Relativität ohne Einstein
- Relativität ohne Raum-Zeit -

Richtig! Das Konzept der 4-dimensionalen Raumzeit ist in keiner Weise notwendig, um die Physik der Relativität zu erklären!

Ja, es gibt Relativität in unserer physikalischen Welt. – Aber: brauchen wir Einstein?

Was wir RELATIVITÄT nennen, umfasst die folgenden messbaren Phänomene:

Spezielle Relativität:

(1)     Die Lichtgeschwindigkeit ‘c’ ist konstant (mindestens als Messergebnis)
(2)     Physikalische Objekte kontrahieren in Bewegung
(3)     Die Geschwindigkeit von Uhren vermindert sich in Bewegung (und ebenso alle
         anderen zeitlichen Vorgänge)
(4)     Masse nimmt zu - was die Masse-Energie-Äquivalenz mit enthält

Allgemeine Relativität:

(5)    Die Lichtgeschwindigkeit ‘c’ ist reduziert im Gravitationsfeld
(6)    Ein Lichtstrahl ist gekrümmt im Gravitationsfeld
(7)    Die Geschwindigkeit von Uhren ist reduziert im Gravitationsfeld
        (und ebenso alle anderen zeitlichen Vorgänge)

Einstein hat die Phänomene der Relativität mit der Annahme erklärt, dass Raum und Zeit eine enge Einheit bilden, welches mit dem 4-dimensionalen geometrischen System "Raum-Zeit" beschrieben wird. Dieses 4-dimensionale System ist im Normalfall gekrümmt.

Die mathematische Behandlung eines 4-dimensionalen gekrümmten Raumes ist eine große Herausforderung. Es gibt nur wenige Physiker, die dieses bewältigen. (Nobelpreisträger Steven Weinberg vermutet, dass es weltweit kaum 10 Personen sind.)

Dieselben Ergebnisse wie mit Einsteins Raum-Zeit können jedoch erzielt werden mit Standard-Mathematik (sogar auf Schul-Niveau). – Es ist die Zielsetzung dieser Webseite, dieses zu zeigen.

Als Ergebnis ist das Verständnis von Relativität - der speziellen wie auch der allgemeinen - nicht beschränkt auf ein paar außergewöhnliche Individuen, sondern sie kann sogar in der Schule unterrichtet werden.

Wie funktioniert dieser andere Ansatz?

Die Annahmen Einsteins bezüglich der Raum-Zeit können ersetzt werden durch die folgenden Tatsachen, welche sogar unabhängig von Relativität existieren:

  1. Die Kontraktion ist einfach eine Konsequenz der Tatsache, dass die Felder, welche die Bestandteile physikalischer Objekte zusammenhalten, kontrahieren. Der Grund dafür ist die Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit, mit der sich die Bindungsfelder bei Bewegung fortpflanzen.

    Diese Konsequenz wurde sehr schnell nach dem Michelson-Morley Experiment von mehreren Physikern festgestellt (z.B. Heaviside, Fitzgerald, Lorentz), die sich auf die kurz zuvor von Maxwell entwickelte Theorie des Elektromagnetismus bezogen. Mittlerweile wurde gezeigt, dass diese Kontraktion bei allen Arten von Feldern auftritt.
     

  2. Die Dilatation eines jeden zeitlichen Prozesses (wie einer Uhrenfunktion) in Bewegung ist eine direkte Konsequenz der internen Oszillation von Elementarteilchen. Die Bestandteile der Elementarteilchen sind masselos und oszillieren mit Lichtgeschwindigkeit.

    Dieses Verhalten von Elementarteilchen wurde im Grundsatz von Louis de Broglie im Jahre 1923 heraugefunden, als er die Welleneigenschaften von Elementarteilchen entdeckte. Eine quantitative Beschreibung lieferte Paul Dirac im Jahre 1928, als er die berühmte Dirac-Funktion des Elektrons entwickelte. Erwin Schrödinger nannte diese Bewegung “Zitterbewegung”.
     

