Kann die Spezielle Relativitätstheorie falsch sein?

[StarWolf]

Hi Leute

Martin Bäker hat auf Sciencblogs ein ziemliches Faß aufgemacht und
inzwischen sind bereits über 300 Kommentare anhängig.

Ziemlich Kurioses dabei.

Link: http://www.scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2010/12/spezielle-relativitatstheorie.php

Grüße - Starwolf

[973]

"Kann die Spezielle Relativitätstheorie falsch sein?"

Ganz undenkbar. Sie beruht ja auf praktisch nichts: nur auf der Beobachtung konstanter Grenzgeschwindigkeit = c , und der zusaetzlichen Beobachtung daß die Verlangsamung von Zusaetzen gegen c hin stetig statt abrupt abnimmt, es bei kleinem v noch normal addiert und iÜ die einfachste Funktion ist. daraus kann man bereits das Additionsgesetz der Geschwindigkeiten direkt hinschreiben (naemlich: v = v0 + dv * Faktor mit Faktor = 1 - (v/c)² ), und daraus alle anderen ableiten.

Verstaendnisprobleme ergeben sich dadurch, daß die SRT ihrem Wesen nach was kinematisches ist, sie jedoch fuer den praktischen Gebrauch bei vielen Anwendungsfällen in ihre Konsequenzen fuer t und x umzurechnen ist; formal ist das einfach, bei der Anwendung gibt es Missverstaendnisse.

Am einfachsten (und von Eichungen, Gleichzeitigkeiten usw unabhaengig) sind deshalb zum Nachweis auch direkt meßbare geschwindigkeitsabhängige Effekte: Konstanz der LG, Aberration, Lebensdauer von scnellen teilchen der Hoehenstrahlung (Zeitdilatation), reingesteckte Beschleunigungs-Energie einerseits (progressive Trägheit) und spezifische Ladung e/(m+Ekin/c²) als Funktion der Geschwindigkeit andererseits, usw

Statt endloser Diskusionen, sollte man ueber ALDI o.ä 5 Euro SRT -Hobby-Nachweis/Verdeutlichungs-Experimente verteilen

[Uli]

[973]

Was wir als 'Bewegung' des Lichtes beobachten, ist nur eine Eigenschaft der zufaelligen Dimensionen unserer Welt als Beobachter, sozusagen das Nichts aufgeteilt in diese. Betrachten wir es makroskopisch, dann ist das einfach 0 = dt² - 1/c² dl² , weil so unsere Metrik und Dimensionen t, l sind. Betrachten wir es mikroskopisch, treten auch Effekte der Diskretisierung (statt Kontinuität) der Lokalisierbarkeit unserer Dimensionen auf, etwa einzelner Ereignisse. Die SRT beschäftigt sich jedoch nicht mit diesen mikroskopischen Effekten.
Daneben sind auch noch 'physikalische' Effekte denkbar, proportional dazu wie eingeht daß für den Beobachter ein Photon ein physikalisches, individuell konkretes Objekt unterschiedlich von allen anderen Photonen ist, wobei es aber in der RT weniger um diese Eigenschaften des Lichtes sondern um die Grenzgeschwindigkeit geht. Die Metrik und die Grenzgeschwindigkeit spiegelt die Struktur des Raumes, nicht des Lichtes, wieder, genauer gesagt gewisse Beziehungen und Einschraenkungen fuer die Lokalisierung von Energie und Materie im Raum.

Jede Theorie erhält irgendwann Korrekturen, die aber klein sind, und man kann deshalb nicht einfach sagen daß alle Theorien grundsätzlich falsch sind.

Die SRT beansprucht nicht die gesamte Physik zu beinhalten. Soweit sie die Kinematik betrifft, erhält man ihre relevantesten Formeln durch Umformen des Bogens von den Observablen t, l auf solche wie E, p , und bei komplizierteren Sachverhalten durch ihre Anwendung auf die im Grenzfall korrespondierenden klassischen Formeln.

Allerdings geht es bei der Infragestellung der RT nicht um solche Details. Sie wird vielmehr insgesamt in Frage gestellt, oft sogar die einfachsten beobachtungsbefunde wie die Konstanz der LG. Außerdem verstehen die Betreffenden oft kompliziertere Details sowieso nicht - und das sind dann meistens solche die statt direkt mit Transformationen von Geschwindigkeiten mit der Umrechnung in Transformationen von Zeit/Ort , mit Gleichzeitigkeit, Uhreneichung, Vergleichung von Ort/Zeit usw zu tun haben, worin dann Widersprüche der SRT gesehen werden. Aus diesem grund ist mE die dem Problem dienlichste Behandlung, die einfachste Erklärung des Wesentlichen, und ggf. einfach machbare Experimente.

