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Timestamp: 2019-02-15 20:50:49+00:00

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Einsteins "Relativität der
Gleichzeitigkeit"
In seiner ersten Veröffentlichung in den "Annalen der Physik und Chemie" (Jg. 17, 1905, S. 891-921) bricht Einstein mit den traditionellen Vorstellungen von Zeit und Raum und behauptet, dass Gleichzeitigkeit eine Angelegenheit von Bezugssystemen sei und keine absolute Bedeutung haben könne. Er begründet mit einem kurzen Aufsatz eine neue Transformations-Methode zwischen Bezugssystemen, die Lorentz-Transformation, aus welcher er die Spezielle Relativitätstheorie entwickelt. Als er seine Arbeit einreichte, bezeichnete sie Einstein selbst vorsichtig als "mathematische Spekulation". Wie er es in ihr anstellte, mit einer eigentümlichen Synchronisationsmethode von Uhren Raum und Zeit so zu verbiegen, dass man glauben sollte, ohne seine Lorentz-Transformation könne man sich in diesem Universum nicht mehr orientieren, sehen wir uns am besten mit Hilfe seines Originaltextes an. (Die folgende Darstellung ist sehr komplex, eine einfachere Darstellung gibt es hier).
Ein Koordinatensystem, in dem die Newtonschen mechanischen Gleichungen gelten, ist ein "Inertialsystem". Die Einführung eines "ruhenden" Systems ist bereits die erste Merkwürdigkeit in diesem Aufsatz, denn die Nichtexistenz einer absoluten Ruhe ist ja eines der Fundamente der SRT! Es fehlt zumindest die Angabe, zu welchem Bezugspunkt das System relativ ruhen soll. "Um die Bewegung eines materiellen Punktes zu beschreiben, geben wir die Werte seiner Koordinaten als Funktionen der Zeit an" , meint Einstein dann sinngemäß.
Einstein führt nun eine sehr pragmatische, operationale Definition der Zeit oder eines Zeitpunktes ein, indem er den jeweiligen Zeitpunkt als gleichzeitiges Ereignis mit einer bestimmten gleichzeitigen Stellung des Uhrzeigers definiert. Die Gleichstellung der "Zeit" mit der Anzeige einer Uhr erfüllt zwar lokal seinen Zweck, ist aber unzureichend bei der Verknüpfung zeitlicher Ereignisreihen, die an verschiedenen Orten stattfinden. Den Zeitpunkt eines vom Beobachter entfernten Ereignisses als dann stattgefunden zu definieren, wenn der Beobachter durch ein Lichtsignal davon erfährt, ist ebenfalls unzureichend, weil dies vom Beobachterstandpunkt nicht unabhängig wäre.
Einstein definiert nun die Gleichheit zweier Zeitspannen zwischen zwei Uhren A und B im Sinne einer Messvorschrift, indem er festsetzt, dass die Zeitspanne von A nach B gleich groß sei wie die Zeitspanne von B nach A. Es handelt sich dabei keinesfalls um eine Definition, sondern um eine Synchronisiervorschrift mit Hilfe von Lichtstrahlen, die sich schon deshalb anbietet, weil das Licht eine (voraussetzungsgemäß) konstante Geschwindigkeit hat. Vorausgesetzt ist natürlich auch, dass die Lichtwege zwischen A und B und B und A gleich lang sind - was nur bei zueinander ruhenden Uhren in einem ruhenden System zutrifft! Indem Einstein den Begriff "Zeit" auch unbedenklich für "Zeitpunkt" oder "Zeitspanne" einsetzt, entsteht der irreführende Eindruck, seine Überlegungen hätten etwas mit dem Phänomen Zeit direkt zu tun - in Wahrheit spricht er nur von Uhren und deren Synchronisation!
Die beiden Uhren laufen definitionsgemäß synchron, wenn tB-tA=t'A-tB ist nicht korrekt genug beschrieben, denn es handelt sich ja um keine Definition, sondern um einen realen, durchführbaren Messvorgang, der - so wie Einstein ihn beschreibt - sogar unzuverlässig ist, weil bei nur einmaliger Durchführung die Uhren auch synchron erscheinen würden, wenn die Uhr B den Mittelwert von tA und t'A anzeigte - aber stillstünde. Der Messvorgang müsste daher mindestens einmal wiederholt werden.
