Walter Orlov
Zeitdehnung

Dass relativistische Logik das Verstand mehrerer Generationen der Wissenschaftler so erfolgreich betrübt hat, ist einfach ein Nonsens. Die Experimente, die die Relativitätstheorie eigentlich widerlegen, wurden für deren unzähligen Bestätigungen ausgegeben. So ist etwa mit der Messung der Verlangsamung der Zeit. 

Neulich hat es einer Forschergruppe gelungen, am Speicherring der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt die Verlangsamung "innerer Uhr" von den schnell bewegten Li-Ionen präzise zu messen [1]. (Genau genommen wurde relativistische Formel für den Doppler-Effekt bestätigt, die aber den Faktor für die Zeitdehnung beinhält.) Das Resultat wird als Triumph Einsteinscher Relativitätstheorie bezeichnet. Nun betrachten wir den Versuchsablauf (Abbildung).

GSI-Speicherring (ESR): Die Messung der Zeitdehnung mit Li-Ionen.

Die rasenden Li-Ionen wurden durch zwei Laserstrahlen angeregt und sandten eigenes Licht aus, das von den Photomultiplier registriert wurde. Ein Strahl mit niedrigerer Frequenz (rot) kam den Ionen entgegen und der Andere mit höherer Frequenz (blau) jagte sie hinterher. Wegen des Dopplers-Effekts könnten sie aber für Li-Ionen als gleichfarbig erscheinen, wenn ihre Frequenz an die Geschwindigkeit der Ionen angepasst wäre. Das wurde gemacht und mithilfe der Photomultiplier mit höchster Präzision abgestimmt.

Da die Messungen auf kurzer Strecke ausgeführt wurden, handelte es sich bei der Geschwindigkeit der Li-Ionen von 34% der Lichtgeschwindigkeit quasi um eine Momentaufnahme. Und schon gleich wurde die Zeitdehnung festgestellt! Wo ist das Problem? – In der Relativitätstheorie ist die Verlangsamung der Zeit scheinbar, sobald keine Rückkehr stattfindet. Der Umkehrpunkt ist die Essenz des Zwillingsparadoxons: Erst dann wird durch das Wechseln der Bezugssysteme die Zeitdehnung zur Realität. Einstein beschrieb den Vorgang folgendermaßen [2]:

"Am drolligsten wird die Sache, wenn man sich folgendes ausgeführt denkt: man gibt dieser Uhr eine sehr grosse Geschwindigkeit (nahezu gleich c) und lässt sie in gleichförmiger Bewegung weiterfliegen und gibt ihr dann, nachdem sie eine grosse Strecke durchflogen hat, einen Impuls in entgegengesetzter Richtung, so dass sie wieder an die Ursprungsstelle, von der sie abgeschleudert worden ist, zurückkommt. Es stellt sich dann heraus, dass sich die Zeigerstellung dieser Uhr, während ihrer ganzen Reise, fast nicht geändert hat, während eine unterdessen am Orte des Abschleuderns in ruhendem Zustand verbliebene Uhr von genau gleicher Beschaffenheit ihre Zeigerstellung sehr wesentlich geändert hat."

Aber jetzt zeigt das Experiment am Speicherring der GSI, dass eine reale Zeitdehnung auch ohne Umkehr möglich ist. Die Li-Ionen bewegen sich während der Messung nur in eine Richtung und schon gleich wird festgestellt, dass ihre „innere Uhren“ langsamer ticken. Man wartet also nicht ab, ob irgendwas nach einer Umrundung des Speicherrings passiert. Das Ergebnis ist schon da, als die Ionen nur in das Kreuzlicht der beiden Laser geraten sind. Das wirft die Frage auf: Wodurch könnte sofortige Wirkung der Zeitdehnung bedingt werden?

