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Kritik der SRT
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Einsteins Spiegel

  • Die physikalischen Gesetze sind für alle nicht beschleunigten Bezugssysteme die gleichen. Es gibt kein ausgezeichnetes Bezugssystem, alle sind gleichberechtigt.

  • Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist konstant, unabhängig vom Bezugssystem, der Quelle und dem Beobachter.

   Das sind die beiden fundamentalen Postulate Einsteins, auf die er seine Spezielle Relativitätstheorie stellte. Das erste Postulat sagt sinngemäß aus, dass ein Stein in einem fahrenden Zug genau gleich fällt wie ein Stein außerhalb des Zuges. Das ist genaugenommen zwar nicht richtig, denn als nicht mitfahrender Außenbeobachter sehe ich den Stein in einer Kurve fallen... und für den Passagier würde der Stein auch eine andere Geschwindigkeit haben ... aber damit hat niemand ein Problem!

   Das zweite Postulat bedeutet, dass das Licht nicht dasselbe tun darf wie der Stein. Denn ein senkrecht gespiegelter Lichtstrahl im fahrenden Zug müsste von einem Passagier langsamer gemessen werden als von einem ruhenden Außenbeobachter, der überdies den Strahl im Zick-Zack laufen sähe. Und das ist auf einmal ein physikalisches Problem! Und zwar deshalb, weil Maxwell und Einstein im Zug sitzen und fest davon überzeugt sind, dass das Licht nie und nimmer langsamer als Licht sein kann und eben immer nur mit c unterwegs ist... also könnte der Außenbeobachter nur ein Lügner sein. Der erwidert jedoch, dass die beiden im Zug offenbar selbst ein wenig flunkern... 

   Ganz dieselbe Auseinandersetzung könnte freilich auch wegen des Steins entstehen. Aber der Stein verhält sich für jeden ganz "normal". Licht scheint eine Sonderstellung zu haben! Und warum? Weil Maxwell dessen Ausbreitung mit vier symmetrisch konstruierten Gleichungen beschrieb. Und was man mit dem Stein sicher und mit dem Licht vielleicht  machen kann: sie nämlich je nach Bewegungszustand verschieden wahrnehmen - diese Gleichungen verbieten das strikt, denn die sind ja schließlich laut Boltzmann einer "göttliche Mathematik" entsprungen.1 Und göttliche Mathematik lässt sich nicht so ohne Weiteres verbiegen oder "transformieren". Und mit den altmodischen Vorschriften des Herrn Galilei schon gar nicht. Also beschloss Einstein, das Licht dieser göttlichen Mathematik anzupassen, und da kamen ihm die Herren Michelson und Morley (und später viele andere) sehr zu Hilfe. Sie (und später viele andere!) stellten ein ziemlich untaugliches Instrument hin, experimentierten ein bisschen und konstatierten: Licht verhält sich sowohl im Zug als auch außen gleich... aber das war ja beim Stein auch nicht anders gewesen.  Dumm ist nur, dass das Licht immer gleich schnell zu sein scheint. Das könnte zwar daran liegen, dass fallende Steine leichter zu beobachten sind als das Licht - bringt aber dennoch so einiges durcheinander.

Abb.1

   Im hoffnungsvollen Alter von 16 Jahren schon dachte Albert intensiv darüber nach, was wohl in einem Spiegel zu sehen sei, wenn er sich damit mit Lichtgeschwindigkeit bewegte. Er kam zwar zu keiner Lösung, aber der Gedanke ließ ihn nicht mehr los ... Als er viele Jahre später die göttlichen Gleichungen des Herrn Maxwell kennen lernte, kam er erst recht nicht zu einer Lösung, denn diese Gleichungen schienen ein recht seltsames Geschehen zu beschreiben. Wenn er mit Lichtgeschwindigkeit durch das Universum flöge, nahe an der Erde vorbei und einen Spiegel in der Hand hielte, so könnte er sich zwar in dem Spiegel betrachten, da er sich ja relativ zum Spiegel nicht bewegte und das Licht sein Gesicht mit Lichtgeschwindigkeit verlässt, aber ein Beobachter auf der Erde würde sehen, wie der Spiegel vor dem Licht davonfliegt und von diesem nicht erreicht wird. Er würde einen schwarzen Spiegel sehen ... denn würde er auch Albert im Spiegel sehen, müsste er ja schließen, dass das Licht den Spiegel mit Überlichtgeschwindigkeit erreicht hätte. Und das käme ja mit Sicherheit ganz und gar nicht in Frage! Und damit diese von den Gleichungen des Herrn Maxwell und dem Experiment des Herrn Michelson verbogene Situation wieder gleichgebogen wird, schuf Albert seine Relativitätstheorie. Damit konnte er zwar nicht erklären, wieso nun er und der Beobachter auf der Erde plötzlich dasselbe sehen sollten, aber Albert konnte dem Erdbewohner wenigstens mathematisch beweisen, dass er seinen Augen und seiner Vernunft nicht mehr zu trauen habe...