Nichts spricht gegen die Annahme, dass diese Definition in widerspruchsfreier Weise für beliebig viele Punkte möglich ist. Dies vorausgesetzt, lassen sich dann die Beziehungen 1. und 2. mit dem Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit beweisen. Fraglich ist allerdings, ob sie tatsächlich eines Beweises bedürfen oder einfach evident sind. "Wir setzen noch der Erfahrung gemäß fest..." Richtig wäre: Die genannte Größe ist (gemäß der Definition der Geschwindigkeit) nichts anderes als die Lichtgeschwindigkeit. Diese aber soll nach dem 2. Postulat eine universelle Konstante sein. Dass der Begriff "ruhendes System" fragwürdig ist, haben wir schon oben betont. Auch die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist natürlich nur angenommen (Postulat).
Faktum ist, dass Einstein hier eine Definition des Begriffes "gleichzeitig" im Sinne von synchronen Zeitpunkten mehrerer Ereignisse vorlegt. Weshalb damit auch eine Definition von "Zeit" gewonnen sein sollte, ist allerdings nicht nachvollziehbar. Mit "Zeit" eines Ereignisses kann nur der Zeitpunkt, und mit Zeit zwischen Ereignissen nur eine Zeitspanne gemeint sein. Mit dem Phänomen Zeit kann es keinen Zusammenhang geben, insbesondere die getroffenen Definitionen von der utopischen Verwendung "idealer", also 100-%ig genauer Uhren abhängig wären.
Auch abschließend betont Einstein, dass mit den beschriebenen Synchronvorgängen die ZEIT schlechthin im ruhenden System definiert sei. Er suggeriert damit, dass es für Systeme sozusagen eine "zugehörige Zeit" gäbe, eben "die Zeit des ruhenden Systems". Damit kann höchstens gemeint sein, dass in einem ruhenden System eine Anzahl von Uhren synchron laufen können. Was andererseits wohl auch bedeuten müsste, dass es in einem System ohne Uhren keine Zeit gibt.
Einstein wiederholt zunächst die beiden grundlegenden Prinzipien in ausführlicherer Formulierung. Das im 2. Prinzip genannte "ruhende" Koordinatensystem ist das oben eingeführte und so bezeichnete Bezugssystem. Besser wäre die Formulierung: "Jeder Lichtstrahl bewegt sich in jedem Inertialsystem mit der bestimmten Geschwindigkeit V,..."
Wohlweislich weist Einstein auf die Tatsache nicht ausführlich hin, dass die Lichtgeschwindigkeit auch vom Beobachter unabhängig ist. Das ergibt sich aus dem Relativitätsprinzip keinesfalls automatisch!
Vom folgenden Gedankenversuch, die Länge eines relativ zum Beobachter bewegten Stabes zu bestimmen, wird die Umwälzung der Kinematik durch die SRT ausgehen. In Einsteins umständlicher Beschreibung finden wir wieder den schon oben wiederholt kritisierten Begriff des "ruhenden Systems", wozu jetzt auch noch ein "bewegtes System" hinzukommt. Versuchen wir, das Experiment genau zu analysieren:
1. Gegeben seien zwei mit der Geschwindigkeit v relativ zu einander bewegte Inertialsysteme S und S'. Im System S' ruhe ein Stab, dessen Länge von einem in S' ruhenden Beobachter mit einem (ebenfalls in S' ruhenden) Maßstab gemessen wird. Die so gemessene Länge sei l (Würde derselbe Stab im System S ruhen, so wäre nach dem Relativitätsprinzip - d. h. wegen der Gleichberechtigung der beiden Bezugssysteme - seine in diesem System gemessene Länge genau so groß.)
2. Ein Beobachter im System S ermittelt mit in diesem System ruhenden und gemäß § 1 synchronisierten Uhren, in welchen Punkten des Systems S sich Anfang und Ende des auszumessenden Stabes zu einer bestimmten Zeit t befinden. Die so bestimmte Länge sei l. Es wird erwartet, dass l und l' verschieden sind. Anders gesagt: Der Stab hat für einen relativ zu ihm bewegten Beobachter eine andere Länge als für einen relativ zu ihm ruhenden ("Relativität von Längen"). Übrigens begründet Einstein diese Aussage gar nicht. Dazu wäre ein Hinweis darauf nötig, dass die Uhren in beiden Systemen nicht synchron laufen (siehe das Folgende). Anmerkung: Die "Relativität von Längen" wird als "Lorentz-Kontraktion"1 bezeichnet. Dies ist zwar bequem, aber irreführend: Bewegte Körper kontrahieren sich nicht, sie sollen lediglich für einen "ruhenden" Beobachter eine geringere Länge haben, weil dessen Uhren "anders" gehen. Deshalb ist das Folgende der wichtige, grundlegende Teil des Textes:
1. Nach dem 2. Prinzip bewegt sich der Lichtstrahl in beiden Systemen mit derselben Geschwindigkeit2 V, obwohl die Systeme relativ zu einander bewegt sind. Dies ist mit der klassischen Kinematik (und dem so genannten gesunden Menschenverstand) unvereinbar.
