Walter Orlov
"Keine noch so große Zahl von Experimenten kann beweisen, dass ich recht habe;
ein einziges Experiment kann beweisen, das ich unrecht habe."
A. Einstein

Auf die Idee einer Art Äquivalenz zwischen Masse und Energie kamen Physiker schon vor Einstein (Poincare und Hasenöhrl, ursprünglicher Begriff hieß "Elektromagnetische Masse"), trotzdem wird deren Entdeckung allein Einstein zugeschrieben. Als eine der Begründungen für diese verkehrte Lage dient wohl die Behauptung, die Formel sei eine gesetzmäßige Folgerung spezieller Relativitätstheorie. Allerdings geht es mir nicht so um historische Gerechtigkeit, sondern mehr um eine experimentelle Widerlegung der Relativitätstheorie.

Wie kann die Formel E = mc2 die Relativitätstheorie widerlegen? Die Formel selbst ist doch glänzend durch den Massendefekt bei der Kernspaltung bestätigt worden!

Doch Einsteins Herleitung von E = mc2 verletzt von ihm selbst aufgestelltes Relativitätsprinzip. 

Die "nobelpreiswürdige" Arbeit von Einstein hieß "Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?". Seine Überlegungen waren folgend:

"Die Gesetze, nach denen sich die Zustände der physikalischen Systeme ändern, sind unabhängig davon, auf welches von zwei relativ zueinander in gleichförmiger Parallel-Translationsbewegung befindlichen Koordinatensystemen diese Zustandsänderungen bezogen werden (Relativitätsprinzip). Gestützt auf diese Grundlagen leitete ich unter anderem das nachfolgende Resultat ab:

Ein System von ebenen Lichtwellen besitze, auf das Koordinatensystem (x, y, z) bezogen, die Energie l; die Strahlrichtung (Wellennormale) bilde den Winkel φ mit der x-Achse des Systems. Führt man ein neues, gegen das System (x, y, z) in gleichförmiger Paralleltranslation begriffenes Koordinatensystem (ξ, η, ζ) ein, dessen Ursprung sich mit der Geschwindigkeit υ längs der x-Achse bewegt, so besitzt die genannte Lichtmenge - im System (ξ, η, ζ) gemessen - die Energie:

wobei V die Lichtgeschwindigkeit bedeutet. Von diesem Resultat machen wir im folgenden Gebrauch."

Weiter betrachtet der Autor einen Körper, der im Koordinatensystem (x, y, z) ruht. In zwei entgegengesetzte Richtungen sendet dieser zwei Blitze von gleicher Energie L/2 aus. Und jetzt aufpassen, an dieser Stelle setzt Einstein voraus:   

"Hierbei bleibt der Körper in Ruhe in bezug auf das System (x, y, z). Für diesen Vorgang muß das Energieprinzip gelten und zwar (nach dem Prinzip der Relativität) in bezug auf beide Koordinatensysteme."

 Im Bezugssystem (x, y, z) ist die Energie des Körpers vor dem Abstrahlen der Blitze E0 ist gleich der Summe der Energie danach E1 und der beiden Blitzen:

Aus der Sicht des Beobachters im bewegten System (ξ, η, ζ) besitzen sowohl der Körper als auch die Blitze eine andere Energie. Mit der Berücksichtigung der obigen Formel für die "Lichtmenge" ergibt sich:

H0 und  H1 sind die Energien des Körpers dementsprechend vor und nach dem Abstrahlen der Blitze im bewegten Bezugssystem (ξ, η, ζ). Wie man sieht, ist hier abgestrahlte Energie um den relativistischen Faktor verstärkt. Daher meint der Autor:

"Die kinetische Energie des Körpers in bezug auf (ξ, η, ζ) nimmt infolge der Lichtaussendung ab..."

Weil nach Einsteins Voraussetzung (Relativitätsprinzip) der Körper seine Geschwindigkeit beibehalten soll, kann nur an der Masse "gedreht" werden, somit lautet seine Schlussfolgerung:

"Gibt ein Körper die Energie L in Form von Strahlung ab, so verkleinert sich seine Masse um L/V2 ."

Wiederum haben wir beim Beweis mit typischem Gedankenexperiment von Einstein zu tun. Ob alles in einem realen Experiment genauso ablaufen wird... – Nein!

