Re: SRT, Mansouri/Sexl und absolute Zeit

"Hendrik van Hees" <hees@xxxxxxxxxxxxx> schrieb im Newsbeitrag
news:xtErg.115970$Ce1.113875@xxxxxxxxxxxxx

Vorbemerkung:

Der Wichtigkeit wegen gehe ich ziemlich ausführlich auf die Thematik ein.
Der Text ist aber nur für Leute gedacht, die sich beim Lesen die nötige
Zeit nehmen wollen; alle andern würden nur ihre Zeit verschwenden: Die
werden mehr davon haben, wenn sie z.B. Oscar Wilde lesen.

Homo Lykos wrote:


und eine andere
Symmetriegruppe erlaubt prinzipiell andere Naturgesetze, und genau
das wurde von dem zitierten Experiment ja untersucht.

Das ist so formuliert im Allgemeinen falsch: Symmetriegruppen sind -
wie Mansouri/Sexl eben zeigen - nämlich nur zu einem kleinen Teil
empirisch bestimmt, sondern zu einem Grossteil sind sie - mindestens
in der GP - definitorischer Natur und hängen bei "gleicher Physik" von
der Uhrensynchronisationsvorschrift bzw. äquivalenten Annahmen ab.

Die Symmetriegruppen bestimmen aber die möglichen Formen von
Naturgesetzen schon sehr genau. Kannst Du mir mal ein Beispiel nennen,
wo ein (fundamentales) Naturgesetz nicht weitgehend durch Symmetrien
beschrieben werden?

Wie sollte dies möglich sein, wenn Sie bisher noch nicht einmal die
diesbezügliche Bedeutung der Mansouri/Sexl-Uhrensynchronisation erkannt
haben; in dieser Phase der Diskussion würden weitere Beispiele nur die
Konfusion vergrössern, und zudem halte ich das Mansouri/Sexl-Beispiel für
sehr gut zur beispielhaften Untersuchung/Klärung solcher Fragen.

Zusatzbemerkung: Die manifeste SRT-Symmetrie - soweit sie physikalischer
Natur ist - zeigt sich bei absoluten Uhrensynchronisationen darin, dass
jedes beliebige Inertialsystem als Absolutsystem ausgezeichnet werden kann,
was in "klassischen" Äthersystemen natürlich nicht so ist.


Im Kapitel 2.11 wird dieser von Ihnen angegebene Zusammenhang auch
nicht behauptet, dass sich nämlich die Lorentztheorie von der SRT
empirisch unterscheide; Einleitend zu den historischen Versuchen steht
nämlich der noch durchaus richtige Satz:

"[Auch] Wenn sich die Standardformulierung der Einsteinschen Theorie
von (2.11.2) nur durch eine andere Konvention über
Uhrensynchronisierung unterscheidet, so kommt man doch aufgrund der
"Ätherformulierung" auf völlig andere Hypothesen bezüglich möglicher
Tests der Theorie."

Das kann ich nicht nachvollziehen, denn etwas weiter unten kommt dann
dieses Beispiel mit dem Experiment, wo ganz klar gesagt wird, daß die
Äthertheorie auf eine andere Vorhersage für dessen Ausgang führt als
die SRT.

Das ist falsch, wenn ich davon ausgehe, dass Sie auf Wood/Tomlinson/Essen
anspielen, die 1937 feststellten, dass die longitudinale Eigenfrequenz eines
Stabes mit hoher Genauigkeit richtungsunabhängig ist. Ich zitiere und
kommentiere die wichtigsten Teile aus dem Kleingedruckten des Kapitels 2.11
aus dem Sexl/Urbantke:

******
1. ausgesprochen schwachsinniger Teil (Nummerierung der Sätze von mir)
******
(1) Aufgrund der Relativitätstheorie ist dieses Resultat selbstverständlich.
(2) In der Theorie, die die Autoren des Versuches zugrundelegten, war dies
keinesfalls so - sonst hätten sie den Versuch kaum gemacht. (3) Sie nahmen
vielmehr die zur Relativitätstheorie kinematisch äquivalente "Ätherversion"
(2.11.2) an.
******

(1) Ja, aber es ist auch in der Lorentztheorie seit Frühjahr 1904/Anfang
Juni 1905 selbstverständlich, mindestens in der Version von Poincaré.

