es aber zumindest den Beobachter mit der halben Myonengeschwindigkeit gibt, der zu einer anderen Schlussfolgerung kommt als die erwähnten anderen beiden Beobachter, muss das Prinzip der Eindeutigkeit des Weltgeschehens die relativistische Erklärung des Myonenproblems verwerfen, um nicht Parallelwelten in Kauf nehmen zu müssen. Die Zerfallspunkte der Myonen sollten sich objektiv nachweisen lassen. Sie dürfen sich nicht nach beliebigen Beobachtern richten.


Die
Lichtemission eines Atoms

Gegeben sei ein ruhendes Atom, welches durch einen Quantensprung Licht einer bestimmten Frequenz aussendet. und es gäbe einen Beobachter, der sich mit der Relativgeschwindigkeit u gegenüber dem Atom bewegt. Es geht um die Frage, ob und wie die Frequenz des emittierten Lichtes von einem solchen Beobachter beeinflussst wird. Nach den voraufgegangenen Bemerkungen handelt es sich hierbei um ein Einzelereignis, also um keine Schlussfolgerung, das als solches nur subjektiv sein darf. Dies bestätigt sich auch aus der fogenden Überlegung:

Nach der Speziellen Relativitätsheorie gehen für diesen Beobachter die Uhren des Atoms mit wachsendem u langsamer (Zeitdilatation), wodurch sich die Frequenz des ausgesandten Lichts und damit die Energieabgabe des Atoms in Abhängigkeit vom Betrag von u verringern müsste. Die Energieabgabe des Atoms aber muss eindeutig sein und darf nicht von den Beobachtern abhängen. D.h. die Beobachter haben in Wirklichkeit keinen Einfluss auf die Frequenz des ausgesandten Lichtes, und spielen entgegen der gängigen Meinung auch keine Rolle bei der relativistischen Behandlung des Dopplereffekts. Die Lorentztransformation ist für Probleme, wie dieses hier, nicht gedacht. - Ein ganz anderer Sachverhalt liegt vor, wenn sich mehrere emittierende, gleichartige Atome mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Wegen deren klassischen Dopplereffekts senden diese - aber nur scheinbar - unterschiedliche Frequenzen aus, die mit dem Energiehhaushalt der Atome nichts zu tun haben. .


Die geschwindigkeits-abängige
Masse

Von einer Bewegungsgleichung erwartet man, dass ihre Lösung eine Auskunft über den objektiven Ausgang eines Experimentes liefert. Wie steht es damit in der Relativitätstheorie? Offenbar sehen die Bewegungsgleichungen wegen der unterschiedlichen Massen für die verschiedenen Beobachter unterschiedlich aus und liefern höchstwahrscheinlich auch unterschiedliche Lösungen. Dennoch müssten sie, um eine objektive Auskunft zu geben, für alle Beobachter und für alle Raum-Zeitpunkte dieselbe Lösung liefern, was deutlich mehr ist, als nur die eindimensionale Verteilung der Zerfallspunkte der Myonen Ich vermute, dass man diese weitergehende Leistungen der SRT ausschließen muss, weil die Lorentztransformation kaum gegen alle möglichen derartigen Anforderungen an die raum-zeitlichen Lösungen der betreffenden Bewegungsgleichungen gewappnet sein kann.

Bereits in der Newtonschen Mechanik darf die träge Masse nur als konstanter Faktor von Geschwindigkeits-Differenzen, also z.B. von Beschleunigungen (das sind Differentiale von Geschwindigkeiten) auftreten, um zu Ergbnissen zu führen, die von der wilkürlichen Geschwindigkeit des Bezugssystems nicht abhängen. Erst recht bedeutet dies für die Relativitätstheorie, dass hier die Masse - z.B. in bezug auf ihre Größe oder auch auf die Frage, ob sie vielleicht richtungsabhängig ist - auf jeden Fall unabhängig von der Geschwindigkeit sein muss. Ebensowenig dürfen Geschwindigkeiten in höheren Potenzen in solchen Gleichungen auftreten, wie z.B. in der kinetischen Energie oder in den Entwicklungsgliedern des Lorentz-Faktors SQRT(1-v*v/c*c) in den Lorentztransformationen

Weiterhin darf die Massse auch in ihrer Eigenschaft als Quelle der Gravitationskraft nur subjektiv also nicht objektiv von einer Geschwindigkeit abhängen, und muss damit von einem willkürlich wählbaren Bezugssystem unabhängig sein. Sonst würde jedes Ergebnis einer Bewegungsgleichung, in der diese Kraft eine Rolle spielt, ebenfalls von der willkürlichen Wahl des Bezugssystems abhängen und müsste dann vom Prinzip der Eindeutigkeit des Weltgeschehens verboten werden.


Facit

Durch die Berücksichtigung des Prinzips der Eindeutigkeit des Weltgeschehens und bei Beachtung der beiden Begriffe "subjektiv" und "objektiv" lässt sich die Spezielle Relativitätstheorie als Lieferantin relevanter physikalischer Aussagen meiner Ansicht nach prinzipiell nicht halten, zudem sie sich auf unzureichende exprimentelle Grundlagen stützt. Weiterhin
stützt die Maxwelltheorie die Emissionstheorie des Lichtes, in der die Lichtgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit der jeweiligen Lichtquelle abhängt und daher nicht universell ist.