Zum 100.Todestag von Henri Poincaré: Realismus vs Antirealismus
BLOG: Die Sankore Schriften
Eigentlich sollten ja die Wissenschaftsblogger von Mathlog und RELATIV EINFACH über diesen brillanten Mathematiker bloggen, der als Begründer der algebraischen Topologie gilt und die spezielle Relativitätstheorie in vielen Punkten vorweggenommen hat. Da ich von beiden Bereichen keine Ahnung habe, steht heute – ebenso wie bei meinem Nachbarblogger Joachim Schulz – der Beobachter auf dem Speisezettel: Es geht um ein Gedankenexperiment von Henri Poincaré
Jules Henri Poincaré (* 29. April 1854 in Nancy, Frankreich † 17. Juli 1912 in Paris, Frankreich)
Stell Dir vor, letzte Nacht, als Du schliefst, sei alles im Universum doppelt so groß geworden. Könntest Du überhaupt feststellen, was geschehen ist? Alles ist doppelt so groß geworden, auch Lineale, Zollstöcke und Meterbänder. Du kannst nichts abmessen um die Veränderung feststellen.
Das Bild Frühstück der Ruderer über deinem Wohnzimmersofa ist jetzt doppelt so groß. Aber dein Kopf ist doppelt soweit vom Bild entfernt. Die beiden Faktoren heben einander auf und verhindern jede Wahrnehmungsveränderung. Wenn Du die Veränderung nicht entdecken kannst, hat sie dann überhaupt stattgefunden?
Poincarés Antirealismus
Wenn dies der Fall wäre, wäre es nach Poincarés Meinung sinnlos von einer solchen Veränderung zu sprechen. Die Behauptung, alles sei letzte Nacht doppelt so groß geworden, und die Behauptung alles sei gleich groß geblieben, sind nur verschiedene Beschreibungen des gleichen Zustands. Der Antirealismus behauptet, nur die Fragen, die aufgrund von Beobachtung und Experiment entschieden werden können, hätten einen Sinn.
Der Realismus gibt zu, dass die nächtliche Verdopplung wirklich sein kann, auch wenn sie nicht beobachtbar ist. Der Realismus geht davon aus, dass die Außenwelt unabhängig von menschlichem Wissen und Beobachtung existiert.
Der Philosoph Massimo Pigliucci beschreibt die unterschiedlichen Denkansätze von Realismus und Antirealismus wie folgt:
“To put it very briefly, a realist is someone who thinks that scientific theories aim at describing the world as it is (of course, within the limits of human epistemic access to reality), while an anti-realist is someone who takes scientific theories to aim at empirical adequacy, not truth. So, for instance, for a realist there truly are electrons out there, while for an anti-realist “electrons” are a convenient theoretical construct to make sense of certain kinds of data from fundamental physics, but the term need not refer to actual “particles.” It goes without saying that most scientists are realists, but not all. Interestingly, some physicists working on quantum mechanics belong to what is informally known as the “shut up and calculate” school, which eschews “interpretations” of quantum mechanics in favor of a pragmatic deployment of the theory to solve computational problems.”
Schlesingers Argumente für eine Feststellbarkeit der nächtlichen Verdopplung
Der Philosoph Georg Schlesinger hat 1964 überzeugende Argumente dafür vorgebracht, dass man eine nächtliche Verdopplung feststellen könnte:
Die Schwerkraft auf der Erde würde nur noch ein Viertel so stark sein, weil sich der Durchmesser der Erde bei gleichbleibender Masse verdoppelt haben müsste. Nach dem Newtonschen Gesetz nimmt die Gravitationskraft mit dem Quadrat der Entfernung zwischen zwei Objekten (in diesem Fall der Erdmittelpunkt und ein Gegenstand auf der Oberfläche der Erde in freiem Fall) ab. Die Verdopplung des Durchmessers ohne Massenzunahme verursacht eine vierfache Abnahme der Schwerkraft.
Der direkte Versuch die Abnahme der Schwerkraft zu messen ist jedoch schwierig: Man kann nicht die Gewichte verschiedener Gegenstände mit einer Waage messen. Die Waage kann nur die verminderte Massenanziehung der Gegenstände mit der im gleichen Maße verminderten Massenanziehung von Standardgewichten vergleichen.
Schlesinger meinte jedoch, die verminderte Schwerkraft könne an der Höhe einer Quecksilbersäule in einem altmodischen Thermometer abgelesen werden. Die Höhe der Quecksilbersäule ist von drei Faktoren abhängig: Luftdruck, Dichte des Quecksilbers und Schwerkraft. Der Luftdruck wäre nach der Verdoppelung achtmal so schwach, denn jedes Volumen wäre achtmal so groß geworden. Auch die Dichte des Quecksilbers wäre achtmal geringer. Diese beiden Wirkungen würden sich also aufheben, sodass die verminderte Schwerkraft als messbare Veränderung übrigbliebe. Da die Schwerkraft viermal geringer ist, sollte das Quecksilber viermal so hoch steigen – was unser verdoppeltes Lineal als doppelt so hoch anzeigen würde. Das wäre also ein messbarer Unterschied.
Ein weiteres Messinstrument um die nächtliche Verdopplung anzuzeigen wäre nach Schlesinger die Pendeluhr: Die Uhr wird wesentlich langsamer, weil die Schwerkraft vermindert ist und die Länge des Pendels verdoppelt wird.
Die mit einer Pendeluhr gemessene Tageslänge müsste um 1,414 (Quadratwurzel aus 2) länger sein.
Das Jahr wäre 258 (365 geteilt durch Quadratwurzel aus 2) Tage lang.
Die Lichtgeschwindigkeit würde um 1,414-fache zunehmen.
Es ist davon auszugehen, dass ein normale Uhr mit Antriebsfeder nach der Verdoppelung mit der gleichen Geschwindigkeit laufen würde wie vorher aufgrund des Hookeschen Gesetzes das den Widerstand von Spiralfedern beschreibt.
Die nächtliche Verdopplung sollte nach dem Energieerhaltungssatz zu einer Abkühlung führen. Die Größe aller Atome verdoppeln heißt alle Elektronen „bergauf“ auf den doppelten Abstand von ihren Protonen bewegen. Das würde einen gewaltigen Energieaufwand mit sich bringen. Diese Energie muss von irgendwo herkommen und wahrscheinlich ist, dass dabei die Wärme „der Umgebung“ entzogen wird.
Und die Moral von der Geschicht?
Kommen wir zum Kern der Sache: Es gibt vorstellbare physikalische Veränderungen, die uns zwingen würden festzustellen, dass sich alle Längen verdoppelt haben, und da diese Veränderungen derzeit nicht festgestellt wurden, können wir davon ausgehen, dass sich letzte Nacht nicht alles verdoppelt hat. Nehmen wir aber mal an, diese nächtliche Verdoppelung wäre für die Naturgesetze unsichtbar, dann gäbe es keine Möglichkeit sie zu entdecken. Ich glaube, Poincaré hat eine Verdoppelung gemeint, die für die Gesetze der Physik unsichtbar ist. Wäre das alles, worum es geht, dann wäre die Frage von Realismus oder Antirealismus nichts weiter als eine philosophische Spielerei. Daher muss ich dem Blogger Jason Rosenhouse beipflichten, der schreibt:
“I don’t see what there is to debate here. Why isn’t it just completely obvious that scientific theories aim at empirical adequacy, not truth? What reasonable defense could you offer for a statement of the form, “Theory X is true,” beyond the observation that Theory X passes one empirical test after another? Pigliucci’s parenthetical about the limits of human epistemic access to reality is pretty important. What access do we have to reality beyond determining what works and what doesn’t?”
Disclaimer: Heute ist nicht der Todestag von Henri Poincaré aber er hat sich in diesem Jahr zum 100sten mal gejährt und bevor das Jahr zu Ende geht wollte ich das nochmal loswerden.
Realismus
Der Empirismus stellt den (aus der Tautologie und der Politik bekannten) Wahrheitsbegriff in Frage, der Realismus (Realitas = Sachlichkeit, dazu noch die Suffix -ismus) behauptet Wahrheit und Sachlichkeit.
Insofern ist der Realismus “gegessen”, Platon war hier schon mit seinem Höhlengleichnis dran.
MFG + schöne Weihnachtstage!
Dr. W
Realisten, Antirealisten und Esoteriker
Antirealisten a la Poincarée glauben nicht an eine Realität unabhängig von Beobachtungen. Damit sind sie aber immer noch um vieles realistischer als Esoteriker, die an eine Welt glauben, die sich imaginieren.
Mathlog
Ich hatte zum 100. Todestag durchaus etwas geschrieben gehabt: http://scienceblogs.de/…17/anschauung-und-logik/
So wie das Gedankenexperiment beschrieben wurde, bin ich davon ausgegangen, dass sich auch die Größe der Elementarteilchen und Atome verdoppelt hat.
Wäre in dem Falle Schlesingers Einwand noch stichhaltig?
Der Jupiter hat bspw. ca. 318 Erdenmassen, die Gravitationskraft nimmt aber geringfügiger zu.
KA, was sich P. hier genau gedacht hat.
MFG
Dr. W
@Joe Dramiga
Bin etwas verwirrt, geht das “nocturnal doubling” sicher auf Poincaré zurück? Diesen Ausdruck hat anscheinend Adolf Grünbaum geprägt, auf den ich bei einer Suche dazu im Web gestossen bin.
McKie, John R. (1988), Conventionalism, realism, and spacetime structure. Theoria, 54:81–101.
DOI: 10.1111/j.1755-2567.1988.tb00713.x
Die Verbindung von Adolf Grünbaum zu George Schlesinger ist offenbar hier [Philosophical Studies, Volume 15, Issue 5, October 1964].
Der Grünbaum Artikel daraus ist mir momentan als einziger dieser Texte zugänglich. Dort findet sich allerdings nur ein sehr allgemein gehaltener Verweis auf Poincaré in den Referenzen (The Foundations of Science. Science Press, 1946).
