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Die 40-seitige Schrift ist zur nichtkommerziellen
Nutzung hier abrufbar:
 Die Lichtuhr im Dunkel der Mathematik.pdf |
Kleine Abschweifung zum Pistolenexperiment (3 Seiten):
Pistolenexperiment Hinkender Geschwindigkeitsvergleich3.pdf |
Die „Gedanken eines Lichtuhrmachers zur
Relativitätsphysik“ wurden von einem Mathematik/Physiklehrer i. R.
aufgeschrieben, der die widersprüchlichen Behauptungen der Relativitätsphysik
entwirren und logisch ordnen wollte. Die üblichen Lehrbucherklärungen stießen
bei Schülern und Lehrer zunehmend auf Skepsis und Argumente, die in den
Akademien längst jenseits jeder Diskussion stehen. Das Internationale Jahr des
Lichtes 2015 inspirierte zur Niederschrift des in Jahrzehnten angesammelten
Materials und der daraus entwickelten Gedanken.
Neue Ansätze:
-Relativitätstheorie als eine Art "Philosophie der Physik" wird immer
mehr von philosophischen Prinzipien und weniger von physikalischen Grundsätzen
bestimmt.
- Die Ursünde der Relativitätsphysik: Nicht in einem abgeschlossenen
Inertialsystem wird geforscht, sondern systemübergreifend (Messung beginnt in A
und endet in B).
- Licht ist ein komplexer Vorgang, dessen Beschreibung im Lichtpunktmodell zu
absurden "Erkenntnissen" führen muss.
usw.
Ausführlichere Darstellungen einzelner Phänomene
aus obiger Broschüre finden Sie hier:
Warum die Lorentztransformation einen Verzerrungswinkel des Beobachters korrigiert
1. Warum können Verfechter wie Kritiker der SRT ihre Standpunkte gleichermaßen logisch korrekt begründen?
2. Gibt es einen übergreifenden Gesichtspunkt, der rein physikalischer Natur und invariant gegen Ideen (bzw. Ideologien) ist?
3. Sollte es diesen übergreifenden Gesichtspunkt geben: Hätte er eine Chance, vom aktuellen Wissenschaftsbetrieb wenigstens wahrgenommen zu werden?
Vorbemerkung
Die Relativitätstheorie fasziniert und polarisiert. Der Intellekt sucht die Herausforderung und möchte eindringen in dieses neuartige Ideengebäude.
Jene, denen die Aneignung der vorgegebenen Gedankengänge widerstandslos gelingt, werden bald zu deren Verfechtern. Jene aber, die auf Widersprüche stoßen (gleichgültig, ob diese in der Sache oder in fehlerhafter Rezeption liegen), können zu Kritikern werden.
Die Gräben zwischen Verfechtern und Kritikern werden tiefer, der Ton wird schärfer, beide Seiten rüsten auf.
Die Verfechter bilden einen wohl organisierten Block Gleichgesinnter, die sich auf der Seite des Fortschritts sehen. Diesen gilt es mit allen Mitteln zu verteidigen. Anlass zu kritischer Auseinandersetzung mit der Theorie hat es für sie nie gegeben.
Die Kritiker sind eine bunte Mischung kaum organisierter Einzelkämpfer, die mit unterschiedlichstem Wissensstand von verschiedensten Positionen her die Theorie ad absurdum führen wollen. Vom Physikprofessor über den Philosophen bis hin zum Ingenieur, Arzt und Oberlehrer sind die verschiedensten Berufsgruppen und Bildungsniveaus vertreten.
Von einem Dialog zwischen beiden Seiten kann keine Rede sein. Die Verfechter sehen in den Kritikern keine kompetenten Dialogpartner: Mit „Welträtsellösern“, „Nichtakademikern“ oder gar „Antisemiten“ gibt es keinen Diskussionsbedarf. Die Kritiker hingegen suchen zwar den Dialog, sind aber misstrauisch gegenüber einer etablierten „Wissenschaftsmafia“: Welchen Zweck soll die Diskussion mit Akademikern haben, die nur bei Gefährdung ihrer wissenschaftlichen Existenz ein kritisches Argument akzeptieren können?
Eine Lösung des Konflikts zwischen Verfechtern und Kritikern ist innerhalb des heutigen Systems der Wissenschaft nicht in Sicht. Das liegt auch daran, dass längst wissenschaftsfremde Interessen auf beiden Seiten zur Verkrustung beigetragen haben.