2. Für einen Beobachter im "ruhenden" System (S) nähert sich der Lichtstrahl auf dem Hinweg dem Spiegel mit der Geschwindigkeit V - v, auf dem Rückweg dem Punkt A mit der Geschwindigkeit V + v. 3
3. Das Prinzip von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, auf das sich Einstein beruft, dient hier nur zur Begründung dafür, dass die Geschwindigkeit des Lichts weder von der Bewegung der Lichtquelle (Punkt A), noch von der des Spiegels (Punkt B) beeinflusst wird. 4
4. Aus den unter 2. genannten Geschwindigkeiten und aus der Länge rAB, die der Stab in seinem System hat, berechnet der Beobachter die Laufzeiten des Lichtstrahls für den Hin- und Rückweg. 5
5. Die Uhren im System S gehen voraussetzungsgemäß synchron.
6. Trotz der Synchronizität der Uhren im System S sind die beiden Laufzeiten nicht gleich, (siehe die beiden obigen Gleichungen), weil sich der Stab relativ zum System S bewegt.
7. Die Beobachter im System S' übernehmen nun die 3 Zeiten von den jeweils ihnen gegenüber liegenden Uhren, die im System S synchron gehen. Sie benutzen sie in ihrem System (in dem der Stab ruht), zur Kontrolle der Synchronizität der Uhren und kommen zu dem Ergebnis, dass die in S synchron laufenden Uhren in ihrem System nicht synchron laufen.
Wieso die Beobachter die 3 Zeiten aus dem anderen System einfach übernehmen und nicht selbst die Zeiten messen, um sie gem. § 1 auszuwerten, hat seinen besonderen, sehr listigen Grund. Und dass diese Zeiten im ruhenden System der Synchronizität der Uhren entsprächen, obwohl diese nur voraussetzungsgemäß synchron sind, indem sie die Zeiten der ruhenden Uhren anzeigen, ist ein subtiler Trick, auf den offenbar Generationen von Physikern herein gefallen sind...6
Um diesen "Trick" zu verdeutlichen, sehen wir uns die Sache nun genauer an:
Es wird ein ruhender starrer Stab in ein ruhendes Koordinatensystem gelegt und ihm eine gleichförmige Paralleltranslationsbewegung längs der Achse x erteilt. Die Begriffe "ruhender Stab" und "ruhendes System" sind - wie gesagt - nur außerhalb der SRT vertretbar. Das spielt aber in diesem Versuch keine besondere Rolle.
Im lit. b) erwähnt Einstein im ruhenden Systeme aufgestellte, gemäß § 1 synchrone, ruhende Uhren. Die Synchronisationsvorschrift im § 1 besteht darin, einen Lichtstrahl von einer Uhr zur anderen zu schicken und zu reflektieren. Per definitionem sind die Uhren synchron, wenn der Lichtstrahl für Hin- und Rückweg die gleiche Zeit benötigt. 7
Wir haben also ein Koordinatensystem, in dem sich ein starrer Stab längs der Achse x bewegt. Im diesem ruhenden System sind gem. § 1 synchronisierte Uhren aufgestellt. Die Anzahl dieser ruhenden Uhren ist zumindest 2 (aufgrund der beschriebenen Längenmessung anzunehmen; es können aber auch mehr als 2 sein). Es wird die Länge des Stabes gemessen und (unter stillschweigender Vorwegnahme asynchroner Uhren) wird die "Länge des Stabes im bewegten System verschieden von der Länge im ruhenden System gefunden". Hier also definiert Einstein bereits das "bewegte System" für den Stab ! Da die Längenmessung von den asynchronen Uhren abhängt, brauchen wir hier darauf nicht näher einzugehen. Jetzt kommt der schwierigste Absatz in Einsteins Text:
Wir sollen uns "ferner" an den Stabenden A und B angebrachte Uhren denken, die mit den Uhren des ruhenden Systems synchron sind. Mit dem umständlichen: " ... d.h. deren Angaben jeweilen der Zeit des ruhenden Systems an den Orten, an welchen sie sich gerade befinden, entsprechen; diese Uhren sind also synchron im ruhenden System", bringt Einstein zum Ausdruck, dass diese bewegten Uhren entweder zueinander synchron im ruhenden System oder synchron zu den Uhren in diesem System sind. Ihre Angaben entsprechen jedenfalls an jedem Ort, an dem sie sich gerade befinden, jeweilen der "Zeit des ruhenden Systems".