  3. Die Masse von Elementarteilchen selbst ist ebenfalls eine Konsequenz der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit, mit welcher sich die Bindungsfelder innerhalt der Elementarteilchen fortpflanzen.

    Dieser Mechanismus verursacht auch die Zunahme der Masse in Bewegung, welche eine direkte Konsequenz der Kontraktion ist. Und dieses wiederum führt direkt zu Einsteins berühmter Gleichung der Masse-Energie-Äquivalenz.

     Für Details dieses Prozesses siehe The Origin of Relativity und The Origin of Mass.

  1. Die Reduktion der Lichtgeschwindigkeit im Gravitationsfeld ist eine bewiesene Tatsache. Sie kann mit einem physikalischen Modell erklärt werden, das Austauschteilchen als Vermittler von Kräften annimmt.

    Wenn ein lichtschnelles Teilchen mit einem Austauschteilchen irgendeiner Kraft wechselwirkt, dann wird es in seiner Bewegung behindert. Dieses verursacht die Reduktion seiner Geschwindigkeit, welche quantitativ mit diesem Prozess erklärt werden kann.
     

  2. Die Ablenkung eines lichtartigen Teilchens im Gravitationsfeld ist der klassische Prozess der Brechung.

    Je stärker das Gravitationsfeld ist, d.h. je näher sich ein lichtartiges Teilchen an der Gravitationsquelle befindet, umso stärker ist die Lichtgeschwindigkeit reduziert. Diese Tatsache verursacht klassische Brechung. Das rechnerische Ergebnis dieser Brechung ist exakt identisch mit der Krümmung, wie sie von Einstein angenommen wird.
     

  3. Die gravitative Beschleunigung – entsprechend die gravitative Masse – ist die Folge der Refraktion der inneren Bewegung der Elementarteilchen.

    Die oszillierenden Bestandteile eines Elementarteilchens werden ebenfalls im Gravitationsfeld gebrochen. Das Elementarteilchen bewegt sich daher in Richtung der Gravitationsquelle. Diese Tatsache erklärt quantitativ Newtons Gravitationsgesetz im klassischen Fall und die Allgemeine Relativitätstheorie im relativistischen Fall.
     

     Für Details dieses Prozesses siehe The Origin of Gravity.
 
Das Michelson-Morley Experiment und Einsteins Position dazu

Zunächst: Es gibt ein häufiges, aber fundamentales Fehlverständnis über Michelson-Morley, welches selbst in Universitätsvorlesungen verbreitet wird. Diese Experiment hat nicht die Existenz eines Äthers widerlegt. Es hat lediglich gezeigt, dass ein Äther nicht messbar ist. – Diese Sicht wurde auch von Einstein [1] akzeptiert.

Oliver Heaviside und Hendrik Lorentz konnten zeigen, dass das Null-Ergebnis von Michelson and Morley verursacht wird durch die Kontraktion von Feldern bei Bewegung und als Konsequenz der Kontraktion von Objekten wie dem experimentellen Aufbau.

Einstein akzeptierte diese Erklärung von der logischen Seite, aber er verwendete sich nicht für den Aufbau seiner Theorie. Einsteins Grund war, dass er in seinen frühen Jahren der Philosophie des Positivismus folgte, welche fordert, dass eine Theorie keine unbeobachtbaren Phänomene wie einen Äther beinhalten darf [2]. Deswegen beharrte Einstein auf einer Theorie, welche keinen Äther verwendet.

Der Weg, den Einstein gewählt hat, ist auf den ersten Blick sehr elegant. Aber er führt zu logischen Konflikten, die nur über die Verwendung dieses Konstuktes der 4-dimensionalen Raum-Zeit gelöst werden können. - Hierfür musste er einen hohen Preis zahlen, insofern als die Theorie, die auf diesen Annahmen fußt, sehr (und unnötig) schwierig zu handhaben ist.


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[1] A. Einstein, Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen der Physik, IV. Jg. 17, S. 891–921 (1905)
[2] K. R. Popper, Logik der Forschung, J-C.B-Mohr, Tübingen, (1982); (English: The Logic of Scientific Discovery)

  2016-05-31


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