Haben wir die Relativität schon richtig verstanden?

Offener Brief an alle interessierten Wissenschaftler

Ich suche jemanden, der bereit ist mit mir darüber zu diskutieren, ob es sinnvoll sein könnte Dogmen der modernen Physik in Frage zu stellen. Das auch auf unkonventionelle Weise. Konventionen bergen immer die Gefahr, dass man auf vorgelegten Gleisen genau bei dem ankommt, was eigentlich verändert werden sollte.

Newtons Gravitationsgesetze können die Periheldrehung des Merkur und den Lense-Thirring-Effekt nicht ausreichend erklären. Ist die Lösung, dass es noch etwas geben muss, was man bisher nicht beobachtet hat?

Nein, man ändert die Formeln zur Allgemeinen Relativitätstheorie. Diese sind in der Lage die beobachteten Phänomene zu erklären. Jetzt beobachtet man, dass sich die Sterne bei der Rotation der Galaxien zu schnell bewegen. Eine Lösung ist, dass es noch etwas geben muss, dass man bisher nicht beobachtet hat. Es könnte aber sein, dass die Allgemeinen Relativitätstheorie auch das erklären kann.

Die Allgemeinen Relativitätstheorie kann den Lense-Thirring-Effekt erklären.
Meine Frage ist, ob es eine Punkt gibt an dem er verschwindet?

Flachen wir die Erde ab zu einer Scheibe. Schieben wir die Massen alle nach außen zu einem Ring. Halbieren wir den Ring und schieben die Massen zu zwei Kugeln, die weiter umeinander rotieren. Wenn der Lense-Thirring-Effekt nicht verschwindet, dann muss es auch einen Effekt für die Erdbewegung um die Sonne geben. Der könnte die Fly by Anomalie erklären. Damit würde auch diese aus der Allgemeinen Relativitätstheorie hervorgehen. Man muss die Formeln nur entsprechend anwenden.
 

Wenn die Erdbewegung um die Sonne einen Effekt hat, wie sieht es aus, wenn sich die lokal das Gravitationsfeld bestimmenden Massen alle in die gleiche Richtung bewegen? In Galaxien könnten sie das Gravitationsfeld zum rotieren bringen. Von außen betrachtet bewegen sie sich zu schnell, aber zum herrschenden Gravitationsfeld genau mit der richtigen Geschwindigkeit. Auch hier müsste man ggf. die Formeln nur entsprechend anwenden.
 

Der Unterschied zwischen „tatsächlich konstant sein” und „konstant gemessen werden” hängt davon ab, wie wir unsere Messinstrumente und die sich mit ihnen ergebenden Messwerte interpretieren. Wenn Umgebungsveränderungen die Funktionsweise von Messinstrumenten beeinflussen, verändern sich damit auch die Messwerte. Ändert sich das Messinstrument in gleicher Weise wie die zu messende Sache, erhält man konstante Messwerte, obwohl sich die zu messende Sache verändert. Verändert aber die Umgebungsveränderung nur die Wirkungsweise meins Messinstruments, erhalte ich unterschiedliche Messwerte, obwohl sich die zu messende Sache nicht verändert hat.

1. Beispiel: Man nimmt eine Eisenstange, mache darauf zwei Kerben und nenne es Urmeter. Dann messe ich Stangen aus verschiedene Materialien bei verschiedenen Temperaturen. Für andere Eisenstangen erhalte ich immer konstante Messwerte. Es wird aber keiner behaupten wollen, dass Eisenstangen tatsächlich bei allen Temperaturen immer die selbe Länge haben.

2. Beispiel: Man misst das Gewicht eines Körpers mit einer Federwaage auf der Erde und dann auf dem Mond. Man erhält unterschiedliche Messwerte, obwohl sich die zu messende Sache gar nicht verändert hat.

Für beides ist entscheidend wie ich das Messinstrument interpretiere und wie ich es eiche.

Wie sieht es mit den Atomuhren aus. Auf dem Berg gehen sie schneller als im Tal. Man kann sagen, weil die Zeit hier ein andere ist, müssen sie folglich einen anderen Zeittakt haben.

