Rückkehr zur Äthervorstellung in der Elektrodynamik

Rückkehr zur Athervorstellung in der Elektrodynamik

Walter Orlov, März 2015

Die verbreitete Lehrmeinung, dass die moderne Physik auch ohne lichtleitendes Medium zu— rechtkommt, fußt hauptsächlich auf dem Verbot von der Benutzung des Wortes „Äther“. Aktueller Begriff heißt „Vakuum“. Alternativ hat Prof. Laughlin die Wortkombination „Re­lativistischer Äther“ vorgeschlagen [1]. Die Angelegenheit ist in Wirklichkeit noch viel bri­santer: Der erste Ätherleugner, Einstein selbst versuchte 1920 den Äther in die Allgemeine Relativitätstheorie einzubinden [2].

Auch wenn der berühmte Versuch von Michelson und Morley total versagt hat, gibt es Hin­weise auf Existenz einer Füllung des Raumes in anderen Experimenten. Als Beispiel würde ich der praktische Nachweis der Zeitdehnung nennen. Die Parolen wie „Einsteins Triumph“ und „Eine bedeutende Konsequenz der Speziellen Relativitätstheorie“ sowie der Begriff „Relativistische Zeitdehnung“ sollen uns nicht täuschen. Dass die Zeitdehnung in letztem Experiment am Speicherring der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt augenblicklich festgestellt wurde, steht in direktem Widerspruch mit der Relativitätstheo­rie, weil in der Relativitätstheorie die Verlangsamung der Zeit scheinbar ist, solange keine Rückkehr stattfindet.

Gemäß dem Relativitätsprinzip sind alle Inertialsysteme gleichwertig und jeder Beobachter kann sich als ruhend betrachten. Bewegen sich zwei Beobachter relativ zueinander, wird aus der Sicht des ersten Beobachters die Uhr des zweiten Beobachters wegen der Zeitdehnung nachgehen, und umgekehrt, aus der Sicht des zweiten Beobachters die Uhr des ersten Be­obachters nachgehen. Das ist offensichtlich unmöglich. Um den Konflikt umzugehen, wurde das sogenannte Zwillingsparadoxon ausgearbeitet: Ein der Beobachter, zum Beispiel, in un­serem Fall der Zweite, soll erst weg fliegen, danach aber unbedingt zu erstem Beobachter zurückkehren und nur dann findet der Uhrenvergleich statt. Wichtig ist der Wendepunkt, wenn der zweite Beobachter das Inertialsystem wechselt: Zuerst flog er von erstem Be­obachter weg - ein Inertialsystem - und nach der Wendung zu erstem Beobachter zurück - ein anderes Inertialsystem. Im Wendepunkt wird seine Uhr auf einmal real nachgehen. Man braucht eigentlich nicht zu versuchen, mit dem gesunden Menschenverstand diesen Zeit— sprung zu verstehen. Das ist eben die zwingende Konsequenz der Speziellen Relativitätsthe­orie: Raum und Zeit werden nicht mehr getrennt behandelt, sondern verschmelzen sich zu einem Raum—Zeit—Kontinuum. Außerdem ist die genaue mathematische Auslegung des Geschehens für unsere Untersuchung irrelevant. Uns ist wichtig der Fakt, dass im Rahmen der Relativitätstheorie ein komplizierter Vorgang mit dem Hin— und Rückflug notwendig ist, damit die Zeitdehnung zur Realität wird.

In der Tat können die Versuche nach relativistischem Schema durchgeführt werden. So wurde zum Beispiel der Zerfall von Myonen untersucht, die in einem Speicherring fast mit der Lichtgeschwindigkeit kreisten [3]. Sie zerfielen deutlich langsamer als im Ruhezustand, dabei aber kehrten regelmäßig über 1000 Mal zur Messapparatur zurück.

