Wir wollen stark Getränke schlürfen - 13. Brief aus meiner Mühle
Das waren zuletzt nun ziemlich viele Briefteile zu einem Thema,
das eine elegante Theorie in aller Kürze und Leichtigkeit abhandeln sollte. Die
Newtonsche Physik kann genau das. In deren Bezugsrahmen stellt die
Rotationsbewegung kein Problem dar. Größen wie Drehimpuls und die Fliehkraft
–gleichgültig ob man nun darauf besteht, letztere als „Scheinkraft“ aufzufassen
oder sie nun doch als real ansieht- lassen sich zwanglos berechnen und erklären.
Beide Relativitätstheorien sind daran gescheitert. In den gängigen Lehrbüchern
der Physik findet man daher das Thema der rotierenden Körper nur in den
Kapiteln zur klassischen Mechanik. Nun erhebt die Physik als exakte Wissenschaft
offiziell den Anspruch, sich bereitwillig den strengen Urteilen experimenteller
Ergebnisse und dem Grundsatz der Falsifizierbarkeit zu unterwerfen. Von daher
sollten gerade die Schwachpunkte von Theorien die größte Aufmerksamkeit auf
sich lenken. Was man stattdessen findet ist aber eine Kultur des Verschweigens
und der sprachlichen Unschärfe, über die man sich normalerweise keine
Rechenschaft ablegt. In den sog. Geisteswissenschaften haben Sprachkritik („Das
ist ein ganz schlechtes Buch“) und Interpretation („Was will uns der
Dichter sagen?“) zentrale Bedeutung. Es gibt eine ganze Schar
hauptberuflicher Literaturkritiker, deren einzige Aufgabe das Kritisieren ist. In
der Naturphilosophie (heute meist Physik oder Theoretische Physik genannt) ist
das auffälligerweise nicht so. Kritik ist nicht etablierter Bestandteil des
Systems, und das ist als ausgesprochener Rückschritt zu werten. Die alten
Scholastiker ernannten in Diskussionen immerhin einen aus ihrer Mitte zum advocatus
diaboli.
Nehmen wir dazu ein Beispiel und schlagen ein weitverbreitetes Lehrbuch der Physik auf, den „Gerthsen Physik“. Ich habe noch die 22. Auflage von 2004. Im Kapitel „Relativitätstheorie“ findet sich folgende blau unterlegte Aussage:
„Jeder der Beobachter muss den Stab des anderen um genau den gleichen Faktor f gegen seinen eigenen verkürzt finden.“
Unabhängig vom Wahrheitsgehalt: wie finden Sie den Satz? Finden Sie, dass er klar und deutlich formuliert ist? Wie finden sie das Wort „finden“ an dieser Stelle? Ist „finden“ physikalisch definiert? Wie unterscheidet sich dieses „finden“ von dem anderen „finden“ in diesen Fragen? Gibt es eine Anleitung zum Bau eines „Findometers“? Ist es vielleicht ein optisches Instrument? Sollte wohl so sein. Was müsste man beim Bau eines solchen Geräts berücksichtigen? Können Sie sich vorstellen, dass ein Physikprofessor den Studenten in einer Prüfung Fragen dieser Art stellt?
In den älteren Auflagen des gleichen Lehrbuchs war die Wortwahl noch eine andere. In der achten Auflage von 1964 hieß es:
„Dem bewegten Beobachter erscheint also eine parallel zur Bewegungsrichtung liegende Strecke verkürzt.“
mit der Randbedingung:
„Selbstverständlich muß der Beobachter die gleichen Streckenendpunkte gleichzeitig mit seinen Koordinatenachsen vergleichen.“
Was ist mit „erscheint“ gemeint? Das Wort Erscheinung weckt Assoziationen an Übernatürliches oder Religiöses. Engel erscheinen, oder Geister. Wenn eine Streckenverkürzung „erscheint“, so hat das den Klang des Metaphysischen. Deshalb hat man wahrscheinlich nach einem besseren Wort gesucht. Wie wäre es mit „sehen“? Kurz gesagt: problematisch. Es gibt schließlich Abhandlungen, die belegen sollen, dass man die Verkürzung nicht sehen kann. Andere behaupten, es sei gar keine Verkürzung zu „sehen, sonder nur eine Rotation. Andere wiederum beschreiben spezielle Kameras mit oder ohne Blitzlicht, die man einsetzen müsse. Mit der Festlegung, was man denn nun sehen kann, betritt man ein seit langem vermintes Gelände. Es führt aber kein Weg daran vorbei, dass die Detektionsmethode optisch sein muss, denn „Licht“ ist die einzige Sonde, welche laut SRT erlaubt ist. Man sollte das „sehen“ aber besser nicht erwähnen. Was bleibt? Finden. Das ist es. Finden ist sehr gut. Voilà. Man muss nur das passende Wort finden, schon ist das Problem weg. Der mathematische Formalismus kann selbstverständlich unverändert stehen bleiben. Galilei hat einmal folgende Behauptung aufgestellt:
„Das Buch der Natur ist in der Sprache der Mathematik geschrieben und ihre Buchstaben sind Dreiecke, Kreise und andere geometrische Figuren, ohne die es ganz unmöglich ist auch nur einen Satz zu verstehen, ohne die man sich in einem dunklen Labyrinth verliert“.
Dabei nahm Galilei an, dass die Geometrie auf einer höheren Metaebene des Erkennens angesiedelt sei, als die Physik selbst. Göttlichen Ursprungs eben. Wäre Mathematik selbst Teil der Naturgesetze, könnte man sie nicht als Schiedsrichter über eben diese Gesetze anrufen. Bis heute gehen die Auffassungen zum Wesen der Mathematik aber auseinander. Davon soll noch die Rede sein. Die Grundannahmen jedenfalls und erst recht die Interpretation der Rechnungen erfolgen dann zwangsläufig sprachlich bzw. in „Sprachbildern“. Weil aber immer mehrere Interpretationen möglich sind, geht es von nun ab darum welche davon die Deutungshoheit erobert. Aber zurück zur Streckenverkürzung.
