Gültigkeit der Lorentz-Transformation im Äther

Stabile Strukturen in bewegten Systemen


Ein wesentliches Problem für die Verfechter der Äthertheorie ist es, zu akzeptieren, dass tatsächlich eine Zeitdilatation und eine Längenkontraktion gemäß der speziellen Relativitätstheorie auftreten. Ausgehend von der Annahme eines Äthers wird im Folgenden gezeigt, dass es auch ohne Relativitätsprinzip zu eben diesen beiden Phänomenen kommt.

Grundbedingung ist dabei, dass sich die Lichtgeschwindigkeit innerhalb des Äthers konstant mit c ausbreitet und dass es zu keiner Mitführung des Äthers bei bewegten Objekten kommt.

Man stelle sich einen riesigen Flottenverband von Raumschiffen vor, die in exakt der gleichen Entfernung zueinander fliegen. Mit Hilfe regelmäßiger Laserpulse messen die Raumschiffe ihre Entfernung untereinander. Wenn ein Raumschiff sich von einem benachbarten Schiff entfernt, vergrößert sich die Zeit, die ein Laserpuls benötigt, um von dem Nachbarraumschiff beantwortet zu werden. In diesem Fall regeln Bordcomputer der betroffenen Raumschiffe ihre Position nach, um wieder gegenüber allen Nachbarraumschiffen die gleiche Entfernung einzunehmen.

Nichtrelativistische Längenkontraktion


Wenn sich nun dieser Flottenverband mit sehr großer Geschwindigkeit in eine Richtung bewegt, so benötigt das Licht in Flugrichtung länger um das vorauseilende Raumschiff zu erreichen, als es auf dem Rückweg wieder an Zeit gewinnt (klassische Äthertheorie). Obwohl die Distanz zwischen den Raumschiffen unverändert ist, erkennen die Bordcomputer die längere Laufzeit als Vergrößerung der Distanz in Flugrichtung. Als Reaktion darauf verkürzen sie den Abstand zu den Nachbarraumschiffen so lange, bis wieder die voreingestellte Laufzeit erreicht ist. Als Resultat zieht sich der Flottenverband in Flugrichtung mit steigender Geschwindigkeit immer enger zusammen. Diese tatsächliche Längenkontraktion in Bewegungsrichtung lässt sich einfach herleiten (mathematische Herleitung) [144 KB] . Dieser Effekt führt jedoch zu einer wesentlich stärkeren Längenkontraktion als bei der speziellen Relativitätstheorie.

Zeitdilatation


Doch auch senkrecht zur Bewegungsrichtung wirken sich Laufzeiten des Lichts auf die Entfernungsmessung aus. Sobald ein Lichtpuls abgeschickt wird, bewegt sich das anvisierte Raumschiff ein Stück weiter vorwärts und das gleiche gilt auch für den Rückweg des Strahls. So lange der Flottenverband langsam genug ist, dass der Strahl noch das Nachbarraumschiff trifft, so lange kommen die quer ausgesandten Lichtimpulse ohne Verzögerung zurück. Ab einer gewissen Geschwindigkeit wird sich das angepeilte Raumschiff jedoch so weit vorwärts bewegt haben, dass der senkrecht abgeschickte Strahl ins Leere geht.


Um das Raumschiff weiterhin zu erreichen muss der Lichtstrahl schräg ausgesandt werden. Dadurch wird jedoch die Weglänge, die der Strahl überbrücken muss, vergrößert. Auf Basis einfacher trigonometrischer Berechnungen kann der Bordcomputer eine Laufzeitkorrektur vornehmen und in seine Entfernungsberechnungen einfließen lassen. Da sich die Raumschiffe die Lichtpulse im Pingpong-Verfahren zusenden wird durch diese erhöhte Laufzeit die Frequenz der Lichtpulse reduziert. Ein außen stehender Beobachter gewinnt den Eindruck, dass die Zeit in den Raumschiffen langsamer vergeht.

