A) Ruhendes und bewegtes System
1895 schrieb HA Lorentz seine berühmte Arbeit Versuch einer theorie der electrischen und optischen erscheinungen in bewegten Kõrpern. Dort führte er 2 Systeme ein: Ein "ruhende" Äthersystem und ein relativ dazu "bewegtes" System.
So, der Äther ist ein Übertragungsmedium für das Licht, welches von Lorentz die interessante Eigenschaft erhielt, völlig unbeweglich zu sein. D.h. das Licht bewegt sich konstant relativ zum Äther, aber völlig unabhängig von der Geschwindigkeit der Quelle und des Beobachters. So, das Problem war, dass sich dieser ruhende Äther in keinem Experiment bemerkbar machte. Um das zu erklären, führte Lorentz das "Theorem der korrespondierenden Zustände" ein. D.h. die Gleichungen der Elektrodynamik haben in einem relativ zum Äther mit geringer Geschwindigkeit bewegten System die selbe Form, wie für einen im Äther ruhenden Beobachter, woraus unter anderem folgt, dass die (scheinbare) Lichtgeschwindigkeit auch für den bewegten Beobachter (scheinbar) konstant ist.
Erreicht wurde das von Lorentz, indem er für das bewegte System andere Zeitkoordinaten verwendete - die Ortszeit. (Ich denke, du bemerkst wohin der Hase läuft. ). Vorerst war das für Lorentz jedoch nur eine mathematische Hilfskonstruktion um sein Ziel zu erreichen:
Zusammengefasst: Sowohl ruhendes Äthersystem als auch bewegtes System sind zumindest formal gleichberechtigt, was bedeutet, jeder kann von sich behaupten im Äther zu ruhen, was gleichbedeutend ist mit der Aussage, dass für jeden das Licht konstant in alle Richtungen unterwegs ist.
(Wie Einstein mehrmals klar darlegte, war ihm zu der Zeit die Arbeit von Lorentz vor dem Jahre 1905 selbstverständlich bekannt).
Hier ist die Rede von vernachlässigbar klein. Das mag in der "Praxis" in gewissen fällen sinnvoll sein, in Rahmen einer theoretischen Betrachtung ist es jedoch nicht Sinnvoll.
b) Konstanz von c und Uhrensynchronisation
Jetzt betrat der kongeniale Kritiker als auch Verehrer von Lorentz den Schauplatz: Henri Poincaré. Dieser hatte bereits 1898 festgestellt, dass es für die Einfachheit der Naturgesetze von Vorteil sei, die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit als Postulat vorauszusetzen. 1900 wandte er dies auf die Lorentzsche Theorie an. Zuerst benannte der das "Theorem der korrespondierenden Zustände" in "Das Prinzip der relativen Bewegung" um, und erklärte nun, wie das Lorentzsche Konstrukt der Ortszeit zusammen mit einer Uhrensynchronisation die Entdeckung des Äthers bislang unmöglich machte. Er schrieb in Die Theorie von Lorentz und das Prinzip der Reaktion (bitte genau studieren!!):
Lasst uns annehmen, dass sich einige Beobachter an verschiedenen Punkten befinden und ihre Uhren durch den Gebrauch von Lichtsignalen synchronisieren. Sie versuchen die Signale unter Berücksichtigung der Übertragungszeiten zu korrigieren, aber sie sind sich nicht ihrer gemeinsamen Bewegung bewusst, und glauben folglich dass die Signale gleich schnell in beide Richtungen unterwegs sind. Sie führen Untersuchungen mit sich kreuzenden Signalen durch, eines ist unterwegs von A nach B, das andere folgt unmittelbar darauf von B nach A. Die Ortszeit t' ist die Zeit, welche von auf diese Weise gerichteten Uhren angezeigt wird. Wenn V die Lichtgeschwindigkeit ist, und v die parallel zur x-Achse und in positiver Richtung angenommene Geschwindigkeit der Erde ist, haben wir: t'=t-vx/V².
Also wir haben den Äther, d.h. das "ruhende System". In diesem System bewegen sich 2 Uhren, welche synchronisiert werden sollen. Das haut natürlich nicht wirklich hin, da die Uhren ja bewegt sind, und B dem Signal davonläuft und A läuft ihm entgegen. Aber aufgrund des Relativitätsprinzips wissen die Beobachter nichts von ihrer Bewegung und werden so tun, als ob das Licht konstant in alle Richtungen ist, d.h. t=rAB/V für beide Richtungen. D.h. im Äther bewegte Uhren werden falsch synchronisiert sein, während im Äther ruhende Uhren die korrekte Zeit anzeigen - die Synchronisationen sind unterschiedlich. Aber jeder wird aufgrund des RP behaupten können, dass die eigene Synchronisation korrekt ist, und die beim anderen falsch.
1904 benannte Poincaré nochmal die Konstanz von c als das Hauptmerkmal der neuen Theorie:
Aus all diesen Resultaten würde, wenn sie sich bestätigen, eine ganz neue Methode hervorgehen, die hauptsächlich durch die Tatsache charakterisiert würde, daß keine Geschwindigkeit die des Lichtes übersteigen könnte ebenso wie auch keine Temperatur unter den absoluten Nullpunkt fallen kann. Für einen Beobachter, der selbst in einer ihm unbewußten Bewegung mitgeführt wird, könnte ebenfalls keine scheinbare Geschwindigkeit die des Lichtes übersteigen, und dies wäre ein Widerspruch, wenn man sich nicht daran erinnerte, daß sich dieser Beobachter nicht der gleichen Uhren bedient wie ein feststehender Beobachter, sondern solcher Uhren, die die „Ortszeit“ zeigen.
Dann sollen sie die Uhren über eine Welle synchronisieren. Dann kann man über das Kriterium delta_phi_hin=delta_phi_zurück überprüfen, ob man zum Äther ruht. Falls das nicht der Fall sein sollte, regelt man die Geschwindigkeit, bis die Uhren im Äther ruhen. Jetzt kann man die Geschwindigkeit aller Körper relativ zum Äther bestimmen und gut ist!
Aber magst du mir vieleicht eine Frage beantworten?
Gegeben sein eine Welle auf der zwei Zeiger(Zeiger A und Zeiger B), die zueinander parallel sind, montiert sind. Also eine Art Doppeluhr. Die beiden Zeiger seien in dem Abstand rAB zueinander. Innen in der Welle ist ein quadratischer Hohlraum, der zur Lagerung einer anderen Welle dient. An der anderen Welle ist wieder ein Zeiger (Zeiger C), auch parallel zu den beiden anderen Zeigern. Alle wellen sind parallel der X-Achse. Die beiden Wellen sind bezüglich der X-Achse frei verschiebar, können aber nicht relativ zueinander rotieren. Der Teil mit den zwei Zeigern hat eine relativgeschwindigkeit von v im ruhenden System. Der andere Teil ruht im ruhenden System. Ausserdem haben wir zwei Beobachter. Einer ruht bei Zeiger C, der andere ist mitbewegt mit Zeiger A und Zeiger B.
Jetzt schicken wir eine Lichtsignal von Zeiger A nach B der bei B reflektiert wird und zurück zu A kommt. Jetzt die Frag an dich:
Welche Laufzeiten zwichen A und B erwartest du und welche Aussagen machst du zur Synchronität der drei Uhren untereinander, jeweils aus der Sicht beider Beobachter,
a) unter dem Postulat V=Konstant im ruhenden System und Galilei-Variant im bewegten System
b) unter dem Postulat Betrag(V) ist konstant in allen Bezugssystemen
Crank