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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Physiktheorien als Dogma
am Beispiel der Relativitätstheorie Dresden 2011
von Albrecht Giese Hamburg
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Warum neu nachdenken über Physik?
2
2
‘
Krise der heutigen Physik 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
X
Higgs Boson
X
Supersymmetrische Teilchen
X
Leptoquarks
X
Dunkle Materie (CDM)
X
Dunkle Energie
X
Kosmologische Inflation
X
Gravitationswellen
?
Quantum Gravity
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3
‘
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Die Ursache: Das Paradigma Ursache der Krise ist (im Sinne von Thomas Kuhn* ) das Festhalten am heutigen Paradigma nämlich: *) Thomas S. Kuhn: Die Struktur wissenschaftlicher Revolution, Suhrkamp 1993
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‘
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Inhalt
Spezielle Relativität Teilchen } Allgemeine Relativität Was blockiert den Wechsel des Paradigma?
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‘
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Spezielle Relativität: Wie hat es angefangen?
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)
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6
‘
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
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 Objekte kontrahieren bei Bewegung Der Michelson-Morley Aufbau kontrahiert bei Bewegung, was das Null Ergebnis des Experimentes erklärt:
d
d
' 1 *
d
1 / 1
v
2
c
2
… und als Erklärung für das Null-Ergebnis von Einstein akzeptiert Aber: Warum hat Einstein dann Relativität auf einer anderen Basis entwickelt? 1.
2.
Passte nicht in Einsteins Weltbild Dilatation damals nicht physikalisch erklärbar
(erst 1930)
‘
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
“Zitterbewegung” (Schrödinger) vervollständigt
Struktur eines Elementarteilchens:
E / h v
c orbit N
2 m
0
(de Broglie 1924) (Dirac / Schrödinger 1928/30) (Spin, mag. Moment) (Impulssatz) (Relativität)
Gelte für alle Elementarteilchen - Kein Konflikt mit Experimenten! -
‘ 8
8
c
d
dt
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
v
Spezielle Relativität: Dilatation
q
2
c
2
v
2
T
2 p
R c T
' 2 p
R q
Pythagoras
T
'
T
c q
1 / 1
v
2
c
2
d
dt
1 1
v
2
c
2 „Geschwindigkeit der Eigenzeit“
c
2
d
dt
2
c
2
v
2
c
2
d
dt
2
v
2
c
2
‘ 9
9
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Was also liefert die lorentzianische Alternative zur einsteinschen Relativität?
Das physikalische Analogon zu Raum ist Feldausdehnung Das physikalische Analogon zu Zeit ist Basisoszillation
Konsequenz:
Die Lichtgeschwindigkeit ‚c‘ ist bei Lorentz nicht konstant
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10
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Was bedeutet die Nicht Konstanz von ‚c‘?
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
‘ 11
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Woher kommt die Teilchenmasse?
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Bind of Particles at Distance Potential
F
K
q
2
r
r
0
r
3
Note: The binding force is the strong force
/rmass
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13
The Mass Equation universal for all elem. particles!
The classical magnetic moment: Radius R computed from the magnetic moment and then inserted above the correct mass m Or both equations combined: = Bohr magneton in case of the electron universally valid for all elem. particles /rmass
‘ 14
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Mass and Increase of Mass
Relativistic increase of mass
: From
R
R '
R
Putting the object to motion:
dE
dm
c
2
m
m
'
m
Spin:
Classical angular momentum is constant /rmass
‘ 15
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Jetzt: Allgemeine Relativitätstheorie = Gravitation .
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‘
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Das Shapiro-Experiment:
c
Einstein: Dieses ist eine scheinbare Reduktion von c; Tatsächlich kontrahiert der Raum
c
c
(
r
)
c
0 1 2
r G
M
c
0 2
P P=1/2 oder 1 abhängig von der Richtung
/gravity
‘ 17
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
The gravitational field of the sun:
c
(
r
)
c
0 1 2
r G
M c
0 2
P P=1/2 or 1 abhängig von der Richtung
Die Anwendung der klassischen Brechung liefert für den Vertex:
a
G
M r
2 Integrieration der Ablenkung 2 von – to + ergibt:
1.75
…. mit Newton: 0.88 arcsec arcsec Jetzt: Beschleunigung im Ruhefall!!