Bei den “Foundations of Science” handelt es sich meines Wissens um eine einbändige Ausgabe der Werke, die Thilo auf seiner Mathlog Seite verlinkt hat, und bei denen wüsste ich jetzt nicht, wo da so ein “nocturnal doubling” erscheint. In- und auswendig kenne ich die freilich auch nicht …
Die SRT von Lorentz und Poincaré
Zuerst ein grosses Kompliment, dass sie den grossen Poincaré würdigen, auch wenn Sie ja selbst wissen, dass das eigentlich andere hätten tun sollen. Ich gehe nur auf einen von Ihnen genannten Punkt näher ein:
„der … die spezielle Relativitätstheorie in vielen Punkten vorweggenommen hat.“
Mehr als das: Die SRT wurde schon vor Einstein gefunden, denn in Einsteins Arbeit vom 30. Juni 1905 findet sich nichts Grundsätzliches, was damals nicht bereits bekannt _und_ veröffentlicht war, auch wenn es vor Einstein noch keinen Überblicksartikel aus einem Guss und aus einer Hand zur SRT gab. Um Priorität beanspruchen zu können, genügt es aber nicht zu irgend einer Sache den ersten gut lesbaren Übersichtsartikel mit einigen neuen, expliziten Anwendungen, wie dem Uhrenparadoxon, zu schreiben.
Poincaré hatte sogar – Lorentzens SRT-Arbeit von 1904 benützend und anerkennend (!) – spätestens ab Frühjahr 1905 etwa 1 bis 3 Jahre Vorsprung in Fragen der SRT und relativistischen Gravitationstheorie nicht nur auf Einstein, sondern auf _Einstein samt Minkowski_, was in krassem Widerspruch zur üblichen Geschichts(ab)schreibung steht, obwohl ich noch nie auf nachvollziehbare Argumente der Standardsichtweise gestossen bin. Dass es so weit kommen konnte, hat sicher mit dem Umstand zu tun, dass viele Leute nur Sekundär- und Tertiärliteratur lesen (können):
Lorentz hatte die SRT 1904 schon im Wesentlichen mit einigen kleineren Fehlern veröffentlicht, die Poincaré in seiner Mitteilung an die französische Akademie vom 5. Juni 1905 (www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905.pdf) behob, so dass Einstein von dieser SRT-Arbeit Poincarés bei der Fertigstellung seiner eigenen Arbeit profitieren konnte und auch tatsächlich profitierte, wie eine Textanalyse zeigt: Einstein fügte nämlich wohl erst nach dem Lesen von Poincarés Arbeit l aus Gl. (1) als Æ(v) mit dem zentral wichtigen Beweis für l = Æ(v) = 1 in seine eigene berühmte SRT-Arbeit (www.soso.ch/wissen/hist/SRT/E-1905.pdf) ein; siehe § 3. ab Seite 899, und am Ende von § 5. findet man noch einen für Einstein völlig untypischen und darum besonders verdächtigen „Gruppenhinweis“.
Poincaré hatte in seiner prioritätssichernden Juni-SRT-Arbeit auch als erster – wie heute bei Theoretikern allgemein üblich – c=1 gesetzt, weil er schon erkannt hatte, dass bei Lorentzrelativität, d.h. in der SRT, Distanzen durch Lichtlaufzeiten definiert werden, womit er seiner Zeit weit voraus war. Auch die fälschlich nach Minkowski benannte SRT-Raumzeit hatte er bereits 1905 für seinen ersten Versuch einer lorentzkovarianten Gravitationstheorie eingeführt, von wo Minkowski auch das früher sehr bekannte ict übernahm. Poincarés Resultat seiner Gravitationsbetrachtungen vom Juni 1905 lautete, dass eine Ausbreitungsgeschwindigkeit der Gravitation mit der Lichtgeschwindigkeit c den astronomischen Beobachtungen nicht zu widersprechen brauche, wie Laplace einst meinte.
Annalen und Priorität
Nun ja, Dr. Dramiga ist Wissenschaftsjournalist. Von daher weiß er bestimmt Verschwörungstheorien zur SRT zu werten und daß peer-review-Journale nicht alle Privattheorien zum Druck annehmen.
Das “doubling” kannte ich noch nicht, aber interessantes “Rätsel”.
Nachtrag
Ergänzend zu meinem (einstweilen im Spamfilter verschollenen) Kommentar vom 21. Dez. 2012:
Bei “Delbeuf” handelt es sich um einen typographischen Fehler in Poincarés “Science et méthode“, der dann verschiedentlich unkorrigiert übernommen worden ist. Gemeint ist Joseph Remi Léopold Delbœuf.
Max Jammer macht es da schon besser, der u.a dazu schreibt,
M. Jammer. Concepts of Space. Dover Publ., 3rd ed., 1993, p. 226.
Bitte Geduld
Liebe Leser, ich bin gerade mit dem Bus im laendlichen Ostafrika unterwegs wo es nicht ueberall eine Internetanbindung gibt. Daher wird etwas laenger dauern hier Einigen zu antworten.
@tk Erstmal eine Entschuldigung an Thilo von Mathlog, habe ich seinen Blogartikel doch glatt uebersehen.
@Chrys Es ist gut moeglich, dass dieses Gedankenexperiment faelschlicherweise Poincaré zugeschrieben wird, weil er prominenter als Gruenbaum war. Ich habe davon aus dem Buch “Labyrinths of Reason” von W. Poundstone erfahren. Poundstone gibt dort aber auch keine Primaerquelle an.
@Peter Wolff
Ich bin was die SRT “Kontroverse” Poincaré/Einstein angeht ueberzeugt von dem was der Autor des Blogs “Nature loves Maths” ausfuehrlich mit Belegen darlegt. Er sagt folgendes:
“We saw that it is Poincaré who names and formulates the principle of relativity, names and corrects Lorentz transformations, reports and exploits its group structure. To these examples, we could add that he establishes the method for synchronizing clocks by light signals (La mesure du temps, Revue de métaphysique et de morale, T.6, janv 1898), the formula of additivity of velocities, the invariance of Maxwell’s equations in vacuum, and the hypothesis of the speed of light limit (Poincaré, 1905). Let’s not forget that he also already uses a quadridmensional formalism that will inspire the future works of Minkowski, and then some. What is left ?
He clearly masters most of the concepts and technical tools of what we call now the special relativity theory, except (and it is fundamental !) that it is to him just corrections brought to Lorentz works, part of a dynamics, and what’s more, depending upon Maxwell’s electromagnetic theory.
That’s what makes Einstein the real father of the theory, because he presents in his 1905 paper all of these points (except the importance of the group structure of Lorentz transformations) in a coherent theory, building a kinematics on which the laws of physics will depend (and not the other way around), including those of electromagnetism.
Still, Poincaré surely stays a great and major precursor amongst all physicists and mathematicians who played a role in the history of the theory of special relativity.”
@Joe
Vielen Dank jedenfalls noch für den Blogbeitrag, das hat mir auch einige Wissenslücken bewusst werden lassen.
N.B. Zu Poincaré und Einstein. Poincaré hatte bereits 1902 in La Science et l’Hypothèse vorhergesagt, dass zweifellos der Aether eines Tages als nutzlos verworfen werden würde, doch sah er im Aether ohnehin nur eine bequeme Konvention, an der man vorläufig festhalten könne:
Joyeux Noël!
Poincaré/Einstein
Joe Dramiga schreibt:
„Ich bin was die SRT “Kontroverse” Poincaré/Einstein angeht ueberzeugt von dem was der Autor des “Nature loves Maths” ausfuehrlich mit Belegen darlegt.“
Das ist bestenfalls Sekundärliteratur; ich kommentiere trotzdem:
“We saw that it is Poincaré who names and formulates the principle of relativity, names and corrects Lorentz transformations,
In der Arbeit von Lorentz von 1904 ging es um _weit mehr_ als nur die Lorentztransformationen.
reports and exploits its group structure. To these examples, we could add that he establishes the method for synchronizing clocks by light signals (La mesure du temps, Revue de métaphysique et de morale, T.6, janv 1898),
Darin ging es primär um die Relativität der Gleichzeitigkeit, die aber natürlich mit der Uhrensynchronisation zu tun hat; ich zitiere den Schlüsselsatz von Poincaré aus der genannten Arbeit:
” La simultanéité de deux événements, ou l’ordre de leur succession, l’égalité de deux durées, doivent être définies de telle sorte que l`énoncé des lois naturelles soit aussi simple que possible. “
In Vorwegnahme einer Antwort auf den Vorwurf der „Maxwell-Lastigkeit“ von Poincaré füge ich hinzu: Schon 1898 ging es Poincaré, wie man hier deutlich sehen kann, keineswegs nur um die Elektrodynamik!
the formula of additivity of velocities, the invariance of Maxwell’s equations in vacuum, and the hypothesis of the speed of light limit (Poincaré, 1905).
Die Lichtgeschwindigkeit als Grenzgeschwindigkeit vermuteten nach Kaufmanns Elektronenablenkversuchen seit etwa 1901 wohl schon viele; Poincaré formulierte sie aber schon an seinem Vortrag in St. Louis in Amerika am 24. September 2004 besonders elegant und ganz „SRT-gemäss“:
” De tous ces résultats [experimentales], s’ils se confirmaient, sortirait une mécanique entièrement nouvelle qui serait surtout caractérisée par ce fait qu’aucune vitesse ne pourrait dépasser celle de la lumière (1), …”
Fussnote (1):
” Car les corps opposeraient une inertie croissante aux causes qui tendraient à accélérer leur mouvement; et cette inertie deviendrait infinie quand on approcherait de la vitesse de la lumière. “
Der nächste Satz:
” …. Pour un observateur, entraîné lui-même dans une translation dont il ne se doute pas, aucune vitesse apparente ne pourrait non plus dépasser celle de la lumière; et ce serait là une contradiction, si l’on ne se
rappelait que cet observateur ne se servirait pas des mêmes horloges qu’un observateur fixe, mais bien d’horloges marquant le “temps local”. “
Zitiert aus: “La Valeur de la Science”; der Vortrag war aber schon 1904 andernorts erschienen und Einstein wohl etwa Anfang 1905 bekannt geworden.
