Die
Spezielle Relativitätstheorie und die Teilchen
(dieser
Aufsatz entstand aus meinem Forumsbeitrag "SRT
und Hochenergiephysik ")
In
der Hochenergiephysik, in welcher man "relativistische" Teilchen auf
sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt, sollten zwei Aussagen der
SRT prinzipiell nachprüfbar sein: die Lichtgeschwindigkeit als
universelle Grenzgeschwindigkeit für Stoff- und Energietransport und
die relativistische Massenzunahme bzw. die relativistische Zunahme der
Energie oder des Impulses (je nach Interpretation). Derartige Phänomene
waren allerdings bei Versuchen mit hochbeschleunigten Elektronen schon
von Walter Kaufmann 1901 beobachtet und untersucht worden. Sie
waren also schon vor der Relativitätstheorie (1905) bekannt und bestätigen
deshalb nicht direkt die Vorausssagen der SRT, sondern die SRT
liefert eine von mehreren Erklärungsmöglichkeiten für die Versuchsresultate.
Dessen ungeachtet werden solche Elektronen-Experimente (und ähnliche
mit anderen Teilchen) gerne von Relativisten als "Beweis" angeführt
- wobei dem Laien meist keine ausreichenden Kenntnisse zur Verfügung
stehen, um derartige Argumente sachlich zu beurteilen.
1) Eine sehr beliebte Argumentation von Relativisten besteht
in der Behauptung, im Design von Teilchenbeschleunigern müsse
die SRT berücksichtigt werden, sonst würden diese Anlagen nicht funktionieren.
Dieses Argument verdreht die Tatsachen: Teilchenbeschleuniger müssen
so konstruiert sein, dass sie für jedwelche Komplikation vorgesehen
sind, inbesonders müssen sie mit großer Flexibilität und Justierbarkeit
auch für unvorhersehbare Überraschungen gerüstet sein. So wie im Autobahnbau
es falsch wäre, die Fahrbahnen lediglich auf bestimmte eingrenzende
Eigenschaften der Benutzer abzustimmen, also für immer und ewig nur
für eine Grenzgeschwindigkeit zu planen, so wäre es nicht nur
falsch sondern auch technisch gar nicht machbar, eine Beschleunigeranlage
exakt auf die Vorgaben einer Theorie hinzukonstruieren. Die einzelnen
technischen Elemente, in der Regel Magnet-Anlagen und Hohlraumresonatoren
bzw. Detektoren verschiedenster Art funktionieren nicht aufgrund eines
von irgendeiner Theorie geforderten Designs, sondern mit der Vorgabe
auf die Möglichkeit, auf unterschiedliche Verhältnisse empirisch mittels
verschiedenster elektronischer und mechanischer Manipulation einzugehen.
Die Arbeit in den Beschleunigern wird deshalb in erster Linie nicht
von einer Theorie (oder vom zurzeit gültigen Paradigma) bestimmt, sondern
von durchaus praktischen Erwägungen. Erst die Auswertung und
Interpretation der Daten erfolgt dann von speziellen, eben gerade aktuellen
theoretischen Aspekten her ...
2) Bei den Beschleunigungs-Experimenten müsse relativistisch
gerechnet werden, um Störungen und Fehlerquellen aufgrund relativistischer
Effekte zu kompensieren.