Hier droht eine ebenso nahe liegende wie unangenehme Frage. Eine Antwort liefert der mathematische Formalismus nicht: Ist die erschienene Verkürzung der Strecke real oder ist sie nur eine perspektivische Vision? Rein logisch betrachtet kann die Verkürzung nicht real sein. Nehmen wir zwei Beobachter. Der eine bewegt sich parallel zu der Strecke, der andere quer. Der eine findet (!) sie verkürzt, der andere nicht. Sie kann doch nicht beides zugleich sein? Oder? Was sagen meine Lehrbücher dazu? Richtig geraten. Nichts. Übrigens: die Forderung an die Gleichzeitigkeit der Messung beider Streckenenden ist nicht so selbstverständlich erfüllbar, wie es der lapidare Lehrbuchtext verlangt.
Wie man findet oder wie es scheint, ist die sprachliche Unschärfe an solchen Stellen im Text keineswegs zufällig. Sprache dient seit jeher in allen menschlichen Bereichen, auch und gerade in der Naturphilosophie, sowohl zur Erklärung des Gewollten als auch zur Verschleierung des Unerwünschten. Keine Mathematik der Welt kann daran etwas ändern. Es ist nun ein Leichtes, die Formel für die Lorentztransformation hier hinzuzufügen. Die ist aber auch schon nur Ausdruck dessen, was man damit „finden“ wollte. (Ursprünglich ging es darum, den Arm des Michelson-Interferometers in Richtung der Ätherbewegung zu verkürzen. Die Formel war vorsätzlich so gebastelt, dass man damit eine passende Verkürzung erhielt. Zum „erscheinen“ und „finden“ sagt sie nichts. Das bleibt den Interpreten vorbehalten. Max Born, wir haben es gehört, hielt sich alle Türen offen. Einerseits sagt er, derartige Fundsachen oder Erscheinungen seien keine physikalische Realität, andererseits tut er Realität mit einem Schulterzucken ab. Die Realität sei wie die Scheibe einer schief angeschnittenen Wurst, von der man –so Born- auch nicht sagen könne, ob ihre Größe nur scheinbar sei. Die Küche war anscheinend nicht sein home-turf.
Natürlich wäre es naiv anzunehmen, dass Ungereimtheiten einer Theorie, wie sie sich (nicht nur) bei der relativistischen Behandlung eines rotierenden Körpers zeigen, gesetzmäßig zur Bereinigung oder gar Aufgabe dieser Theorie führen würden. Wer dieses unterstellt, übersieht die Triebkräfte (verschärft formuliert: Gesetzmäßigkeiten), nach denen sich das Verhalten gesellschaftlicher Gruppen richtet. Die sind keineswegs deckungsgleich mit den viel beschworenen Gesetzen der Logik oder dem Grundsatz der Falsifizierbarkeit. Menschen wollen meist ganz einfach nicht, dass Denk- oder Glaubenssysteme, denen sie vielleicht Zeit ihres Lebens anhingen, plötzlich „falsifiziert“ werden. Wie soll sich denn ein Physiklehrer fühlen, wenn er einem Schüler zugeben soll: „Also, das, wofür ich dir letztes Jahr eine Fünf gegeben habe, gilt jetzt als insgesamt widerlegt.“ Schrecklich. Vielleicht muss er obendrein damit rechnen, von den Eltern des Schülers verklagt zu werden. Menschen wünschen sich vielmehr, dass ihre Widersacher Unrecht haben oder –viel, viel wichtiger- Unrecht bekommen. Die letztlich leere, weil emotionsarme Logik ist kein gutes Mittel zur Erlangung der Deutungshoheit. Narrativum ist ein umso besseres. Es geht darum, wer die bessere Geschichte zu erzählen hat. Der bekommt die Leute, die auch Eintritt bezahlen. Max Plack hatte schon recht, als er sagte, dass alternative Theorien sich allenfalls dann durchsetzen, wenn die Verkünder des alten Systems aussterben.
Ein naturphilosophisches System (genauer: weite Bereiche der Physik des 20. Jahrhunderts) mit einem hohen Gehalt an Narrativum ist zwar vielleicht falsifizierbar, aber deshalb noch lange nicht aus dem Sattel gehoben. (Narrativum ist ein Stoff, der die Menschen der „Scheibenwelt“ -sie ist vielmehr die unsrige als die „Rundwelt“- veranlasst, dem Universum Geschichten aufzudrängen, die es nicht hören will.) Aber, wie schon Paracelsus bemerkte:
„All Ding' sind Gift und nichts ohn' Gift; allein die Dosis macht, das ein Ding kein Gift ist“.
Ironischerweise führte das giftige Übermaß an Narrativum in den „Jahrhunderttheorien“ die Theoretiker mehr und mehr in die Sackgasse. Der Harvard-Absolvent Lee Smolin drückt es (in meiner Übersetzung) so aus: „Bis 1981 hatte sich die Physik eines 200-jährigen explosiven Wachstums erfreut. Dann kamen die Dinge zum Stillstand.“ Dafür macht er (u.a.) sowohl die ART, als auch das von Anfang an ungeklärte Verhältnis zwischen quantenmechanischem Formalismus und Realität verantwortlich. (Die Rechnungen der Quantenmechanik zeigen allerdings beste mathematische Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden. Bei ihr geht es allein um die Interpretation, in der die Mathematik nicht weiter helfen kann.) Schön und gut. Wer, wie Smolin, an dem privaten Perimeter-Institut arbeitet, kann sich solche Ketzereien leisten.