[Uli]

[973]

'Das mag ja so sein, wie du sagst, kann aber doch nun wirklich kein Grund sein, die Falsifizierbarkeit der SRT in Frage zu stellen. Und das tust du ja, wenn du sagst "Kann die Spezielle Relativitätstheorie falsch sein? Ganz undenkbar".'

Diese meine Aussage ist in Anlehnung an die vorhandene Beobachtung der Invarianz der Licht'geschwindigkeit'. Diese Beobachtung ist natürlich vorausgesetzt; durch sie kommt ja überhaupt erst die Realität ins Modell. Und freilich auch immer iR deren Genauigkeit und deren Sinn (also weniger als 'physikalische' LG, als als Grenzgeschwindigkeit). Aber die wurde beobachtet, und das ist für die SRT ausreichend.

[Uli]

Ach Gott ja - man muss halt immer damit rechnen, eines Tages von den Beobachtungen überrascht werden zu können - Messungen werden genauer, neue Energiebereiche zugänglich etc.. Was bislang als sichere Beobachtung galt, kann eines Tages fallen. Und da macht die SRT samt ihrer Basisprinzipien keine Ausnahme.

Es gibt ja übrigen sogar einige - wohl noch nicht wirklich bestätigte - Hinweise auf Verletzungen von Lorentz-Invarianz in Schwerionen-Experimenten und auf eine Energieabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit. Links müsste ich aber erst suchen.

Die SRT befindet sich wie die ART permanent auf dem Prüfstand und Verletzungen werden keinesfalls ausgeschlossen.

[Barney]

[973]

Bei Wellenlängen von ca. 1 Planck-Länge mag die Geschwindigkeit der Photonen vom exakten Wert abhängen ... aber das ist ein Problem der Diskretisierung derLokalisierbarkeit des Raumes an sich, inwieweit diese möglich und sinnvoll ist, nicht ein Problem variabler Grenzgeschwindigkeit (so ein Effekt ist also sowieso naheliegend, auch kein eindeutiger Beweis der SQG sobald beobachtet). Die RT befaßt sich ausdrücklich mit makroskopischen und nicht mit Quanteneffekten und läßt deren Möglichkeit offen, sodas ihr Vorkommen der RT auc nicht schadet. Auch mag ja, wie schon gesagt, bei 'physikalischem' Gehalt einzelner Photonen ihre Geschwindigkeit je nach Medium von der Grenzgeschwindigkeit abweichen - in der SRT ist aber idR die Grenzgeschwindigkeit gemeint, und die ist konstant so genau wie oben gesagt überhaupt sinnvoll.

Natürlich ist die SRT prinzipiell falsifizierbar. Die sehr wenigen eingehenden physikalischen Sachverhalte - vorhandene Grenzgeschwindigkeit, die praktisch gleich der LG ist; Abnahme/Zunahme einer der Observablen in bestimmter Weise, zBsp additiver Geschwindigkeit verringert mit 1-(v/c)² - sind aber eben genauso positiv beobachtet worden, wie es der SRT entspricht. Übrigens ist das Konzept der Falsifizierbarkeit (wie die gesamte Erkenntnistheorie) nicht unumstritten.

Daß die SRT, wie jede physikalische Theorie, fortwährend genauer überprüft wird , dagegen sage ich absolut nichts (ganz im gegenteil, ich war selbst eher dem Lager der Beobachter zuzurechnen). Abgesehen davon das man die physikalische LG nicht mit der Grenz"geschwindigkeit" verwechseln sollte, und abgesehen von zunehmender Genauigkeit und davon daß jede Theorie ihren Anwendungsbereich hat und auch irgendwann kleine Korrekturen erfährt, bleibt aber nichts uebrig was wesentlich falsch sein Könnte, also ist die SRT im normalen Sinne richtig, nicht falsch.

Und was der Anlaß dieses Threads war, geht es da auch nicht um solche kleinsten Effekte, sondern darum daß Leute die SRT als insgesamt falsch bezeichnen. Dagegen, jetzt zum 3. Mal gesagt, helfen am besten einfachste Experimente zu den von mir oben schon erwähnten Punkten

[Uli]

Wir haben vielleicht ein wenig aneinander vorbeigeredet. Dir ging es wohl eher um die Frage, ob es eine Chance gibt, dass die RT nach aktuellem Stand der Dinge einfach falsch ist und nur durch eine Weltverschwörung o.ä. am Leben gehalten wird. Da würde ich dir natürlich zustimmen - dieser Gedanke ist absurd.