Let’s not forget that he also already uses a quadridmensional formalism that will inspire the future works of Minkowski, and then some. What is left ?
He clearly masters most of the concepts and technical tools of what we call now the special relativity theory, except (and it is fundamental !) that it is to him just corrections brought to Lorentz works,
Das ist schlicht Unsinn; er fand vor allem auch die bzw. eine tragfähige Interpretation, die heute allerdings fälschlicherweise Einstein zugeschrieben wird.
part of a dynamics, and what’s more, depending upon Maxwell’s electromagnetic theory.
Als einen Kern von Lorentzens und Einsteins Arbeit kann man tatsächlich den Beweis der Invarianz der Maxwellgleichungen unter Lorentztransformationen ansehen; das ist aber kein Argument gegen Poincaré und Lorentz. Zur sich abzeichnenden neuen Mechanik sagte Poincaré aber auch schon in seinem Vortrag von 1904 (in der Übersetzung von E. Weber):
“Vor allem handelt es sich darum, eine befriedigende Theorie der Elektrodynamik der sich bewegenden Körper auszubilden.”
Das ist schon fast der Titel von Einsteins Arbeit “Zur Elektrodynamik bewegter Körper”!
That’s what makes Einstein the real father of the theory, because he presents in his 1905 paper all of these points (except the importance of the group structure of Lorentz transformations) in a coherent theory, building a kinematics on which the laws of physics will depend (and not the other way around), including those of electromagnetism.
Wie wenn es drauf ankäme, auf welchem Wege man zu einer Theorie kommt, solange er nachvollziehbar ist!
Zudem ist gerade der Teil von Einsteins Arbeit, der sich mit der relativistischen Mechanik befasst, besonders wenig überzeugend, und die longitudinalen und transversalen Massen waren von andern (zuerst wohl von Abraham und fürs Elektron wohl erstmals korrekt von Lorentz) schon vorher eingeführt worden. Poincaré hatte zu der Zeit (Juni/Juli 1905) schon die ersten Versuche zu einer lorentzkovarianten Gravitationstheorie durchgeführt und dazu gerade auch noch die Minkowski-Raumzeit eingeführt und erkannt, dass eine Drehung in dieser Raumzeit einer speziellen Lorentztransformation entsprach. Zudem: Wie ich seit wohl etwa drei Jahren durch Textanalyse meine zeigen zu können, konnte Einstein noch nicht einmal die Invarianz der Maxwellgleichungen ohne Anleihen bei Poincaré korrekt herleiten: Man kann, wie ich schon letztmals schrieb, deutlich sehen, dass er phi(v) offenbar erst nachträglich in seine Arbeit am Ende von § 3. einflickte, nämlich nachdem er wohl Poincarés Arbeit in den CR vom 5. Juni 1905 gelesen hatte, die in der Bibliothek in Bern vermutlich vom 11. Juni an auflag. Zu diesem Punkt gibt es bisher keine Literatur, da dies bisher sonst noch niemand gemerkt zu haben scheint. Schon ziemlich lange bevor ich dies gemerkt hatte, habe ich aber mal einen kurzen Überblick mit den wichtigsten Originalarbeiten zur Entstehungsgeschichte der SRT ins Netz gestellt, der aber noch einige Ungenauigkeiten enthält und den ich darum mal gelegentlich überarbeiten sollte:
http://www.soso.ch/wissen/hist/SRT/srt.htm
@Peter Wolff
Die Beiträge von Henri Poincaré zur Relativität wurden schon verschiedentlich analysiert und bewertet, da sind keine strittigen Fragen mehr zu klären. Vgl. etwa
Olivier Darrigol. The Genesis of the Theory of Relativity. In: Poincaré Seminar 2005 (T. Damour et al., eds.) 1-31, Birkäuser, Basel, 2006.
Nimmt man den Aether ernst, dann sollte eine geradlinig und gleichförmig im Aether bewegte Uhr in ihrem Gang verlangsamt sein, bedingt durch den Aether, und local time statt true time anzeigen. Da sich aber eine physikalische Wirkung des Aethers auf den Gang von bewegten Uhren nicht plausibel begründen lässt, sah Lorentz die local time als ein unphysiklisches Artefakt und nahm an, die bewegte Uhr würde faktisch dennoch true time anzeigen. In diesem Falle müsste jedoch eine im Aether bewegte Uhr mit einer im Aether ruhenden Uhr synchronisierbar sein, was Poincaré allerdings als unmöglich und somit der Annahme von Lorentz widersprechend nachgewiesen hat. Für dieses Schlamassel wusste Poincaré dann aber keine Lösung. Den rückblickend naheliegenden Ausweg, auf den Aether an dieser Stelle zu verzichten und die Anzeige von Uhren mit proper time anstatt true time zu assoziieren, hat Poincaré nie beschritten — warum auch immer.
Das Konzept von Eigenzeit findet sich weder bei Poincaré noch bei Lorentz, sondern ausschliesslich bei Einstein. Die Behauptung, die SR sei lediglich eine Umformulierung dessen, was Lorentz oder Poincaré zuvor schon publiziert hatten, lässt sich also widerlegen.
Lorentz, Poincaré, Einstein und die SRT
Chrys schreibt:
„Die Beiträge von Henri Poincaré zur Relativität wurden schon verschiedentlich analysiert und bewertet,“
Ja
„da sind keine strittigen Fragen mehr zu klären.“
Das behaupten Sie, ohne dies aber belegen zu können:
„Vgl. etwa
Olivier Darrigol. The Genesis of the Theory of Relativity. In: Poincaré Seminar 2005 (T. Damour et al., eds.) 1-31, Birkäuser, Basel, 2006.
To sum up, in 1905/6 Poincaré obtained a version of the theory of relativity based on the principle of relativity and the Lorentz group.“
Schon das 1905/6 grenzt an Geschichtsfälschung: Poincarés grosse SRT-Arbeit ging zwischen dem 9. und 23. Juli 1905 bei den Rendiconti ein und wurde von diesen an ihrer regulären Sitzung vom 23. Juli 1905 zur Veröffentlichung akzeptiert, und zwischen dem 14. und 16. Dez. 1905 wurde seine Arbeit gedruckt. Wie bei den Rendicont üblich wurden Poincaré sofort danach 100 Sonderdrucke zur Verteilung zugeschickt; es gab ja noch keine Netzveröffentlichungen. Einen davon scheint Pais antiquarisch gefunden und gekauft zu haben, der dann aber später bei Einstein verloren (?) ging; heute kennt man keine mehr. „Regulär“ erschienen ist seine Arbeit aber erst im März 1906 in den Rendiconti, nachdem die Annahme zur Veröffentlichung schon im letzten Heft der Rendiconti von 1905 den veröffentlichten Sitzungsprotokollen entnommen werden konnte. Da Poincaré natürlich wusste, dass Veröffentlichungen in den Rendiconti lange auf sich warten liessen (er veröffentlichte oft dort), veröffentlichte er eine Zusammenfassung der Arbeit mit den wichtigsten Resultaten in den Comptes rendus (CR), die damals wöchentlich erschienen und immer sonntagabends in Paris auf die Postzüge gebracht wurden, weswegen man davon ausgehen kann, dass diese CR-Arbeit ab etwa dem 11. Juni 1905 in Bern in der Bibliothek auflag. Der Umfang von Arbeiten in den CR war – wie auch noch heute – auf 6 Seiten beschränkt.
He believed this symmetry should apply to all forces in nature.
Na ja: Ohne über Formulierungen zu streiten: Dies hatte er so von Lorentz übernommen; er selber hatte aber tatsächlich schon seit 1900 gefordert, dass die Lorentztheorie so zu modifizieren sei, dass das Relativitätsprinzip ganz allgemeine Gültigkeit erlange; dass die Lorentztheorie diese Forderung schon ohne (echte) Modifizierung – mindestens in der Elektrodynamik – erfüllte, erkannte er damals aber nicht. Das war dann eben die grosse Leistung von Lorentzens 1904-er SRT-Arbeit, die aber nach seinen eigenen Angaben nicht zuletzt durch Poincarés Kritik an seinen früheren Arbeiten motiviert worden war.
He exploited it to derive the dynamic of the electron on a specific model and to suggest a modification of the law of gravitation.
Der erste Teil ist eine Zusammenfassung, die so viel zusammenfasst, dass sie dadurch letztlich falsch wird. Darauf will ich aber nicht näher eingehen, da es in WissensLogs kaum jemanden gibt, der sich in diesen Dingen auskennt. Den zweiten Teil halte ich mindestens für irreführend, da es Poincaré primär darum ging zu zeigen, dass eine lorentzkovariante Gravitationstheorie, also eine Theorie der Gravitation, in der auch Gravitation an die Grenzgeschwindigkeit c gebunden ist, den astronomischen Beobachtungen nicht zu widersprechen braucht. Bei angenommener Allgemeingültigkeit der Lorentzrelativität ein äusserst wichtiger Punkt! Dass Laplace für die Gravitation eine weit höhere Geschwindigkeit glaubte annehmen zu müssen, dürfte damals – anders als heute – noch ziemlich allgemein bekannt gewesen sein. Einstein stellte zu der Zeit noch nicht einmal eine entsprechende Frage und konnte so natürlich auch keine Antwort darauf geben. Ja, ich weiss andererseits auch, dass Poincaré noch ein grösseres Ziel vor Augen hatte: Er wollte wohl schon damals mit einer relativistischen Gravitationstheorie die Perihelverschiebung des Merkur berechnen.
