Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie

Physiktheorien als Dogmaam Beispiel der

Relativitätstheorie

Dresden 2011

vonAlbrecht Giese

Hamburg

1

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie

2

Warum neu nachdenken

über Physik?

2

‘


3

Krise der heutigen Physik

3

‘

1. Higgs Boson

2. Supersymmetrische Teilchen

3. Leptoquarks

4. Dunkle Materie (CDM)

5. Dunkle Energie

6. Kosmologische Inflation

7. Gravitationswellen

8. Quantum Gravity

Logische Grundlage der RelativitätstheoriePhysiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie

XXXXXXX?

4

Die Ursache: Das Paradigma

4

‘

Ursache der Krise ist

(im Sinne von Thomas Kuhn*)

das Festhalten am heutigen Paradigma nämlich:

Relativität beruht auf Eigenschaften der Raum-Zeit

Elementarteilchen sind punktförmig – ohne Struktur

*) Thomas S. Kuhn: Die Struktur wissenschaftlicher Revolution, Suhrkamp 1993

X

X


5

Inhalt

5

‘

Spezielle Relativität

Teilchen

Allgemeine Relativität

Was blockiert den Wechsel des

Paradigma?

}


6

Spezielle Relativität:

Wie hat es angefangen?

6

‘

Michelson-Morey Experiment brachte

unerwartetes Null-Ergebnis

Erklärung durch Heaviside / Lorentz über

Kontraktion von Feldern Objekten

Erklärung von Einstein*) über Raum-Zeit

*) Albert Einstein, Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen der Physik, IV. Jg. 17, S. 891–921 (1905)


7

Objekte kontrahieren bei Bewegung

Historie der Kontraktion (des Raumes??) in der Spezielle Relativitätstheorie

1888: O. Heaviside Elektrische Felder kontrahieren bei Bewegung

1889: G.F. FitzGerald

1892: H.A. Lorentz Der Michelson-Morley Aufbau kontrahiert bei Bewegung,was das Null-Ergebnis des Experimentes erklärt:

‘

7

2

2

1/1c

vddd *

1'

… und als Erklärung für das Null-Ergebnis von Einstein akzeptiert

Aber: Warum hat Einstein dann Relativität auf einer anderen Basis entwickelt?

1. Passte nicht in Einsteins Weltbild2. Dilatation damals nicht physikalisch erklärbar (erst 1930)


8

“Zitterbewegung” (Schrödinger) vervollständigt

Struktur eines Elementarteilchens:

h/E

0m

cv

‘

Gelte für alle Elementarteilchen

- Kein Konflikt mit Experimenten! -

(de Broglie 1924)

(Dirac / Schrödinger 1928/30)

(Relativität)

2N (Impulssatz)

orbit (Spin, mag. Moment)

8


99

Spezielle Relativität:Dilatation

‘

222 vcq Pythagoras

cRT 2

qRT 2'

2

2

1/1'

c

v

q

c

T

T -d.i. der Lorentz Faktor

222

2 cvdt

dc

2

2

11cv

dt

d

222

2 vcdt

dc

v

dt

dc

„Geschwindigkeit der Eigenzeit“


10

Was also liefert die lorentzianische Alternative

zur einsteinschen Relativität?

10

‘

Das physikalische Analogon zu Raum ist Feldausdehnung

Das physikalische Analogon zu Zeit ist Basisoszillation

Konsequenz:

Die Lichtgeschwindigkeit ‚c‘ ist bei Lorentz nicht konstant


11

Was bedeutet die Nicht-Konstanz von ‚c‘?

11

‘

Für die Speziellen Relativitätstheorie:

- Nur das gemessene ‚c‘ ist konstant – siehe Lorentz‘

Erklärung von Michelson-Morley

- Bei Einstein ist ‚c‘ real konstant

Für die Allgemeinen Relativitätstheorie:

Aus Raumkrümmung wird (Licht-)Brechung

Sie wird viel einfacher – bei i.w. gleichen Ergebnissen


12

Woher kommt

die Teilchenmasse?

12

‘


/rmass 13

‘

302

r

rrqKF

13

Note: The binding force is the strong force

Potential

Bind of Particles at Distance


/rmass 14

The Mass Equation

‘

The classical magnetic moment:

Or both equations combined: = Bohr magneton in case of the electron universally valid for all elem. particles

Radius R computed from the magnetic moment and then inserted above the correct mass m

universal for all elem. particles!

14

The Mass Equation


/rmass 15

Mass and Increase of Mass

‘

Relativistic increase of mass: From R'RR mmm '

Spin:

Classical angular momentum

Putting the object to motion: 2cdmdE (popular ) 2cmE

is constant

15


16

Jetzt:

Allgemeine Relativitätstheorie

=

Gravitation

16

‘

.