Der Satz: "diese Uhren sind also synchron im ruhenden System" bedeutet meiner Meinung nach, dass die Uhren zueinander synchron sind und ihre Angaben außerdem den Uhren, die nach § 1 synchronisiert sind (lit b.) entsprechen, an jedem Ort, an dem sie sich gerade befinden (also unabhängig von der Bewegung). Dass sie damit synchron zum ruhenden System (zu den ruhenden Uhren) sind, ergibt sich von selbst, da sie ja die Zeit des ruhenden Systems anzeigen. Ihre synchrone Eigenschaft geht jedoch auf den Synchronisationsvorgang gem. § 1 zurück, der an ihnen in Ruhe durchgeführt worden ist! Nur diese Ruhe-Daten würden ihrer Synchronizität adäquat sein. Die Daten aber, die für den Bewegungszustand mittels der Laufzeiten mit den Gleichungen berechnet werden, entsprechen dem synchronen Zustand auch in Bezug auf das ruhende System NICHT mehr! Diese FALSCHEN Daten werden den Beobachtern übermittelt. Da die Synchronizität der Uhren nur noch voraussetzungsgemäß vorliegt, werden die bewegten Beobachter mit diesen Daten wohl kaum eine Synchronizität feststellen können. Schon gar nicht, wenn sie diese auf ihr bewegtes System beziehen (in welchem sie gem. den Postulaten symmetrische Laufzeiten erwarten würden!).
Bei jeder Uhr befindet sich ein mit ihr bewegter Beobachter. Diese Beobachter "wenden auf die beiden Uhren das im § 1 aufgestellte Kriterium für den synchronen Gang zweier Uhren an". Einstein beschreibt in der Folge auch genau einen Synchronisationsvorgang gem. § 1. Was heißt das nun? Die bewegten Beobachter wenden zwar eine gleiche Vorschrift an, wie sie auch bei der Synchronisation der ruhenden Uhren (lit b.) beachtet worden ist, um die Synchronizität zu überprüfen... aber mittels der Daten, die in keinem der beiden Systeme einem synchronen Gang der Uhren entsprechen!
Einsteins Worten "Unter Berücksichtigung des Prinzips von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit finden wir...", und den beiden Gleichungen ist zu entnehmen, dass die Situation vom ruhenden System aus beurteilt und berechnet wird. Das Ergebnis dieser Berechnung wird dagegen von den bewegten Beobachtern angewendet!
"Die bewegten Beobachter würden also diese beiden Uhren nicht synchron gehend finden." Mit "diese beiden Uhren" sind eindeutig die Uhren an den Enden des Stabes gemeint. Nicht synchron gehend kann daher nur heißen, nicht zueinander synchron gehend! Aber mit den übermittelten Daten hätten das auch die ruhenden Beobachter nie festgestellt! Ihre Behauptung, in ihrem System wären die Uhren synchron, erfolgt lediglich aus der Voraussetzung einer Synchronizität! 8
Der einzige wahre Schluss, der sich aus diesem Experiment ziehen ließe, wäre wohl jener, dass die Synchronisationsvorschrift im § 1 nichts taugt - denn sie funktioniert an bewegten Uhren nicht! Eine "Relativität der Gleichzeitigkeit" lässt sich aus dem Beispiel niemals entnehmen, denn Einstein konstruiert hier keinesfalls eine Abhängigkeit der Uhrensynchronizität vom Bezugssystem, sondern lediglich einen Unterschied zwischen bewegten und ruhenden Uhren - was dem Relativitätsprinzip aber widerspricht!
