Das Jupiter-Experiment

[Joachim]

Hallo Leute,

jetzt möchte ich doch nochmal ganz unabhängig von Haralds Durchführung diskutieren, was solch ein Jupiter-Experiment leisten kann und was nicht.

Falsch ist erstmal die Behauptung, man könne den Transitzeitpunkt unabhängig aus den Messungen ablesen. Das geht nur, wenn man die SRT bereits als richtig voraussetzt. In dem Fall weiß man, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem beide gemessenen Laufzeitdifferenzen gleich sind, auch die Primärsignale gleichzeitig bei den Stationen angekommen sein müssen. Schließlich ist ja die Lichtgeschwindigkeit isotrop. Das ist dann aber auch das Einsteinsche Synchronisationsverfahren. Man kann nichts draus lernen, sondern allenfalls die Korrekte Ausrichtung des Experimentes überprüfen.

Geht man dagegen von einer möglichen anisotropen Lichtgeschwindigkeit aus, also dass c_west ungleich c_ost sein könnte, dann bedeutet die Gleichheit der beiden Laufzeitdifferenzen entweder, dass die Primärsignale gleichzeitig an den Stationen ankamen und die Lichtgeschwindigkeit isotrop ist (c_west=c_ost), oder, dass der ungleichzeitige Start der Signale gerade die unterschiedlichen Laufzeiten ausgeglichen hat. Zwischen diesen beiden Fällen kann man nicht unterscheiden. Man bemerkt einen Nulldurchgang der Differenz der Laufzeitdifferenzen zu einem Zeitpunkt und wenn man sehr genau misst, kann man vielleicht sogar feststellen, dass dieser Durchgang nicht linear ist, sondern einer Sinus-Funktion folgt. Aber für kleine Winkel ist der Sinus nicht von einer Geraden zu unterscheiden.

Man braucht also, um die SRT zu überprüfen, zusätzlich die Information, wann der Nulldurchgang zu erwarten ist. Nur wenn man die hat und wenn man ausreichend genau eine Diskrepanz zwischen gemessenem Zeitpunkt des Nulldurchgangs und berechneten feststellt, kann man daraus Schlüsse ziehen. Aber wie kann man sicherstellen, dass die Abweichung von einigen Sekunden nicht ein systematischer Fehler ist? Es könnte ja an ungenaue Ausrichtung des Experiments, an fehlerhafte Zeitnahme (GPS, UTC oder TAI) oder einem Fehler bei der Bestimmung des Transitzeitpunktes liegen.

Um solche Fehler auszuschließen ist eine exakte Theorie hilfreich, die nicht allzu viele offene Parameter enthält. Zum beispiel hat und ich vorgerechnet, dass der gemessene Nulldurchgang eine Steigung haben muss, die von der Basislänge und Ausrichtung des Aufbaus abhängt. Wenn nicht einmal diese Steigung stimmt (es waren hier wohl etwa 3ns/s), dann liegt ein systematischer Fehler vor.

Ein anderer Punkt ist, dass man sich klar sein muss, was man eigentlich beweisen möchte. Möchte man zeigen, dass externe Synchronisation zu anisotrope Lichtgeschwindigkeit führt, so kann man sich das sparen. Das ist lange bekannt und kann zum Beispiel bei Mansouri und Sexl nachgelesen werden. Einen Widerspruch zur SRT gibt es hier nicht. Den Unterschied zwischen der Lorentzschen Äthetheorie und der SRT braucht man auch nicht zu suchen, denn beide Theorien erklären die Lorentzinvarianz und sind experimentell nicht zu unterscheiden.

Ich bleibe bei der Einschätzung, dass man aus dem Experiment nicht das gewünschte herausholen kann. Es ist sicher eine gute Übung im Rahmen einer Facharbeit an der Schule, wenn man es sich denn leisten kann. Aber wissenschaftlich neue Ergebnisse sind eher nicht zu erwarten. Dazu sind Laufzeiten von Radiosignalen durch die Normierungsinstitute (in Deutschland PTB) schon viel zu genau untersucht worden.