He nevertheless maintained the ether as the medium in which light truly propagated at the constant velocity c and clocks indicated the true time.
So ein Quatsch: Man könnte glatt meinen, dass der Franzose Darrigol und Sie kein Französisch können! Schon in dieser kurzen Diskussion hier wurden beide Punkte durch Originalzitate widerlegt; das erste ausgerechnet von Ihnen (vergessen Sie schon nach 2 Tagen, was Sie schreiben?):
„Peu nous importe que l’éther existe réellement, c’est l’affaire des métaphysiciens ; l’essentiel pour nous c’est que tout se passe comme s’il existait et que cette hypothèse est commode pour l’explication des phénomènes. Après tout, avons-nous d’autre raison de croire à l’existence des objets matériels. Ce n’est là aussi qu’une hypothèse commode ; seulement elle ne cessera jamais de l’être, tandis qu’un jour viendra sans doute ou l’éther sera rejeté comme inutile.“
Das zweite Zitat gab ich an:
” …. Pour un observateur, entraîné lui-même dans une translation dont il ne se doute pas, aucune vitesse apparente ne pourrait non plus dépasser celle de la lumière; et ce serait là une contradiction, si l’on ne se rappelait que cet observateur ne se servirait pas des mêmes horloges qu’un observateur fixe, mais bien d’horloges marquant le “temps local”. “
Uhren zeigen nach Poincaré also die „lokale Zeit“ an. Zuzugeben ist lediglich, dass das ohne „SRT-Hintergrundwissen“ nur schwer zu verstehen ist; Poincaré „vergass“ oft, Dinge, die (erst) ihm klar waren, auch andern verständlich darzulegen.
He regarded the quantities measured in moving frames as only apparent, although the principle of relativity forbade any observational distinction between a moving frame and the ether frame.
Hier verwechselt Darrigol Lorentz mit Poincaré (Kenner wissen aber, dass auch die Sicht Lorentzens nicht widerlegt werden kann). Ich zitiere Poincaré aus seiner CR-Arbeit von 1905:
” Lorentz a cherché à compléter et à modifier son hypothèse de façon à la mettre en concordance avec le postulat de l’impossibilité complète de la détermination du mouvement absolu. C’est ce qu’il a réussi à faire dans son article intitulé “Electromagnetic phenomena in a system moving with any velocity smaller than that of light” (Proceedings de l’Académie d’Amsterdam, 27 mai 1904). “
“le postulat de l’impossibilité complète de la détermination du mouvement absolu” ist eine kurze und schöne Formulierung des Relativitätspostulats noch vor dem Artikel von Einstein.
He understood the compatibility of the Lorentz transformations of coordinates with the optical synchronization of clocks and the invariance of the apparent velocity of light, but hesitated on the physical significance of the Lorentz contraction and never discussed the dilation of time.
Wozu muss er die Zeitdehnung extra diskutieren, wenn er annimmt, dass c konstant ist und er die Lorentzkontraktion kennt?
Chrys schreibt weiter:
„Nimmt man den Aether ernst, dann sollte eine geradlinig und gleichförmig im Aether bewegte Uhr in ihrem Gang verlangsamt sein, bedingt durch den Aether, und local time statt true time anzeigen.“
Ja, Poincaré nahm den Äther – aber nur im Sinne einer didaktisch nützlichen Hypothese – ernst. Und er wusste natürlich, dass man jedes beliebige, bewegte System als ruhend ansehen konnte, womit wahre oder Eigenzeit und lokale Zeit so etwas wie austauschbar werden. Poincaré wusste zudem auch, dass man den Äther nicht widerlegen kann, was heute nur wenige wissen. Anschaulich kann man in der SRT jedes beliebige Inertialsystem als Äther- oder Ruhesystem ansehen, ein Gedanke, den ich aber weder bei Poincaré noch bei Einstein explizit in dieser prägnanten Formulierung fand.
Chrys schreibt weiter:
„Da sich aber eine physikalische Wirkung des Aethers auf den Gang von bewegten Uhren nicht plausibel begründen lässt, sah Lorentz die local time als ein unphysiklisches Artefakt und nahm an, die bewegte Uhr würde faktisch dennoch true time anzeigen.“
Nein, mindestens ursprünglich sah Lorentz seine lokale Zeit als eine reine Rechengrösse in seinen Transformationen, als einen Rechentrick an (seine späteren Überlegungen dazu kenne ich nur ungenügend). Erst Poincaré erkannte 1900 oder 1901 im Zusammenhang mit seiner Uhrensynchronisation ihre anschaulich einfache Bedeutung als lokale Zeit.
Chrys schreibt weiter:
„In diesem Falle müsste jedoch eine im Aether bewegte Uhr mit einer im Aether ruhenden Uhr synchronisierbar sein, was Poincaré allerdings als unmöglich und somit der Annahme von Lorentz widersprechend nachgewiesen hat.“
Sie sprechen da wohl Poincarés Ausführungen im Zusammenhang mit seiner SRT-Uhrensynchronisation an.
Chrys schreibt weiter:
„Für dieses Schlamassel wusste Poincaré dann aber keine Lösung.“
Einstein auch nicht. In der SRT kann man nur (ruhende) Uhren im gleichen Inertialsystem synchronisieren. Ist man aber bereit, nicht nur Nullpunktsynchronisationen, sondern auch Gangsynchronisationen von Uhren zuzulassen, dann geht es; das ist dann aber keine SRT mehr.
Chrys schreibt weiter:
„Den rückblickend naheliegenden Ausweg, auf den Aether an dieser Stelle zu verzichten und die Anzeige von Uhren mit proper time anstatt true time zu assoziieren, hat Poincaré nie beschritten — warum auch immer.“
Es gibt keine Notwendigkeit an dieser Stelle auf den Äther zu verzichten; aber anders als in der Klassik kann man nach SRT jedes beliebige Inertialsystem als Äther- oder Ruhesystem ansehen. Poincarés wahre Zeit war die Eigenzeit!
Chrys schreibt weiter:
„Das Konzept von Eigenzeit findet sich weder bei Poincaré noch bei Lorentz,“
Lorentzens Denkweise liegt das, soweit ich sie kenne, tatsächlich sehr fern, aber bei Poincaré ist das eben die wahre Zeit, die im Ruhesystem gemessene Zeit.
Chrys schreibt weiter:
„sondern ausschliesslich bei Einstein.“
Wo sehen Sie bei Einstein 1905 etwas Neues? Und zu Einsteins Mogelei sollten Sie sich auch noch äussern, denn, wenn das so stimmt, war Einstein 1905 ohne Seitenblicke auf Poincaré bezüglich des Invarianzbeweises der Maxwellgleichungen in einem zentral wichtigen Punkt noch nicht einmal auf dem Stand von Lorentz 1899, weil er die Problematik mit dem 1899 noch „freien“ Faktor in den Lorentztransformationen gar nicht gesehen hatte; bevor man ihn weglässt, muss man zeigen, dass er eins ist und man das darum tun darf, was Lorentz 1904 erstmals zeigen konnte.
Chrys schreibt weiter:
„Die Behauptung, die SR sei lediglich eine Umformulierung dessen, was Lorentz oder Poincaré zuvor schon publiziert hatten, lässt sich also widerlegen.“
SoSo: Mindestens bisher sind Sie (und andere) diesen Beweis schuldig geblieben. Ich warte …
Paradoxon
Um vielleicht mal auf das Thema zu kommen: Vielen Dank, Joe, für den Beitrag. Witziger Weise hatte mich mein Neffe, nachdem er meinen Beobachter-Beitrag gelesen hat, genau zu diesem Paradoxon befragt und ich hatte unvorsichtigerweise einfach behauptet, wir könnten es nicht merken, wenn von Heut auf Morgen alle Längen kürzer/länger würden.
Dein Beitrag zeigt, dass das nicht selbstverständlich ist. Unterschiedliche Vorgänge hängen in verschiedenen Potenzen von den Längenskalen ab und es könnte tatsächlich einen messbaren Nettoeffekt geben. Interessant, was alles zutage tritt, wenn wir ins Detail gehen.
@Peter Wolff
Der Begriff Eigenzeit konzeptualisiert das, “was man an der Uhr ablesen kann”, als eine lorentz-invariante Grösse. Und zwar auf eine geometrische Weise, durch die intrinsiche Länge zeitartiger Weltlinien, was gar nicht recht in die Aether-Welt passt. Das lässt sich etwa an den ganz unterschiedlichen Begründungen erkennen, die im Szenario des sog. “Uhrenparadoxons” zur Erklärung die ungleich verstrichenen Zeit der reisenden Uhren jeweils genannt werden: bei “geometrischer Deutung” hat eine der Uhren den kürzeren Weg genommen, bei “aetherischer Deutung” hat diese Uhr aber langsamer getickt.
Mit beiden Theorien kann man hier zwar zum gleichen Ergebnis gelangen, sie sind in diesem Sinne observationell gleichwertig. Dennoch sind sie nicht konzeptionell gleichwertig, denn es werden dabei sehr verschiedene Vorstellungen entworfen und herangezogen. Und die Aethertheorie bietet da nichts, was konzeptionell der Eigenzeit entspricht.
Lorentz hat sich gewiss irgendwann nch 1905 von seiner Forderung, die Uhren sollten “true time” anzeigen, wieder distanziert, und anschliessend wird das auch sonst niemand mehr vertreten haben. Andernfalls könnte die Aethertheorie nicht länger als observationell gleichwertig zur SR gelten. Aber selbst wenn die Uhren “local time” anzeigen, einen lorentz-invarianten Zeitbegriff hat man damit noch immer nicht.
Poincaré hatte zweifellos alle Voraussetzungen geschaffen, um die SR auzuformulieren. Aber er hat es dennoch nicht durchgeführt sondern blieb stattdessen dem Aether verhaftet. Damit hatte er aber noch längst nicht alle Konzepte eingeführt, derer sich die SR bedient, wie etwa die Eigenzeit.