Gödel hat gezeigt, dass unlösbare Probleme innerhalb eines Systems durch Übergang in ein übergeordnetes System möglicherweise lösbar sind. Befreien wir zunächst beide Seiten von allem wissenschaftsfremden Ballast und betrachten nur die physikalischen und mathematischen Argumente, so scheint sich hier der Grundkonflikt zwischen Mathematik und Physik zu konstituieren: Die relativistische Betrachtungsweise ist vor allem mathematischer Natur (ohne vollständige Berücksichtigung der komplexen physikalischen Natur des Lichts in Wechselwirkung mit Dipolen als mechanische Körper). Die klassische Betrachtungsweise ist überwiegend physikalischer Natur (ohne vollständige Berücksichtigung der komplexen mathematischen Struktur, die zur Beschreibung möglicherweise nötig ist).
Ein solcher Konflikt zwischen Mathematik und Physik ist im Grunde unauflösbar, kann aber von einem übergeordneten System aus als treibende Kraft zum besseren Verständnis der Phänomene interpretiert werden.
„Seit die Mathematiker über die Realativitätstheorie hergefallen sind, verstehe ich sie selbst nicht mehr“ soll Einstein bemerkt haben. Dieselbe Sache aus zwei verschiedenen Systemen heraus betrachtet, kann die Wahrnehmung erheblich verschieben, obwohl es doch eine Schnittmenge beider Beschreibungen geben muss.
Machen wir uns auf die Suche nach dieser Invarianten, die gleichermaßen für Mathematiker und Physiker, für bewegte und unbewegte Beobachter, für Verfechter und Kritiker der Relativitätstheorie gelten muss, obwohl derselbe Gegenstand so unterschiedlich beschrieben wird.
1. Lichtausbreitung in Mathematik und Physik
Jeder Lichtstrahl bewegt sich im „ruhenden“ Koordinatensystem mit der bestimmten Geschwindigkeit V, unabhängig davon, ob dieser Lichtstrahl von einem ruhenden oder bewegten Körper emittiert ist. Hierbei ist Geschwindigkeit = Lichtweg/Zeitdauer, wobei „Zeitdauer“ im Sinne der Definition des §1 aufzufassen ist. [1] S. 895
Zur Zeit tA gehe ein Lichtstrahl von A aus… [1] S. 896
Der Mathematiker benutzt das Modell „Lichtstrahl“, um Informationsaustausch zwischen Beobachtern von Ereignissen abstrakt darstellen zu können. Dabei ist für ihn die konkrete Beschaffenheit und Herkunft der verwendeten Strahlung unerheblich, da für seine Zwecke allein die Ausbreitungsrichtung und die Vakuumgeschwindigkeit eine Rolle spielen. Mit dem experimentell gesicherten Befund, dass die Vakuumgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen unter allen Umständen konstant ist, sieht er sich berechtigt, eine umfassende Elektrodynamik bewegter Körper logisch widerspruchsfrei zu konstruieren. Die spezielle Relativitätstheorie (SRT) ist das Ergebnis solcher Bemühungen.
Der Physiker benutzt je nach Aufgabenstellung verschiedene Modelle der Lichtausbreitung. Auch er benutzt das Modell Lichtstrahl, wenn es um Strahlenverläufe z.B. in optischen Geräten geht, aber dieses Modell reicht nicht mehr aus bei der Beschreibung von Dipolstrahlung, deren elektromagnetische Felder sich im dreidimensionalen Raum ausbreiten und zeitabhängig sind.
Der Physiker unterscheidet Lichtausbreitung im Vakuum und im Medium, die ja durch verschiedene Geschwindigkeiten gekennzeichnet sind. Als Ursache dafür unterscheidet er auch Phasengeschwindigkeit und Gruppengeschwindigkeit einer Welle, die unter bestimmten Umständen nicht identisch sein müssen.
Mit der Gruppengeschwindigkeit („Lichtgeschwindigkeit“) c wird Energie bzw. Information übertragen. Im Vakuum stehen die Vektoren der elektrischen und magnetischen Feldstärke senkrecht auf c, so dass die Felder quer zur Ausbreitungsrichtung stehen und man von Transversalwellen spricht.
Mit der Phasengeschwindigkeit cPh beschreibt man die Ausbreitung allein der Phase, selbst wenn die Welle keine reine Transversalwelle ist und eine longitudinale Komponente der Feldvektoren enthält. Ein solcher Fall tritt ein, wenn Gruppengeschwindigkeit c und Phasengeschwindigkeit cPh einen Winkel a > 0 einschließen, so dass die Wellenfronten (und damit die Feldstärkevektoren) nicht mehr senkrecht auf der Ausbreitungsrichtung von cPh stehen.