(2) Die Motive von Wood u.Co. sind unerheblich; auf jeden Fall können deren
Motive nicht Lorentz und/oder Poincaré untergeschoben werden. Zudem: Nach
dieser Logik müssten die Federführer der Gravity Probe B-Versuche die ART
ablehnen, denn "sonst würden sie diesen Versuch ja kaum machen": Was für ein
Schwachsinn! So einen Satz kann Sexl - mindestens als er noch gesund war -
doch unmöglich geschrieben haben, insbesondere wenn man bedenkt, dass der
Schreiber dieser Zeilen in Satz (3) Mansouri/Sexl des Plagiats bezichtigt!
Denn wenn (3) richtig ist, dann kannten Wood u.Co. bereits 1937 die
Mansouri/Sexl-Synchronisation, während Mansouri/Sexl sie erst 1977 fanden.
Der/die Schreiber dieser Sätze scheinen zudem nicht zu wissen, dass die
Mansouri/Sexl-Synchronisation nicht die einzig mögliche absolute,
systemexterne Synchronisation ist.

Wer nur diese drei Sätze gelesen/verstanden hat, kann tatsächlich einen
falschen Eindruck erhalten haben. So dumm, wie diese ersten drei Sätze die
Autoren erscheinen lassen, sind sie dann aber doch nicht, wie man den
fogenden Zitatabschnitten (erst von mir aus Kommentierungsgründen in
Abschnitte getrennt), insbesondere dem dritten Textteil entnehmen kann:

*********
2. präzisierender Teil des Textes
*********
Was unberücksichtigt blieb, ist, daß auch die Eigenschwingungen des Stabes
einen periodischen Vorgang darstellen, der als Uhr benützt werden kann. Wäre
der Versuch positiv ausgegangen, so hätte dies bedeutet, daß es in einem
relativ zum Äther bewegten System Klassen von Uhren gibt, die durch die
Bewegung unterschiedlich beeinflusst werden (die Autoren wollten ja die
Veränderung der Eigenfrequenz des bewegten Stabes durch Vergleich mit einer
ebenfalls bewegten Uhr feststellen!). Dies wäre in einer Äthertheorie
möglich.
*********

Der letzte Satz ist so allgemein formuliert falsch: Richtig hätte es heissen
müssen: "Dies wäre in gewissen Ätherthoerien möglich."

Hier ist darum eine Bemerkung zum Begriff Äthertheorie nötig: Es sind
mindestens zwei Arten Äthertheorien zu unterscheiden:

1. Definitorische Äthertheorien, zu denen die Mansouri/Sexl-"Äthertheorie"
gehört, die an der bisher bekannten Physik aber nichts ändern, ausser
allenfalls an der praktischen Umsetzbarkeit der Synchoronisationsvorschrift
bzw. der physikalischen Messbarkeit von Zeiten, die einem Ereignis
zuzuordnen sind.

2. Physikalische Äthertheorien, die von einem stofflichen Äther ausgehen,
allermindestens aber einem physikalisch und nicht nur definitorisch
ausgezeichneten Absolutsystem. Diese Theorien sind wieder zu unterteilen in
solche,

2.a) die ein Ruhesystem physikalisch nachmessbar auszeichnen und solche,

2.b) die das wegen der speziellen Form der Naturgesetze nicht tun, und zwar
ohne dass man sich auf ad hoc-Postulate berufen muss wie in den Fällen 1.
und 2.a..

Zur letzteren Kategorie zählt Lorentzens Interpretation der SRT. Wenn
Lorentz damit voll durchgekommen wäre, dann wäre seine Sichtweise im
physikalischen Sinne der ursprünglich poincaréschen, "fast nur
postulierenden" Sichtweise deutlich überlegen; Lorentz kam meines Wissens
aber immerhin recht weit damit, was gegen Ende des hier diskutierten Textes
auch in einer Klammerbemerkung kurz erwähnt/anerkannt wird.

Aus obigem Text erkennt man, dass der Autor des Kleingedruckten (Urbantke?)
an 2.a) denkt, denn im Falle von 1. oder auch 2.b) sind die "Wood
u.Co.-Annahmen" kaum naheliegender als im Falle der SRT.