Vermutlich sehen Sie das anders, aber dann sollten Sie sich z.B. den Darrigol vornehmen und versuchen, hieb- und stichfeste Argumente aufzubieten an allen Punkten, wo er widersprechen würde. Denn Leute wie Darrigol müssten Sie ja überzeugen, wenn Sie Ihre These von der Urheberschaft Poincarés an der SR publizieren und glaubhaft machen wollen.
Schlussbemerkungen zu SRT und Poincaré
Chrys schrieb:
„Der Begriff Eigenzeit konzeptualisiert das, “was man an der Uhr ablesen kann”, als eine lorentz-invariante Grösse. Und zwar auf eine geometrische Weise, durch die intrinsiche Länge zeitartiger Weltlinien, was gar nicht recht in die Aether-Welt passt.“
Und was soll eine solche Formulierung mit Einsteins Arbeit von 1905 zu tun haben? — Diese Denkweise basiert bereits ganz zentral auf der Poincaré/Minkowski-Raumzeitformulierung der SRT, von der es in Einsteins berühmter 1905-er Arbeit noch nicht den leisesten Ansatz gibt, während sie Poincaré damals in den Grundzügen gerade eben eingeführt hatte! Einstein konnte davon beim Abschliessen seiner eigenen Arbeit Ende Juni 1905 aber noch nichts wissen, da Poincaré dies nicht in seine CR-Zusammenfassung aufgenommen hatte; er schrieb diese ja für seine Zeitgenossen, die er in einer Zusammenfassung damit total überfordert hätte wie wohl auch Einstein, der ja noch 1908 sinngemäss meinte, dass er jetzt – nachdem sich die Mathematiker der SRT angenommen hätten – die Theorie selber nicht mehr verstünde.
Chrys schrieb weiter:
„Das lässt sich etwa an den ganz unterschiedlichen Begründungen erkennen, die im Szenario des sog. “Uhrenparadoxons” zur Erklärung die ungleich verstrichenen Zeit der reisenden Uhren jeweils genannt werden: bei “geometrischer Deutung” hat eine der Uhren den kürzeren Weg genommen, bei “aetherischer Deutung” hat diese Uhr aber langsamer getickt.“
Das langsamere Ticken muss nicht zwingend an einen (materiellen) Äther gebunden sein; es genügt, dass ein Absolutsystem physikalisch oder auch nur rein willkürlich ausgezeichnet werden kann/darf. Umgekehrt schliesst auch die dem Poincaré/Minkowski-Raumzeit-Formalismus näher stehende Geometriedeutung eine „Ätherdeutung“ nicht aus.
Chrys schrieb weiter:
„Mit beiden Theorien kann man hier zwar zum gleichen Ergebnis gelangen, sie sind in diesem Sinne observationell gleichwertig. Dennoch sind sie nicht konzeptionell gleichwertig, denn es werden dabei sehr verschiedene Vorstellungen entworfen und herangezogen. Und die Aethertheorie bietet da nichts, was konzeptionell der Eigenzeit entspricht.“
Die Absolut- oder Weltzeit der (nahe liegensten) Äthertheorie entspricht ihr. Aber formal entspricht eine solche Theorie – konsequent durchgeführt – weder dem Lorentz- noch dem Poincaré-Formalismus; der Poincaré-Formalismus ist eben gerade der SRT-Formalismus par excellence mit konstantem c, während die Lichtgeschwindigkeit in einem konsequenten, nicht nur interpretativen Ätherformalismus nicht mehr konstant wäre, aber immer noch Grenzgeschwindigkeit; dafür gäbe es dann wieder eine absolute Zeit. Das ist aber alles zu wenig allgemein bekannt, als dass man darauf hier näher eingehen könnte.
Chrys schrieb weiter:
„… Aber selbst wenn die Uhren “local time” anzeigen, einen lorentz-invarianten Zeitbegriff hat man damit noch immer nicht.“
Die SRT von Poincaré ist lorentzkovariant formuliert und selbstverständlich steckt dort drin auch die invariante Eigenzeit, auch wenn man das damals noch nicht so nannte. Einstein hat zu dieser Sache nichts beigetragen, und Minkowski hat auf der von Poincaré 1905 eingeführten Raumzeit aufgebaut.
Chrys schrieb weiter:
„Poincaré hatte zweifellos alle Voraussetzungen geschaffen, um die SR auzuformulieren.“
Von Poincaré stammt die Basis der modernen SRT-Ausformulierungen, nämlich die SRT-Raumzeit; die Eigenzeit einer Uhr steckt da drin als die Zeit, die im Ruhesystem der Uhr abgelesen wird. Einstein hat zu diesen alt/modernen Formulierungen nichts von Bedeutung beigetragen.
Chrys schrieb weiter:
„Vermutlich sehen Sie das anders, aber dann sollten Sie sich z.B. den Darrigol vornehmen und versuchen, hieb- und stichfeste Argumente aufzubieten an allen Punkten, wo er widersprechen würde.“
Das, was Sie von ihm zitiert haben, motiviert mich nicht ihn zu lesen. Ich kenne Poincaré und Einsteins Arbeiten von 1905 (und zuvor) aber (hoffentlich) inzwischen genügend gut, um zu sehen und auch belegen zu können, dass Einstein in der SRT keine Priorität zukommt; seine Arbeit entstand noch nicht einmal unabhängig von Poincaré: Als Leitfaden diente ihm offensichtlich Poincarés berühmter Vortrag vom September 1904, und erst Poincarés Juni-Arbeit in den CR erlaubte Einstein, seinen eigenen Invarianzbeweis der Maxwellgleichungen unter Lorentztransformationen in Ordnung zu bringen.
Chrys schrieb weiter:
„Denn Leute wie Darrigol müssten Sie ja überzeugen, wenn Sie Ihre These von der Urheberschaft Poincarés an der SR publizieren und glaubhaft machen wollen.“
Wenn man Leute wie Darrigol überzeugen muss, um eine solche These zu publizieren, verzichte ich gerne darauf; selbst wenn er meine Argumente verstünde, dürfte er nicht dazu stehen, da er ja nicht unabhängig ist. Diese Sache ist mir aber auch nicht wichtig genug, um sie unbedingt veröffentlichen zu wollen. Und glaubhaft macht man eine Sache nicht, indem man Leute wie Darrigol überzeugt, sondern indem man nachvollziehbare und nachprüfbare Argumente angibt, und das kann ich. Ich weiss aber, dass das in der globalisierten/amerikanisierten Wissenschaft heute verpönt ist: Man beweist nicht mehr mit Argumenten, sondern mit Autoritäten, wie dies schon im Mittelalter unter den auch damals schon global agierenden Päpsten der Brauch war. Echte Wissenschaft braucht aber echte Vielfalt; Gleichschaltung mittels permanenter Durchmischung, Zeitstellenpeitsche und Sprachdiktat ist ihr Tod.
Nun erlaube ich mir zum Abschluss noch einen Ausblick mit einem Poincaré-Zitat aus seiner grossen SRT-Arbeit von 1905, ausgehend von der Längendefinition in der SRT, zu geben ( Seite 131 unten und 132 oben in http://soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905.pdf )
” Ou bien cette partie qui serait pour ainsi dire commune à tous les phénomènes physiques ne serait qu’une apparence, quelque chose qui tiendrait à nos méthodes de mesure. Comment faisons nous nos mesures? En transportant, les uns sur les autres, des objets regardés comme des solides invariables, répondrat-on d’abord; mais cela n’est plus vrai dans la théorie actuelle, si l’on admet la contraction lorentzienne. Dans cette théorie, deux longueurs égales, ce sont par définition, deux longueurs que la lumière met le même temps à parcourir. “
Man sollte beachten, dass diese Längendefinition von Poincaré 1905 viel moderner ist als die “klassische” Definition Einsteins mit den starren Stäben in seiner berühmten Arbeit; es gibt kaum einen wichtigen Punkt, wo Poincaré 1905 Einstein nicht weit hinter sich gelassen hätte!
Aber Poincaré war nicht sicher, ob diese SRT-Längendefinition zu Scheineffekten führen könnte; er schrieb:
” Peut-être suffirait-il de renoncer à cette définition, pour que la théorie de Lorentz fût aussi complètement bouleversée que l’a été le système de Ptolémée par l’intervention de Copernic. Si cela arrive un jour, cela ne
prouvera pas que l’effort fait par Lorentz ait été inutile ; car Ptolémée, quoi qu’on en pense, n’a pas été inutile à Copernic. “
Über solch grundsätzliche Dinge sollte man wieder mehr nachdenken. Ich bin überzeugt, dass es sich lohnt; und wenn sich meine Weltpotentialtheorie (statische Kosmologie mit modifizierter kosmischer Gravitation) als einigermassen richtig herausstellen sollte, dann standen auch solche Überlegungen Pate.
@Balanus
Ich weiß es nicht. Eine knifflige Frage. Vielleicht ist das Problem, das die umgangssprachliche Aussage “Alles wird doppelt so groß” zu schwammig formuliert ist und man sie physikalisch genauer formulieren muss. Von welcher “Größe” sprechen wir? Die Länge ist eine Basisgröße, das Volumen jedoch eine zusammengesetzte Größe. Joachim hat ja schon auf den Aspekt der Längenskalen hingewiesen. Ich gehe nicht davon aus, dass sich bei einer Volumenverdopplung auch die Größe der Elementarteilchen und Atome verdoppelt. Was sich verdoppelt ist eher die Anzahl der Teilchen in dem Volumen.
@Peter Wolff
»Das langsamere Ticken muss nicht zwingend an einen (materiellen) Äther gebunden sein; es genügt, dass ein Absolutsystem physikalisch oder auch nur rein willkürlich ausgezeichnet werden kann/darf. Umgekehrt schliesst auch die dem Poincaré/Minkowski-Raumzeit-Formalismus näher stehende Geometriedeutung eine „Ätherdeutung“ nicht aus.«
Das ist korrekt, der Aetherwind dient lediglich dazu, sich eine physikalische Ursache für das verlangsamte Ticken zu suggerieren. Gleichwohl bleibt die Angelegenheit spukhaft, wenn ein inertialer Beobachter unmöglich beurteilen kann, ob er gerade im “Absolutsystem” ruht oder nicht.