Abb.2

   Seitdem streiten sich die Gelehrten darüber, ob sich der Abstand zwischen Albert und dem Spiegel durch die Bewegung verkürzt und die Zeit sich dehnt, damit der Erdbewohner  nicht mit einem schwarzen Spiegel frustriert wird, oder ob dies dem Erdbewohner nur so erscheint, wobei die Fragen natürlich offen bleiben, wieso die Natur solche Illusionen vorrätig halten sollte und weshalb das Licht die mystische Eigenschaft hat, als einzige Größe seine Charaktere beizubehalten, während sich rundum der Raum und die Zeit, schlimmer noch: die "Raumzeit" geradeso wandelt und streckt oder biegt, wie man's braucht. Das geht in die Köpfe mancher Erdbewohner immer noch nicht hinein, und wie wir glauben, zu Recht! Aber einen wirklich guten Einfall müssen wir Albert zugute halten: er erklärte c zur Höchstgeschwindigkeit für Energie und Stofftransporte. Damit stellte sich die dumme Frage nach dem Spiegelbild erst gar nicht!

   Nun ist die unbestreitbare Tatsache der konstanten Lichtgeschwindigkeit - wie wir im Buch und in den diversen Beiträgen festgestellt haben - keine Auswirkung der SRT sondern die Auswirkung einer natürlichen Gegebenheit, nämlich der determinierenden Eigenschaft des Trägermediums für "alles", der T.A.O.-Matrix. Diese Struktur hat eben eine gewisse Dimensionierung, welche die darüber liegenden Ereignisse beeinflusst - aber das hat keinesfalls naturgesetzlichen Normcharakter. Die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit ist eine idealisierte Annahme und gilt korrekt nur für Situationen, die in der Natur gar nicht gegeben sind. Nimmt man derartiges als grundlegendes Postulat für eine streng darauf aufgebaute, mathematische Theorie, entfernt man sich ganz unweigerlich von der Realität. Deshalb ist die SRT, auch wenn tiefgläubige Relativisten etwas anderes behaupten, im praktischen Leben ganz ohne Bedeutung. Bezugssysteme oder Inertialsysteme sind nur von Physikern und Mathematikern geschaffene Definitionen zum Zwecke von Messungen. Das Universum kennt solche Unterteilungen naturgemäß nicht, sondern ist ein universelles Gesamtsystem, sogar ein einziges "Feld" - und in Bezug auf dieses Feld ist die Ausbreitung des Lichts isotrop und konstant.  Wie wir schon im Beitrag zu den experimentellen Grundlagen der SRT aufgezeigt haben, ist dieser von uns vertretene und von einigen Physikern als "fixed-time-delay-Modell" favorisierte Umstand gar nicht so einfach nachzuweisen, weil sich das eingesetzte Instrumentarium gar nicht dazu eignet.