Man braucht extra einen speziellen Versuch gar nicht durchzuführen. Es recht schon, sich nach den Plagen der experimentellen Teilchenphysik zu erkundigen. Besonders die Elektronenstrahlen erleiden große Energieverluste durch die Synchrotronstrahlung, sodass sie danach auf ihre ursprüngliche Geschwindigkeit wieder beschleunigt werden müssen… ganz im Gegensatz zu Einsteins Voraussetzung, dass sich die Geschwindigkeit des Körpers nach dem Absenden der Blitze nicht ändert.

Synchrotronstrahlung entsteht unter anderem dann, wenn ein hochenergetischer Elektronenstrahl mithilfe eines starken Magnetfeldes abgelenkt wird. Bekanntlich ändert sich dadurch kinetische Energie des Strahles nicht. Die Beschleunigung senkrecht zur Bewegungsrichtung führt jedoch nach den Gesetzen der Elektrodynamik zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen.

In einem Bezugssystem, das sich mit dem Elektronenstrahl bewegt, würden die Elektronen eine symmetrische Dipolstrahlung erzeugen. In zwei entgegengesetzte Richtungen werden also gleiche Energiemengen abgestrahlt, wie es Einstein sich auch vorstellte. Im Bezugssystem des Experimentators wird jedoch in Bewegungsrichtung der Elektronen mehr Energie abgestrahlt. So dachte Einstein auch.

dipolstrahlung

Bild-Quelle

Vorstellung über Entstehung der Synchrotronstrahlung laut Relativitätsprinzip.
In Einsteins Arbeit entsprechen K'γ => (x, y, z) und K =>  (ξ, η, ζ).

Die Energieverluste durch die Strahlung zwingen die Forscher jedoch die Elektronen zusätzlich zu beschleunigen. Außerdem wird dies sogar zyklisch gemacht, wenn die Synchrotronstrahlung extra für die Forschung produziert wird. So wird im sogenannten Speicherring (Storage ring) speziell eine Beschleunigungsstrecke – Hochfrequenz-Resonator (Radio Frequency Accelerator Cavity) – eingebaut:

Adresse des Originalbildes

Jede Beschleunigung heißt automatisch die Geschwindigkeitszunahme. Logischerweise führt die Abstrahlung dementsprechend umgekehrt zur Abbremsung der Teilchen.

Einstein ging davon aus, dass der Körper nach dem Absenden der Blitze seine Geschwindigkeit beibehält: "Hierbei bleibt der Körper in Ruhe in bezug auf das System (x, y, z)." In Wirklichkeit werden die Elektronen durch die Strahlung im Laborsystem (entspricht "Koordinatensystem (ξ, η, ζ)") gebremst, d.h. "in bezug auf das System (x, y, z)", also relativ zum ursprünglichen Inertialsystem der Elektronen vor der Abstrahlung,werden sie entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung beschleunigt.

Hätte Einstein doch Recht gehabt, bräuchte die Elektronen keine zusätzliche Beschleunigung. Einmal im Synchrotron auf eine hohe Geschwindigkeit gebracht, würden sie diese im Speicherring stets beibehalten, denn die Strahlung ginge auf Kosten der Elektronenmasse. Sie strahlten und strahlten, bis sie ihre Masse ganz verbrauchten und schließlich verschwanden... Weil sie eine Ladung besitzen, würde auch diese mit ihnen zusammen verschwinden, womit noch das Ladungserhaltungsgesetz verletzt wäre.

Der Knackpunkt: Einsteins Relativitätsprinzip versagt!

Die Bezugssysteme von hochenergetischen Elektronen und Beschleuniger sind nicht gleichberechtigt: Auch im Bezugssystem der Elektronen ist elektromagnetische Strahlung asymmetrisch – genauso wie im Bezugssystem des Beschleunigers wird dort in Bewegungsrichtung mehr Energie abgestrahlt als in entgegengesetzter Richtung. Die Gedankensprunge zwischen den Bezugssystemen liefern keine adäquate Schlussfolgerungen, die mit dem Experiment übereinstimmen. Im Fall der Synchrotronstrahlung ist das Bezugssystem des Beschleunigers ausschlaggebend, dort wird Form und Intensität der Strahlung und das Verhalten der Elektronen bestimmt. Die anderen Bezugssysteme sind schlicht Beobachtungssysteme und für reale Vorgänge irrelevant.

 


 

Abstract in English: E = mc2 Disproved Einstein's Relativity (PPTx)

 

 

 

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