Akzeptiert man verlangsamte Uhren, so ist die “wahre” Zeit vom Konzept her eine Koordinatenzeit und als solche keine Invariante unter Lorentz-Transformationen. Aetherwind und Eigenzeit schliessen sich also grundsätzlich gegenseitig aus, und Lorentz kommt mit seinem Aether auf keinen Fall zu einem invarianten Zeitbegriff. Dennoch reicht es ihm für eine kovariante Formulierung der Physik, die derjenigen der SR observationell gleichwertig ist. Der konzeptionelle Unterschied zwischen “geometrischer” und “aetherischer” Interpretation erweist sich jedoch im weiteren als entscheidend dafür, dass sich die SR zur GR verallgenmeinern lässt, was entsprechend für die Aethertheorie misslungen ist.
Hat man andererseits das geometrische Bild der Raumzeit vor Augen, dann ist es nur noch ein kleiner Schritt bis hin zur Eigenzeit. Und es wäre durchaus glaubhaft, das Poincaré diesen Schritt irgendwo getan hat. Wenn sich das nachweisen lässt, dann fällt mir jedenfalls nichts mehr ein, was als Konzept zwar in der SR, nicht aber bei Poincaré vorhanden sein sollte. Der konkrete Nachweis dürfte allerdings einen gewissen detektivischen Sprürsinn erfordern:
Jean Mawhin. Henri Poincaré. A Life in the Service of Science. Notices Amer. Math. Soc. 52, no. 9 (2005) 1036-1044.
Frisch kommentiert ist halb geSciLogged
Peter Wolff schrieb (26.12.2012, 23:34):
> […] Poincaré-Zitat aus seiner grossen SRT-Arbeit von 1905, ausgehend von der Längendefinition in der SRT
[…] ( Seite 131 unten und 132 oben in http://soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905.pdf )
Zunächst einmal vielen Dank dafür, diesen Artikel öffentlich zugänglich zu machen. (Eine englische Übersetzung steht in http://en.wikisource.org/…_of_the_Electron_(July) zur Verfügung.)
Peter Wolff schrieb (22.12.2012, 00:24):
> Poincaré hatte in seiner prioritätssichernden Juni-SRT-Arbeit auch als erster […] Distanzen durch
Lichtlaufzeiten definiert
So weit so gut (was ich eher in der Übersetzung als anhand des französischen Wortlauts zu beurteilen vermag).
Die Priorität, im Rahmen der (S)RT “Distanz” zweier gegebener, zueinander ruhenden “Enden” voneinander ausdrücklich als proportional zur “Pingdauer” (des einen Endes, als auch gleichermaßen des anderen Endes) zu definieren, liegt demnach aber weiterhin bei J. L. Synge.
Inwiefern Einstein oder sogar Poincaré diese Definition vielleicht schon implizit vorwegnahmen, ist natürlich
debattierbar …
Die Forderung, dass (im Rahmen der RT) zunächst eine Methode definiert werden muss, anhand der Versuch für Versuch
experimentell zu entscheiden wäre, ob ein Paar gegebener/betrachteter Enden zueinander “ruhten” bzw. einen “Maßstab”
bildeten, oder nicht, hat Einstein offenbar ja überhaupt erst 1917 aufgestellt (in “Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie. Gemeinverständlich”, §8).
SRT-Priorität von Lorentz und Poincaré
Chrys schrieb:
„…, der Aetherwind dient lediglich dazu, sich eine physikalische Ursache für das verlangsamte Ticken zu suggerieren.“
Mindestens im Zusammenhang mit Poincaré darf man das Wort Ätherwind nicht brauchen, denn Poincarés Ätherbegriff ist ein sehr abstrakter; meines Wissens hat aber auch Lorentz nie auf „Ätherwindniveau“ argumentiert.
Chrys:
„Gleichwohl bleibt die Angelegenheit spukhaft, wenn ein inertialer Beobachter unmöglich beurteilen kann, ob er gerade im “Absolutsystem” ruht oder nicht.“
Ja, das liegt daran, dass die SRT letztlich nach wie vor nur mathematisch, aber nicht physikalisch „leicht verständlich“ ist, und physikalisch ist sie noch nicht einmal zwingend. Vor allem der Ausgangspunk der SRT, die Lorentzrelativität und die damit verbundene c-Konstanz ist physikalisch nicht zwingend, was Poincaré mindestens zeitweise wusste/bewusst war, Einstein meines Wissens jedoch lebenslang nie. Poincaré meinte aber, dass man mit der zusätzlichen Forderung nach grösster (mathematischer) Einfachheit der physikalischen Gesetze zwingend zur Lorentzrelativität und c-Konstanz gelange, was wohl richtig ist. Dass man dieses Ziel über eine geeignete Zeit(neu)definition (Relativität der Gleichzeitigkeit) erreichen solle/könne, schrieb er schon 1898 in „La mesure du temps“; ich wiederhole den Schlüsselsatz daraus:
” La simultanéité de deux événements, ou l’ordre de leur succession, l’égalité de deux durées, doivent être définies de telle sorte que l`énoncé des lois naturelles soit aussi simple que possible. “
Das erklärt auch, warum er wohl später nie explizit und ausführlich auf die Zeitdehnung einging; die Relativität der Gleichzeitigkeit und die damit verbundene Zeitdilatation war für ihn ja so etwas wie der Ausgangspunk seiner ganzen „SRT-Philosophie“. Aber in „La valeur de la science“ hat er 1905 „La mesure du temps“ von 1898 als zweites Kapitel einem grösseren Leserkreis zugänglich gemacht; er hielt die dort geäusserten Gedanken also für sehr wichtig.
Bezüglich des obigen Einfachheitsargumentes teile ich aber Poincarés Meinung nicht, denn Einfachheit ist – manchmal selbst formal (man denke z.B. an den Sagnac-Effekt) – fall- und problemabhängig und darum kein eindeutiges Auswahlkriterium. Darum sollte man die SRT nur als eine spezielle, formal besonders elegante Theorievariante der übergeordneten Grenzgeschwindigkeitsphysik (GGP) ansehen; leider kenne ich keine Lehrbücher oder auch nur sonstige Arbeiten, die konsequent so vorgehen, wenn man auch viele Einzelaspekte einer GGP immer mal wieder antrifft. Das müsste ich darum mal etwas ausführlicher aufschreiben. Neben der SRT gibt es in der GGP beliebig viele Theorievarianten, aber vermutlich nur eine, die physikalisch/interpretativ „echt“ interessant ist, nämlich die SAT (spezielle Äthertheorie) mit absoluter Weltzeit, der „Ruhezeit“ in einem willkürlich ausgezeichneten Inertialsystem. SRT und SAT sind experimentell/observationell völlig gleichwertig, aber keineswegs formal: In der SAT gibt es weder eine manifeste Lorentzkovarianz noch ist die Lichtgeschwindigkeit konstant.
Chrys:
„Akzeptiert man verlangsamte Uhren, so ist die “wahre” Zeit vom Konzept her eine Koordinatenzeit und als solche keine Invariante unter Lorentz-Transformationen.“
Nein, das ist falsch, auch wenn man es oft hört: Es geht um die Frage, mit welchen (gleichartigen und idealen) Uhren man die Zeit messen/definieren will, ob man dazu alle beliebig gleichförmig bewegten Uhren zulassen will oder (z.B.) nur (in einem willkürlich ausgewählten Inertialsystem) ruhende Uhren:
Im ersten Fall gelangt man zur SRT und im zweiten Fall zur SAT; klarheitshalber: Klassisch, vorrelativistisch ist diese Unterscheidung irrelevant. Die universell gültige Weltzeit der SAT entspricht aber keiner Koordinatenzeit der SRT, sondern der SRT-Eigenzeit im willkürlich gewählten inertialen Ruhesystem der SAT. Damit die Weltzeit der SAT wenigstens im Prinzip immer und überall gemessen werden kann, muss man annehmen, dass man _gleichortige_ Uhren unabhängig von ihrer Relativgeschwindigkeit vergleichen kann, was keineswegs selbstverständlich ist; diese Annahme muss aber auch die SRT machen.
Chrys:
„Aetherwind und Eigenzeit schliessen sich also grundsätzlich gegenseitig aus, und Lorentz kommt mit seinem Aether auf keinen Fall zu einem invarianten Zeitbegriff.“
Lorentzens „Ätherbegriff“ entspricht wohl am ehesten gewissen, speziellen „Kristallmodellen“ der Festkörperphysik, die man heute kennt und in denen für gewisse Phänomene Lorentzkovarianz mit allen zugehörigen Invarianzen gilt, obwohl der Kristall natürlich ein System auszeichnet.
Chrys:
„Dennoch reicht es ihm für eine kovariante Formulierung der Physik, die derjenigen der SR observationell gleichwertig ist.“
Lorentzens Problem ist ein ganz anderes: Formal ist seine Theorieversion der GGP die SRT, und die Ätherinterpretation ist in einem solchen Formalismus ziemlich unnatürlich und ganz sicher nicht manifest enthalten; das was er interpretativ wollte, wäre formal eine SAT gewesen. Ausser Poincaré hat aber zu der Zeit wohl keiner der damaligen Physiker, die man heute noch kennt, auch nur geahnt, dass man mit derart unterschiedlichen Formalismen (SRT und SAT) „die Physik“ gleichermassen korrekt beschreiben könnte; eine SAT ist natürlich auch nicht (manifest) lorentzkovariant! Aber: Die Weltzeit der SAT ist natürlich aus SRT-Sicht eine invariante Zeit, nämlich die Eigenzeit (aller poincaré-synchronisierten Uhren) im willkürlich gewählten Ruheinertialsystem der SAT; in diesem Ruheinertialsystem der SAT unterscheiden sich SAT und SRT auch formal nicht.