Das ist aber nur die halbe Wahrheit. Um die Zeitdehnung nachzuweisen, braucht man in Wirklichkeit keinen Rückflug. Man braucht sogar keinen langen Hinflug - es reichen schon ein paar Meter und ein winziges Bruchteil einer Sekunde.

Am Speicherring ESR der Gesellschaft für Schwerionenforschung in Darmstadt wurde 2014 die Verlangsamung „innerer Uhr“ von den schnell bewegten Li—Ionen hochpräzise gemessen [4]. Dafür haben die Forscher den Doppler—Effekt zunutze gemacht. Die mit etwa ein Drittel der Lichtgeschwindigkeit rasenden Li—Ionen wurden mit zwei Laserstrahlen aus entgegen­gesetzten Richtungen angeregt. Der Laserstrahl, der den Li—Ionen zulief, hatte kleinere Frequenz (rote Farbe, Abb. 1) als der Laserstrahl, der den Li—Ionen nachlief (blaue Farbe, Abb. 1). Die Experimentatoren konnten die Frequenzen der Laserstrahlen so weit abstim— men, dass sie wegen des Doppler—Effekts für die Li—Ionen exakt gleich erschienen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1. Zeitdehnung—Experiment mit Li—Ionen am Speicherring ESR.

Das eigentliche Ziel war jedoch es, herauszufinden, ob sich die Resonanzfrequenz von den Li— Ionen mit der Geschwindigkeit ändert. Bevor wir das Ergebnis diskutieren, versuchen wir erst selbst den Zusammenhang zwischen Laserfrequenzen und Resonanzfrequenz der Li—Io­nen zu finden. Dafür zahlen wir einfach die Wellenberge, die an einem Li—Ion in einer Se­kunde vorbei laufen werden. In Ruhe entspricht die Zahl der Wellenberge direkt der Fre­quenz des Laserstrahles: N = [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] ls. Der erste Wellenberg legt dabei die Strecke L = c [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] ls zu­rück. Führen wir als Hilfsgröße die lineare Dichte der Wellenberge p = ^/i = ^ /'c ein. Wird sich das Li—Ion mit der Geschwindigkeit v auf Laser zu bewegen, verschiebt es sich gegen­über seiner Ruheposition um AL = v[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]ls und passiert deshalb zusätzlich noch einige Wellen­berge: AN = p [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] AL = p[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] v • ls = [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] ls [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] v/c (Abb. 2).

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Und für parallelen Strahl ergibt sich:

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Folglich beträgt die endgültige Zahl der Wellenberge [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 1 s. Geteilt durch ls ergibt sich die Frequenz, die das Li—Ion wahrnimmt, wenn es auf Laser zuläuft:[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] In umgekehrtem Fall, also, wenn sich Li—Ion vom Laser wegbewegt, ändert sich offensicht­lich das Zeichen + auf[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Im Experiment war es wichtig, die Frequenzen der zwei Laserstrahlen so anzupassen, dass sie beide genau der Resonanzfrequenz vom [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]glichen. Für den Strahl, der dem Ion ent­gegen kommt bzw. antiparallel gerichtet ist, haben wir:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten.

Um heraus zu finden, wie sich die Frequenzen im Allgemein verhalten, können wir das geo­metrische Mittel berechnen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten.

Das ist ein interessantes Ergebnis. Für ein ruhendes Li—Ion ist das geometrische Mittel gleich der Resonanzfrequenz:

Wie kann das erklärt werden? Offensichtlich ist hier die Zeitdehnung im Spiel, die die Reso­nanzfrequenz der Li—Ionen folgend beeinflusst:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten.

Auf diese Weise wird das geometrische Mittel von der Geschwindigkeit der Li—Ionen unab­hängig:

Das Messverfahren hat zwar einen indirekten Charakter, trotzdem sind sich die Wissen­schaftler in der Richtigkeit ihrer Voraussetzungen sicher, immerhin stamm die Grundidee der Verwendung des Doppler—Effekts für den Nachweis der Verlangsamung der Zeit von Einstein selbst. Nun beweist das Experiment in Wirklichkeit keine relativistische Zeitdeh­nung, die erst nach der Rückkehr des Beobachtungsobjekts real wird, sondern enthüllt die Tatsache, dass die Zeitdehnung sofort, nur beim Flug in eine Richtung eintritt.