Andererseits haben ART und Quantenmechanik äußerst spannende Geschichten hervorbracht, die schon seit Jahrzehnten ins öffentliche Bewusstsein eingedrungen sind. Man denke da allein nur an den Urknall, die Schwarzen Löcher, die vielen Welten oder den Quantenschaum des Vakuums. Das macht sie stark – und starr. Man bekommt sie bestimmt nicht durch den „nüchternen Blick“ reformiert, den Smolin im Hinblick auf die Unzulänglichkeiten der ART einfordert. „Jahrhundertheorien“ gehören –der Name sagt es schon- sozusagen zum Weltkulturerbe und stehen unter Denkmalschutz. Wer –es sein denn er ist ohnehin Außenseiter- daran massive Kritik vorbrächte, sähe seine Karriere schnell beendet. Es wäre für den Betreffenden weniger schädlich, lauthals etwa den Abriss des Kölner Doms zu fordern.
Die Mahnung des Direktors (im „Vorspiel auf dem Theater“ zum Faust) an den Dichter gilt für alle öffentlichen menschlichen Tätigkeiten immer noch uneingeschränkt:
Die Masse könnt ihr nur durch Masse zwingen,
Ein jeder sucht sich endlich selbst was aus.
Wer vieles bringt, wird manchem etwas bringen;
Und jeder geht befriedigt aus dem Haus.
...
So kommandiert die Poesie
Euch ist bekannt, was wir bedürfen,
Wir wollen stark Getränke schlürfen...
Für Poesie kann man in Goethes Text ohne Sinnverfälschung auch Physik einsetzen. Naturgesetze –oder das, was die Fangemeinde dafür hielt- gerieten nun mal ins grelle Rampenlicht einer breiten Öffentlichkeit. Seitdem waren „nüchterne“ Blicke oder „kleinliches Kritikastern“ nicht mehr gefragt.
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Sehr geehrter Herr Herrig,
mit großem Interesse und Vergnügen habe ich Ihren Artikel gelesen. Endlich mal ein RT-Kritiker von Format! Leider habe ich nicht das Format Ihnen entgegenzutreten. Aber wenn es hier künftig einer tuen sollte, dann freue ich mich schon jetzt auf die Diskussion.
Für die SRT gibt es aber doch einige experimentelle Belege, z.B. hier
http://www.relativitaetsprinzip.info/experimente/
Was halten Sie von diesen Experimenten.
"Nehmen wir zwei Beobachter. Der eine bewegt sich parallel zu der Strecke, der andere quer. Der eine findet (!) sie verkürzt, der andere nicht. Sie kann doch nicht beides zugleich sein? Oder?"
Im ersten Bezugssystem ist die Strecke verkürzt, im zweiten nicht. Warum sollte das nicht funktionieren? Es kann sich doch niemand in zwei Bezugssystemen gleichzeitig aufhalten, oder?
mfg
Luchs
Lieber Luchs,
zunächst einmal vielen Dank, für ihr Lob, das ich keineswegs als selbstverständlich hinnehme, denn es ist alte Tradition, dass der Überbringer schlechter Nachrichten eine nicht gerade geachtete Person ist.
Auf die von ihnen angegebenen Experimente –und noch einige zusätzliche- möchte ich noch näher eingehen. Schaut man sich diese genauer an, kann man sich –je nach Menschenbild- so richtig wundern. Versprochen, aber bitte noch etwas Geduld. Mit einigen Sätzen ist es nicht getan.
Nun zum Bezugssystem. Der Stab oder die Messstrecke soll sich im „Ruhesystem“ x befinden. Der parallel bewegte Beobachter sei im System x’. Der im rechten Winkel zum Stab bewegte Beobachter sei in x’’. Nun sagte die SRT, dass der Beobachter in x’ die Strecke verkürzt findet oder sieht oder was auch immer. Der quer dazu bewegte Beobachter x’’ kann keine Verkürzung feststellen. Er wird einen Stab höchstens dünner finden, aber nicht kürzer. Soweit die SRT. Bis hierhin handelt es sich allenfalls um ein Wahrnehmungsphänomen. Jeder weiß, dass nicht alles real ist, was er sieht. Eisenbahngleise laufen auch scheinbar am Horizont in einem Punkt zusammen. Geht man entlang, ändert sich der Abstand nicht. Jeder Zeichner weiß, dass das Zusammenlaufen von Linien im Fluchtpunkt nur ein Phänomen der Perspektive ist und nicht die Realität beschreibt.
Nun geht es im nächsten Schritt um das „Sein“ oder die „Existenz“ des Stabes. Da wird nun verbreitet angenommen, dass der Sehvorgang aus x’ oder x’’ heraus die Realität des Stabes verändern soll, dass sich der Stab also in Wirklichkeit verkürzt. Das wäre allerdings reine Magie. Vor allem, da der Stab nun realiter zwei Längen zugleich bekommen soll. Nehmen wir ein Extrem. Der parallel bewegte Beobachter bewege sich annähernd mit Lichtgeschwindigkeit. Dann verkürzt sich für ihn die Länge des Stabes fast auf Null. Der quer dazu mit der gleichen Geschwindigkeit ankommende Beobachter soll die Länge unverändert finden. Es wäre also zu folgern, dass der Stab zugleich eine unveränderte Länge L hat aber auch ein Punkt ist. Wenn man viele Beobachter annimmt, die aus allen Richtungen auf den Stab zukommen, muss der arme Stab alle Längen zwischen (fast Null) und L zugleich anzunehmen. Ist das verträglich mit der Definition von Existenz? Kann man -ohne Zuflucht in magische Welten- denn tatsächlich fordern, dass alle Gegenstände alle Seinszustände zugleich haben sollen? Das wäre das Ende der Physik im aufklärerischen Verständnis. Auch in der Geometrie wäre es tödlich. Nehmen wir an, es gelte das Axiom: Jede beliebig lange Strecke ist zugleich ein Punkt. Was soll denn daraus entstehen?
Das sind nun keine neuen Erkenntnisse. Bereits der Logiker Kurt Gödel machte Einstein darauf aufmerksam, dass die Relativierung des Existenzbegriffes zu dessen Zerstörung führt.