Chrys:
„Der konzeptionelle Unterschied zwischen “geometrischer” und “aetherischer” Interpretation erweist sich jedoch im weiteren als entscheidend dafür, dass sich die SR zur GR verallgenmeinern lässt, was entsprechend für die Aethertheorie misslungen ist.“
Für Äthertheorien im Sinne von Absolutsystemen ist dies keineswegs (definitv) misslungen; es gibt wohl immer wieder (nicht oder kaum gelesene) Arbeiten, die sich damit befassen, aber es gilt (noch) als misslungen. Zudem:
1. Mindestens auf galaktischen und grösseren Skalen sollte heute eigentlich jeder erkennen können, dass die ART, ja sogar Kepler-Newton in ihrem ureigensten Geltungsbereich – ohne geradezu kindlich-naive Ad-hoc-Annahmen – falsifiziert sind.
2. Anders als zur Zeit von Lorentz und Poincaré kennt man heute ein physikalisch ausgezeichnetes, absolutes, inertiales Ruhesystem, das durch die fernen Quasare und die Hintergrundstrahlung bestimmt ist.
3. Wenn sich meine Weltpotentialtheorie auch nur schon in den Grundzügen bewahrheitet, ist damit die geometrische Gravitationsinterpretation der ART mindestens auf kosmischen Skalen widerlegt.
Chrys:
„Hat man andererseits das geometrische Bild der Raumzeit vor Augen, dann ist es nur noch ein kleiner Schritt bis hin zur Eigenzeit. Und es wäre durchaus glaubhaft, das Poincaré diesen Schritt irgendwo getan hat.“
Im lorentzkovarianten SRT-Raumzeitformalismus, der von Poincaré – also weder von Einstein noch Minkowski – erstmals eingeführt wurde, ist die Eigenzeit als Zeit im Ruhesystem einer (idealen) Uhr enthalten! Dazu braucht es weder einen kleinen noch überhaupt einen Schritt!
Chrys:
„Wenn sich das nachweisen lässt, dann fällt mir jedenfalls nichts mehr ein, was als Konzept zwar in der SR, nicht aber bei Poincaré vorhanden sein sollte.“
Nichts einfacher als das: Weder Lorentz noch Poincaré haben die Quantenelektrodynamik vorhergesehen; diese Forderung ist nur wenig absurder als alle andern im Laufe der letzten 100 Jahre vorgebrachten Einwände gegen die klare und eindeutige SRT-Priorität von Lorentz und Poincaré.
@Peter Wolff
Unter Koordinatenzeit ist im gegebenen Kontext alles zu verstehen, was als zeitartige Koordinate, t, mit bezug auf einen Lorentz frame K definiert ist. Der mit einer in K ruhenden Uhr ermittelete zeitliche Abstand zwischen zwei Erignissen, Δt, ist jedoch ungleich dem entsprechenden Δt’, welches mit einer baugleichen Uhr gemessen wird, die in einem relativ zu K bewegten Inertialsystem K’ ruht. Wenn davon die Rede ist, dass Koordinatenzeit nicht Lorentz-invariant sei, dann ist damit dieser Sachverhalt gemeint.
Und an diesem Sachverhält ändert sich auch nichts, wenn ein de facto willkürlich ausgewähltes Inertialsystem zum “Aethersystem” gekürt wird. Sofern Lorentz keine Kriterien benennen kann, anhand derer sich der Bewegungszustand relativ zum Aether empirisch beurteilen lässt, bleibt sein Aethersystem physikalisch bedeutungslos. Sein frommer Wunsch, dass alle Uhren “true time” (also die Koordinatenzeit des Aethersytems) anzeigen mögen, wäre auch nur dann erfüllbar, wenn eine Uhr ihre Bewegung relativ zum Aether kennt, doch niemand weiss solche Uhren zu konstruieren.
Poincaré blieb jedenfalls nicht bei Lorentzens Zeitvorstellung stehen, und Darrigol zitiert Poincaré andernorts wie folgt (wo Darrigol seiner weiter oben zitierten Zusammenfassung anscheinend partiell widerspricht):
O. Darrigol. The Mystery of the Einstein–Poincaré Connection. Isis , Vol. 95, No. 4 (December 2004), pp. 614-626 [HTML]
Im Vergleich dazu Einstein (“On the relativity principle and the conclusions drawn from it”, 1907, Transl. A. Beck):
Sehen Sie den Unterschied? Poincaré benutzt “local time”, die mit dem Aether vereinbar ist. Einstein hingegen ersetzt “local time” durch eine “time”, die mit dem Aether unvereinbar ist.
Was Einstein hier mit “time” meint, wird klar als “proper time” erkennbar. Vor dem Hintergrund, dass Poincaré das geometrische Bild der Raumzeit im Kopf hatte, wo keinerlei spukhafte Verlangsamung von Uhren mehr annehmbar ist, kann ihm kaum entgangen sein, dass in diesem Bild die “local time” einen neuen Zeitbegriff erfordert, der nicht einfach aus der Aetherbild übernommen werden kann. Die Frage ist halt, ob er das irgendwo einmal so unmissverständlich formuliert hat, wie es bei Einstein herauskommt. Andernfalls werden Wiss.historiker wohl noch beliebig lange darüber streiten können, ob er das nun alles vollständig beisammen hatte oder nicht.
Eine Unterscheidung zwischen “local time” und “proper time” ist keinesfalls als purer Nominalismus abzutun. Während “local time” eine Zeitkoordinate ist, kennzeichnet “proper time” per definitionem ein koordinatenfreies Mass entlang zeitartiger Weltlinien. Dazwischen liegt durchaus ein gedanklicher Schritt, den es zu bewältigen gilt.
Es genügt nicht, ideale Namen zu geben;
Chrys schrieb (30.12.2012, 14:57):
> […] Der mit einer in K ruhenden Uhr [ermittelte zeitliche Abstand zwischen zwei Ereignissen], ”t,
… den Abstand zwischen einem bestimmten Paar von Ereignissen schreibt man eher als “”s”; insbesondere auch, falls (mindestens) ein bestimmter Beteiligter an beiden Ereignissen teilnahm …
> ist jedoch ungleich dem entsprechenden ”t’, welches mit einer baugleichen Uhr gemessen wird, die in einem relativ zu K bewegten Inertialsystem K’ ruht.
Falls zwei unterscheidbare Beteiligte beide gemeinsam an zwei bestimmten Ereignissen teilnahmen, aber ansonsten nicht konzident waren, dann kann höchstens einer davon währenddessen Mitglied eines Inertialsystems gewesen sein, d.h. gegenüber geeigneten weiteren Beteiligten geruht haben; aber nicht beide.
> […] “proper time” [kennzeichnet] per definitionem ein koordinatenfreies Mass entlang zeitartiger Weltlinien.
Da die Elemente einer (jeden, bestimmten) zeitartigen Weltlinie, für deren Teilmengen ein (jeweils bestimmtes) Maß definiert ist, selbst “Zeit(en)” bzw. (nach Einstein) auch “Zeigerstellungen” oder allgemeiner “Anzeigen” genannt
werden, empfiehlt sich auch eine gesonderte Bezeichnung für das entsprechende Maß; nämlich (z.B.) “Dauer”.
p.s.
Wem die fehlende Kommentar-Vorschau recht ist,
dem muss jedes zu “”” entstelltes “Δ” wohl billig sein.
Antwort an Frank Wappler
Peter Wolff schrieb (26.12.2012, 23:34):
> […] Poincaré-Zitat aus seiner grossen SRT-Arbeit von 1905, ausgehend von der Längendefinition in der SRT […] ( Seite 131 unten und 132 oben in http://soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905.pdf )
Frank Wappler schrieb:
… „(Eine englische Übersetzung steht in http://en.wikisource.org/…_of_the_Electron_(July) zur Verfügung.)“
Eine deutsche Übersetzung findet man in http://archive.org/details/PoincareDynamikB
Frank Wappler schrieb weiter:
„Die Priorität, im Rahmen der (S)RT “Distanz” zweier gegebener, zueinander ruhenden “Enden” voneinander ausdrücklich als proportional zur “Pingdauer” (des einen Endes, als auch gleichermaßen des anderen Endes) zu definieren, liegt demnach aber weiterhin bei J. L. Synge.
Inwiefern Einstein oder sogar Poincaré diese Definition vielleicht schon implizit vorwegnahmen, ist natürlich
debattierbar …“
Wenn ich Ihren Satz richtig verstanden habe, findet man das schon bei Poincaré im Zusammenhang mit seinen Überlegungen zur SRT-Zeitsynchronisation seit 1900, und ich sehe nicht, was Einstein darüber hinaus zu diesem Thema beigetragen haben sollte, mindestens bis auf einige primär didaktische Verbesserungen. Im Kern hat er “ihr” bzw. Synges Problem – mindestens was die Distanzbestimmung angeht – ja noch nicht einmal verstanden bzw. als Problem (an)erkannt:
Frank Wappler schrieb weiter:
„Die Forderung, dass (im Rahmen der RT) zunächst eine Methode definiert werden muss, anhand der Versuch für Versuch experimentell zu entscheiden wäre, ob ein Paar gegebener/betrachteter Enden zueinander “ruhten” bzw. einen “Maßstab” bildeten, oder nicht, hat Einstein offenbar ja überhaupt erst 1917 aufgestellt (in “Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie. Gemeinverständlich”, §8).“
In § 8. (der zweiten Auflage) dieses Büchleins findet man nichts darüber, sondern nur etwas über die Bestimmung der Gleichzeitigkeit zweier Ereignisse. Die Verbindungsstrecke (und ihre Länge) nimmt Einstein als gegeben an bzw. als durch (starre) Massstäbe (problemlos) messbar. Dass es – im Rahmen der SRT – nicht trivial ist, die Mitte oder den Abstand zwischen zwei Punkten zu bestimmen, erkennt er nicht!