Gruß,
Joachim
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[Aragorn]

Hallo Joachim,

danke für deine anschauliche Erläuterung

[Kondensat]

hi helmut,

[Aragorn]

[Joachim]

Hallo Helmut,

ich habe mal ein Bild dazu gemalt:



Wir haben drei Objekte: Die Jupiteroberfläche J, die Station A und die Station B. Auf der Jupiteroberfläche geschieht etwas, das ein Radiofrequenzsignal erzeugt. Dieses Signal breitet sich wellenartig in alle Richtungen aus. Da aber die Abstände viel größer als die Wellenlänge sind, können wir mit Strahlenoptik argumentieren. Es gehen also Strahlen in Richtung A und in Richtung B und was immer bei A oder B ankommt, wird zur jeweils anderen Station weitergeleitet. Wenn also nun unser Ereignis auf J geschieht, laufen gleichartige Pulse die beiden Pfade Blau und Rot entlang. Das blaue Signal wird zuerst von A detektiert (Ereignis A1) und dann von B detektiert (Ereignis B2). Das rote Signal wird zuerst von B detektiert (B1) und dann von A (A2).

Alles was man mit dem Aufbau messen kann, sind die Zeiten zwischen Ereignis A1 und A2 und zwischen B1 und B2. Die Zeit von Ereignis A1 bis Ereignis A2 ist aber keine Laufzeit. Deshalb ist dieses Experiment auch keine direkte Geschwindigkeitsmessung. Wenn zu einer bestimmten Koordinatenzeit die Zeit von A1 nach A2 gleich der Zeit von B1 bis B2 ist, dann kann das daran liegen, dass das Dreieck symmetrisch ist und die Signalgeschwindigkeit isotrop, oder daran, dass die Asymmetrie des Dreiecks die Geschwindgkeitsunterschiede gerade ausgleicht.

Ob die Ereignisse A1 und B1 gleichzeitig sind, kann man mit dem Aufbau gar nicht unabhängig feststellen. Das hängt davon ab, ob die Schenkel gleich lang sind (was wir nicht direkt messen könnnen) und ob die Lichtgeschwindigkeit isotrop ist (was man auch nicht voraussetzen darf).

[Karl]

Damit das Experiment ein brauchbares Ergebnis liefert müssen m.E. folgende Voraussetzungen erfüllt sein:

1. Der Messaufbau muss präzise sein. D.h., genaue Ost/West-Ausrichtung mit möglichst geringer Abweichung in Höhe und nördlicher Breite. Genau Kenntnis des Abstandes.
   
   Da wird es schon schwierig, da doch ein Mindestabstand von einigen Kilometern benötigt wird. Die präzise Ausrichtung und Erfassung der Positionen ist praktisch nur mit GPS möglich oder mittels aufwendiger astronomischer Beobachtungen.
   
   
2. Genau Kenntnis des Transitzeitpunktes des Jupiters in Bezug auf die Basismitte. Das ist ebenfalls nur mittels astronomischer Beobachtungen feststellbar.
   
   

Eine grobe Analyse der möglichen Fehlerquellen (Positionsabweichungen, geräteabhängige Toleranzen und Abweichungen, etc.) und deren Einfluss auf das Messergebnis zeigt aber sehr rasch, dass mit diesem Experiment kein verlässliches Ergebnis zu erzielen ist.

LG,

Karl
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„Wo ist meine kleine gelbe Chinalackdose?“ Der ganz normale Wahnsinn

[Karl]

[Joachim]

[Karl]

Was ich oben eigentlich noch schreiben wollte:

Bei der großen Zahl möglicher Fehlerquellen ist die eigentliche Kunst bei diesem Experiment ein Nullergebnis zu messen. D.h., dass es extrem schwierig ist, damit die SRT zu bestätigen. Ein ausgesprochen kritikerfreundliches Experiment.

LG,

Karl
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„Wo ist meine kleine gelbe Chinalackdose?“ Der ganz normale Wahnsinn

[Joachim]

[Kondensat]

hier nochmal zur erinnerung die beschreibung aus mahag für die transitbestimmung:

[Joachim]

[Kondensat]

[Joachim]

[Aragorn]

Hallo Joachim, Karl und Kondensat,

erstmal vielen Dank für eure interessanten und lehrreichen Erläuterungen.

So kleine Skizzen finde ich immer sehr hilfreich, sodaß mir erst jetzt richtig klar wurde was mit Joachims-"Dreiecksmessung" gemeint war.

Daran das es die Anisotropie von c in den Signalleitungen auch geben würde, habe ich überhaupt nicht gedacht.

Sehr überzeugend und nachvollziehbar habt ihr dargelegt, warum die 112 ns (selbst bei exakter West-Ostausrichtung und exakt bestimmbarem Transitzeitpunkt) ganz leicht ein Artefarkt und keine Relevanz aufweisen. Insofern ist die Idee des Experiments zwar klasse und interessant. Die Fehlerquellen sind aber so zahlreich und schwierig zu umgehen, daß es selbst für Experten mit besserer Ausrüstung sehr schwierig wäre ein signifikantes Resultat zu erhalten. Schade.

Gruß Helmut