Walter Orlov
Lorentz Transformationen

Die Geschichte spezieller Relativitätstheorie begann mit der Einsteins Arbeit 1905 "Zur Elektrodynamik bewegter Körper". 42 Jahre später wurde die Synchrotronstrahlung entdeckt. Französischer Physiker Lienard hat sie zuerst theoretisch vorausgesagt und exakt berechnet. Die Grundlage bildeten die Gleichungen, die er 1898 und deutscher Physiker Wiechert zwei Jahre später hergeleitet hatten. Die Struktur von Lienard-Wiechert-Feldern und Lorentz-Einstein-Feldern ist aber grundlegend verschieden: Die Lorentz-Felder sind senkrecht zur Bewegungsrichtung abgeplattet (Abbildung unten, links), die Lienard-Wiechert-Felder bündeln sich dagegen in Fahrrichtung (Abbildung unten, rechts).

Selbstverständlich sehen die mathematischen Ausdrücke z.B. für elektrisches Feld auch unterschiedlich aus:

Lorentz und Einstein:

Lienard und Wiechert:

Welche aus diesen Feldern sind nun real? – Die Synchrotronstrahlung prüft dies ganz objektiv.

Um den Mechanismus der Abstrahlung zu veranschaulichen, wird oft das Thomson-Modell der Strahlung angewendet, mit dessen Hilfe z.B. die Larmor-Formel für die Dipol-Strahlung direkt hergeleitet werden kann. Man betrachtet einen Ladungsträger, der während des kurzen Zeitabschnittes beschleunigt wird, wodurch eine Verschiebung der elektrischen Feldlinien nach der Beschleunigung gegen die elektrischen Feldlinien vor der Beschleunigung stattfindet. Daraus ergibt sich die transversale Komponente elektrischen Feldes und sie präsentiert das Strahlungsfeld.

Ähnlich wird auch im Buch "Purcel, Elektrizität und Magnetismus, Berkley Physik Kurs 2" an die Sache herangegangen. Man betrachtet erst ruhende Punktladung, die plötzlich zu bewegen beginnt (Abbildung).

Allerdings ist dies nicht ganz derselbe Fall, was in einem Synchrotron passiert – zwar werden dort schnell bewegte Ladungspakete vom geraden Kurs abgelenkt. Da die Feldstärke sowohl von Lorentz-Einstei-Feldern als auch von Lienard-Wiechert-Feldern von der Richtung der Bewegung stark abhängig ist, findet durch die Ablenkung die Drehung des elektrischen Feldes statt – sie ist die Ursache der Strahlung.

Weil die Abplattung der Lorentz-Einstein-Felder stets senkrecht zur Fahrrichtung stattfindet, führte die Drehung des elektrischen Feldes zur vorwiegend seitlichen Abstrahlung (nächste Abbildung).

Das ist allerdings nicht der Fall: In Beschleunigern strahlen die Elektronenbündel nach vorn in Bewegungsrichtung: 

Bild-Adresse

Und gerade das gleiche Ergebnis bekommen wir durch die Drehung der Lienard-Wiechert- Felder:

Damit ist die oben gestellte Frage eindeutig geklärt: Im Gegensatz zu fiktiven Lorentz-Einstein-Feldern sind die Felder von Lienard und Wiechert real.

Warum aber tun die Vertreter der relativistischen Lehre weiterhin so, als ob es nichts geschah, als ob es keine Synchrotronstrahlung 1947 entdeckt wurde, die in der Tat die relativistischen Gleichungen experimentell widerlegt?

Der Trick ist ganz einfach: Sie haben die Lienard-Wichert-Felder für relativistisch erklärt! Dafür werden diese oft mithilfe relativistischer Faktoren β = v/c, γ2 = 1/(1-β2) dargestellt:

Aus mathematischer Sicht sind beide Ausdrücke gleichwertig und relativistischer wirkt sogar kompakter. Doch der γ -Faktor ist mit den relativistischen Erscheinungen wie Länge-Kontraktion, Zeit-Dilatation und Massenzunahme fest gebunden. Man denkt automatisch, die Lienard-Wiechert-Gleichungen seien tatsächlich relativistisch. Doch das ist die falsche Botschaft, denn bei Lienard-Wiechert-Gleichungen geht es um "Einwirkdauer" der Ladung auf die Potentiale im Raum.