Ich fahre mit dem Zitieren fort:

*******
3. Teil: Nötige Zusatzpostulate für eine Äthertheorie à la 2.a)
*******
In diesem Fall hätte die Transformation (2.11.2) sehr eingeschränkte
Bedeutung - es wäre zu spezifizieren, mit welcher Art von Uhr die Zeit
gemessen werden kann. Um Übereinstimmung mit der Relativitätstheorie zu
erzielen, ist in der "Äthertheorie" zu postulieren, dass *jede* Art von
Uhren bei Bewegung durch den Äther um den Faktor Wurzel(1-v^2) langsamer
geht, *jeder* Maßstab um diesen Faktor schrumpft.
*******

Das ist - wenn man vom "2.a)-Ätherbegriff" ausgeht - richtig, wenn auch
nicht besonders elegant formuliert. Das wusste Lorentz aber - nach Poincarés
Darstellung (die 1904-er SRT-Arbeit von Lorentz habe ich nicht danach
abgesucht) - schon spätestens seit Frühjahr 1904. Bei Poincaré findet man
diese Zusatzannahmen in etwas anderer Formulierung auch bereits in seinem
Vortrag von Ende Sept. 1904, der unter anderem im Taschenbüchlein "La valeur
de la Science" als Kapitel 7 bis 9 abgedruckt ist und das Ende 1904/Anfang
1905 erschien. Ich vermute schon einige Zeit, dass dieses Buch der
unmittelbare Anlass für Einsteins Arbeitsbeginn an seinem eigenen
SRT-Artikel war; das ist aber schwer definitiv nachzuweisen, da Solovine,
aber auch Habicht zu der Zeit bereits nicht mehr in Bern waren. Poincaré
schrieb da in der Übersetzung von E. Weber:

"Dann ist [nach der Annahme der (kinematischen) Lorentzkontraktion] noch
eine Hypothese über die [dynamischen] Kräfte nötig. Die Kräfte, was auch
immer ihr Ursprung sein mag, die Schwere sowohl wie die Elastizität, werden
in einem bestimmten Verhältnis vermindert in einer Welt, die von einer
gleichmässigen Translationsbewegung ergriffen ist; oder vielmehr , dieses
würde für die Komponenten, die auf der Fortbewegungsrichtung senkrecht
stehen, eintreten, während die parallelen Komponenten sich nicht ändern."

Kurz: Was Urbantke oben sagt, ist ein alter Hut.

Das wusste Poincaré schon 1904, und Einstein hat es bei Poincaré mit grosser
Wahrscheinlichkeit gelesen, denn unmittelbar vor dem gerade zitierten
Poincarésatz erläuterte Poincaré ausführlich die Uhrensynchronisation
zwischen zwei Uhren in A und B, wie er das auch schon in früheren
Publikationen getan hatte. Poincaré war da - September 1904 - auch der
Zusammenhang mit dem Relativitätsprinzip bereits völlig klar, wie folgendem
Satz entnommen werden kann:

"... Alle Erscheinungen, die zum Beispiel in A entstehen, verspäten sich ,
aber sie tun es alle gleichmässig, und der Beobachter wird es nicht
bemerken, weil seine Uhr nachgeht; also hat er, wie es das Prinzip der
Relativität verlangt, gar kein Mittel zu wissen, ob er in absoluter Ruhe
oder in Bewegung ist. ..."

Korrektheitshalber: Weil ich kein Originalexemplar zur Hand habe, konnte ich
Webers Übersetzung jetzt nicht überprüfen.

Die obigen 2 Poincaré-Zitate - insbesondere das Erste - passen aber gut zu
den Formulierungen in seiner SRT-Resultateübersicht vom 5. Juni 1905 in den
Comptes rendus vom 11. Juni 1905; dort (Seite 491/492), in
http://www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905-1.pdf,
findet man im Zusammenhang mit den Kräften bzw. der Dynamik z.B. die Sätze:

"Mais ce n'est pas tout : Lorentz, dans l'Ouvrage cité [die SRT-Arbeit von
Lorentz vom Frühjahr 1904], a jugé nécessaire de compléter son hypothèse en
supposant que toutes les forces, quelle qu'en soit l'origine, soient
affectées, par une translation, de la même manière que les forces
électromagnétiques, et que, par conséquent, l'effet produit sur leurs
conposantes par la transformation de Lorentz est encore défini par les
équations (4)."

