Vom Regenschirm zur Relativitätstheorie

Der Regenschirmeffekt findet sich auch am Sternhimmel (Bradley 1725)!

Licht ist aber eine Welle, und Wellenfronten zeigen den Effekt nicht! Eine Momentaufnahme allein zeigt schon die Richtung einer Wellenfront.

Wenn Wände nicht stören, kann man sich auf Ausschnitte wie Schaumkronen berufen (Fresnel 1824)!

Im Keller ist die Bewegung der Erde nicht zu spüren (Michelson 1881). Wände stören doch!

Aberration von Wellenfronten gibt es nur, wenn sich an den Momentaufnahmen etwas ändert (Lorentz 1899)!

Wenn Gleichzeitigkeit geprüft werden soll, muss die Lichtgeschwindigkeit bekannt sein, also vorausgesetzt werden (Einstein 1905)!

Die Lichtgeschwindigkeit ändert bei Zusammensetzung ihre Richtung, aber nicht ihren Betrag
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Was eventuell noch angesprochen werden könnte

  1. Was ist eine Theorie? Bedeutungswandel des Begriffs und seine Entwertung durch Inflation
  2. Was heißt relativ? Alles ist relativ? Hier geht es zunächst nur um die Relativität von Zeit, Ort, Geschwindigkeit und Orientierung, Das ist kein Problem, solange wir uns nur an der Erde orientieren.
  3. Die Sonne bewegt sich um die Erde, das sieht jeder, das braucht jeder (Geschäftsmodell Pharao). Die Erde bewegt sich vor der Sonne und um die Sonne, erklären uns Aristarch, Kopernigk und Newton. Woher wissen die das?
  4. Wenn die Sterne wie die Sonne sind und dann verschiedene Abstände von ihr haben, warum sieht man keine Veränderung der Positionen naher Sterne gegen den Hintergrund (Parallaxe)? Verschiebungen in Richtung der Position der Sonne erwartet
  5. 1725: James Bradley findet eine jährliche Periode von Verschiebungen, aber für alle Sterne, und für alle in gleiche Richtung senkrecht zur Position der Sonne und deutet ihn als Regenschirm-Effekt (Aberration)
  6. Die Bahngeschwindigkeit der Erde (~6.3 AE/Jahr) muss (vektoriell) zur Lichtgeschwindigkeit (8 AE/Stunde) addiert werden. Die gefundene Aberration hat gerade diese Größe und stützt damit das heliozentrische Modell
  7. Test und Beweis: Ein Experiment kann eine Theorie bestenfalls widerlegen, aber nicht beweisen. Eine Theorie gründet auf Voraussetzungen, eben nicht auf Ort und Zeit, ein Experiment ist aber immer in Ort und Zeit beschränkt. "Immer und überall" kann man nicht beweisen.
  8. Thomas Young 1802 und Auguste Fresnel 1814 zeigen, dass die Farbenspiele an dünnen Schichten als Interferenz von Wellen verstanden werden können und ein Wellenbild des Lichts nicht nur Lichtbrechung und -spiegelung (Christian Huygens 1690) beschreiben kann. Fresnels größtes Problem war dabei die gefeierte Aberration, denn Wellenfronten zeigen keine Aberration, wenn man die Zeit als universell ansieht. Die Richtung von Wellenfronten sieht man auf einer Momentaufnahme ohne Bezug auf Bewegung
  9. Fresnel redet sich heraus: Das Objektiv des Teleskops schneidet aus der Welle einen Ausschnitt heraus, der sich durch das Teleskop wie eine Erbse durch ein Blasrohr bewegt. Allerdings dürfen weder der Tubus des Teleskops noch die Wände der Sternwarte diese Ausbreitung stören. Das ist erst merkwürdig, wenn man für die Lichtwellen eine Art Trägermedium (Äther) erwartet, das nun plötzlich ungehindert durch Wände strömmen soll.