Ablenkung nach Einstein über Raumzeit-Krümmung ergibt:
1.75
arcsec
Einsteins Sichtweise: Der Pfad ist gerade, aber der Raum ist gekrümmt
Dieses war der große Durchbruch für Einstein im Jahre 1919 (Sonnenfinsternis)!!
‘
/gravity
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Elementarteilchem im Gravitationsfeld (bei vertikaler Achse): c c
a
G
M r
2
Gravit.
Source Keine Abhängigkeit von der Masse!
‘
/gravity
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Mathematische Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie (Gravitation)
r s
2
r GM
c
2
Schwarzschild Lösung:
wird verwendet für die klassischen Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie: - Perihelverschiebung (des Merkur) - Gravitationslinsen Schwarze Löcher - zeitl. Dilatation im Gravitationsfeld … /gravity
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‘
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Mathematische Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie (Gravitation)
Reduzierte Lichtgeschw. c
Reduzierter Feldabstand c c
c c
r r s r r s
1 1 / 2
d
' ( 1
r s
) 2 1
r
d für radiale Bewegung für tangentiale Bewegung in radialer Richtung r s
2
r GM
c
2
r s
2
r G
*
N
c
2
Lorentz Transformation (zeitbezogen) Aufteilung der Geschwindigkeit in radialen/tangentialen Anteil
Jetzt mit Gravitation:
c
2
d
2
c
2
v
2
dt
c
2
d
dt
2
c
2
r
2
r
2 2
c
2
d
dt
2
c
2
r s r
dr dt
2
r s r
1
r
2
d
dt
2
dt d
2
Schwarzschild Lösung
/gravity
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Riemann Geometry Field Equations
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Mathematische Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie (Gravitation)
Reduzierte Lichtgeschw. c
Reduzierter Feldabstand c c
c c
r r s r r s
1 1 / 2
d
' ( 1
r s
) 2 1
r
d für radiale Bewegung für tangentiale Bewegung in radialer Richtung r s
2
r GM
c
2
r s
2
r G
*
N
c
2
Lorentz Transformation (zeitbezogen) Aufteilung der Geschwindigkeit in radialen/tangentialen Anteil
Jetzt mit Gravitation:
c
2
d
2
c
2
v
2
dt
c
2
d
dt
2
c
2
r
2
r
2 2
c
2
d
dt
2
c
2
r s r
dr dt
2
r s r
1
r
2
d
dt
2
dt d
2
Schwarzschild Lösung
/gravity
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie 1.
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Résumé
Higgs Boson Supersymmetrische Teilchen Leptoquarks Dunkle Materie (CDM) Dunkle Energie Kosmologische Inflation Gravitationswellen Quantum Gravity
Sämtliche obigen Probleme verschwinden beim vorgestellten Paradigmenwechsel, 1. dem neo lorentzianischen Ansatz für Relativität 2. dem ausgedehnten Teilchenmodell
www.ag-physics.org /gravity 24
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Wissenschaftsverständnis: Philosophische Betrachtung
Philosoph Hans von Reichenbach*), Förderer von Einstein :
Einsteinsche Relativität Lorentzianische Relativität ↔ ↔ Ptolemäisches Weltbild Kopernikanisches Weltbild *) H.R. Reichenbach, The Philosophy of Space and Time, Dover, New York (1958)
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Wissenschaftsverständnis: Historische Entwicklung
Epoche
400 v. Cr.: Plato 1500: Newton
Weltbild
„Wesen der Welt sind Strukturen“ Physik der Bewegung: Grundregeln der Dynamik „Kreis ist eine Grundstruktur“ Darum kreisen
Planeten
Newtonsche Gleichung begründet Kreis/Ellipse
Dann 400 Jahre lang enorme Fortschritte in der Physik
Anwendung
1900: Einstein 1920: Heisenberg Strukturlehre von Raum und Zeit Bezug auf platonische Strukturlehre Einsteinsche Relativität „Kopenhagener“ Quantenmechanik
Seitdem Stillstand …
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Was bringt die Zukunft?
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
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