Wer's genauer wissen will, lese selber nach. Ich ergänze nur bezüglich des
Aspektes, dass es hier so scheint, als wäre Poincaré ein klarer
"Lorentzanhänger" im Sinne von 2.b), was aber keineswegs der Fall ist, wenn
man sich mit seinen damaligen, früheren und auch späteren Veröffentlichungen
etwas näher befasst; er wusste aber noch, was heute peinlicherweise sehr
viele nicht mehr zu wissen scheinen, dass Lorentzens Sichtweise eine
mögliche und zulässige ist, die er in seiner eigenen SRT-Arbeit von 1905
dann bezüglich gewisser Aspekte sogar noch vertieft hat.


Nun gehe ich wieder zurück zum Kapitel 2.11 und fahre mit den Zitaten fort:

******
4. Teil
******
(1) Dieses kinematische Postulat [Kontraktion/Dilatation] muß dann auch aus
der Dynamik (inneren Struktur) des Maßstabes oder der Uhr heraus bewiesen
werden. (2) Für die Lorentzkontraktion wurde dies von Lorentz teilweise
gezeigt (siehe Abschnitt 5.8). (3) In der Relativitätstheorie wird durch die
Lorentzkovarianz der Naturgesetze (siehe folgende Kapitel) garantiert, daß
Kinematik und Dynamik stets übereinstimmende Resultate liefern.
******

Der Satz (1) ist im Allgemeinen falsch, denn dies lässt sich natürlich auch
im Rahmen der Lorentztheorie über Kovarianzforderungen postulieren; Poincaré
war immerhin der Erste, der schon Anfang Juni 1905 erste, noch etwas
vorläufige, aber für die Konsistenz der Lorentztheorie sehr wichtige
Resultate aus einer lorentzkovarianten Gravitationstheorie präsentieren
konnte, nämlich, dass eine Ausbreitungsgeschwindigkeit der Gravitation mit
der Lichtgeschwindigkeit c im Rahmen der Lorentztheorie mit den
astronomischen Beobachtungen trotz des bekannten Laplace-Argumentes sehr
wohl mit den astronomischen Beobachtungen verträglich sein könn(t)e; allein
damit hatte Poincaré 1905 noch einen gewaltigen Wissens- und
Verstehensvorsprung vor Einstein in SRT- und Gravitationsfragen.

Der Satz (2) ist richtig, kenne Lorentzens diesbezügliche Arbeiten aber
nicht näher.

Der Satz (3) ist zwar richtig, aber die Lorentzkovarianz wurde erstmals
einigermassen deutlich 1905 von Poincaré im Zusammenhang mit der
Lorentztheorie und Gravitation formuliert und dann später wohl primär von
Minkowski weitergeführt, der nachweislich von den poincaréschen Arbeiten von
1905 ausgegangen war.



Allerdings macht das ganze Kapitel genau ab diesem zitierten Satz bis
zum Ende einen fast dilettantischen Eindruck; selbst offensichtliche
Fehler findet man da, worauf ich schon gestern hinwies, und viele
Formulierungen sind allermindestens missverständlich und stehen
teilweise sogar im klaren Widerspruch zum ersten Teil des Kapitels.

Ich sehe keine.

Dann müssen Sie halt genauer lesen:

Schon obige Analyse zeigt mindestens schwerst missverständliche
Formulierungen auf. Das krasseste Beispiel, das mir auffiel, ist aber
folgender Satz ziemlich am Ender des Kapitels, der auch nicht durch die noch
folgenden Sätze relativiert wird:

" Von historischer Bedeutung ist, daß diese Navigationssysteme die
Ungültigkeit des klassischen Konzeptes einer absoluten Zeit zur wesentlichen
Voraussetzung haben, da bei ihrer Anwendung die Konstanz der
Lichtgeschwindigkeit stets angenommen wird. "

Dieser Satz steht dadurch, dass er ganz deutlich den (falschen!) Eindruck
erweckt, dass das Konzept einer absoluten Zeit experimentell widerlegt sei,
in klarem Gegensatz z.B. zu folgendem, völlig richtigem Satz auf der zweiten
Seite des Kapitels 2.11:

" Da t=0 und t'=0 übereinstimmen, gibt es bei dieser Wahl der
Uhrensynchronisation [Mansouri/Sexl] *keine Relativität der
Gleichzeitigkeit* "


Mit erstaunlicher
Präzision kam dabei heraus, daß es in der Lorentzäthertheorie
mögliche Abweichungen von der SRT nicht gibt.