Alle Störungen und Fehlerquellen in der Hochenergiephysik haben grundsätzlich
mit der SRT nichts zu tun. In erster Linie müssen schon die mit dem
Einbau eines Insertion Devices (= Auswertungsort od. Experimentier-Einrichtung)
verbundenen Störungen der Magnetoptiken durch geeignete Anpassungsmöglichkeiten
der Magnetstärken weitgehend kompensierbar sein und generell muss das
Design der Beschleunigungsanlagen ein Kompromiss aller in Frage kommender
Anforderungen darstellen, um die vielfältigsten Anwendungsmöglichkeiten
anbieten zu können. Mechanische, optische und elektronische Manipulationen
müssen die Beeinflussung von Teilchenstrahldimensionen, Strahllebensdauer,
Quantenanregung und speziell die maximale Beherrschung folgender Fehlerquellen
erlauben: Streuprozesse, die zu Teilchenverlust führen, Feld- und Aufstellungsfehler
(Feldstärke-, Längen- und Symmetriefehler) der Magneten, Resonanzen,
Fehler der Chromatizität, Head-Tail-Instabilität, Tune-Shift-Störungen,
Impulsabweichungen und Amplitudenschwingungen, Verluste durch unerwünschte
Synchrotronstrahlung bei Betatronen, Störungen der Sollbahn (Closed-Orbit-Störung),
Störungen der optischen Funktionen (Beta Beating), unerwünschte
Strahlwechselwirkungen, Bodenschwingungen,
Schwingungen der verschiedenen Pumpen (Vakuum-,Wasser-, Kryopumpen),
Teilchenkollisionen mit Restgasteilchen (unzureichendes Vakuum), stromabhängige
Effekte (Potential Well Distortion, Turbulente Bunchverlängerung
und Intra Beam Scattering), unerwünschte Quanteneffekte (Anregung,
Dämpfung), Coulomb-Streuung, Bremsstrahlung, Instabilitäten der
HF-Systeme, Multi Bunch- oder Coupled Bunch-Instabilitäten,
Ion Trapping etc. etc...
Die spezifischen Fehlerquellen in den Messgeräten und Detektoren
sind dabei noch nicht aufgezählt, ihre Liste ist zumindest eben so lang...
Haben bei all diesen aufgezählten Störungsmöglichkeiten auch relativistische
Effekte eine Bedeutung? Nein, nirgendwo!
Richtig ist aber - wie schon anfangs erwähnt - dass das Verhältnis der
Ruheenergie zur kinetischen Energie "relativistischer" Teilchen nicht
durch die klassische Beziehung, sondern durch den Lorentzfaktor
gegeben ist und deshalb eine Verminderung der beschleunigenden Wirkung
von Magnetfeldern bei zunehmender Geschwindigkeit in diesem Ausmaß auftritt
- was auch mit dem Grundsatz zu tun hat, dass Pferde eine Kutsche
nicht schneller ziehen können als sie selber zu laufen vermögen!
Um diesen Grundsatz im Bezug auf Teilchen zu verstehen, muss man sich
darüber im Klaren sein, dass geladene Teilchen aufgrund ihrer "Ladung",
also über die Wechselwirkung von Photonen
beschleunigt werden - sie werden tatsächlich gleichsam wie Pferdekutschen
von Photonen gezogen, um es etwas bildhaft auszudrücken. Allerdings
ist es nur von der Quantenmechanik her beschreibbar, dass Teilchen,
sowohl Elektronen als auch Nukleonen stets von Photonenschauern umgeben
sind, also in dieser Form "Ladungen" tragen (in der T.A.O.-Matrix Theorie
sind dies die sekundären Spinpolarisationen des Feldes). Deswegen sind
auch nur Teilchen mit Spin (also mit magnetischen Momenten od.
Ladungen) mittels Magnetfeldern (prinzipiell auch mit elektrischen Feldern)
zu beschleunigen. Wir wissen aber, dass auch in der T.A.O.-Matrix-These
die Fortpflanzungsgeschwindigkeit für Impulse auf die Lichtgeschwindigkeit
determiniert ist. Die Problematik der Teilchenbeschleunigung folgt daher
nicht aus der mysteriösen Variabilität von Zeit und Raum, sondern aus
wesentlich trivialeren Ursachen.
Dass die relativistische Massenzunahme eine Chimäre ist, habe ich schon
hier dargelegt. Ebenso ist
hier zu sehen, wie Effekte aus der Dopplerverschiebung der Frequenzen
aus propagandistischen Gründen der Lorentzkontraktion zugeschrieben
werden. Dass die schwindende Wirkung beschleunigender Felder auf schnelle
Teilchen tatsächlich aus einer Lorentz-artigen Verkürzung des Wirkungsbereiches
kommt - und genau das mit dem fixed-space-delay-model
erklärbar ist, soll hier nun kurz ausgeführt werden:
(Wer über das 2-Geschwindigkeiten Prinzip der Lichtausbreitung in der
T.A.O.-Matrix noch nicht Bescheid weiß, sollte sich vorerst darüber
hier informieren.)