[973]

Gut. Und die Konsequenz daraus ist: a) die RT dem Publikum möglichst einfach zu erklären, und dabei ueberfluessiges Drumherum was eigentlich nicht zur RT gehört maximal reduzieren/vermeiden. Daher benutze ich immer die Erläuterung oben im 2. post, die ist so minimalistisch und anspruchslos wie nur möglich. Und auch irgendwas anschaulich machen. Letzteres neben formalem Verständnis ist für die Forschung eher hinderlich; fürs Allgemeinverständnis aber fast unumgänglich, denn viel Reden oder Formeln nützt bei vielen Leuten wenig. Gut und interessant sind Animationen die in den letzten Jahrzehnten rechnerisch erhalten wurden - etwa wie Umgebung und Objekte bei zunehmender geschwindigkeit aussehen. Auch hierbei wird dann am direktesten und klarsten deutlich, daß die SRT unmittelbar beobachtbare Geschwindigkeits-Effekte behandelt (bei denen man nicht erst explizit von Geschwindigkeiten in Koordinaten umrechnen müßte), etwa wenn bei zunehmender Relativgeschwindigkeit Objekte langsam kürzer werden, ihr Ablauf langsam langsamer, sich ihre Richtung ändert, langsam Blau-/Rotverschiebung auftritt usw. b) einfache Versuche besser zugaenglich machen; billige Experimente entwerfen und zBsp in Schulen in der 9. oder 10. Klasse un den Naturlehre -Unterricht aufnehmen, auch in Volkssternwarten usw. Dadurch ließen sich viele der Fälle, wie sie, einmal entstanden, hier und in anderen Foren später mühselig repariert werden müssen, oder gar noch hohe Folgeschäden verursachen (Bsp Rösler), von vornherein vermeiden.

[M_Hammer_Kruse]

Leider ist aber eine Theorie wie die SRT eigentlich für das breite Publikum ohne Vorbildung zu schwierig. Darum wird jede Veranschaulichung immer nur so sehr an der Oberfläche kratzen daß sie in erster Linie das Risiko birgt, eine fehlerhafte Schein-(nicht mal Halb-)Bildung zu erzeugen.

Und dieses Problem ist sachimmanent. Egal wie gut eine Darstellung für den Laien auch sein mag, es wird immer Rezipienten geben,
- die nicht begreifen, was ein Bezugssystem ist
- die nicht verstehen, was eine Koordinatentransformation ist
- denen nicht nahezubringen ist, daß physikalische Parameter "relativ" sind.

Die Methoden der Darstellung haben sich gewandelt. Früher Züge, heute Raumschiffe. Früher Zeichnungen, heute Animationen. Früher Bücher, heute Wissenschaftsformate im Fernsehen. Aber die Inhalte sind geblieben und die Spannweite der Darstellungsansätze auch. Von Formeln, die jemand mit Abitur eigentlich verstehen sollte, bis hinab zu netten Geschichten über reisende Zwillinge.

Alle diese Darstellungen finden irgendwelche Opfer, die sie nicht verstehen (können oder wollen). Daß darunter sogar Professoren sind spricht nicht gerade für die. Aber es ist leider so: Etliche sind von der SRT intellektuell überfordert. Und nicht wenige davon werden aus lauter Selbstschutz zum Crank.

Gruß, mike

[973]

Ja genau, das ist richtig, das ist so, leider ... Ich habe mir auch schon oft ueberlegt, was eine zweckmäßigste, einfache, wenig Vorbildung und wenig Mathe erfordernde, möglichst vielen einleuchtende Erläuterung ist die gleichzeitig nicht wesentlich falsch ist. Meist bestehen dann aber doch vom Vorredner aufgezeigten Mängel. Auch wenn hier keine ideale Lösung besteht, glaube ich, es ist aber günstig: Beispiele zu nehmen, bei denen möglichst wenig nicht der SRT zugehörige Nebenbedingungen eingehen (denn mit Hinzunehmen artfremder Neben-Umstände kann man alles beliebig kompliziert und unverständlich machen, und dann die Schuld der RT zuschieben und behaupten, sie sei falsch). Ferner, anders als bei der reinen Rechnung, versuchen auch irgendetwas Anschauliches zu bringen.