Sie schreiben: "Kritik ist nicht etablierter Bestandteil des Systems, und das ist als ausgesprochener Rückschritt zu werten. Die alten Scholastiker ernannten in Diskussionen immerhin einen aus ihrer Mitte zum advocatus diaboli."
Worauf stützt sich diese Aussage? Der "Advocatus diaboli" heißt im heutigen System "Referee". Und Diskussionen sind in der Wissenschaft durchaus üblich, vielleicht sollten Sie mal ein Forschungsseminar an der nächstgelegenen Universität besuchen. (Räume und Zeiten findet man im Internet.)
Gerade die Tatsache, daß ein Außenseiter wie Einstein mit einer scheinbar abwegigen Theorie sich durchsetzen konnte, zeigt doch, daß es eben möglich ist, sich gegen den wissenschaftlichen Mainstream zu behaupten, WENN jemand die richtigen Argumente hat.
Die spezielle RT ist nicht an der Rotation gescheitert, das sie sich nur absoluter Raumzeit befaßt, beschleunigte Bewegungen also klar am nichtlinearen Pfad in dieser Raumzeit erkennbar sind. Die allgemeine RT ist ebenfalls nicht daran gescheitert, da sie just die beschleunigten Bewegungen bzw Gravitation hinzunimmt. Aber was solls, wenn schon die Lorentzkontraktion nicht verstanden wird...
Kritik der aktuellen Physik anhand des Sprachstils eines Anfänger-Lehrbuchs? Was kommt noch: Kritik der aktuellen Astronomie anhand 'Peterchens Mondfahrt'?
Sehr geehrter Herr Herrig,
Sie antworten mir: "Nun zum Bezugssystem. Der Stab oder die Messstrecke soll sich im „Ruhesystem“ x befinden. Der parallel bewegte Beobachter sei im System x’. Der im rechten Winkel zum Stab bewegte Beobachter sei in x’’. Nun sagte die SRT, dass der Beobachter in x’ die Strecke verkürzt findet oder sieht oder was auch immer. Der quer dazu bewegte Beobachter x’’ kann keine Verkürzung feststellen. Er wird einen Stab höchstens dünner finden, aber nicht kürzer. Soweit die SRT. Bis hierhin handelt es sich allenfalls um ein Wahrnehmungsphänomen. ... Wenn man viele Beobachter annimmt, die aus allen Richtungen auf den Stab zukommen, muss der arme Stab alle Längen zwischen (fast Null) und L zugleich anzunehmen. Ist das verträglich mit der Definition von Existenz? ..."
Meiner Ansicht nach ja. Ein Problem ergibt sich doch eigentlich nur, wenn aus den systemabhängigen unterschiedlichen Länge- oder Massemessungen, in einem System andere Folgeerscheinungen beobachtet werden müssten, als im anderen System. Meines Wissens gibt es aber zur Zeit kein offenes Paradoxon dieser Art. Als typisches Beispiel sei hier das U-Boot Paradoxon genannt.
http://www.wissenschaft.de/...enschaft/news/225442
„30.07.2003 – Physik, Forscher löst Paradoxon der Speziellen Relativitätstheorie, Resultat kann auch auf die Thermodynamik Schwarzer Löcher angewandt werden
Der speziellen Relativitätstheorie zu Folge erscheint ein U-Boot, das sich fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, für einen landansässigen Beobachter verkürzt. Daher verliert es an Auftrieb und sollte auf den Grund sinken. Vom Standpunkt der Bootsmannschaft aus ist die Situation allerdings gerade umgekehrt, und das U-Boot sollte nach oben steigen. Dieses Paradoxon der Speziellen Relativitätstheorie ist nun von einem brasilianischen Forscher gelöst worden. Das berichtet er im Fachblatt Physical Review D (Band 68, Artikel 027701). ...“
Oder können Sie uns ein neues Paradoxon der SRT vorstellen? Das Paradoxon der rotierenden Scheibe ist doch ein Paradoxon der ART, oder?
mfg
Luchs
Dieser Artikel derselbe Quelle wie oben, bekräftigt allerdings Ihre Kritik an der SRT. Können Sie uns vielleicht eine Stellungnahme geben?
http://www.wissenschaft.de/...aft/news/203445.html
„Seit mehr als einem Jahrzehnt fangen Physiker von der Universität Tokio mit ihrem Akeno Giant Air Shower Array (AGASA) hochenergetische kosmische Strahlung ein, die es gemäß Einsteins Spezieller Relativitätstheorie eigentlich nicht geben dürfte. Im Fachmagazin New Scientist (8. Febr. 2003) berichtet David Harris von der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft von der Suche nach einem Nachfolger für die Spezielle Relativitätstheorie.
...
Die Forscher, die an dieser neuen Theorie arbeiten, hatten schon lange ein Problem mit der Speziellen Relativitätstheorie: Die Planckmasse ist keine Invariante dieser Theorie. Das bedeutet, dass zwei Beobachter, die sich verschieden schnell bewegen, anderer Meinung über die Größe der Planckmasse sind.
Während der eine Beobachter ein Teilchen unterhalb der Planckmasse sieht, kann ein anderer das gleiche Teilchen oberhalb der Planckmasse beobachten. Für den ersten Beobachter gehorcht das Teilchen den Gesetzen der Quantenmechanik und der Allgemeinen Relativitätstheorie, für den zweiten denen der Quantengravitation. Kurzum: Beide Beobachter beschreiben das gleiche Phänomen mit unterschiedlichen physikalischen Gesetzen. Das macht einfach keinen Sinn.“
Zitat Dr. Wolfgang Herrig
„Dem bewegten Beobachter erscheint also eine parallel zur Bewegungsrichtung liegende Strecke verkürzt.“
[…]Was ist mit „erscheint“ gemeint? Das Wort Erscheinung weckt Assoziationen an Übernatürliches oder Religiöses. Engel erscheinen, oder Geister. Wenn eine Streckenverkürzung „erscheint“, so hat das den Klang des Metaphysischen. Deshalb hat man wahrscheinlich nach einem besseren Wort gesucht. Wie wäre es mit „sehen“? Kurz gesagt: problematisch. […] Mit der Festlegung, was man denn nun sehen kann, betritt man ein seit langem vermintes Gelände. Es führt aber kein Weg daran vorbei, dass die Detektionsmethode optisch sein muss, denn „Licht“ ist die einzige Sonde, welche laut SRT erlaubt ist. Man sollte das „sehen“ aber besser nicht erwähnen. Was bleibt? Finden. Das ist es. Finden ist sehr gut. Voilà. Man muss nur das passende Wort finden, schon ist das Problem weg.
