DIE ZEIT - "EIN ÄUSSERLICHES MASS DER DAUER"
Uhren im Schwerefeld
Inhalt:
Da das Fallen einer Masse nichts mit der Masse zu tun hat, die da fällt
Die Messung der Dauer von Vorgängen
Heute haben wir bessere Mittel, Messungen der Dauer zu standardisieren
Bei Einsteins Vorhersage der Rotverschiebung im Jahre 1907
Fazit
Zur Erinnerung
| zurück zum Seitenanfang |
Die Messung der Dauer von Vorgängen
war für einen klassischen Mechaniker nur ein Uhrmacherproblem und die Zeit, mit der er es zu tun hatte, war relativ und "ein beliebiges sinnlich wahrnehmbares und äußerliches Maß der Dauer, aus der Bewegung gewonnen" (Newton, Principia, Definition VIII), wobei er die mittlere Sonnenzeit, also die durchschnittliche Dauer zwischen zwei Sonnenhöchstständen beim Durchgang durch den Meridian, als Grundmaß der Dauer benutzte, wie dies heute noch geschieht. Newton hatte kein Problem mit der Zeit als einem "äußerlichen Maß der Dauer". Aber er hatte ein Problem mit der Dauer, die er "die absolute Zeit" nannte (Def. VIII), weil er sagte, daß sie "in sich und ihrer Natur gleichförmig, ohne Beziehung zu irgend etwas außerhalb ihrer Liegenden fließt." Doch die Dauer fließt nicht, weil alles Fließen schon die Dauer des Fließenden voraussetzt. Von der Dauer können wir nur sagen, daß sie der zeitliche Aspekt des Existierens einer Sache ist. Neben dem zeitlichen Aspekt des Seins der Dinge kennen wir noch ihren räumlichen Aspekt. Zeit und Raum sind also nicht die Trümmer einer (durch Blitzschlag?) gespaltenen und auf uns herabgerieselten irgendwie realen Raumzeit, sondern sind zwei durch unsere kognitiven Strukturen unterschiedene Aspekte der einen Realität, die der Beobachter einerseits unter dem herausgehobenen, vital wichtigen Aspekt der Veränderung, andererseits unter dem statischen Aspekt der Ausdehnung betrachtet und das Verhältnis beider zueinander als "Bewegung" erfaßt. Zeit und Bewegung sind dabei Produkte des Erinnerungsvermögens: Ohne den Abgleich von Erinnerungen könnten wir keine (Orts-)Veränderung, also Bewegung bemerken und ohne die Einteilung unterschiedlicher Bilder einer Sache oder einer Situation in "frühere", "spätere" und "jetzige" hätten wir keinen Zeitbegriff. Also war es richtig, daß Newton schrieb, daß "die Zeit ein beliebiges sinnlich wahrnehmbares und äußerliches Maß der Dauer (ist), aus der Bewegung gewonnen" und richtig und wichtig, daß er Dauer und Zeit unterschied:
Und die Unterscheidung zwischen sich und den Dingen ist der Beginn jeder wahren Einsicht. Bei dem Kunstgebilde "Raumzeit" aber, die nach Auffassung ihrer Anhänger weder dem Beobachteten noch dem Beobachter zugehört, sondern - in der bei ihnen üblichen Unschärfe - zwischen allem Faktischen schwebt, fehlt es noch an einer solchen Unterscheidung.