Einstein lässt die Beobachter im System des Stabes zwar tätig werden, indem sie die Kriterien des § 1 "anwenden", lässt sie aber nicht selbst messen! Denn die bewegten Beobachter könnten die Uhren tatsächlich nur dann asynchron messen, wenn die Laufzeiten unterschiedlich wären ! Aber sie messen eben nicht, sondern übernehmen die falschen (!) Daten. Und was wäre, wenn sie messen würden?
Da der Stab in seinem bewegten System ruht, gelten für ihn die Postulate! Wenn die bewegten Beobachter nun die beiden Uhren zueinander asynchron vorfinden, hieße das, ihre Feststellungen stützen sich auf die Berechnung des ruhenden Systems, das hieße aber auch, dass zwischen den Uhren die Laufzeitunterschiede aufgrund der real vorliegenden Lichtgeschwindigkeiten V-v und V+v (auf den Stab bezogen!) zustande kämen. Das allerdings wäre gegen die Postulate!
Wenn aber die Postulate gelten, dann können die Laufzeitunterschiede im bewegten System des Stabes bei Anwendung der Kriterien des § 1 nicht auftreten. Denn das Licht bewegt sich konstant mit c zwischen den Uhren hin und her. Wie es dies bekanntlich in jedem Bezugssystem zu tun pflegt!
Mit seinem Abschlusssatz:
versichert uns Einstein, dass es sich um zwei relativ zueinander bewegte Systeme handelte. Und er behauptet, zwei Ereignisse von einem Koordinatensystem aus und von einem zu diesem System relativ bewegten System (!) aus betrachtet zu haben.
Hat er das? Nein, hat er nicht. Er hat die Situation ausschließlich aus der Sicht des ruhenden Systems betrachtet. Er hat nicht berücksichtigt, dass aufgrund der Postulate im bewegten System c zwischen den Uhren konstant sein muss und Laufzeitunterschiede (und es kommt nur auf das Auftreten solcher Unterschiede an!) von den bewegten Beobachtern nicht konstatiert werden könnten. Sie könnten die Uhren im ruhenden System, an welchen sie die falschen Zeiten ablesen sollten, gar nicht erreichen und würden daher "die beiden Uhren" zueinander ebenso synchron finden, wie die ruhenden Beobachter (siehe folgenden Kasten! Die Feststellung, dass die Relexionsorte nicht übereinstimmen, geht auf eine ins Forum gestellte Skizze von Ljudmil Daskalow zurück, hier seine Homepage:http://www.alternativphysik.de/).
Die Schlussfolgerung ist: Das Gedankenexperiment des § 2 entspricht nicht der Realität, ist irreführend aufgebaut und erzeugt künstlich eine "Relativität der Gleichzeitigkeit" mit dem Trick der (unmöglich durchführbaren!) Übergabe unbrauchbarer Daten! Die im Gedankenexperiment getroffene Behauptung, dass Uhren auf einem Stab durch die Bewegung des Stabes zueinander asynchron vorgefunden werden könnten, ist gerade wegen der Postulate realitätsfern. Jedes dahin abzielende Experiment würde eine solche Behauptung widerlegen. 9
Dieser logische Bruch in Einsteins Gedankenexperiment ist eigentlich unübersehbar! Man kann einerseits nicht das Prinzip der Konstanz der Lichtausbreitung für das System des Stabes proklamieren und dennoch das Licht mit c-v und c+v zwischen den Uhren laufen lassen, um Asynchronizität zu "erzeugen". Tatsächlich würde ein Lichtstrahl das nie tun. Oder andererseits die bewegten Beobachter glauben lassen, die errechneten und übermittelten Daten entsprächen einem synchronen Gang der Uhren im ruhenden System.12
Die ruhenden Beobachter würden aber auch ihre Gleichungen niemals experimentell bestätigen können. Die Gründe dafür sind in den Beiträgen Konstanz und Isotropie des Lichts, Michelson-Morley-Versuch, Einsteins Lichtuhr, Marinov-Experiment, Sagnac- und Fizeauversuch, Arago und Hoek, Der Doppler-Effekt, SRT-Experimente, Einsteins Spiegel, T.A.O.-Matrix, Das Lochkamera Paradoxon, SRT in der Eisenbahn und Licht ausführlich beschrieben. Licht ist eben ein außergewöhnliches Phänomen. Seine Ausbreitungseigenschaften sind zwar isotrop und geschwindigkeitskonstant - aber sie sind es nur absolut zum fundamentalen System "Kosmos". Dennoch erweckt es den Eindruck völliger Unabhängigkeit. Wie es das macht, wird hier gezeigt.