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Weder „sehen“ noch „finden“ sind m.E. geeignete Verben für die Bezeichnung der Längenkontraktion von bewegten Objekten, weil 1) die Verkürzung mit bloßen Augen nicht sichtbar ist, 2) sie mit Längenmessinstrumenten nicht konkret messbar ist und 3) sie existiert in der Realität nicht. Das letztere bestätigte nämlich ein Experte aus einer Institution, die die absolute Deutungshoheit über die Relativitätstheorie besitzt:
“Die Laengenkontraktion geht nicht mit materiellen Veraenderungen des Koerpers einher;“ 17.08.08 – Zitat Dr. Markus Pössel von Albert Einstein Institut Potsdam.
„Sehen“ und „Finden“ sind also überhaupt nicht gut: Wie soll man etwas sehen oder finden, das es nicht gibt?
Den Verb „erscheinen“ finde ich auch nicht toll, der in der Tat Assoziationen an Übernatürliches oder Religiöses weckt, wie zum Beispiel bei einem der Väter der Relativitätstheorie, der Mathematiker Hermann Minskowski, der die Längenkontraktion als ein “Geschenk von oben“ ansah. Lassen wir es also lieber, sie sind nicht jedermann Sache, solche Erscheinungen...
Als passende Bezeichnung für die Längenkontraktion schlage ich vor: „Rechenfehler“. Die Längenkontraktion wird nämlich rein mathematisch aufgrund einer Annahme berechnet, aber es gibt sie nicht. Also ist sie ein Rechenfehler. Oder eine mathematische Illusion, so etwas Ähnliches. Vor diesem Hintergrund sollte man vielleicht auch folgende Aussagen Einsteins deuten:
„Soweit sich die Gesetze der Mathematik auf die Wirklichkeit beziehen, sind sie nicht sicher; soweit sie sicher sind, beziehen sie sich nicht auf die Wirklichkeit“
Rede vor der Preußischen Akademie der Wissenschaften, Berlin, 27. Januar 1921
und
“Seit die Mathematiker über die Relativitätstheorie hergefallen sind, verstehe ich sie selbst nicht mehr.”
und
“Mathematik ist die perfekte Methode, sich selbst an der Nase herum zu führen.”
Die Streckenverkürzungen oder Längenkontraktionen sind alle samt Rechenfehler. Und wie Sie es richtig sagen: „Der mathematische Formalismus kann selbstverständlich unverändert stehen bleiben. Voilà. :-)
Viele Grüße
Jocelyne Lopez
PS: "Les lettres de mon moulin" habe ich natürlich in meiner Kindheit in der Provence alle gelesen. Diejenige aus Ihrer Mühle werde ich mir auch näher angucken, sie scheinen mir in der jetzige Welt der Physik nicht ohne.
Hallo Luchs,
vielen Dank für die Literaturangaben zum U-Boot und zur „doppelt speziellen“ Relativitätstheorie. Hier noch einmal der Auszug aus dem abstract des brasilianischen Physikers Matasas:
On the one hand, according to observers at rest with the fluid, the submarine would contract and, thus, sink as a consequence of the density increase. On the other hand, mariners at rest with the submarine using an analogous reasoning for the fluid elements would reach the opposite conclusion.
Nun ist das mit der relativistischen Streckenverkürzug so eine Sache, denn die soll laut SRT davon abhängen, in welchem Winkel zum Beobachter sich das Boot bewegt, also, ob die Bewegung parallel zum Beobachter (max. Verkürzung) erfolgt oder senkrecht zur Beobachtungsrichtung. In diesem Zusammenhang fordert die SRT aber, dass die Masse des bewegten Boots auf jeden Fall lorentztransformiert werden muss. Also steigt sie in jedem Fall. Oder? Nun stellt sich die Frage, wenn man den Text oben liest: Haben wir zwei Dichteerhöhungen für das Bootsvolumen? Einmal, wie da beschrieben wird, durch die Volumenkontraktion bei unveränderter (??) Masse oder muss man die relativistische Masseerhöhung bei der Dichtebestimmung noch dazuaddieren? Oder ist die Kontraktion, die man „findet“ -oder was auch immer- nur ein Schein? Dann, natürlich, wäre lt. SRT nur die relativistische Massezunahme bei konstantem Bootsvolumen zu berücksichtigen. Matasas nimmt die Kontraktion –folgt man seinem Text- aber als real an. Er muss dabei zu dem Ergebnis gekommen sein, dass die Masseerhöhung des Bootes immer die Massezunahme des Wassers übersteigen soll. Leider kann man aus dem abstract nicht sehen, was da gerechnet wurde. Unabhängig davon, wie schlüssig die Rechnungen sind, ist doch anzuerkennen, dass sich die Brasilianer da an ein seit 105 Jahren bestehendes Problem der SRT gemacht haben. Hatte bisher sonst noch jemand Interesse daran? Nicht dass ich wüsste. Den Konstrukteuren von U-Booten konnte es sowieso gleichgültig sein.