Wenn wir nach einer physikalischen Deutung suchen, gehen wir an der Annahme der Existenz eines Lichtmediums – Äthers, der den Raum füllt, nicht vorbei. Bemerkenswert ist in dieser Hinsicht die Äußerung des Physikers und Nobelpreisträgers Robert B. Laughlin [3]:

"Wie sich herausstellt, existiert eine solche Materie. Als die Relativität allmählich akzeptiert wurde, zeigten Untersuchungen der Radioaktivität nach und nach, dass das leere Vakuum eine spektroskopische Struktur besitzt, die jener der normalen Quantenfestkörper und Quantenflüssigkeiten gleicht. Aufgrund nachfolgender Studien mit großen Teilchenbeschleunigern verstehen wir inzwischen, dass der Raum eher einem Stück Fensterglas als der idealen newtonschen Leere ähnelt. Er ist mit einem normalerweise transparenten ‚Stoff‘ erfüllt, der aber sichtbar gemacht werden kann, wenn man so hart trifft, dass ein Teil herausgeschlagen wird. Die moderne, jeden Tag experimentell bestätigte Vorstellung des Raumvakuums ist ein relativistischer Äther. Wir nennen ihn nur nicht so, weil das tabu ist."

Inwiefern kann der Äther relativistisch sein, soll aber noch geklärt werden, denn wie es sich eben herausgestellt hat, verzichtet reale Zeitdehnung auf Komplexität des Zwillingsparadoxons, das seinerseits  eine der wichtigsten Aussagen spezieller Relativitätstheorie ist, was Einstein in [2] auch extra betonte:

"Dies ist eine unabweisbare Konsequenz der von uns zugrunde gelegten Prinzipien..."

Man kann aber auch erwidern, dass das Experiment keine Aussage darüber abgibt, wie die Li-Ionen den Gang der Laboruhr sehen würden. Laut spezieller Relativitätstheorie gibt es die Symmerie zwischen den Beobachtern, das heißt die Li-Ionen sollen auch eine Verlangsamung der Zeit im Laborsystem beobachten, weil dieses sich relativ zu ihnen bewegt. Doch das trifft nicht zu. Für besseres Verständnis wenden wir uns anderen Experimenten zu.

1940 zählten Rossi und Hall die Anzahl der instabilen Myonen, die durch kosmische Strahlung entstehen und manche von ihnen fast mit der Lichtgeschwindigkeit in Richtung Erdoberfläche fliegen, am Gipfel und am Fuß des Berges (der Höhenunterschied betrug knapp 2km). Sie konnten die Verlangsamung des Zerfallsprozesses eindeutig feststellen [4]… Aber die Myonen flogen ebenfalls nur in eine Richtung – von oben nach unten. Sie kehren zum Ursprungsort nicht zurück, trotzdem gingen ihre "inneren Uhren" langsamer. 

Adresse des Original-Bildes

Da die Verlangsamung der Zeit real ist, wird z.B. ein Flugzeug mit der Geschwindigkeit v aus der Sicht rasender Myonen größere Strecke s' = γτv zurücklegen, als wenn die Myonen in Ruhe wären s = τv, wobei γ Lorentz-Faktor und τ die Lebensdauer von ruhenden Myonen sind. (Die Trickserei mit der Länge-Kontraktion klappt hier nicht, denn Myonen und Flugzeug senkrecht zueinander fliegen.) Genauso soll es offensichtlich auch mit anderen zeitlichen Vorgängen geschehen, z.B. die Gestikulation der Passagiere. Für schnelle Myonen werden sie nicht wie in Zeitlupe, sondern umgekehrt wie im Schnelldurchlauf passieren. Außerdem werden sie im allgemein mehr Ereignisse "sehen" können.

Für die Relativitätstheorie ist es sehr wichtig, dass die Zeitdehnung vorerst nur scheinbar ist. So kann das Relativitätsprinzip überhaupt funktionieren. Jeder der Beobachter sieht, dass die Uhr des anderen scheinbar langsamer geht. Sie sind gleichberechtig. Wenn aber die Zeitdehnung in einem Bezugssystem auf einmal real wird, dann soll aus der Sicht dessen Beobachters in zweitem Bezugssystem die Zeit automatisch schneller gehen. Das Relativitätsprinzip bricht zusammen.

Faktisch ist jede Messung der Zeitdehnung real und deshalb widerlegt die Relativitätstheorie. Dasselbe betrifft zum Beispiel auch das Experiment am Myonen-Speicherring von CERN [5]. Dort wurde 1977 29-fache Verlangsamung des Zerfalls der Myonen erreicht. Ganz auf Einsteinische Gedankenweise stellen wir uns vor, dass dieses Experiment folgend ablief.

Der Experimentator stand im Ring mit der Stoppuhr, um die Lebensdauer der Myonen zu messen. Er hielt die Stoppuhr aber so, dass die Myonen sie "sehen" könnten. Hier stehen die Myonen stellvertredend für einen bewegenden Beobachter.