Sehr wichtig ist es mE auch, falsche Anschauungen möglichst von vornherein zu vermeiden. Dazu gehört Hineinnehmen in den Naturlehre-Unterricht an den Schulen. Vermutlich ist heutzutage, anders als noch vor 30-40 Jahren, auch wegen dem Internet, ein großes Problem, daß Schüler, Studenten usw nicht zuerst mit der normalen Physik, sondern mit Unsinn in Berührung kommen, der verbreitet wird, weil er sich besser verkauft, wie Multiversen usw. Das verhindert dann nicht nur ein Vorgehen der Reihe nach - also zuerst die grundlagen lernen - , sondern entwickelt auch falsche Vorstellungen, und verleitet Schüler die später Studenten und Wissenschaftler werden, zu einer spekulativen Grundeinstellung und Vorgehensweise, oft auch noch ohne irgendwelchen beobachtungsmäßigen Notwendigkeiten. (Dagegen haben die relevantesten Umwälzungen in der Physik - insbesondere die RT und die QT - immer bereits erhebliche, langjährige Erfahrungen zum Anlaß gehabt, denen nach die bisherige Physik unzureichend war.)



Nachtrag: "Leider ist aber eine Theorie wie die SRT eigentlich für das breite Publikum ohne Vorbildung zu schwierig. Darum wird jede Veranschaulichung immer nur so sehr an der Oberfläche kratzen daß sie in erster Linie das Risiko birgt, eine fehlerhafte Schein-(nicht mal Halb-)Bildung zu erzeugen." Genau deshalb ist es mE am gebotensten, und auch am anschaulichsten, einfache Demonstrationen zu machen, die genau die LG als Grenzgeschwindigkeit, fehlende Addition von Geschwindigkeiten zu dieser, zu ihr hin Effekte wie progressive Trägheit/rel.'Masse', Zeitdilatation usw die Erreichen der LG verhindern, also die wesentlichen Effekte der SRT direkt demonstrieren und ersichtlich machen. Was die Leute direkt sehen, werden sie dann nicht mehr bestreiten. Und, an solchen Beispielen ist dann (anders als bei nutzlosen Erklärungen) auch nichts wesentlich falsch, noch können dadurch falsche Eindrücke entstehen. Man müßte also mal eine Liste der einfachsten, billigst machbaren, anschaulichsten Experimente zusammenstellen, und Druck auf die Kultusminister ausüben daß das in den Schulen gelehrt wird. Dasselbe gilt auch für die QT. Immerhin sind beide ja inzwischen ca. 100 Jahre lang bekannt und bewährt, und sollten daher zum Allgemeinwissen gehören.

2. Nachtrag: Ich möchte einmal solche Leute ausklammern, die nicht aus Verständnismangel, sondern schlechtglaubig aus irgendwelchen sonstigen Gründen die RT bestreiten. Die werden umgekehrt immer komplizierte Beispiele mit externen Zusatz-Umständen konstruieren, und dann augenscheinliche Probleme auf die RT schieben. Hier ist die Strategie ganz einfach: an einfachen Beispielen dem Publikum demonstrieren, daß die SRT jedenfalls richtig ist, und dann klar sagen, das deshalb die Probleme komplizierterer Fälle irgendwo an den sonstigen Nebenumständen liegen, und es jedenfalls auch nicht Problem der SRT ist genauer nachzudenken wo exakt. Fast mit Sicherheit sind nahezu alle Menschen damit zufrieden, wenn sie sich an einfachen, anschaulichen Experimenten von der Existenz SRer Effekte überzeugt haben.

3. Nachtrag: Zur beobachtungsmäßig befundenen Konstanz der LG, siehe etwa zusammengefaßt im Artikel von Arago:

http://www.bibnum.education.fr/files/ARAGO_MEMOIRE_SUR_LA_VITESSE_DE_LA_LUMIERE.pdf

Hauptsächlich hat man folgende Beobachtungsbefunde: statische Abirrung: a) Die Lichtzeit 1/c, normalerweise ca. 499 sek/AE, wäre bei normaler Addition anders je nach Geschwindigkeit des Strahlers in Beobachtungsrichtung, im Sonnensystem entsprechend Zeitdifferenzen von 0,1 s , diese werden nicht zBsp bei Verfinsterungen von Monden gemessen (in großer Zahl beobachtet). dynamische Abirrung: a) 20" bei Objekten etwa seitlich der Erdbewegung, Variation im Falle additiver Erdbewegung wäre ca. 0,001" , an der Grenze heutiger genauigkeit. b) Die Brechung vom Licht im Prisma sollte von der relativen LG abhängig sein, also bei benachbarten Sternen mit ihrer Pekuliärbewegung, bei einunddemselben Stern über Tag bzw Jahr mit der Rotations- bzw Umlauf-Geschwindigkeit der Erde variieren; mit Prismen von mehreren Grad Brechung sollte das gut meßbar sein, durch einen Spiegel gebrochene und ungebrochene Stern-Bilder auch unmittelbar nebeneinander abbildbar also individuelle LG /Pekuliaerbewegung unmittelbar deutlich sichtbar, wurde aber nicht beobachtet.

Das letzte Experiment ist auch ein beispiel als gut für Demonstrationszwecke geeignet