Die andere Literaturstelle betrifft letztlich wieder die Frage nach der Realität. Die Quantenmechanik arbeitet mit einem klassischen Raum- und Zeitbegriff. Versucht man sie mit der Relativitätstheorie zu verbinden, wird sie mit den Paradoxa der SRT infiziert und ihre Grundlagen werden zerstört. Was für eine Bedeutung soll eine elementare Planckmasse haben, wenn zufällig bewegte Beobachter sie auf jeden beliebigen Betrag lorentztransformieren können? Das Planckvolumen wird dabei auf beliebig dünne Scheibchen runter transformiert. Also ist das auch keine Konstante mehr. Also entschließt man sich nun zu einem ersten Sakrileg und will der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum Dispersion (also Abhängigkeit von der Wellenlänge) zusprechen.
Ist das verträglich mit der Definition von Existenz? Kann man -ohne Zuflucht in magische Welten- denn tatsächlich fordern, dass alle Gegenstände alle Seinszustände zugleich haben sollen? Das wäre das Ende der Physik im aufklärerischen Verständnis.
Es wäre vermutlich eher das Ende der Physik im aufklärerischen Verständnis, wenn sie Größen wie Länge einen 'Seinszustand' oder einer bestimmten Länge eine 'Existenz' zuschreiben würde. Das klingt mir doch arg metaphysisch, so als hätte Plato keine 'magischen Welten' beschrieben. Und ich wundere mich schon, wieso an solchen Konstruktionen nicht mal die beschworene Sprachkritikfähigkeit der Gesellschaftswissenschaften korrigierend eingreift.
Die Physik beschäftigt sich aber nicht mit der Länge, die ein Stab in einer platonischen Idealwelt innehaben mag, sondern mit seiner Wechselwirkung auf andere Körper. Und wenn die davon abhängt, wie der andere Körper sich relativ zu dem Stab bewegt, dann bringt es wenig zu fragen, in welcher Länge der Stab denn jetzt 'wirklich' vorliegt. Wenn man dem Realismus anhängt, dann sind die Wechselwirkungen wirklich genug und im Übrigen der einzige Zugang, den wir überhaupt zu etwas wie einer hinter den Erscheinungen stehenden Realität haben können. Um der menschlichen Anschauung gerechter zu werden könnte man auch die relativ unbewegte Erlebniswelt eines irdischen Beobachters als 'wirklicher' ansehen als die eines relativistisch schnellen; physikalisch sind beide gleichwertig.
Auch in der Geometrie wäre es tödlich. Nehmen wir an, es gelte das Axiom: Jede beliebig lange Strecke ist zugleich ein Punkt. Was soll denn daraus entstehen?
Offensichtlich ein mathematischer Formalismus, wie sich hinsichtlich relativer Bewegungen die Auswirkungen von räumlichen Beziehungen, i.e. der Raum, und damit die Geometrie ändert, der dann empirisch darauf überprüft werden kann, ob er den Erfahrungen mit bewegten Körpern besser entspricht als zuvor.
Das erscheint mir doch wissenschaftlicher als eine definitorisch getroffene Aussage, es gäbe nur einen Satz räumlicher Beziehungen, der absolut zu gelten habe und 'der Wahrheit' entspricht, weil sonst unser Existenzbegriff zusammenbrechen würde.
Das Physik-Lehrer-Beispiel finde ich arg konstruiert. Wenn man die Schulformeln der RT in einer Klausur nicht anwenden kann (unter Annahme der Gültigkeit des Paradigmas), dann hilft es einem auch nicht, wenn sich die RT selbst mal als verbesserungswürdig (oder gar als "widerlegt") herausstellen sollte. Im Physikunterricht geht es um die Aneignung und Anwendung eines Paradigmas, nicht darum, ob dieses endgültige 'Wahrheit' darstellt. Tut die RT sowieso nicht, wir wissen ja, wo sie ihre Grenzen in der Naturbeschreibung hat. Das macht sie aber nicht falsch oder mit ein wenig Platonismus widerlegbar, sondern erstmal nur zu einer vorläufigen, nicht vollständigen Teilbeschreibung der Natur, analog zu Newton und der RT (und allen anderen wissenschaftlichen Theorien).
@ kamenin
“Die Physik beschäftigt sich aber nicht mit der Länge, die ein Stab in einer platonischen Idealwelt innehaben mag, sondern mit seiner Wechselwirkung auf andere Körper.
Damit haben Sie in meinen Augen das Grundproblem der SRT in ein paar Worten dargestellt: Die Physik beschäftigt sich mit Längen, die materiell wechselwirken können.
Die Verkürzung von Objekten gibt es jedoch in der Realität nicht: Ein Objekt behält bei Bewegung die ganze Zeit seine materielle Ruhelänge bei, es ändert sich bei Bewegung dabei materiell gar nichts (siehe Bestätigung des Albert-Einstein-Instituts), was bedeutet, dass eine Wechselwirkung zwischen zwei relativ zueinander bewegten Körpern nicht unter Berücksichtigung der relativistischen Längenkontraktion in der Natur stattfinden kann. Die relativistischen Vorhersagen über den einmaligen Zeitpunkt und den einmaligen Ort einer materiellen Wechselwirkung zwischen zwei Objekten sind demzufolge immer falsch.
Viele Grüße
Jocelyne Lopez
@Herrig
"Also entschließt man sich nun zu einem ersten Sakrileg und will der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum Dispersion (also Abhängigkeit von der Wellenlänge) zusprechen."
Ja, das war ein Versuch wert, aber die ersten Messungen scheinen die neue "verschlimmbesserte" Theorie nicht zu bestätigen: die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist NICHT von der Frequenz abhängig.
http://www.nature.com/...271/full/nature08574.html
@JoLo
"Weder „sehen“ noch „finden“ sind m.E. geeignete Verben für die Bezeichnung der Längenkontraktion von bewegten Objekten, weil 1) die Verkürzung mit bloßen Augen nicht sichtbar ist, 2) sie mit Längenmessinstrumenten nicht konkret messbar ist und 3) sie existiert in der Realität nicht. Das letztere bestätigte nämlich ein Experte aus einer Institution, die die absolute Deutungshoheit über die Relativitätstheorie besitzt:
“Die Laengenkontraktion geht nicht mit materiellen Veraenderungen des Koerpers einher;“ 17.08.08 – Zitat Dr. Markus Pössel von Albert Einstein Institut Potsdam."