| zurück zum Seitenanfang |
Heute haben wir bessere Mittel, Messungen der Dauer zu standardisieren,
im Alltag z.B. Quarzuhren, in denen ein Quarzkristall durch den angelegten Wechselstrom höchst gleichbleibende Schwingungen vollführt, die der Uhr den Zeittakt geben. Für wissenschaftliche und amtliche Zwecke benutzen wir Atomuhren, die von einem pulsierenden Atom gesteuert so präzise gehen, "daß sie ihre Ganggeschwindigkeit bis zu einer Genauigkeit von einem Billionstel einer Sekunde pro Stunde beibehalten", wie Clifford M. Will, der von seinem deutschen Verlag (Springer, Berlin, Heidelberg) als "einer der führenden Theoretiker auf dem Gebiet der Allgemeinen Relativitätstheorie" vorgestellt wird, in seinem Buch "...und Einstein hatte doch recht" zu Beginn eines Kapitels über ein mit Hilfe der NASA 1976 ausgeführtes Experiment zur Überprüfung der Rotverschiebung bei Licht und Uhren im Schwerefeld schreibt. Zu der in der Spitze einer 25 Meter hohen Scout D Rakete untergebrachten Atomuhr, "eine der präzisesten, die jemals gebaut wurden", gab es "nur eine einzige andere Uhr, die genauso gut war wie die auf der Rakete, und das war ihr genaues Gegenstück. Sie befand sich zu der Zeit 720 Meilen weiter südlich auf der NASA-Leitstelle Meritt Island, nahe bei Cap Canaveral. Während des zweistündigen Flugs der Scout D sollten die Zählraten der beiden Uhren verglichen werden. Wenn alles gut ging, würde das Experiment mit größerer Genauigkeit als jemals zuvor zeigen, ob Einstein mit der von ihm vorhergesagten Wirkung der Gravitation auf die Zählraten von Uhren, dem als Gravitations-Rotverschiebung bekannten Effekt recht hatte."(Will) Während Newton Physiker und Astronomen, die nach Süden segelten, ihre Pendeluhren gebrauchen ließen, um mit Hilfe abnehmender Gravitation den Äquatorwulst nachzuweisen, lassen die Relativisten einfach Atomuhren in die Höhe schießen, um deren Gangabweichungen bei abnehmender Schwere zu messen - aber nicht um irgend etwas zu erforschen, sondern nur um zu beweisen, daß "Einstein "doch" recht hatte", was eine neue Art von angewandter Physik ist.
Aber wenn Will Newtons Principia gelesen oder das Pendelgesetz beachtet hätte, dann hätte ihm eigentlich gar nicht in den Sinn kommen können, daß die Gravitation keinen Einfluß auf den Gang von Uhren hat, mußte doch bereits Halley in Sankt Helena sogar "einen hölzernen Ring zwischen der Auflagefläche der Schraube und dem Pendelgewicht" seiner Uhr einlegen, um ihre Gangungenauigkeit infolge der geminderten Schwere in Äquatornähe auszugleichen. Der Gang einer jeden Uhr ist abhängig von ihrem Taktgeber und der ihn antreibenden Energie, die in Wechselwirkung mit den vor Ort anwesenden Energien steht, wozu auch immer die Gravitation gehört! Aber es bedarf zusätzlich nicht einer Uhren antreibenden "realen Zeit", sondern es gibt nur - in Abhängigkeit von den sie beeinflussenden Energien - unterschiedlich gleichförmig gehende Uhren, die Zeitstandards erzeugen und von denen wir den jeweils geeignetsten zu Meßzwecken benutzen. Was in der Uhr gemessen wird ist nicht die Zeit, sondern durch Addition die Zahl standardisierter Bewegungen, die uns ein Maß der Dauer von Zuständen und Ereignissen gibt. Schwankt die eine Uhr antreibende Energie, dann wird in der Regel auch der Zeitstandard schwanken.
| zurück zum Seitenanfang |
Bei Einsteins Vorhersage der Rotverschiebung im Jahre 1907
kann es sich aber nicht um den Gang von Quarz- oder Atomuhren gehandelt haben, sondern nur um das Verhalten des Lichts im Schwerefeld. Und weil es ihm und offensichtlich vielen anderen Physikern, die sich wohl zu lange mit der Ätherhypothese des Lichts beschäftigt hatten, neu war, daß auch das Licht der Wirkung des Schwerefeldes ausgesetzt ist, war "die Gravitations-Rotverschiebung die erste von Einstein großen Vorhersagen."(Will) Da aber kein Grund bekannt ist, Licht von der Wirkung des Schwerefeldes auszuschließen, da ja das "Fallen" nicht von dem, was da fällt, abhängt, wie man seit Galilei wissen könnte (weshalb bereits 1783 John Michell aus Newtons Gravitationsformel die Masse eines Körpers errechnete, von der Licht nicht mehr entfliehen könnte), ist es ganz natürlich, daß durch das Fallen des Lichts im Schwerefeld die sog. "Rotverschiebung" seiner Wellenlänge eintritt. Aber wegen der Zunahme der Lichtgeschwindigkeit relativ zum Lichtempfänger am Boden, ist es für ihn eine Blauverschiebung, während für den mitfallenden Beobachter die Wellenlänge konstant bleibt. Und so heißt es auch bei Will sehr richtig: "Wenn jedoch der (für den mit dem Licht mitfallenden Beobachter) anstürmende Empfänger das Lichtpaket empfängt, wird er aufgrund des Doppler-Effekts eine höhere Frequenz feststellen als die, die im frei fallenden Labor gemessen wurde."
