Relative und absolute Geschwindigkeiten
"In der klassischen Mechanik ist die Relativgeschwindigkeit die Differenz der Geschwindigkeiten zweier Objekte. ...
... Die spezielle Relativitätstheorie geht von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit c in allen Inertialsystemen aus. Dies führt unter anderem dazu, dass
- Relativgeschwindigkeiten außerhalb des newtonschen Grenzfalls nicht additiv sind, und
- die Differenzgeschwindigkeit zwischen A und B nicht gleich ihrer Relativgeschwindigkeit ist und insbesondere einen größeren Betrag hat. Während die maximale Differenzgeschwindigkeit zwischen zwei Objekten relativ zu einem dritten Inertialsystem den Grenzwert 2c hat, liegt dieser für die maximale Relativgeschwindigkeit gegenüber jedem System bei c. ..."
Relativgeschwindigkeit
Okay, kann man machen aber ich denke doch, dass eine physikalische Gleichung möglichst zur Realität passen sollte.
Welche Relativgeschwindigkeit haben zwei Autos, die mit jeweils 100 km/h in die entgegengesetzte Richtung fahren? 200 km/h - hier ist die Differenzgeschwindigkeit gleich der Relativgeschwindigkeit.
Bei dem Beispiel mit zwei mit jeweil 1c in die entgegengesetzte Richtung fliegenden Photonen ist die Differenzgeschwindigkeit 2c aber wie könnte die Relativgeschwindigkeit zwischen diesen beiden Photonen real 1c betragen? In der Realität gar nicht - es gibt nur eine Gleichung (
Relativistisches Additionstheorem für Geschwindigkeiten), die für den Fall entgegengesetzter Geschwindigkeiten nicht sinnvollerweise anwendbar ist.
Das
relativistische Additionstheorem für Geschwindigkeiten macht nur für die (ggf. vektorielle) Addition zweier Geschwindigkeiten mit dem gleichen Betrag (wenn man das so sagen kann, weiß nicht) Sinn, d.h. wenn die Bewegungsrichtung der Objekte nicht um mehr als 180 Grad abweicht.
Würde es die Relativitätstheorie retten, wenn man das
relativistische Additionstheorem für Geschwindigkeiten entsprechend einschränkt?
Das ist eine spannende Frage an Experten aber ich vermute, dass hier ein grundlegenderes Problem der Relativitätstheorie aufgedeckt wurde. Vemrutlich gibt es einen absoluten Bezugspunkt (z.B. den ruhenden Raum), wie man auch am
Zwillingsparadoxon sehen kann: die Zeit auf der vergleichsweise absolut ruhenden Erde vergeht normal, während die Zeit auf der schnell fliegenden Rakete langsamer vergeht. Man kann nicht einfach die schnell fleigende Rakete als angeblich ruhendes Bezugssystem definieren, weil es nicht ruht.
"... Die Zeitdilatation selbst ist gemäß dem Relativitätsprinzip symmetrisch. Das heißt, jeder muss die Uhr des anderen als bewegt und somit deren Gangrate als verlangsamt betrachten können. Daraus ergibt sich die Frage, warum die am selben Ort verharrende Uhr nicht aus Sicht der zurückkehrenden Uhr beim Zusammentreffen nachgeht. ..."
Zwillingsparadoxon
Nun, das ist einfach: es gibt ein absolutes Bezugssystem und eine absolute Geschwindigkeit - übrigens passend zur im Normalraum bei Schwerelosigkeit und im Vakuum maximalen Lichtgeschwindigkeit: man kann auf einem mit z.B. 0,5c fliegenden Objekt (z.B. mit einem Lichtimpuls) nur maximal Lichtgeschwindigkeit erreichen. Indem man einen Lichtimpuls gleichzeitig in alle (z.B. 6) Richtungen aussendet und in jeweils gleichen Abständen vom Lichtimpulsgeber einen Lichtsensor mit Zeitmesser installiert, kann man feststellen in welche Richtung sich das Objekt (z.B. die Erde) absolut bewegt. Das ist Fakt aber es paßt nicht zur Relativitätstheorie, die damit in ihren Grundfesten erschüttert und widerlegt ist.
Hier ein Vorschlag für real durchführbares Experiment dazu:
1. Die Erde bewegt sich mit u.a. ca. 30 km/s um die Sonne, die sonne bewegt sich mit ca. 220 km/s um das Zentrum der Milchstraße.
2. Nun ist die aktuelle Hauptbewegungsrichtung der Erde zu bestimmen. Dann ist in der Längsachse prinzipiell folgendes Experiment durchzuführen:
A---X---B -> Bewegungsrichtung der Erde mit ca. 30 km/s von A nach B.
A und B sind Laserdetektoren mit jeweils einer möglichst genauen Zeitmesseinheit, die synchronisiert wurden. Die direkte Arbeitsfrequenz gängiger Atomuhren ist dazu (je nach Länge der Meßstrecke) eventuell zu niedrig aber man kann mit einer Atomuhr einen höherfrequenteren/schnelleren Zähler synchronisieren.