Jedes elektromagnetische Phänomen, insbesondere das Licht, zeigt - wenn
es von einer bewegten Quelle ausgesandt wird - auf jeden Fall den Doppler-Effekt
... auch unabhängig davon, ob man die Bewegung auf ein Inertialsystem,
oder auf einen "Absolutraum" bezieht. Dieser zumindest in der T.A.O.-Matrix-These
zumeist als asymmetrisch beschriebene Effekt impliziert auch eine anisotrope
Lichtausbreitung und damit auch nur eine scheinbare Konstanz der
Signalgeschwindigkeit, da sich die Lichtsphäre nur bei einer Quellengeschwindigkeit
sehr viel kleiner als c mit der Quelle exakt mitzubewegen scheint. Bei
höheren Quellengeschwindigkeiten verkürzt sich der Abstand von der
Quelle zur Signalspitze deutlich, da die Quelle gewissermaßen ihre
eigenen Photonen einholt. Der Abstand wird umso kürzer, je schneller
die Quelle hinter ihren Photonen nachläuft.
Wenn wir die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und auch die Eigenschaft
als Grenzgeschwindigkeit für Stoff- u. Energietransporte auf den sogenannten
Absolutraum beziehen, ist die Verkürzung eines elekromagnetischen Feldes
einfach aus dem Doppler-Effekt zu verstehen. Da der Doppler-Effekt unter
dieser Annahme - wie oben betont - asymmetrisch ist, ergibt sich zwar
insgesamt eine elliptische Verlängerung des Feldes (einer Lichtsphäre
z.B.) in Bewegungsrichtung, es verschiebt sich aber die Quelle (der
"Schwerpunkt") des Feldes in den vorderen Brennpunkt dieser Ellipse.
Eine
Lichtquelle sendet in einem bestimmten zeitlichen Abstand Impulsfronten
aus, die sich in alle Richtungen mit etwa 3oo ooo km/s ausbreiten. Bewegt
sich die Lichtquelle, so haben die nach vorne ausgesandten Impulsfronten
einen kürzeren Abstand zur Quelle. Dadurch kommen die Impulsfronten
auch in einem kürzeren Zeitabstand beim Beobachter an. Dieses schnellere
Aufeinanderfolgen der Impulse empfinden wir als Veränderung der Farbe
(Blauverschiebung). Die Verkürzung der Impuls-Abstände bzw. die Erhöhung
der Frequenz vor der Quelle (und damit die kürzere Wellenlänge) ergibt
sich nach der Doppler-Formel (schon in allgemeiner Schreibweise)
bzw. in relativistischer Schreibweise (nur auf die Relativbewegung bezogen):
Dass sich diese Formel auch aus der Lorentztransformation der SRT ableiten
lässt, ist nicht überraschend:
Lorentzformel (Zeit):
t' = (t - v * x/c²) / √(1-v²/c²)
√(1-v²/c²) * t' = t - v * x/c²
√(1-v²/c²) * dt' = dt - v /c² * dx
√(1-v²/c²) * dt'/dt = 1 - v /c² * dx/dt
dx/dt = u = c (im Ruhesystem)
dt'/dt = T'/T = f/f'
f/f' = (1- v/c) / √(1-v²/c²)
f/f' = √(1- v/c) / √(1+v/c)
Oder abgeleitet aus der Längenkontraktion.
Lorentzformel (Länge):
dx = (dx'+v*dt)*1/√(1-v²/c²)
daraus:
dx/dx' = √(1+v/c)/√(1-v/c)
Wir sehen, dass alle diese Beziehungen verknüpft sind mit dem Lorentzfaktor
√(1-v²/c²); daher auch die Längenkontraktion
mit:
Der Einflussbereich auf ein "von Photonen gezogenes Elektron" bzw. auf
einen Elektronenbunch wird demnach sowohl räumlich als auch zeitlich
umso kürzer, je schneller die Elektronen werden. Dass der Einsatz des
Lorentzfaktors nur eine grobe Näherung darstellt und eine genaue Berechnung
eigentlich mit der kompletten Lorentztransformation (d.i. eine Koordinatentransformation!)
notwendig wäre, soll nur nebenbei erwähnt sein (der Gammafaktor ist
nur ein Term der Lorentztransformation). Offenbar ist die Genauigkeit
der Daten-Auswertung (Messkurven, Peaks) nicht hoch genug, um so feine
Unterschiede für Relativisten erkennbar zu machen, wie z.B., dass die
Konstanz von c mit dem alleinigen Einsatz des Lorentzfaktors gar nicht
gewahrt ist - was real ja auch zutreffen dürfte.