Wenn die Anwendung des Doppler-Effekts auf fallendes Licht eine von Einsteins "großen Vorhersagen" war, dann bin ich mit ihm so einig und sehe das Phänomen als so selbstverständlich an, daß ich nicht verstehen kann, was an ihm seit Christian Doppler (1803 - 1853), der als erster Physiker den objektiven Einfluß von Relativbewegungen auf die Frequenz von Signalen entdeckte, groß vorherzusagen war und vor allem mich frage, warum für seine Bestätigung immer wieder dieser Aufwand getrieben wird. Es wäre doch nur dann wert darüber überhaupt noch zu reden, wenn es nicht so wäre, so daß man meinen Überlegungen nicht die Ergebnisse der relativistischen Versuche entgegenhalten kann, denn ich sehe sie als zwingend an. Aber dann wird der Hintergrund solch wissenschaftlich unerheblichen Tuns allmählich sichtbar, wenn Will schreibt: "Es sollte aus unserem Gedankenexperiment klar sein, daß die Gravitations-Rotverschiebung ein wirklich universales Phänomen ist. ... Die Gravitations-Rotverschiebung beeinflußt die Ganggeschwindigkeit aller Uhren, gleich ob mechanisch, biologisch oder atomar." Nicht also das Fallen der Lichtquelle wäre für die erhöhte Frequenz ihres Lichtes verantwortlich, wie sich das bei einer arithmetischen Betrachtung ergibt, die c und v addiert, sondern die "Gravitations-Rotverschiebung beeinflußt die Ganggeschwindigkeit aller Uhren". Für Relativisten, für die c eine Meßkonstanz ist, ist die Rotverschiebung kein Abbild wahrer Bewegungskonstanz plus Relativbewegung Quelle/Empfänger, ohne die es sie nicht gäbe - würde dies doch die sinnlose Behauptung einer immer gleichen Meßkonstanz sofort widerlegen - sondern "ein Standardtest für die Existenz der gekrümmten Raumzeit", wie Will kurz danach schreibt. Daß es vor aller Spekulation richtiger wäre, das Lichttempo einer Dopplerverschiebung erst einmal zu messen, kommt Will nicht in den Sinn, weil Einstein gegenüber Michelson "doch" recht behalten soll, wobei zu Wills Ehre gesagt werden muß, daß der englische Originaltitel schlicht lautet: "Was Einstein Right?"
| zurück zum Seitenanfang |
Man hat also im Gedankenexperiment fallendes Licht betrachtet und im tatsächlichen Experiment, mit der Scout D, den Gang zweier baugleicher Atomuhren verglichen, von denen eine im freien Fall war, und hat am Boden eine Blauverschiebung der Frequenz der stürzenden Uhr festgestellt. Und dann, nachdem man lediglich eine einzelne Atomuhr in den freien Fall gebracht hatte, ohne auch nur den umgekehrten Fall der geostationären Uhr als Sender zu untersuchen (denn es sollte ja ein mit der Uhr verbundener "Bewegungseffekt" bewiesen werden), versteigt sich Will zu der Behauptung, daß die "Gravitations-Rotverschiebung ein wirklich universales Phänomen ist," (Seite 47) das "die Ganggeschwindigkeit aller Uhren beeinflußt, gleich ob mechanisch, biologisch oder atomar." (Seite 47/48) Da es hier nicht ums Rechthaben sondern allein um Richtigkeit geht, gilt es zu untersuchen, wie wissenschaftlich und logisch richtig diese Kern- und All-Aussage ist und ob es sich bei ihr um mehr als ein freies Phantasieren handelt.
Die "Gravitations-Rotverschiebung" beeinflußt nicht die Ganggeschwindigkeit von Uhren, sondern die Rotverschiebung eines Signals ist entweder die Folge einer von der Gravitation beeinflußten Frequenz oder/und Zeichen einer von ihr ausgelösten Beschleunigung (Dopplereffekt). Hier werden Ursache und Wirkung vertauscht.
Als Dopplereffekt beweist die Rotverschiebung nur eine Relativbewegung zwischen Quelle und Empfänger eines Signals (gleich welche Uhr sendet), jedoch nicht den geänderten Gang einer Uhr. Hier wird eine Wirkung unterstellt, die nicht existiert.