Pendeluhren gehen auf dem Berg langsamer als im Tal. Haben Pendeluhren eine andere lokale Zeit als Atomuhren, obwohl sie sich am selben Raumpunkt befinden?

Für mich ist die einfachste Lösung, das es sich um unterschiedliche Messinstrumente handelt. Deshalb können sie sich auch bei gleicher Veränderung der Umgebungsbedingungen unterschiedlich verhalten. Die Zeit an sich ist aber für alle Uhren die selbe, nur der Zeittakt der Uhren ist abhängig von ihrer Technik und den Umgebungsbedingungen anders.
 

Inertialsysteme und der Zeittakt der Uhren.
Die Atmosphäre und die Unregelmäßigkeiten im Gravitationsfeld machen bei der Satellitennavigation und der UTC viele Korrekturwerte erforderlich. Um die zu vermeiden stellen wir uns einen Leichtbauring vor, weit ab von irgendwelchen Massen. Hier ist nur noch der Sagnac-Effekt von Bedeutung. Auf diesem Ring soll ein Zug sein, der einen weit entfernten Stern immer in dem selben Winkel sehen soll. Den nennen wir den ruhenden Zug. Ein anderer Zug soll an ihm vorbei fahren.

Alles was sich anhand von Inertialsystemen ausdenken lässt, bei Messungen mit Atomuhren und Lichtsignalen, lässt sich hiermit nachvollziehen.

Hier haben wir aber zwei Möglichkeiten eine räumliche Gleichzeitigkeit nach Einsteins Gleichzeitigkeitsdefinition kausal auszuschließen und zwei weitere um Bewegung von einem bevorzugten Ruhezustand zu unterscheiden.

Nur im ruhenden Zug entspricht die widerspruchsfreie räumliche Gleichzeitigkeit auch Einsteins Gleichzeitigkeitsdefinition.
 

In bewegten Zügen:
1. Werden die Uhren danach räumlich synchronisiert, wann ein Stern im Zenit steht, entspricht diese nicht Einsteins Gleichzeitigkeitsdefinition, sondern ist vergleichbar der Synchronisation entsprechend der Universal Time Coordinated UTC.

2. Trifft ein Blitz, in beide Richtungen entlang des Rings gesendet, beim bewegten Zug nicht aus beiden Richtungen gleichzeitig ein.

3. Passieren zwei Uhren einander, können beide Uhren nur jeweils eine bestimmt Anzahl von Zeittakten vollführen, bis sie sich wieder begegnen. Da es sich um eindeutige Ereignisse handelt, sind diese Werte auch für alle Beobachter die selben. Dabei haben die Uhren in ruhenden Zug die meisten Zeittakte vollführt und in den bewegten Zügen haben die Uhren den Lorentz-Transformationen entsprechend weniger Zeittakte vollführt. Dies ist ein symmetrisches Verhältnis, denn aus Sicht der bewegten Uhren haben auch die ruhenden Uhren mehr Zeittakte vollführt. (Anmerkung: Kalibriert man im fahrenden Zug die Messinstrumente für die räumliche Gleichzeitigkeit (Einstellung des auf den Uhren angezeigten Zeitwerts) nach Einsteins Gleichzeitigkeitsdefinition, dann misst man in diesem Abschnitt die Uhren des ruhenden Zuges den Lorentz-Transformationen entsprechend als langsamer gehend. Die Möglichkeit einer solchen räumliche Gleichzeitigkeit kann hier aber durch die ersten 2 Punkte ausgeschlossen werden.)

4. Die Zentrifugalkraft
 

Warum sollte das bei der dazu tangentialen Bewegung, die hier einer Inertialen Bewegung entspricht grundsätzlich anders sein?

In der Erklärung des Lense-Thirring-Effekts steht bei Wikipedia ein Satz, der mir gefällt. „Dies kann man sich vereinfacht so vorstellen, dass die rotierende Masse den Raum um sich herum wie eine zähe Flüssigkeit mitzieht. Dadurch wird die Raumzeit verdrillt.” Auch die Erklärung der gravitativen Effekte mit Hilfe einer Gummimatte gefällt mir. Beides entspricht einem Medium zu dem man sich bewegen kann.
 