Auch diese Frequenzverzögerung lässt sich einfach mathematisch herleiten. Wie in nebenstehender Abbildung gezeigt, durchlaufen die Lichtpulse aufgrund der hohen Fluggeschwindigkeit ein gleichschenkliges Dreieck. Die zeitliche Verzögerung errechnet sich aus der Strecke die das Raumschiff zwischen Senden und Empfangen des Lichtpulses zurückgelegt hat. Die zeitliche Verzögerung zwischen zwei Lichtpulsen entspricht dabei exakt der Zeitdilatation der speziellen Relativitätstheorie. (mathematische Herleitung) [148 KB]

Neben dieser mathematischen Herleitung möchte ich auch noch einen populärwissenschaftlichen Erklärungsversuch der Zeitdilatation liefern. Es steht fest, dass die Lichtgeschwindigkeit eine Naturkonstante ist, die nicht überschritten werden kann. Stellen Sie sich nun ein Rad vor, dass mit nahezu Lichtgeschwindigkeit rotiert. Wird dieses Rad nun zusätzlich linear immer schneller bewegt, so addieren sich dabei Rotations- und Bewegungsgeschwindigkeit. Wenn dabei die Lichtgeschwindigkeit nicht überschritten werden darf, bleibt nur eine Lösung aus dem Dilemma: das Rad muss sich immer langsamer drehen, je schneller es linear bewegt wird. Bedenken wir nun, dass alle Kräfte innerhalb von Elementarteilchen und Atomstrukturen mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden, so stehen diese vor dem selben Dilemma wie das Rad, je schneller sie sich bewegen, desto langsamer laufen die zyklischen Prozesse innerhalb dieser Strukturen ab - Myonen leben länger und Atomuhren gehen langsamer.

Relativistische Längenkontraktion


Berücksichtigen nun die Bordcomputer diese Verlangsamung der Impulsdauer auch bei der Berechnung der Entfernungsmessung parallel zur Bewegungsrichtung, ergibt sich auch für die Längenkontraktion exakt der gleiche Wert wie bei der speziellen Relativitätstheorie. (mathematische Herleitung) [145 KB]

Übertragung auf atomare Strukturen

Stellen wir uns nun vor, dass es sich bei unserer Flotte nicht um Raumschiffe sondern um Atome in einem Kristallgitter handelt, dann stellt sich heraus, dass hier die gleichen Prinzipien gelten. Denn die Laserpulse des Raumschiffverbands entsprechen den Kräften eines Atomgitters, die mit Lichtgeschwindigkeit dafür sorgen, dass die Atome möglichst bei allen Geschwindigkeiten ihre relative Position im Kristall beibehalten.

Diese zeitlichen und räumlichen Anpassungen im Atomgitter sind aus Sicht des bewegten Systems die einzige Möglichkeit, keinerlei messbare Veränderung an der eigenen Struktur zuzulassen. Darüber hinaus wird sichergestellt, dass alle periodisch ausgetauschten Signale ohne richtungsabhängige Verzerrung übermittelt werden. Somit sind die relativistische Längenkontraktion und Zeitdilatation die Grundvoraussetzung für die Konstanz aller Naturgesetze in gleichförmig bewegten Systemen.

Die erhöhte Lebensdauer von Myonen beweist darüber hinaus, dass selbst innerhalb von Elementarteilchen diese Gesetzmäßigkeiten Gültigkeit haben. D.h. selbst in kleinsten Bausteinen der Materie wird, egal wie schnell sich diese bewegen, durch Längenkontraktion und Zeitdilatation sichergestellt, dass alle Naturkonstanten auch tatsächlich konstant bleiben. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich Materie, egal wie schnell sie sich bewegt, immer gleich verhält. Wäre dem nicht so, so würden sich elektromagnetische und chemische Kräfte, die für die Bildung von Atomen und Molekülen verantwortlich sind, bei hohen Geschwindigkeiten so stark verändern, dass sowohl Atome, als auch Moleküle instabil würden. Die bekannte Materie wäre in einem Weltall, das der klassischen Äthertheorie ohne Längenkontraktion und Zeitdilatation entspricht, nur nahe dem absoluten Stillstand denkbar.

Der wesentliche Unterschied zwischen dieser Herleitung der Lorentz-Transformation und der Mathematik der speziellen Relativitätstheorie (SRT) liegt in der Definition der Lichtgeschwindigkeit. Laut SRT ist die Lichtgeschwindigkeit immer als c postuliert, egal wie schnell sich ein Inertialsystem bewegt und egal ob die Messung von c in nur eine Richtung oder in beide Richtungen erfolgt. Bei der hier vorliegenden Herleitung ist es durchaus zulässig, dass die Lichtgeschwindigkeit je nach Betrachterstandpunkt unterschiedliche Werte annehmen kann (in Bewegungsrichtung c-v, entgegen der Bewegungsrichtung c+v). Warum dieser Effekt jedoch nicht messbar ist, wird bei der Neubewertung des Michelson-Morley Experiments aufgezeigt.


Andreas Varesi 6.2005-2006 / Stand: 8.1.2006 / Besucher