In der Relativitätstheorie kann die Situation des §2 mit einem sogenannten Minkowski-Diagramm (Abb. rechts) verdeutlicht werden:
Das "ruhende" System wird durch schwarze, das "bewegte" durch grüne Koordinatenachsen dargestellt.
Die Weltlinien der Stabenden A und B sind blau. Die Weltfläche, die der Stab überstreicht, ist gelb eingefärbt. Die jeweils im "ruhenden" bzw. "bewegten" System gemessenen Stablängen rAB bzw. L ergeben sich aus der Beschriftung.
Rot eingezeichnet ist die Weltlinie des Lichtsignals. Die Linien sind sowohl im "ruhenden" als auch im "bewegten" System Winkelhalbierende zwischen t- und x- bzw. T- und X-Achse, womit das 2. Postulat erfüllt wird.
Einstein setzt voraus, dass seine bewegten Uhren die Zeit des "ruhenden" Systems (t) anzeigen. Die Anzeigewerte für die drei Ereignisse (Signal startet bei A, Signal wird in B reflektiert, Signal gelangt nach A zurück) ergeben sich durch die orangen, horizontalen Hilfslinien. Bei "1" lässt sich Einsteins Ergebnis ablesen, nämlich dass tB-tA unterschiedlich ist zu t'A-tB.
Die gelbe Hilfslinie parallel zur X-Achse des "bewegten" Systems ergibt den Zeitpunkt TB für das Reflexionsereignis (bezogen auf das bewegte System). Man sieht bei "2", dass die Laufzeiten für Hin- und Rückweg im "bewegten" System gleich sind (T'A - TB = TB - TA), wie es aufgrund der Isotropie der Lichtgeschwindigkeit in allen Inertialsystemen auch sein soll.
Nur das letzte Ergebnis könnten die mitbewegten Beobachter feststellen, wenn sie durch eigene Messung die Synchronizität der Uhren überprüfen würden! Das tun sie aber nicht - sondern sie wenden die Kriterien des § 1 auf die Daten an, die sie angeblich vom ruhenden System übernehmen. Aber diese Daten entsprechen nur dem lediglich als synchron vorausgesetzten Uhrengang und könnten gar nicht abgelesen werden. Außerdem funktioniert diese Art von Koordinaten- und Perspektivenzauber leider in der Natur nicht. Davon kann man sich experimentell leicht überzeugen, wenn man den Versuch des Arago modernisiert und etwas ausbaut. Da wird man zur verblüffenden Feststellung gelangen, dass ein Lichtstrahl zwischen den Sensoren (Uhren) an den Enden eines Stabs stets mit c hin- und herfährt. Auch wenn man den Stab gegen das Sonnenlicht (v=1666 km/h) oder gegen das Licht eines Sterns (v=30 km/s) richtet.
Das oben besprochene Gedankenexperiment des § 2 hat nicht nur wegen des groben Fehlers keine Bedeutung, sondern es kann auch bewiesen werden, dass Uhren zueinander stets und überall ohne Abhängigkeit von Bezugssystemen synchronisiert werden können. Dazu könnten sich die Eigenschaften sogenannter "verschränkter Quanten" sehr gut eignen.
Wie Bild der Wissenschaft am 22.9.2004 berichtete, ist ein Experiment dieser Art angeblich bereits durchgeführt worden: Hier das Zitat aus http://www.wissenschaft.de/wissen/news/245050.html :
22.09.2004 - Physik
Wir kennen die Szene aus den guten alten Kinofilmen: Die Einbrecherbande hat noch mal den genauen Ablauf ihres Coups besprochen und dann kommt der obligatorische Uhrenvergleich. Wenn sie die Uhren nach dem Verfahren abgleichen, das Alejandra Valencia und ihre Kollegen von der Universität von Maryland in Baltimore County entwickelt und erfolgreich durchgeführt haben, dürfte bei dem Einbruch nichts mehr schief gehen. Den Physikern ist es gelungen, zwei 3 Kilometer voneinander entfernte Uhren bis auf eine Billionstel Sekunde genau aufeinander abzugleichen. Die Forscher werden ihr Experiment in der nächsten Ausgabe der Applied Physics Letters (27.09.2004) vorstellen.