Nicht die Masse, die Energie oder der Impuls der Elektronen verändern
sich durch die Geschwindigkeit, sondern der Zugriffsbereich der Magnetfelder
(also ihre beschleunigende Wirkung) verringert sich im Ausmaß der Verkürzung,
und das ist nur nach dem fixed-space-delay-model allein durch den Lorentzfaktor
dimensioniert. Mit Anwendung der SRT wäre zwar mit der Lorentztransformation
zu rechnen - denn nur den Term zwanglos einzusetzen, ist auch nach der
SRT falsch - aber die Ergebnisse sind pikanterweise gerade deshalb zutreffend!
Als "hervorragende Arbeit" mit der SRT kann man die Vorgangsweise
allerdings nicht bezeichnen.
3) Zeitdilatation und Lorentzkontraktion wären bei den Beschleunigungs-Experimenten
direkt nachweisbar.
Die angebliche Zeitdilatation ist auf den transversalen
Doppler-Effekt zurück zu führen, ein Effekt, der normalerweise nicht
zu erwarten wäre, wenn bei parallel bewegten Sendern und Empfängern
keine Distanzveränderung auftritt. In elektromagnetischen Impulsfortpflanzungen,
wie z.B. Licht, ist dieser transversale Doppler-Effekt ganz normal,
weil durch das fixed-space-delay des Erzeugungspunktes zwar eine
trägheitsbedingte Vermeidung der Aberration, aber keine Geschwindigkeitsänderung
möglich ist. Siehe hiezu auch meinen Beitrag zum
Licht im Absolutraum widerlegt die SRT. Eine Zeitdilatation kann
man daraus nur formulieren, wenn man aus dem Verhalten des Lichts unbedingt
eine Uhr konstruieren will - wobei Einsteins Schema der "Lichtuhr" für
die Demonstration einer Zeitveränderung nichts taugt, weil der Gang
der Uhr lageabhängig wäre - wie ich das hier beschrieben
habe.
Ives und Stilvell haben in ihrem berühmten Versuch zwar die Asymmetrie
des Doppler-Effekts gemessen und davon auf den transversalen Doppler-Effekt
zurück geschlossen - damit haben sie zwar auch diesen bestätigt, aber
mit einer Zeitdilatation hat das gar nichts zu tun. Die Formel für den
transversalen Doppler-Effekt ist
was erwartungsgemäß nichts anderes als die Zauberformel der Relativitätstheorie,
den Lorentzfaktor, darstellt. Messergebnisse, die nichts anderes als
Effekte aufzeigen, die aus dem fixe-space-delay-Verhalten des Lichts
herrühren, können damit beliebig als Bestätigung für Zeitdilatation
oder Längenkontraktion gewertet werden.
Viele Physiker auf dieser Welt werden daher glauben, sie würden mit
der "praktikablen" SRT "arbeiten", wenn sie in zirkelschlüssiger Weise
den Lorentzfaktor in ihre Gleichungen einsetzen, relativistisch rechnen
und relativistische Ergebnisse erhalten. Sie erliegen damit einer nunmehr
schon hundertjährigen Illusion.
Lesen
Sie zu diesem Thema auch meinen Forumsbeitrag "Der
Lorentzfaktor in der Hochenergiephysik"!
Die
Effekte der Speziellen Relativitätstheorie können Sie selbst
hier berechnen!
Sie
haben eine Meinung dazu? Benutzen Sie bitte das Forum!
©
2005, 2006 by Edition Mahag; jede Art von Wiedergabe nur unter Quellenangabe
gestattet.
|