Selbst die eben genannten Todsünden wider den Geist der Wissenschaft werden noch in den Schatten gestellt von der ganzen Art der Argumentation, die so "wissenschaftlich" ist, wie wenn ich ein einzelnes blaues Blatt finde und ohne auch nur den Anschein eines weiteren Beweises zu haben und ohne Prüfung von Alternativen behaupte: "In der ganzen Welt sind alle Blätter, Steine und Wolken (nicht etwa wenigstens blau sondern auch noch) rot." Wer von Ideologie geschlagen ist, ist auch bereit zu glauben, daß zwei mal zwei Freitag ist, wenn dies nur seine Ideologie zu stützen scheint.
Nachdem er (Will) erst ganz richtig eine Beziehung zwischen der Lichtfrequenz bzw. der atomaren Schwingung und dem Sturz einer Lichtquelle bzw. einer Atomuhr festgestellt hat, will der Autor diese physikalische Beziehung, weil er sie entweder nicht verstanden hat oder aus ideologischen Gründen nicht verstehen will, nicht als die Folge der Relativbewegung einer sich nähernden Quelle verstehen bzw. als direkte Wirkung des Gravitationsfeldes auf die Uhr, sondern als die Wirkung einer durch das Universum schwappenden allgemeinen realen Raumzeit, die durch die Gravitation wie ein Strudelteig gekrümmt, gedehnt oder geschrumpft wird, geht es in Verfolgung der Ideologie des Physikalismus hier doch um den "Beweis", daß Raum und Zeit keine mentalen Muster sondern physikalische Realitäten sind - auch unter Opferung des echten Verständnisses physikalischer Phänomene. Diese angeblich universale isochrone Wirkung einer Raumzeit auf alles Tote und Lebendige stimmt aber nichteinmal für mechanische Uhren, denn wie uns das Pendelgesetz besagt und wie wir aus Newtons Principia wissen könnten, gehen Pendeluhren langsamer, wenn sie sich vom Zentrum des Schwerefelds entfernen, z.B. am Äquator oder auf Bergen, während Atomuhren, wie von Will berichtet wird, auf Türme, Flugzeuge oder Raketen verfrachtet, schneller gehen. Die Gangabweichung hat zwar beidemale mit dem Gravitationsfeld zu tun: bei der Pendeluhr treibt das Feld das Pendel an, weshalb der Zeittakt sich verlangsamt, wenn die beschleunigende Kraft abnimmt; bei der Atomuhr dagegen wird der Zeittakt von einem pulsierenden Cäsiumatom gegeben, das, in Wechselwirkung mit magnetischen Hochfrequenzfeldern, als atomares Pendel, wie jedes Pendel, zwischen zwei genau definierten Energiezuständen schwingt, wobei der maßgebliche Puls, z.B. eben durch die Abnahme der Gravitation, als eine der Randbedingungen des Uhrenganges, weniger gebremst wird, weshalb sich der Zeittakt ganz geringfügig erhöht - und das auch noch entgegen der These der Speziellen RT, daß "bewegte" Uhren langsamer gingen! Der sog. "allgemein-relativistische Effekt" ist also kein relativistischer Bewegungseffekt, sondern ein seit Newton bekannter Feldeffekt und sollte ehrlicherweise auch so genannt werden. (Wie die Schwerelosigkeit im Orbit Raumfahrern beweist, gehört auch der freie Fall zu den quasi (d.h. für die Betroffenen) näherungsweise kräftefreien Zuständen, die in den Bereich der SRT fallen würden. Andererseits gibt es auch keine reine Translation, da die Schwerkraft allgegenwärtig ist, so daß die Trennung zwischen beschleunigten und unbeschleunigten Zuständen sowieso nur Nützlichkeitscharakter aber keine physikalische Bedeutung hat.)
Biologische Daseinsformen werden zwar auch von der Gravitation beeinflußt und die ungewohnte Schwerelosigkeit im Orbit kann von Astro- und Kosmonauten nur eine begrenzte Dauer ohne gesundheitliches Risiko ertragen werden. Sie wirkt lebensverkürzend und nicht -verlängernd, weil irdisches Leben nicht für die Schwerelosigkeit konzipiert ist. Doch das Wachsen eines Lebewesens und sein Altern ist in seinem Genom programmiert - ein Wissen, das zu ignorieren wir auch Physikern nicht mehr erlauben sollten (ebensowenig den Gebrauch oder Nichtgebrauch des Dopplereffekts nach Gusto), und hat nichts mit einer Gravitations-Rot- oder Blauverschiebung und schon rein gar nichts mit einer Bewegung durch den Raum zu tun, wie uns das Zwillingsparadoxon weismachen will, die als kräftefreier Zustand eben nichts bewirken kann, wie gerade die Michelson-Morley-Experimente bewiesen hatten!!! Man muß nur das Faktum gelten lassen und es nicht umdichten wollen.