Valencia und ihre Kollegen griffen für ihr Experiment auf eine quantenmechanische Eigenschaft zurück, an deren Existenz Albert Einstein nicht glaubte: die Verschränkung.11 Zwei miteinander verschränkte physikalische Teilchen verhalten sich fast so wie telepathisch begabte Zwillinge. Führt man an einem der Teilchen eine Messung durch, dann nimmt nicht nur dieses Teilchen einen bestimmten quantenmechanischen Zustand an, sondern sein "Zwillingsbruder" nimmt augenblicklich denselben oder einen dazu äquivalenten Zustand an - und zwar auch dann, wenn die beiden Teilchen Milliarden von Lichtjahren voneinander entfernt sind. Gerade der letzte Punkt war für Einstein schwer zu akzeptieren, weil gemäß seiner spezielle Relativitätstheorie keine Information schneller als das Licht übertragen werden kann. Einstein nannte die Verschränkung deshalb "spukhafte Fernwirkung".
Die Forscher benutzten verschränkte Photonen, also Lichtteilchen, die sie in einem Kristall erzeugten. Jede der beiden Uhren war mit einem Photodetektor verbunden, der die ankommenden Photonen registrierte. Es wurde jeweils eines der beiden Zwillingsphotonen zum ersten und das andere zum zweiten Detektor gesandt. Anschließend wurden die Photonen zum jeweils anderen Detektor weitergeleitet.10 Für die Synchronisation der Uhren war es notwendig, dieses Verfahren mehrmals zu wiederholen. Der eigentliche Abgleich der Uhren erfolgte dann über eine statistische Auswertung der Detektormessergebnisse.
Mit einem derartig genauen Uhrenabgleich könnte ein Nachfolgesystem der GPS-Satelliten wesentlich exaktere Ortsbestimmungen zulassen als dies heute möglich ist. Auch für Tests der Gravitationstheorie sind solch präzise Zeitabstimmungen eine Voraussetzung.
Dazu schrieb ein Teilnehmer im BdW-Forum: "Das Requiem für die Spezielle Relativitätstheorie kann eingeläutet werden!"
Hier geht's zum Originalartikel (engl.) von Alejandra Valencia >>>
Noch ein Link zum Thema Spooky Atomic Clocks
1 Bei Lorentz ist die Kontraktion real, bei Einstein nur eine Art Perspektive. In der T.A.O.-Matrix Theorie tritt eine reale Kontraktion nur bei Beschleunigung auf.
2 Weil Geschwindigkeit das Produkt aus Weg durch Zeit ist, kann man den Ausdruck "dieselbe" nicht wörtlich nehmen. Denn in der SRT sind ja Wege und Zeiten relativ und variabel. Der Wert der Lichtgeschwindigkeit könnte daher stets nur numerisch derselbe sein.
3 Diese V-/+v Geschwindigkeiten verstehen sich lediglich als Relativgeschwindigkeiten zur Stabbewegung.
4 Hier kommt aber nicht deutlich genug zum Ausdruck, dass die Lichtgeschwindigkeit auch zum Beobachter unabhängig bleibt. Da man den Lichtstrahl an den Stabenden mittels Vorrichtungen, Spiegel. Linsen, Sensoren etc. messen bzw. reflektieren müsste, wäre der Versuch praktisch nicht durchführbar, weil zwischen den neuen Lichtquellen am Stab das Licht unabhängig von der Stabbewegung isotrop und konstant sein würde. Die Annahme der V-/+v Geschwindigkeiten ist daher höchst theoretisch und wird von den Driftexperimenten nicht bestätigt.
5 Diese Laufzeiten haben aber mit der Synchronisation der Uhren gar nichts mehr zu tun. Auch die ruhenden Beobachter müssten die Uhren in Bewegung neu nach § 1 synchronisieren, wenn sie Werte erzielen möchten, die mit dem synchronen Gang in Zusammenhang stehen. Daher sollen die Uhren auch nur noch "voraussetzungsgemäß" synchron sein.
6 Tatsächlich liegt hier der Hase im Pfeffer. Die angeführten Zeiten entsprechen ja in keinem System dem synchronen Gang der Uhren. Würden die bewegten Beobachter selber messen und sich nicht mit den angeblich übergebenen, praktisch aber nicht ablesebaren Werten austricksen lassen, so würden sie aufgrund der Postulate keine Asynchronizität der Uhren "finden".