Schon die Potentiale, von denen später elektrische und magnetische Feldstärken abgeleitet werden, können gleich "relativisiert" werden. Die Methode ist einfach (aus Wikipedia):

Also, man multipliziert den Faktor aus Lienard-Wiechert-Gleichungen mit einem anderen Faktor, der zwar mit den Gleichungen nichts zu tun hat (außer, dass er bei v ≈ c gleich 1 ist), aber erlaubt eine Art relativistischen Äquivalents zu kreieren. Diese Transformation ist aber ohne physikalische Bedeutung. Ursprünglich geht es hier um ganz andere Art Abhängigkeit, die auch andere physikalische Vorgänge zugrunde hat. 

Selbstverständlich gibt es auch eine verfeinertere Art Akrobatik. So finden wir in "Feynman-Vorlesungen über Physik: Elektromagnetismus und Struktur der Materie" folgende Interpretation:

Wir haben quasi eine freie Wahl zwischen zwei Standpunkten: "Retardierd" – das entspricht Lienard-Wiechert-Betrachtung und "Gegenwärtig" passt zur relativistischen Vorstellung. Allerdings ist diese Freiheit illusorisch. Auf Feynmans Abbildung sind die Vektroren etwa des elektrischen Feldes nicht dargestellt, obwohl gerade die Bewegung einer Ladung untersucht wird. Laut Elektrostatik dürfen aber die elektrischen Feldlinien direkt und geradlienig von der Ladung ausgehen. Darüber hinaus gibt uns unsere "freie Wahl" zwei Feldvektoren, die in verschiedene Richtungen zeigen:

Jetzt stellen wir uns eine zweite Ladung im Punkt (x, y, z) vor. In welche Richtung wird auf sie eine elektrische Kraft wirken? 

Da die Ladung nur eine ist, können die beiden Parteien gleichzeitig nicht befriedigt werden, aber die Natur muss eine Wahl treffen. Genauso wie bei der Synchrotronstrahlung können hier nur Lienard-Wiechert-Felder in Frage kommen.

Diese Animation hat mich auch beeindruckt.  Um meine Verwirrung zu erläutern, habe ich ein paar Screenshots gemacht.

Eine Punktladung bewegt sich annähernd mit der Lichtgeschwindigkeit von links nach rechts:

Wenn gelbe Linie zu Ende ist, wird die Punktladung gestoppt:

Durch plötzliche Abbremsung der Punktladung wird elektromagnetische Welle erzeugt. Gebogene Feldlinien zeigen dann die Wellenfront:

Nun werfen wir unseren Blick auf rechte Seite. Geradlienige Feldlinien nach oben und unten stellen ein statisches elektrisches Feld einer Punktladung dar, die sich fast mit der Lichtgeschwindigkeit bewegt… Aber wo ist sie denn?

Das statische elektrische Feld existiert nur in der Umgebung eines materiellen geladenen Körpers, etwa eines Elementarteilchens wie Elektron. Laut Animation führt das elektrische Feld der Punktladung jedoch ein eigenes Leben. Dem ist es offensichtlich egal, ob seine Quelle mitfährt, oder doch irgendwo zurückbleibt. Ferner behaupten die Autoren, dass sie ihre Simulation aufgrund der Lienard-Wiechert-Gleichungen zur retardierden Zeit gemacht haben, was gar nicht stimmen kann.

Das würde ich einfach als relativistisches Fake bezeichnen. Und irgendwann sollen die Physiker doch aufhören, die Relativitätstheorie mit Allerlei List zu unterstützen.

Synchrotronstrahlung ist ein Schlüsselphänomen. Sie erlaubt die Richtigkeit der speziellen Relativitätstheorie auf direkte Weise zu überprüfen. Als Quelle der Synchrotronstrahlung dienen die hochenergetischen Elektronen, also, die geladenen Teilchen, die auf sogenannten relativistischen Geschwindigkeiten gebracht werden. Wenn sie von der geraden Strecke abgelenkt werden, erzeugen sie eine intensive elektromagnetische Strahlung... kurzum, alles passt genau allein zum Namen von Einsteins berühmtester Arbeit  "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" und, wie wir sehen, versagen Einsteins Spekulationen jämmerlich.   

 

 

 

 

 

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