Wenn wir uns bei der Rotation zum Medium bewegen können, dann logischer Weise auch bei der geradlinigen Bewegung. Das Inertialsystem, das zu dem auf dem Ring ruhenden Zug ruht, würde zum Gravitationsfeld ruhen. Alle sich dazu bewegenden Inertialsysteme würden sich damit auch zum Gravitationsfeld bewegen. Damit wären sie dann nicht mehr tatsächlich gleichberechtigt. In jedem Inertialsystem wird unter Einsteins Gleichzeitigkeitsdefinition (Interpretation und Eichung unseres Messinstruments für die Gleichzeitigkeit) die Lichtgeschwindigkeit immer mit konstantem Wert gemessen, genau so wie bei der Rotation. Aber tatsächlich wäre sie zum Gravitationsfeld konstant, genau so wie bei der Rotation.
 

Hier möchte ich erklären wie sich für mich das Gravitationsfeld von der Raumzeit unterscheidet:
Das Gravitationsfeld ist ein Medium das aus den Gravitationsfeldern aller Masseteilchen gebildet wird. Es existierte schon bevor der Mensch auf der Erde wandelte.
Die Raumzeit ist eine mathematische Zusammenführung der bisher vom Menschen machbaren Messwerte. Diese ist abhängig von den Vorstellungen die wir von unseren Messinstrumenten haben und den Formeln, die wir verwenden. Sie ist also abhängig von den Vorstellungen des Menschen. Wir sind heute nicht mehr bei den Formeln aus den Gravitationsgesetzen Newtons. Und ich denke in der Entwicklung der Wissenschaft werden wir die Raumzeit irgend wann neu definieren müssen, weil sich die Erkenntnisse über das Gravitationsfeld geändert haben. Das Gravitationsfeld ist aber nach wie vor das selbe.
 

Wofür ist diese Unterscheidung wichtig? Stellen wir uns vor wir hätten die Möglichkeit eine Information mit viel höherer als der Lichtgeschwindigkeit zu versenden. Dann könnten wir genauso wie mit Licht eine Zeitschleife bilden. Man sendet eine Information aus und lässt sie von einem anderen Beobachter mit Kommentar zurückschicken. Dann kann kausal das Zurückschicken nur nach dem Aussenden und vor dem wieder Empfangen geschehen sein. Damit enge ich die mögliche Gleichzeitigkeit viel stärker ein, als mit Lichtsignalen.

Mathematisch unvereinbar mit unserem heutigen Verständnis der Raumzeit. Mit meiner Vorstellung vom Gravitationsfeld problemlos. Es würde nur bestätigen, dass die Verhältnisse genauso sind wie bei der Rotation. Inertialsysteme können sich zum Gravitationsfeld bewegen und in den bewegten Inertialsystemen könnte damit eine räumliche Gleichzeitigkeit nach Einsteins Gleichzeitigkeitsdefinition ausgeschlossen werden.

Die Bewegungsgeschwindigkeit zum Gravitationsfeld könnte annäherungsweise durch den Dipol der Mikrowellenhintergrundstrahlung bestimmt werden. Da diese aber nicht den Gang unserer Uhren und die Zentrifugalkraft bestimmt, sondern das Gravitationsfeld, ist es nur eine Annäherung auf etwa ± 0,01c.

Schön wäre es, wenn man direkt die Geschwindigkeit zum Gravitationsfeld messen könnte. In meinem Buch Die Relativität des Beobachters und die Gravitation habe ich eine Methode beschrieben. Vielleicht hat man die dazu erforderliche Uhr schon gefunden, aber nicht weiter verfolgt, weil sie vermeintlich keine konstanten Zeittakte liefert.

Über jede sachliche Antwort würde ich mich freuen.

Die Bücher sind auch im Ausland erhältlich:

deutsch: Die Relativität des Beobachers und die Gravitation

ISBN: 978-3-7557-1725-6

english: The Relativity of the Observer and the Gravitation

ISBN: 978-3-7557-4026-1