Die Strecke zwischen AX und XB beträgt jeweils möglichst exakt 300 Meter oder was halt sonst machbar ist. Denkbar ist auch eine Messung im Weltall mit viel größeren Abständen. Von X aus werden gleichzeitig (z.B. mittels eines Laserimpulsgenerators und einem Strahlteiler) zwei Laserimpulse nach A und nach B gesendet. Bei A und B wird der Zeitpunkt vom Auftreffen des Laserimpulses protokolliert. Dies kann mehrfach wiederholt werden. Details sollen sich gute Experten überlegen - das Experiment ist zweifelsohne machbar.
Ich erwarte, dass der Laserimpuls bei A signifikant früher als bei B eintreffen und somit die sogenannte Relativität der Gleichzeitigkeit widerlegt wird.
Eine ungefähre Beispielrechnung zu obigem Experiment: Laserimpuls X->A fliegt mit Lichtgeschwindigkeit nach A und braucht dafür ca. 1 Mikrosekunde. In dieser Mikrosekunde bewegt sich B vom ursprünglichen X-Ort zum Zeitpunkt der Aussendung des Laserimpulses mit 30 km/s um ca. 30 Millimeter vom Laserimpuls weg, was bedeutet, dass der Laserimpuls X->B ca. 100 Pikosekunden später bei B eintrifft, d.h. B protokolliert das Eintreffen des Laserimpulses 100 ca. 100 Pikosekunden später als A.
100 Pikosekunden sind ggf. kritisch wenig aber man kann die Meßstrecke vergrößern: entweder mithilfe von Satelliten oder einfach einer kilometerlangen Meßstrecke durch die Luft (was natürlich bei der Auswerung zu berücksichtigen ist) oder sonstwie, z.B. indem man extra eine lange Röhre dafür baut. Wichtig ist die Ausrichtung in Linie mit der maßgeblichen Erdbewegung aber weil die Erde sich um sich und um die Sonne dreht, wird es ja wohl auch mal irgendwo eine ausreichend parallele Linie an der Erdoberfläche geben.
Wie auch immer: das sollte heutzutage machbar sein und das ist es wert, denn es geht dabei nicht nur um die Widerlegung der "Relativität der Gleichzeitigkeit", sondern um einen eventuellen Nachweis eines Äthers.
Sehr wichtig ist auch die korrekte Durchführung mit korrekt synchronisierten Uhren:
Die Synchronisation der Uhren für das von mir gewünschte Experiment ist kein Problem, weil die maßgebliche Zeitdilatation beim Experiment (z.B. durch ca. 30 km/s der Erdbewegung) auf beide Uhren gleich starkt wirkt. Man kann beide Uhren in der Mitte zwischen A und B, also beim Laserimpulsgeber automatisch per elektronischer Schnittstelle synchronisieren und dann gleichförmig nach A und B (den Laserdetektoren) bewegen. Durch die Bewegung (z.B. 1 m/s) mag es eine Abweichung geben aber die ist a) (vermutlich) vernachlässigbar und kann b) bei der mathematischen Auswertung berücksichtigt werden. Eine klassische Synchronisation bereits bei A und B installierter Uhren über Laserimpulse (z.B. auch mit Glasfaser) oder eine elektronische Schittstelle wäre ggf. problematisch, weil die Uhren dann u.U. genau so falsch synchronisiert werden, dass sie ein scheinbar gleichzeitiges Eintreffen der Laserimpulse anzeigen.
Es ist wichtig, dass
- die Laufzeit der Laserimpulse direkt mit synchronen Uhren gestoppt werden,
- diese Uhren vorher direkt nebeneinander nahe dem Laserimpulsgeber synchronisiert werden,
- diese Uhren dann gleichförmig zum Ziel bewegt werden,
- einer der entgegengesetzten Laserstrahlen muss in Hauptbewegungsrichtung der Erde und der andere Laserstrahl muss entgegen der Hauptbewegungsrichtung der Erde gleichzeitig ausgesandt werden.
Noch eine Idee zu den Uhren: Man nehme einfach 3 anfangs vor dem Experiment in der Mitte synchronisierte Uhren, wobei eine Uhr immer in der Mitte bleibt. Nach dem Experiment werden die beiden Uhren von A und B wieder sorgfältig (gleichartig, nicht zu schnell) zurück in die Mitte gebracht und dann alle 3 Uhren verglichen.
Ich behaupte, dass trotz gleicher Länge der Meßstrecken die Laserimpulse nicht gleichzeitig ankommen, weil das eine Ziel sich auf den Laserimpuls zubewegt und das andere Ziel sich vom Laserimpuls wegbewegt und dieser Laserimpuls somit eine längere Wegstrecke hat.
Das ist einfache Logik mit hoher Plausibilität - wenn dem so ist, dann revolutioniert es die derzeitige Physikvorstellung.
Nach
Michelson-Morley-Experiment mit Impulslaser wurde mein dortiger Thread dann geschlossen. Bleibt noch die Frage, wann die Relativitätstheorie auch offiziell fällt (als überwiegend falsch/mangelhaft und erledigt gilt) - ich hoffe auf 2024 aber das erscheint unrealistisch früh aber vor 2029 sollte es locker klappen. (alles imho)