7 Da Einstein vermeint, dass Bewegung die Lichtlaufzeiten verändert, funktioniert seine Methode nur bei "ruhenden" Uhren. In der Realität ist eine Synchronisation mit Licht die zuverlässigste Methode - unabhängig vom Bewegungszustand. Zwei Uhren auf einem Stab, mit Licht synchronisiert, bleiben synchron - wie immer auch der Stab bewegt wird. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Lichtquelle auf dem Stab befestigt ist, oder ein externer Lichtstrahl verwendet wird, der ja aufgrund der Messmethode (Re-Emission!) auf c renormiert wird!
8 Spaßiges so nebenbei: da alle beteiligten Uhren die "Zeit des ruhenden Systems" anzeigen, ihre Zeigerstellungen demnach dieselben sind, bräuchte man nur auf die Zifferblätter zu gucken, um zu sehen, dass sie synchron sind!
9 Relativisten geben nicht zu, dass die Drift-Experimente a la Michelson-Morley im Grunde bereits ein derartiges Experiment darstellen. Sie meinen, alle diese Versuchsaufbauten seien "stationär" gewesen - der Stab aber bewege sich. Das ist angesichts der 1660 km/h der Erdrotation und der 30 km/s ihrer Umlaufbahn ein origineller Einwand - aber es wäre vielleicht nicht unmöglich, zu all diesen Bewegungen noch eine hinzuzufügen, indem man den Versuch in einer Rakete oder dergl. durchführt. Er würde dabei sicher kein neues Ergebnis heraus kommen!
10 Diese Beschreibung entspricht nicht den Angaben im Original-Artikel. Die Photonen werden nicht "weitergeleitet", sondern abwechselnd zu den Detektoren gesandt, die dadurch ein variierendes Muster von Signal- und Idler-Photonen erhalten. Durch Vergleich dieser Muster, die aufgrund der Verschränkung wie ein Positiv und ein Negativ zusammenpassen, werden die Uhren synchron gehalten.
11 Das Prinzip der Verschränkung kann durch folgenden Versuchsaufbau beschrieben werden: Zwei gleichzeitig in einer Quelle erzeugte Photonen werden nach ihrer Erschaffung in ganz unterschiedliche Richtungen geschickt, bleiben aber wie durch Geisterhand mit einander verbunden. Gibt man einem der Teilchen künstlich eine bestimmte Qualität, polarisiert man etwa seine Schwingungsebene, so wird augenblicklich auch die Polarisierung des Meter oder sogar Kilometer entfernten Geschwisterphotons festgelegt. Der Vorgang wird mittlerweile auch in Versuchen zur Übertragung von abhörsicheren Verschlüsselungscodes verwendet.
12 Aus den Gleichungen in diesem Kapitel leitet Einstein dann seine Lorentztransformation her. Aber schon diese einfachen Gleichungen im Originaltext auf den Seiten 894, 896 u. 897 sollen laut Christoph v. Mettenheim den Grund dafür enthalten, dass sowohl Einsteins Herleitung der LT als auch alle anderen Herleitungsversuche seiner Epigonen nicht korrekt ausfallen konnten. Aus den Gleichungen
folgt lt. Mettenheim, wenn man die rechten Seiten von (2) und (3) einsetzt in (1) die Gleichung (4):
Die Wurzel aller paradoxer Situationen, die sich aus der SRT ergeben, soll also schon in der obskuren Beziehung (5 a,b,c) stecken. Christoph v. Mettenheim schreibt dazu: Die Gleichungen (2) und (3) widersprechen der Gleichung (1), weil v in wechselnder Bedeutung gebraucht wird. Der einzige Fall, in dem die Gleichung (4) aufgeht, ist der Fall v = 0, also der Fall des ruhenden Systems. Beschränkt man (2) und (3) auf diesen Fall, so sind sie keine Funktionsgleichungen mehr, die das Verhältnis von Weg und Zeit des bewegten Systems bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten beschreiben. Sie sind nur noch für Ruhezustände gültig. Aber was nützt eine Theorie der Relativität der Zeit, die nur für unbewegte Systeme gilt?
Diese Ansicht Mettenheims ist allerdings sehr umstritten und wird hier von mir ohne Bewertung nur zur Information zitiert.
Mehr davon in seinem Buch "Albert Einstein oder Der Irrtum eines Jahrhunderts". Es kann von seiner Homepage kostenlos heruntergeladen werden.
© Edition Mahag 2004, 2005, 2006 - erstmals ins Web gestellt am 6.Mai 2004. Kopieren, Zitieren, Nachdruck unter Quellenangabe erlaubt.

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