Es ist der Raum, der sich verändert. Natürlich ist dies messbar, andernfalls wäre die SRT nicht experimentell überprüfbar.
mfg
Luchs
@ Lutz:
“Es ist der Raum, der sich verändert. Natürlich ist dies messbar, andernfalls wäre die SRT nicht experimentell überprüfbar."
Das muss unbedingt geklärt werden, das ist eine Grundsatzfrage und keine Nebensache :-(
Es wird nämlich in der SRT bei der Längenkontraktion die ganze Zeit von der Verkürzung eines starren Objektes gesprochen. Diejenige, die die Längenkontraktion von bewegten Objekten als „Kontraktion des Raumes“ deuten, müssten es also begründen und nicht nur behaupten. Albert Einstein selbst spricht aber eindeutig bei der Längenkontraktion von einem Stab, der sich bei Bewegung verkürzt bzw. verkürzt erscheint (im Vergleich zu seiner vorher gemessenen Ruhelänge).
Im Falle einer Deutung der Längenkontraktion als „Kontraktion des Raumes“ wäre auch zu klären:
1) Was kontrahiert in einem leeren Raum à la SRT? Kann ein „Nichts“ kontrahieren?? Wie denn? Wie kann man messen, dass ein „Nichts“ kontrahiert? Wie hat man die Kontraktion des Raumes gemessen?
2) Oder soll man die ganz banalen Abstandsveränderungen zwischen relativ zueinander bewegten Objekten als „Kontraktion bzw. Dilatation des Raumes" umdefinieren? Was macht es denn für einen Sinn?
Viele Grüße
Jocelyne Lopez
Die Meldung aus bdw.de vom 07.02.2003, "Physik: Muss Einsteins Relativitätstheorie umgeschrieben werden?", bezieht sich auf die damalige Datenlage zum sogenannten GZK-Cutoff. Das japanische "Akeno Giant Air Shower Array Experiment" hatte anhand seiner Messungen etwa ein Dutzend Protonen der kosmischen Strahlung rekonstruiert, die eine höhere Energie zu haben schienen, als die dauernden Kollisionen mit den Photonen des Mikrowellenhintergrundes eigentlich zulassen würden.
Die Rekonstruktion der Energie der kosmischen Primärteilchen in solchen Schauer-Experimenten ist eine komplexe Angelegenheit, und heute spricht alles dafür, dass die AGASA-Rekonstruktion nicht ganz zuverlässig war. Es gibt inwischen weitaus bessere Daten von neueren Experimenten, vor allem AUGER, und in diesen Daten ist der GZK-Cutoff vorhanden.
Eine Verletzung des GZK-Cutoff oder die Vakuum-Dispersion von Licht im Gammaspektrum wären starke Hinweise auf eine Verletzung der Speziellen Relativitätstheorie, aber im Moment sehen die verfügbaren Daten nicht danach aus.
Ich habe den Verdacht, Sie haben Smolin womöglich grob missverstanden. Ich denke nicht, daß er sich als Kronzeuge für ein "zurück zu Newton" wird einspannen lassen können.
Es ist da eher so wie im "Anhalter": Womöglich (und in manchen extremen Grenzfällen ganz gewiss) stellt sich die Relativitätstheorie als falsch heraus - aber dann wird sie sofort durch eine noch viel absurdere Theorie ersetzt ;-).
Vielleicht können uns Ihre Blog-Nachbarn aus der Astrophysik ja erläutern, wie man Pulsare und rotierende Neutronensterne mit der Newtonschen Mechanik beschreiben kann?
Da sprechen sie allerdings sehr tiefgründige Dinge an, die an die philosophischen Wurzeln heranreichen. Jocelyne Lopez hat schon zur Länge kommentiert; ich möchte in meinen Worten noch etwas hinzufügen:
Sie schreiben: „...wenn sie Größen wie Länge einen 'Seinszustand' oder einer bestimmten Länge eine 'Existenz' zuschreiben würde.“
Wenn Sie diese Auffassung auf phantasievolle Raumzeiten der ART oder 11-dimensionale Räume der Stringtheoretiker beziehen, würde ich ihnen zustimmen. Die gehören in die platonische Ideenwelt. Wenn ein Falke blitzschnell die Entfernung zu seiner Beute im Dreidimensionalen ermittelt, dann darf man davon ausgehen, dass er diesen Entfernungen zu Recht einen Seinszustand zuschreibt. Was dieses tüchtige Tier macht, hat auch nichts mit Metrik zu tun. Er holt seine Erkenntnis nicht aus Platons Reich, sondern von daher, wo auch die Physik angesiedelt sein sollte: der Realität.
In der Erkenntnis der Umwelt kann man hinter die Erfahrung der Längenausdehnung eines Körpers nicht mehr auf tiefere Ebenen ausweichen. Die Räumlichkeit eines Körpers ist die elementarste Erfahrung des „Begreifens“, die wir machen können. Es ist daher prinzipiell fragwürdig, bereits an dieser elementaren Basis ohne wirkliche Not Relativierungen einzuführen. Das hat mit Metaphysik nichts zu tun, sondern damit, der Erkenntnistheorie möglichst viel Fundament zu lassen. Es geht auch nicht darum, der platonischen Ideenwelt wieder zu mehr Ansehen zu verhelfen. Ein materieller Messstab ist darin sowieso nicht anzusiedeln. Schreibt man der Ausdehnung keine Existenz mehr zu, dann führt der nächste Schritt der in den Solipsismus. Der ist nicht verboten, lässt sich aber nicht mehr weiter diskutieren, und hat in der Physik nichts zu suchen.