Wenn ein Li—Ion auf einem kurzen Abschnitt der Beschleunigerstrecke zwischen zwei Laser­strahlen geriet, findet der Uhrenvergleich statt. Die elektromagnetischen Wellen der Laser­strahlen schwingen nach Uhr des ruhenden Experimentators. Durch Anregung und Aussen— den eigenes Fluoreszenzlicht, das registriert wird, zeigt Li—Ion, wie seine innere Uhr tickt, und sogleich steht fest, dass seine Uhr nachgeht.

Das wirft selbstverständlich die Frage auf: Wodurch könnte sofortige Wirkung der Zeitdeh­nung bedingt werden? So gehen wir an der Annahme der Existenz eines Lichtmediums, Äthers, der den Raum füllt, nicht vorbei. Zum Beispiel würde eine im Äther bewegte Licht— uhr schon gleich nachgehen, weil die Lichtwege nicht nur in unserer Vorstellung, sondern real länger werden.

Mit einigen seltenen Ausnahmen sind die meisten Experimente und Beobachtungen erdge— bunden. So oder so dient unsere Heimat als bevorzugtes Bezugssystem. Was es sich weit au­ßerhalb befindet, kann nicht angetastet werden und deshalb ist eher der Fall für unsere Vor­stellungskraft oder schlicht Spekulationen und Fantasien. Anderseits deuten manche Phä­nomene auf Existenz eines Mediums, das uns umgibt. Wie Fische im Wasser sollen wir uns im „leeren Raum“ bewegen, der eben nicht leer ist. Dabei fällt mir allerdings schwer, mir vorzu— stellen, dass dieses Medium absolut und unbeweglich sei. Allein die Geschwindigkeiten, mit denen die Erde durch den Kosmos rast - mit 30km/s um die Sonne und mit 240km/s zusam­men mit der Sonne um das galaktische Zentrum, machen mich stutzig: Auf der Erdoberfläche kriegen wir das gar nicht mit. Ursprünglich hatte man ja überhaupt keine Ahnung, dass sich nicht die Sonne um die Erde, sondern die Erde um die Sonne dreht. In der Antike war die Erde das absolute Zentrum.

So kam ich allmählich zum Gedanke, dass die Gravitation eine Schlüsselrolle spielen kann.

Sie zeigt quasi auf ein bevorzugtes Bezugssystem. Nicht nur die Kleinkörper sind am Mas— senzentrum gebunden, sondern auch elektromagnetische Erscheinungen haben die großen Massen als Referenzsysteme und breiten sich in deren Schwerefeld in alle Richtungen mit der Lichtgeschwindigkeit aus.

Eigentlich ist die Idee nicht unbedingt neu. Etwa Stockes war im 19. Jahrhundert der An­sicht, dass der Äther von der Materie mitgeführt wird [5]. Allerdings dachte man damals, dass die Mitführung ähnlich wie durch die Reibung entsteht: Ein Stück Ätherstoff, das in ei­nem Körper eingeschlossen ist, wird vom Körper mitgeschleppt. Außerdem wird an der Kör— peroberfläche der Äther teils auch mitgenommen. Allerdings konnte man solche Art direkter Wechselwirkung zwischen Materie und Äther experimentell nicht nachweisen.

Ferner wissen wir heute, dass das Satellitennavigationssystem ganz gut funktioniert - die Funkwellen breiten sich in alle Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit aus, obwohl sich die Satelliten in der Entfernung von ca. 20200 km von der Erdoberfläche befinden (während der Erdradius „nur“ 6378 km beträgt).

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