Unter welchen Umständen kann ein solcher Fall auch im Vakuum eintreten?
Bereits um 1727 hatte James Bradley bei Fixsternbeobachtungen festgestellt, dass Lichteintritt E und Austritt A beim Fernrohr nicht auf einer gemeinsamen Achse liegen. Ursache dafür ist die Erdbewegung senkrecht zum Lichteinfall. Während das Licht die Länge des Fernrohrs durcheilt, rückt das System Erde-Fernrohr bei seinem jährlichen Sonnenumlauf merklich nach rechts (siehe Abbildung).
Darin sehen Mathematiker ein Problem:
Die Laufwege eines „Lichtpunktes“ bei Ruhe und bei Bewegung des Fernrohrs weichen voneinander ab, dennoch braucht Licht scheinbar die gleiche Zeit für diese unterschiedlichen Strecken. Nach dem Prinzip von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit darf der Strahl auf dem längeren Weg von E nach A nicht schneller sein als bei geradem Durchgang. Naheliegende Lösung: Die Zeit verläuft langsamer.
Physiker lösen das Problem ohne jede Zusatzannahme mit den bekannten Gesetzen der Wellenlehre.
Nehmen wir an, das Sternenlicht ist zu jedem Zeitpunkt im Vakuum unterwegs (auch innerhalb des Fernrohrs), so besteht keine Voraussetzung für eine Lichtablenkung. Die Wellenfronten stehen dann immer senkrecht auf dem Vektor der Lichtgeschwindigkeit. Verfolgen wir jedoch einen ausgewählten Frontpunkt während seines Durchganges, so scheint dieser bezüglich des Fernrohres immer weiter nach rechts zu rücken. Aufeinanderfolgende Frontpunkte sind versetzt zueinander und lassen sich zwar durch eine Linie verbinden, entlang derer sie sich auszubreiten scheinen, aber hier handelt es sich nicht mehr um die ursprüngliche Lichtwelle. Die Wellenfronten stehen nicht mehr senkrecht auf der beobachteten Ausbreitungsrichtung, so dass auch die Vektoren der elektrischen und magnetischen Feldstärke keinen rechten Winkel zur Ausbreitungsrichtung dieser Phasenwelle mehr haben. Aus der reinen Transversalwelle ist ein Hybrid geworden, der auch longitudinale Feldkomponenten enthält. Solche Phasenwellen mit höherer Geschwindigkeit als c treten auch beim Übergang in Stoffe auf, deren Brechungsindex n < 1 ist. Das ist auch nicht problematisch, da mit wachsender Phasengeschwindigkeit auch der Energie- bzw. Informationstransport abnimmt: Eine bestimmte Energieportion kann also tatsächlich nicht schneller als mit c vom Eintrittspunkt E zum Austritt A laufen, wohl aber die Phase.
Obwohl der Physikerstandpunkt unstrittig sein dürfte, verweisen Mathematiker in letzter Instanz immer wieder auf die Erfolge, die mit der relativistischen Betrachtungsweise erzielt wurden. Diese benutzt den Begriff der Phasengeschwindigkeit nicht und muss deshalb auf dem Wege gewisser Transformationen die Verbindung zur physikalischen Realität wieder herstellen. Schauen wir uns einmal näher an, wie die Beobachtungen zueinander ruhender bzw. bewegter Beobachter aus Mathematiker- bzw. Physikersicht erklärt werden. Tun sich hier tatsächlich unüberbrückbare Gräben auf oder lassen sich gemeinsame Elemente finden, die nur durch die jeweils eigenwillige Denkart des anderen unerkannt bleiben und zu Verständnislosigkeit führen?
Fortsetzung siehe unten (PDF-Dateien)
Bisher liegen folgende Kapitelentwürfe für ein Buch vor, die hier eingesehen und gern auch diskutiert bzw. verrissen werden können.
Webseite Titel Relativität und Kosinus.pdf |
Kap 0 Vorbemerkung.pdf |
Kap 1 Lichtausbreitung in Mathematik und Physik2.pdf |
Kap 2 Der gemeinsame Kosinus.pdf |
Kap 3 Axiom Konstanz von c.pdf |
Kap 4 Deformation in Hohlleitern.pdf |
´
Kap 5 bewegte Dipole.pdf |
Kap 7 Gleichzeitigkeit von Ereignissen.pdf |
Kap 8 Ungleichzeitigkeit als Folge unkorrekter Transformation.pdf |
3 1 2 2 Paranoia als physikalische Erkenntnis.pdf |
Kap 3.8 Falsche oder geniale Behauptung2.pdf |