   Nach dem fixed-time-delay-Modell (--> Beitrag Arago- und Hoek-Versuch) sieht die Sache mit dem Spiegel folgendermaßen aus: Alberts Gesicht wird von Licht getroffen, und es kann uns egal sein, woher, denn das Gesicht re-emissioniert das Licht ohnedies mit c. Es bewegt sich in Richtung Spiegel, der sich mit v weiterbewegt, und daher liegt zwischen Gesicht und Spiegel eine Lichtgeschwindigkeit von c-v vor. Der Spiegel re-emissioniert das Licht abermals mit c. Aber weil sich das Gesicht dem Licht mit v nähert, liegt nun eine Geschwindigkeit von c+v vor. Würde Albert ganz schlau sein und messen, wann das Licht zurückkommt und ein bisschen rechnen, würde er schließen, dass das Licht sich mit c hin und her bewegt hat. Und er würde verblüfft feststellen, dass seine Bewegung offenbar keinen Einfluss auf die Lichtausbreitung hatte. Auch die während der Bewegung auftretenden Doppler-Effekte würde er nicht bemerken, da sie gegensätzlich ausfallen und einander aufheben. Würde Albert den Spiegel senkrecht zur Bewegungsrichtung halten, würde er genau so wenig von seiner Bewegung bemerken. Das ergibt sich nicht nur aus Reflexions- und Re-Emissionsgründen, die den vom Galilei'schen Additionstheorem geforderten Winkel in Frage stellen könnten - wie wir im Beitrag zum Michelson-Versuch gezeigt haben - , sondern Licht ist tatsächlich nicht vergleichbar mit einem Stein, welcher gänzlich den Trägheitsgesetzen gehorcht. Licht ist eine Aufeinanderfolge von "Steinen", nämlich eine zeitlich und räumliche Folge von Impulsen. Auch wenn Albert mittels hochpräziser Messmethoden seinen Spiegel genau im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung hält, wird er keine Aberration des Lichts feststellen können und auch der Laufzeitunterschied wird unter der Nachweisbarkeitsgrenze bleiben. Elektromagnetische Energietransporte kennen nämlich auch die Trägheit, wie man an der tangential emittierten Bremsstrahlung oder Synchrotronstrahlung und diversen Streuungsphänomenen, Photo- und Compton-Effekt etc. bemerken kann, und daher haben auch Lichtpulse eine geringe Massenwirkung ("Masse" im Sinne von Stoff gibt es ja nicht), aber das muss Albert innerhalb der kurzen Strecke zwischen seiner Nase und dem Spiegel gar nicht berücksichtigen. Der Impuls (oder "Quant", "Photon" oder Wellenabschnitt etc.), der von Alberts Nase losgeschickt wird und von dem Albert glaubt, dass er - lediglich den galilei'schen Gesetzen gehorchend - zum Spiegel zieht, bleibt keinesfalls unbeeinflusst vom Geschehen... 

      Abb.3  -  Abb.4 
      

Die Abb.3 zeigt die normale Galilei-Transformation, die für den Stein im Zug oder für ein einzelnes "Photon" gültig wäre.  Aber Licht besteht nicht aus Einzelphotonen, und auch nicht aus "Teilchen". 

   Auch ein einzelner "Impuls"  ist noch kein "Licht". Um Licht als solches zu identifizieren (das gilt für unser Auge ebenso wie für ein Messgerät, insbesondere für ein optisches a la Interferometer), brauchen wir eine Aufeinanderfolge von Impulsen3, denn die Kriterien für die Wahrnehmung von "Licht" heißen Frequenz oder "Wellenlänge". Hält Albert den Spiegel in die Bewegungsrichtung, gibt es da kein Problem, weil sich - wie gesagt - die Doppler-Effekte großteils aufheben (beim MM-Interferometer bis auf den zum Anzeigegerät herausgespiegelten Teil). Im senkrecht zur Bewegungsrichtung geführten Licht wird die Lichtimpuls-Folge aber sozusagen aufgefächert, zeitlich auseinander gezogen (Abb. 4), das erfordert aufgrund der Aufenthaltsdauer des "Photons" im atomaren Gefüge des Spiegels (Absorption-Reemission) und des damit verbundenen, wenngleich winzigen Mitnahmeeffekts, eine gewisse erforderliche Mindest-Reflektorbreite und führt weiter zu transversalen Dopplereffekten, die schon beim Gesicht Alberts beginnen, beim Eintritt in den Spiegel und beim Austritt stattfinden und bei Alberts Gesicht sich fortsetzen. Bei jeder dieser vier Reflexionen kommt es zum Phasensprung und zur Abstrahlung in der Normgeschwindigkeit c, die Frequenz verändert sich beim in 90° weggestreckten Spiegel im Vergleich zum longitudinalen Licht annähernd mit:

   Das ist genau jene Größe, die wir brauchen, um das Licht scheinbar so zu verlangsamen, dass in Summe ebenfalls c herauskommt und es ist natürlich genau der Faktor für die relativistische Zeitdilatation. Man kann also den langsameren longitudinalen Lichtstrahl an den senkrechten anpassen, indem man behauptet, um diesen Faktor habe sich die Strecke verkürzt oder die Zeit gedehnt. Um den negativen Ausgang des MM-Versuchs damit zu erklären, darf man auch nicht übersehen, dass durch die Bewegung der Versuchsanordnung schon die Frequenz des abgestrahlten2 Lichts der Geschwindigkeit v entsprechend verändert wird - dadurch kann sich auch die Phasenlage am Ende der Lichtstrecke nicht ändern. Das Interferenz Streifenmuster, das überdies nur zustande kommt, wenn man den senkrechten Strahl etwas aus der 90°-Lage herausdreht (!), konnte sich dadurch auch nicht wesentlich verschieben. Wie man sieht, sind alle Drift-Experimente mit der Anwendung von Spiegeln oder Optiken sehr problematisch. 

   Aber das war eigentlich nicht die Frage dieses Beitrags. Die eigentliche Frage, die sich der 16-jährige Albert gestellt hatte, war: Kann ich mich im Spiegel noch betrachten, wenn ich mich samt ihm mit Lichtgeschwindigkeit oder darüber hinaus bewege? Kann er nicht! Völlig analog zum Schall würde er eine "Lichtmauer" durchbrechen und der Spiegel bliebe schwarz. Aber der Fall könnte gar nie eintreten, denn bis zu 99,99 % von c würde Albert gar nichts bemerken. Da er aber selbst mediengebunden ist wie das Licht, nämlich an die geschwindigkeitsdeterminierende Eigenschaft der T.A.O.-Struktur,  könnte er nie bis zur Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Überlichtgeschwindigkeiten sind daher nur relativ möglich, wie wir im Buch schon heraus gestellt haben. 

   Ist das irgendein Problem? Nein! Wenn wir in den schwarzen Nachthimmel schauen, sehen wir einen ganz ähnlichen Effekt. Denn: Galaxien, die sich mit Überlichtgeschwindigkeit am Rande des Ereignishorizonts davonmachen, werden unsichtbar - ebenso wie das Gesicht Alberts im Spiegel. 

   Und was würde ein Außenbeobachter wahrnehmen? Ganz dasselbe wie Albert! Völlig egal, welchen Bewegungszustand der Beobachter hat. Nur würde der überlichtschnelle Albert auch aus seinem Gesichtskreis verschwinden... so wie die Galaxien im Universum.

   Aber diese gedachte Situation ist eben unmöglich realisierbar. Wenn der erwachsene Albert später aufgrund seiner Postulate feststellen wird, dass die Lichtgeschwindigkeit eine oberste Grenze für Stofftransporte ist, wird er etwas sehr Richtiges aussprechen. Nur die Ursache dafür wird er nicht erkennen, denn die Ursache ist genau jene, die schuld daran ist, dass Zeitdilatation und Längenkontraktion unnötigerweise ihren Einzug in das ansonsten recht vernünftige Relativitätsprinzip Newtons hielten: alles, was in diesem Universum geschieht, ist "mediengebunden", nämlich abhängig von der universellen, absoluten Trägerstruktur, der unumgänglichen T.A.O.-Matrix, die selbst am Geschehen in keiner Weise aktiv teilnimmt.

(Bitte auch Beitrag "Konstanz und Isotropie des Lichts" beachten!)

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1  Boltzmann über die Maxwell-Gleichungen: "War es ein Gott, der diese Zeilen schrieb ..?"
Es spielt keine Rolle, ob abgestrahltes Licht von einer mitgeführten Lampe oder eingespiegeltes Sternenlicht verwendet wird. Im letzteren Fall wird der Spiegel zur Lichtquelle.
3  siehe dazu: Can a Human See a Single Photon?

© Edition Mahag 2004 - ins Web gestellt am 18. Sept. 2004. Kopieren, Zitieren, Nachdruck unter Quellenangabe erlaubt.