  10. Albert Abraham Michelson zeigt 1881 in Potsdam mit seinem originellen Interferometer, dass sich die Bewegung der in seinem Versuchsraum nicht bemerkbar macht, dass dort die Zusammensetzung mit der Lichtgeschwindigkeit nicht funktioniert und Fresnels Ausrede nicht gilt.
  11. Wenn der Äther nun doch auf konkrete Materie reagiert, sorgt er dann vielleicht für eine passende Veränderung des Interferometers, so dass dieses den erwarteten Effekt nicht zeigen kann (Lorentz-Kontraktion 1892)?
  12. Hendrik Antoon Lorentz löst den Knoten: Wie muss die Lichtausbreitung aussehen, wenn die Wellenfronten selbst die Aberration zeigen sollen? Dann muss die Momentaufnahme eines Wellenfeldes von der Bewegung der Kamera abhängen, Die Beurteilung der Glaichzeitigkeit hängt von der Bewegung des Beobachters ab. Kann man irgendetwas entscheiden? (VLBI?)
  13. Albert Einstein (1905) betrachtet als erster das praktische Verfahren, Gleichzeitigkeit herzustellen. Man verabredet ein Funksignal und stellt daran die Uhr. Daran ist erst etwas besonderes, wenn man die Laufzeit des Signals berücksichtigen muss. Wenn die Geschwindigkeit als Weg (Länge) pro Zeit bestimmt ist, muss die Länge etwa eines bewegten Stabes an beiden Enden gleichzeitig abgelesen werden. Wenn man aber zur Kontrolle der Gleichzeitigkeit die Signalgeschwindigkeit bereits wissen muss, sitzen wir in der logischen Falle, wenn nicht die ideale Signalgeschwindigkeit bereits vor aller Messung feststeht. Wir vermuten, es ist die Lichtgeschwindigkeit.
  14. Auf der Unterstellung, gespiegeltes Licht habe unabhängig von der Bewegung des Spiegels vor und nach der Spiegelung immer die gleiche Geschwindigkeit, baut die Relativitätstheorie auf. Bevor die Physik einsetzt, ist bereits die Geometrie von Raum und Zeit bestimmt. Das Maß auf einer Weltlinie ist nicht die Koordinate Zeit t, sondern das Integral über cdτ = sqrt(c2dt2 - dx2 - dy2 - dz2), genannt Eigenzeit.
  15. Aus Sicht der Relativität der Bewegung ist die Lichtgeschwindigkeit eine absolute Größe. Sie tritt auch ohne Bezug auf äußere Bewegung auf: Im Experiment von Weber und Kohlrausch (1854) und in Maxwells Theorie (1864) des elektromagnetischen Feldes
  16. Die "Konstanz der Lichtgeschwindigkeit", wie sie im allgemeinen Sprachgebrauch verstanden wird, hat mit der Relativitätstheorie nichts zu tun. Der Wert wird vom Gesetzgeber festgelegt und bindet die Einheit der Länge an die der Zeit. Die Konstanz des Verhältnisses der Lichtgeschwindigkeit zu anderen Geschwindigkeiten kann geprüft werden, betrifft dann aber immer auch diese anderen Geschwindigkeiten (Feinstrukturkonstante).
  17. Die Physik beginnt mit den Stoßgesetzen und dem Erhaltungssatz des Gesamtimpulses. Der Impuls ist die mit der Masse gewichtete Geschwindigkeit. Nun muss die Ortänderung auf die Eigenzeit bezogen werden. Deshalb kommt auch die Änderung der Koordinate Zeit pro Eigenzeit ins Spiel. Der Impuls wird zu einem vierkomponentigen Vektor. Die Zeitkomponente des Impulses erweist sich als Energie, das heißt dann E=mc2
  18. Solange die Gravitation keine Rolle spielt, ist die Relativitätstheorie die bestgestützte Theorie der Physik. Kommt die Gravitation ins Spiel, werden die geometrischen Verhältnisse komplizierter, aber das Erprobte bleibt ähnlich verwendbar wie die euklidische Geometrie auf der Kugelfläche.
  19. Einige Größenordnungen
    3 Mach ~ 1 km/s
    1 pc ~ 200000 AE - 3 Lj ~ 3 10e13 km
    1 Jahr = 8766 Stunden ~ 3 10e7 s
    Lichtgeschwindigkeit ~ 300000 km/s ~ 900000 Mach