Myonen, Uhrenvergleich

Bild-Quelle

Nach 64µs hat der Experimentator bemerkt, dass die Anzahl der Myonen auf 1/e ( = 0.368) gesunken hat, und stoppte seine Uhr. Er machte einfache Rechnung und kam zum Schluss, dass die Zeit bei den Myonen um Faktor 2.2µs/64µs = 1/29 langsamer geht.

Währenddessen haben die Myonen seine Stoppuhr auch genau beobachtet. Sie bewegten sich mit der nah Lichtgeschwindigkeit, machten (64µs*c)/(2*pi*7m) = 436 Umrundungen, d.h. sahen jedes 64µs/436 = 0.15µs "Tick" oder mit anderen Worten den Gang seiner Stoppuhr und am Ende noch, dass der Experimentator die Uhr bei 64µs gestoppt hat. Dementsprechen machte sie eigene Rechnung und bekamen, dass die Zeit des Experimentators 64µs/2.2µs = 29 mal schneller als bei ihnen lief.

Wie wir jetzt wieder sehen, es gebe keine Symmetrie zwischen der Bezugssystemen. Laut dem Relativitätsprinzip kann jeder Beobachter sich als in Ruhe betrachten. Deshalb sollen aus der Sicht der beiden Beobachter gleiche Gesetzmäßigkeiten beobachtet werden. In unserem Fall hieße dies, dass aus der Sicht der Experimentator die Zeit im Bezugssystem der Myonen langsamer ginge und aus der Sicht der Myonen die Zeit im Bezugssystem des Experimentators genauso langsamer ginge. Dazu kommt aber nicht. Das Relativitätsprinzip kollabiert.

Übrigens, wie hoch das Relativitätsprinzip gepriesen wird, so "brutal" ist es auch. Es ist nicht nur so, dass jeder Beobachter schlicht seine Sichtweise für richtig hält, sondern er erklärt auch die Beobachtungen in anderen Bezussystem für falsch. So ist zum Beispiel mit Einsteins Synchronisation der Uhren: Die Uhren, die in einem Bezugssystem synchron sind, laufen aus der Sicht der Beobachter anderer Bezugssystems immer asynchron. Sie sind also für die Messung physikalischer Vorgänge nicht geeignet. Deshalb können beide Beobachter von relativ zu einander bewegenden Bezugssystems ruhig behauten, dass die Zeit bei anderem langsamer geht. Ihre Behauptungen sind quasi wertlos. Jeder Beobachter beansprucht die ganze Wahrheit allein für sich und die Anderen irren sich halt. Das wurde in Wirklichkeit aus viel versprechender Formulierung: "Die Gesetze der Physik müssen so beschaffen sein, daß sie in bezug auf beliebig bewegte Bezugssysteme gelten."    

 

 

 

Literatur

[1] Benjamin Botermann, Dennis Bing, Christopher Geppert, Gerald Gwinner, Theodor W. Hänsch, Gerhard Huber, Sergei Karpuk, Andreas Krieger, Thomas Kühl, Wilfried Nörtershäuser, Christian Novotny, Sascha Reinhardt, Rodolfo Sánchez, Dirk Schwalm, Thomas Stöhlker, Andreas Wolf, and Guido Saathoff: Test of Time Dilation Using Stored Li+ Ions as Clocks at Relativistic Speed. Phys. Rev. Lett. 113, 120405 – Published 16 September 2014.

[2] Einstein, Albert: Die Relativitäts-Theorie. In: Naturforschende Gesellschaft, Zürich, Vierteljahresschrift. 56, 1911.

[3] Robert B. Laughlin. Abschied von der Weltformel. Piper; Auflage: 4, 2007.

[4] Rossi, Bruno; Hall, David B.: Variation of the Rate of Decay of Mesotrons with Momentum. Physical Review, vol. 59, Issue 3. (1941).

[5] Bailey, H.; Borer, K.; Combley F.; Drumm H.; Krienen F.; Lange F.; Picasso E.; Ruden W. von; Farley F. J. M. ; Field J. H.; Flegel W. & Hattersley P. M.: Measurements of relativistic time dilatation for positive and negative muons in a circular orbit. Nature 268, 301 - 305 (28 July 1977).

 

 

Abstract in English: Which Theory confirmed the Time Dilation?

 

 

 

 

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