Sie schreiben: „Um der menschlichen Anschauung gerechter zu werden, könnte man auch die relativ unbewegte Erlebniswelt eines irdischen Beobachters als 'wirklicher' ansehen als die eines relativistisch schnellen; physikalisch sind beide gleichwertig.“
Letzteres ist zunächst nur eine Behauptung, der man folgen kann - oder nicht. Ich selbst würde mich davor hüten. Der Unterschied ist nämlich der, dass aus der –wie Sie es ausdrücken- relativ unbewegten Erlebniswelt viele experimentelle Befunde vorliegen, während es sich bei den Effekten relativistisch schneller Bewegungen um Gedankenexperimente der Kinematik handelt. Eine kinematische Betrachtung ist einer dynamischen nicht gleichwertig. Und ein Gedankenexperiment ist einem echten Experiment nicht gleichwertig, sondern ist und bleibt nur ein Gedanke.
Sie schreiben: „...und damit die Geometrie ändert, der dann empirisch darauf überprüft werden kann, ob er den Erfahrungen mit bewegten Körpern besser entspricht als zuvor.“ Es gibt keine Erfahrung, die eine geänderte Geometrie bei bewegten Körpern notwendig macht. Die Zahl und Komplexität möglicher Geometrien in Platons Reich ist natürlich riesig und sie lassen sich auf vieldimensionale Räume erweitern. Auch hier ließe sich festlegen, dass etwa der 11-dimensionale Raum einer bestimmten Stringtheorie dem dreidimensionalen der klassischen Mechanik physikalisch gleichwertig sei. Das wäre aber eine unangemessene Relativierung, denn im Unterschied zum elementar erfahrbaren dreidimensionalen Raum, handelt es sich um ein mathematisches Phantasieprodukt.
Auch hier fordern gleich mehrere Prinzipien, vor allem das der größtmöglichen Einfachheit, dass man möglichst lange mit den natürlichen Geometrien arbeitet, nach denen sich auch der elegante Falke richtet.
„Das Physik-Lehrer-Beispiel finde ich arg konstruiert.“ Ja, ist es. Es ging ja auch nur um Peinlichkeit. Der Lehrer kann sie in der Praxis leicht vermeiden. Ich möchte eine gefahrlose Prognose wagen. Newtons Mechanik, z.B., wird auch in 100 Jahren Bestand haben. Die Rechenmethoden der Quantenmechanik auch. Allein in der Chemie sind ihre Methoden (MO-Theorie, Ligandenfeldtheorie, Aromatizität, Erhaltung der Orbitalsymmetrien, in der NMR- und ESR-Spektroskopie etc.) zu mächtigen und unverzichtbaren Werkzeugen geworden. Die werden mit Sicherheit (!) bleiben. Die lustigen Scheinprobleme aber, ob relativistische U-Boote steigen oder sinken, oder ob man ein relativistisches Ufo fotografieren kann, wird da gelandet sein, wo es hingehört.
Mit Ihrer Prognose, dass es immer absurder wird, haben Sie womöglich recht.
Pulsare. Gutes Stichwort. War nicht geplant, kommt jetzt aber im nächsten Brief.
@ Dr. Wolfgang Herrig:
Sie schreiben: „Das Physik-Lehrer-Beispiel finde ich arg konstruiert.“ Ja, ist es. Es ging ja auch nur um Peinlichkeit. Der Lehrer kann sie in der Praxis leicht vermeiden. Ich möchte eine gefahrlose Prognose wagen. Newtons Mechanik, z.B., wird auch in 100 Jahren Bestand haben. Die Rechenmethoden der Quantenmechanik auch. […]Die lustigen Scheinprobleme aber, ob relativistische U-Boote steigen oder sinken, oder ob man ein relativistisches Ufo fotografieren kann, wird da gelandet sein, wo es hingehört.
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Von alleine werden aber die Scheinprobleme nicht landen, wo sie hingehören… Wie sehen Sie persönlich den Weg dahin? Halten Sie die etablierte Physik überhaupt für fähig lange tradierte Fehler zuzugeben und die notwendigen Korrekturen in Lehre und Forschung zu veranlassen? Seit langer Zeit sieht es leider eher so aus, als ob sie um jeden Preis nur aushalten will, so wie der Kaiser im Märchen von Christian Anders "Des Kaisers neue Kleider", oder?
Viele Grüße
Jocelyne Lopez
Sie schreiben: "Die lustigen Scheinprobleme aber, ob relativistische U-Boote steigen oder sinken, oder ob man ein relativistisches Ufo fotografieren kann, wird [sic] da gelandet sein, wo es hingehört."
Geht es nicht auch mal 'ne Nummer bescheidener? Nur weil man mit einer Theorie nichts anfangen kann oder ein Lehrbuch schwer verständlich findet, muß man doch nicht gleich öffentlich darüber schreiben, diese Theorie gehöre auf den Müll. (Oder wie ist "wo es hingehört" zu verstehen?)
Auszug aus Thilos Blog:
Thilo persönlich:
„Endlich eine Frage, die so einfach ist, daß sogar ich sie beantworten kann!
Um das mal an einem lebensnaheren Beispiel zu erklären: Zwei Leute, A und B stehen auf einem Bahnsteig, beide haben einen Koffer neben sich zu stehen. Aus der Sicht von Person A ist Koffer A näher als Koffer B, aus der Sicht von Person B ist Koffer B näher als Koffer A.
Mathematisch ausgedrückt gilt dann laut AMT (Abstands-Messungs-Theorie):
d(A)>d(B) & d(B)>d(A)“
Auf die Frage: „Bedeutet & in d(A)>d(B) & d(B)>d(A) etwa und?“ erhält man die Antwort: „Das Beispiel mit den Koffern war ein Scherz.“
Die SRT ist voller Scherze!!!
Wenn Sie schon zitieren, dann verlinken Sie doch wenigstens: es geht um diese Diskussion, speziell die Kommentare vom 23. und 24.9.