Es ist die Analogie zur Bewegung des Lebendigen, welches zu jeder Selbstbewegung einer Kraft/Energie bedarf, die uns auch bei physikalischen Körpern, die uns bewegt erscheinen, unbewußt eine Kraft annehmen und eine kräftefreie Bewegung innerlich nicht akzeptieren läßt. Außer mit den Vor-Urteilen des Physikalismus haben wir hier also auch noch mit den Vor-Urteilen des Objektivismus (die Dinge wären so, wie sie uns erscheinen) und mit unzutreffenden Analogieschlüssen zu kämpfen, weshalb es den Relativisten nicht gelingt, physikalische Vorgänge der Sache angemessen zu beschreiben. Darüber hinaus wollen sie mit einer eigenständigen "Raumzeit" ihr Weltmodell des transzendentalen Determinismus "beweisen", d.h. in letzter Konsequenz die Existenz Gottes, als ein alles lenkendes transzendentales Wesen, das weder etwas dem Zufall, noch den Dingen selbst überlässt und die Menschen entmündigt und sie so jeder Verantwortung für ihr Tun und Denken enthebt. Das Bedürfnis, die eigenen Vor-Urteile und Vorlieben bestätigt zu sehen, statt mühsam evtl. beunruhigende und unerwünschte Wahrheiten zu suchen, ist nur allzusehr verständlich.
Geschwindigkeit ist das Verhältnis von Weg zu Zeit. Die Aussage, daß eine Geschwindigkeit "konstant" ist, macht nur unter der Voraussetzung Sinn, daß die Meßgrößen Länge und Zeit konstant sind. Das heißt für eine seriöse Betrachtung:
Ohne die Konstanz der Meßgrößen Länge und Zeit kann man über die Konstanz oder Nichtkonstanz einer Geschwindigkeit, z.B. der Lichtgeschwindigkeit, überhaupt nichts wissen.
Einsteins Grundannahme von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist zu ihrem Beweis auf eine Voraussetzung angewiesen, die er mit der Relativität von Zeit und Raum zugleich bestreitet. Diese innere Widersprüchlichkeit ist das Kennzeichen des frühen Einsteinschen Denkens. Später wollte er nicht die Konsequenzen der von ihm selbst geförderten Quantenmechanik anerkennen. Man erkennt in beiden Fällen, wie stark Einsteins Denken von alogischen Überzeugungen getragen wurde. Aber wie will er denn z.B. ohne die Hilfe einer Geraden die "Krümmung des Raumes" erkennen? Zum Verständnis der Dinge ist die Benutzung möglichst unveränderlicher Muster und Größen unverzichtbar. Solche zu finden, ist daher das Bestreben der Metrologie. Das war es, was Newton nach einem absoluten Raum und einer absoluten Zeit, d.h. von dem zu untersuchenden Gegenständen unabhängige = absolut gültige Meßgrößen verlangen ließ, eine Forderung, die zeitlose Gültigkeit hat, soll Messen Sinn machen.
Doch ganz gleich, was Menschen beim Messen für Probleme haben: Das Licht selbst erhält sich - wie jedes andere physikalische Objekt - von sich aus in seinem Zustand, solange keine Kraft (wie z.B. die Gravitation) auf es einwirkt. Das ist seine "Konstanz" (die es mit allen Sachen gemeinsam hat), während die "Bewegung" und deren Geschwindigkeit eine hinzutretende Eigenschaft ist, die erst aufscheint, wenn ein Beobachter das Verhältnis von Weg zu Zeit mit Hilfe eines von ihm gewählten Bezugssystems in Relation setzt. Doch für sich findet sich an den Dingen nichts, was man ihre "Bewegung" und "ihre" Geschwindigkeit nennen könnte. Unbeeinflußt beharren sie einfach nur in ihrem Zustand - was ihre objektive Beschreibung ist, die zu finden das einzig wahre Ziel der Physik als Wissenschaft sein muss.
Was "Die wahre Relativität der Bewegung" betrifft s. hier
© HILLE 1996
"Fazit" und "Zur Erinnerung" durch Erläuterungen ergänzt Ende Juli 03
| weiter | zurück zum Seitenanfang |