Hätte man Abweichungen von der SRT gefunden, hätte sich auch die
Lorentztheorie (mindestens in der Form ab Frühjahr 1904/Anfang Juni
1905) gleichermassen als falsch erwiesen, da sich die beiden
Theorien/Interpretationen empirisch - mindestens mit Versuchen solcher
Art - nicht unterscheiden lassen.

Es ist doch ganz einfach: Entweder ist die Lorentztheorie äquivalent zur
Einsteinschen, und das bedeutet in der Physik nun einmal, daß beide
Theorien zur gleichen Vorhersage über *beobachtbare* Phänomene führen.

Die Sache ist überhaupt nicht einfach, weil es hier nicht nur um Mathematik
geht, sondern um die komplexe Angelegenheit der Zuordnungsdefinitionen
physikalischer Sachverhalte zu mathematischen, von denen aber viele
mathematisch ausgerichtete Physiker keine Ahnung zu haben scheinen. Ich
hatte aber schon letztmals darauf hingewiesen, dass - trotz mathematischer
(kinematischer und dynamischer) "Voraussageäquivalenz" - absolute,
systemexterne Synchronisationen im Gegensatz zur Synchronisation nach
Poincaré im Prinzip auch einfach in beschleunigten Systemen angewandt werden
können, was aus physikalischer Sicht halt ein gewaltiger Vorteil für die
absoluten Synchronisationsvorschriften ist.


In dem zitierten Experiment führt die von Sexl und Urbandtke als
Äthertheorie bezeichnete Theorie zu einer anderen Vorhersage als die
Einsteinsche, und deshalb wurde das Experiment zum Test dieser Theorien
durchgeführt,

Das ist **falsch**, und einen solchen Unsinn hat noch nicht einmal Urbantke
behauptet, worauf ich schon oben hinwies: Richtig ist daran wohl nur, dass
Wood u.Co. etwas anderes erwartet hatten (kenne deren Originalarbeit aber
nicht), als was nach Lorentz und Poincaré zu erwarten war; Einstein können
Sie da ruhig weglassen. mindestens solange Sie nicht in der Lage sind zu
zeigen, was Einstein noch Wesentliches gefunden haben sollte, was Ende Juni
1905 nicht bereits bekannt *und* veröffentlicht war.

und die Einsteinsche Hypothese von der strikten
Lorentzinvarianz der Dynamik hat sich als korrekt erwiesen.

Die Idee der Allgemeingültigkeit der Lorentzinvarianz stammt nicht von
Einstein, sondern - wenn Poincaré Lorentz richtig interpretiert hatte - von
Lorentz; sollte Poincaré aber Lorentz überinterpretiert haben, was man
möglicherweise so sehen kann - ich kenne für eine seriöse Beurteilung die
Arbeiten von Lorentz aber nicht gut genug - dann stammt diese Idee immer
noch nicht von Einstein, sondern von Poincaré.

Wieso
sollte man sich denn 100 Jahre später noch mit solch klar widerlegten
Ideen beschäftigen?

Weil sie nicht widerlegt sind, und zwar weder im Sinne von 1. noch im
Sinne von 2.b), und zudem ist es völlig offen, ob sich schliesslich nicht
sogar 2.a) - wenigstens in gewissen Bereichen - als richtig herausstellen
wird: Wenn sich z.B. meine Weltpotentialtheorie unter dem Strich als richtig
herausstellen wird, dann gibt es auf "genügend" grossen Skalen ein
physikalisch ausgezeichnetes Ruhesystem.


Homo Lykos

--
Ceterum censeo: Zur Ehre Galileis,
zur Freude der Grossen der Physik von Planck, Einstein bis Heisenberg
ermögliche man auch wieder deutschsprachige Physikveröffentlichungen.


.

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