/gravity 17

Das Shapiro-Experiment:

‘

c

c

P

cr

MGcrc

2

0

0 21)( P=1/2 oder 1 abhängig von der Richtung

17

Einstein: Dieses ist eine scheinbare Reduktion von c;

Tatsächlich kontrahiert der Raum


/gravity 18

The gravitational field of the sun:

Die Anwendung der klassischen Brechung liefert für den Vertex:2r

MGa

‘

Jetzt: Beschleunigung im Ruhefall!!

P

cr

MGcrc

2

0

0 21)(

P=1/2 or 1 abhängig von der Richtung

Integrieration der Ablenkung 2 von – to + ergibt: 1.75 arcsec …. mit Newton: 0.88 arcsec

18

Dieses war der große Durchbruch für Einstein im Jahre 1919 (Sonnenfinsternis)!!

Einsteins Sichtweise: Der Pfad ist gerade, aber der Raum ist gekrümmt

Ablenkung nach Einstein über Raumzeit-Krümmung ergibt: 1.75 arcsec


/gravity 19

Elementarteilchem im Gravitationsfeld (bei vertikaler Achse):

‘ Gravit.

Source

c

c

Keine Abhängigkeit von der Masse!

19

2r

MGa


/gravity 20

Mathematische Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie

(Gravitation)

‘

20

Schwarzschild Lösung:

wird verwendet für die klassischen Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie:

- Perihelverschiebung (des Merkur)- Gravitationslinsen- Schwarze Löcher - zeitl. Dilatation im Gravitationsfeld- …

22

cr

GMrs


/gravity 21

Mathematische Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie (Gravitation)

‘

21

1

1

r

rcc s für radiale BewegungReduzierte Lichtgeschw. c

Reduzierter Feldabstand

22

cr

GMrs

dr

rd s 2

1

)1('

Schwarzschild Lösung

2

*

2cr

NGrs

222

2 vcdt

dc

2/1

1

r

rcc s für tangentiale Bewegung

in radialer Richtung

Lorentz Transformation(zeitbezogen)

Aufteilung der Geschwindigkeit in radialen/tangentialen Anteil

22222

2

rrc

dt

dc

Jetzt mit Gravitation:2

212

22

2 11

dt

dr

r

r

dt

dr

r

rc

dt

dc ss

2

d

dt


2222

‘

Field EquationsRiemann Geometry


/gravity 23

Mathematische Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie (Gravitation)

‘

23

1

1

r

rcc s für radiale BewegungReduzierte Lichtgeschw. c

Reduzierter Feldabstand

22

cr

GMrs

dr

rd s 2

1

)1('

Schwarzschild Lösung

2

*

2cr

NGrs

222

2 vcdt

dc

2/1

1

r

rcc s für tangentiale Bewegung

in radialer Richtung

Lorentz Transformation(zeitbezogen)

Aufteilung der Geschwindigkeit in radialen/tangentialen Anteil

22222

2

rrc

dt

dc

Jetzt mit Gravitation:2

212

22

2 11

dt

dr

r

r

dt

dr

r

rc

dt

dc ss

2

d

dt


www.ag-physics.org /gravity 24

Résumé

Sämtliche obigen Probleme verschwinden beim

vorgestellten Paradigmenwechsel,

1. dem neo-lorentzianischen Ansatz für Relativität

2. dem ausgedehnten Teilchenmodell

24

‘

1. Higgs Boson

2. Supersymmetrische Teilchen

3. Leptoquarks

4. Dunkle Materie (CDM)

5. Dunkle Energie

6. Kosmologische Inflation

7. Gravitationswellen

8. Quantum Gravity


25

Wissenschaftsverständnis:

Philosophische Betrachtung

25

Einsteinsche Relativität


↔

Philosoph Hans von Reichenbach*), Förderer von Einstein:

Ptolemäisches Weltbild

Lorentzianische Relativität ↔ Kopernikanisches Weltbild

*) H.R. Reichenbach, The Philosophy of Space and Time, Dover, New York (1958)

‘

26

Wissenschaftsverständnis:

Historische Entwicklung

26

‘

400 v. Cr.: Plato


„Wesen der Welt sind Strukturen“

Epoche Weltbild Anwendung

„Kreis ist eine Grundstruktur“

Darum kreisen Planeten

1500: NewtonPhysik der Bewegung:

Grundregeln der DynamikNewtonsche Gleichung

begründet Kreis/Ellipse

1900: Einstein Strukturlehre von Raum und Zeit

Einsteinsche Relativität

1920: HeisenbergBezug auf platonische

Strukturlehre

„Kopenhagener“ Quantenmechanik

Seitdem Stillstand …

Dann 400 Jahre lang enorme Fortschritte in der Physik

27

Was bringt die Zukunft?

27

‘‘

Eine Änderung des Paradigma ist unausweichlich

Nach Thomas Kuhn ist eine Änderung nur über ein

Revolution möglich

Wir stehen vor einer solchen Revolution

Es wird eine spannende Zeit


Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie

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