Antwort an Chrys
Die Ausführungen zur Koordinatenzeit teile ich nicht, gehe darauf aber nicht weiter ein, weil ich jetzt ja weiss, was damit gesagt werden soll, egal für wie missverständlich, ja geradezu falsch ich das halte.
Chrys schrieb:
„Sofern Lorentz keine Kriterien benennen kann, anhand derer sich der Bewegungszustand relativ zum Aether empirisch beurteilen lässt, bleibt sein Aethersystem physikalisch bedeutungslos.“
Ja, mindestens bis man eine solche physikalische Auszeichnung findet.
Chrys schrieb weiter:
„Sein frommer Wunsch, dass alle Uhren “true time” (also die Koordinatenzeit des Aethersytems) anzeigen mögen, wäre auch nur dann erfüllbar, wenn eine Uhr ihre Bewegung relativ zum Aether kennt, doch niemand weiss solche Uhren zu konstruieren.“
1. Heute kann man das durch ferne Quasare und die Hintergrundstrahlung definierte Inertialsystem als Ruhesystem definieren, gegenüber dem sich die Bewegung einer Uhr messen lässt.
2. Wegen 1. kann man – zugegeben mit etwas Aufwand – solche Uhren natürlich auch konstruieren, wenn man diese Uhren nicht nur nullpunkt-, sondern auch gangsynchronisiert. Allerdings sind im Rahmen der SRT Gangsynchronisationen bei (idealen) Uhren weder nötig noch zulässig. Auf Lorentz’ Dilemma mit seiner SRT-Interpretation ging ich letztmals etwas näher ein, was aber wohl nur schwer verständlich war, wenn man meine Überlegungen zur GGP nicht kennt, weswegen es wohl besser ist, auf die wirklichen oder vermuteten Lorentz-Interpretationen im Folgenden nicht mehr einzugehen.
Chrys schrieb weiter:
„Poincaré blieb jedenfalls nicht bei Lorentzens Zeitvorstellung stehen, und Darrigol zitiert Poincaré andernorts wie folgt (wo Darrigol seiner weiter oben zitierten Zusammenfassung anscheinend partiell widerspricht):“
I suppose that observers placed in different points set their watches by means of optical signals, that they try to correct these signals by the transmission time, but that, ignoring their motion of translation and thus believing that the signals travel at the same speed in both directions, they satisfy themselves with crossing the observations, by sending one signal from A to B, then another from B to A. The local time t’ is the time indicated by watches set in this manner.
O. Darrigol. The Mystery of the Einstein–Poincaré Connection. Isis , Vol. 95, No. 4 (December 2004), pp. 614-626 [HTML]
Im Vergleich dazu Einstein [im Original http://www.soso.ch/wissen/hist/SRT/E-1907.pdf (Seite 413)]:
Es zeigte sich aber überraschenderweise, daß es nur nötig war, den Begriff der Zeit genügend scharf zu fassen, um über die soeben dargelegte Schwierigkeit hinweg zu kommen. Es bedurfte nur der Erkenntnis, daß man eine von H. A. Lorentz eingeführte Hilfsgröße, welche er „Ortszeit“ nannte, als „Zeit“ schlechthin definieren kann. Hält man an der angedeuteten Definition der Zeit fest, so entsprechen die Grundgleichungen der Lorentzschen Theorie dem Relativitätsprinzip, wenn man nur die obigen Transformationsgleichungen durch solche ersetzt, welche dem neuen Zeitbegriff entsprechen. … Nur die Vorstellung eines Lichtäthers als des Trägers der elektrischen und magnetischen Kräfte paßt nicht in die hier dargelegte Theorie hinein; …
Sehen Sie den Unterschied? Poincaré benutzt “local time”, die mit dem Aether vereinbar ist. Einstein hingegen ersetzt “local time” durch eine “time”, die mit dem Aether unvereinbar ist.“
Ja und Nein: Einstein hat nur – ganz im Gegensatz zu Poincaré! – nie verstanden, dass man den Äther nicht widerlegen kann, schon gar nicht mit einer kleinen Namensänderung. Nicht zuletzt dank diesem fundamentalen, aber den Sachverhalt (in unzulässiger Weise) gewaltig vereinfachenden Missverstehen war er bei der Masse der Physiker so erfolgreich.
Chrys schrieb weiter:
„Was Einstein hier mit “time” meint, wird klar als “proper time” erkennbar.“
SoSo: Kein bisschen klarer als die „wahre“ Zeit bei Poincaré!
Chrys schrieb weiter:
„Vor dem Hintergrund, dass Poincaré das geometrische Bild der Raumzeit im Kopf hatte, wo keinerlei spukhafte Verlangsamung von Uhren mehr annehmbar ist, kann ihm kaum entgangen sein, dass in diesem Bild die “local time” einen neuen Zeitbegriff erfordert, der nicht einfach aus der Aetherbild übernommen werden kann.“
Poincaré hatte keineswegs „nur“ die geometrische Interpretation im Kopf; er wusste eben, dass man das so oder so ansehen kann, was heute aber fast niemand mehr weiss; genau diesen Aspekt hat er – wenn ich mich richtig erinnere – noch kurz vor seinem Tode 1912 in einem Vortrag in London ganz besonders betont. Und wohl immer dann, wenn er sich Mühe gab didaktisch gut zu formulieren, ging er von der Ätherinterpretation aus, weil er – wohl fälschlicherweise, wie Einstein bewies – annahm, dass man ihn so besser verstünde. Hierin war Poincaré wohl wirklich etwas weltfremd, denn gerade sein doch sehr abstraktes Ätherbild dürften schon damals nur wenige verstanden haben. Und die (didaktisch) prägnant einfache Formulierung, dass man jedes beliebige, inertiale Ruhesystem als Äthersystem ansehen könne, fand ich so nirgends bei ihm, obwohl ich sicher bin, dass er das wusste. Vermutlich ist diese Formulierung aber auch erst heute (didaktisch) hilfreich, seit „alle“ zu wissen glauben, dass die SRT mit einer Ätherinterpretation unvereinbar sei.
Chrys schrieb weiter:
„Die Frage ist halt, ob er das irgendwo einmal so unmissverständlich formuliert hat, wie es bei Einstein herauskommt.“
Was sagt denn Einstein anderes, als was ich hier vermutlich schon zweimal zitiert habe?
” …. Pour un observateur, entraîné lui-même dans une translation dont il ne se doute pas, aucune vitesse apparente ne pourrait non plus dépasser celle de la lumière; et ce serait là une contradiction, si l’on ne se rappelait que cet observateur ne se servirait pas des mêmes horloges qu’un observateur fixe, mais bien d’horloges marquant le “temps local”. “
Wenn man weiss/annimmt, dass Uhren die Zeit anzeigen, dann hat Einstein diesen Satz von 1904 nur leicht umformuliert. Das Problem ist hier genau wie bei Einsteins Formulierung von Ende 1907 (!), dass man erkennen/herauslesen muss, was denn nun dem heutigen Begriff Eigenzeit entspricht. Die Antwort ist nur im Eigen- bzw. Ruhesystem einer betrachteten Uhr trivial: In diesem System sind Eigenzeit und Lokalzeit gleich.
Chrys schrieb weiter:
„Andernfalls werden Wiss.historiker wohl noch beliebig lange darüber streiten können, ob er das nun alles vollständig beisammen hatte oder nicht.“
Dass Einstein nie verstanden hatte, dass man in bzw. mittels der SRT den Äther nicht widerlegen kann, ist aber offensichtlich; allerdings müssten dazu die Wissenschaftshistoriker halt erst einmal lernen, dass man den Äther tatsächlich nicht widerlegen kann.
Chrys schrieb weiter:
„Während “local time” eine Zeitkoordinate ist, kennzeichnet “proper time” per definitionem ein koordinatenfreies Mass entlang zeitartiger Weltlinien. Dazwischen liegt durchaus ein gedanklicher Schritt, den es zu bewältigen gilt.“
Nein, es ist banal, dass Zeit und Zeitdauer, die man im Ruhesystem einer Uhr abliest, koordinatenunabhängig sind. Zudem:
1. Von zeitartigen Weltlinien war Einstein 1905, aber auch 1907 noch meilenweit entfernt, während Poincaré die Basis zu solchen Begriffen schon 1905 gelegt hatte.
2. Und dann sollten sich die Wissenschaftshistoriker halt auch damit befassen, wie sicher es ist, dass Einstein tatsächlich aus der zusammenfassenden SRT-Arbeit Poincarés vom Juni 1905 an einer wesentlichen Stelle abgeschrieben hatte.
3. Um auch noch auf eine Autorität zu verweisen, wie das heute offenbar üblich oder gar nötig ist: Schon Max Born fragte sich z.B. 1955, ob Poincaré nicht „alles“ schon vor Einstein wusste, wofür er dann von dem wenig bedeutenden Physiker Pais aufs Übelste beschimpft wurde.
@Peter Wolff
Die Deutung mit dem Aether ist ganz gewiss die einfachere für alle in nicht-euklidischer Geometrie Ungeübten. Und in einführenden Texten zur Relativität wird man auch immer wieder als Mantra finden können, dass “bewegte Uhren langsamer gehen,” was dann Einstein in den Mund gelegt wird, obwohl dies doch gerade die Vorstellung kennzeichnet, die mit dem Aether einhergeht.
Doch nochmals Darrigol aus dem Isis Paper:
Mit diesem Fazit kann ich mich recht gut arrangieren.
man muss das auch nachvollziehbar defini
Peter Wolff schrieb (30.12.2012, 21:57):
> In § 8. (der zweiten Auflage) dieses Büchleins [Einstein, “Über die spezielle und die allgemeine
Relativitätstheorie. Gemeinverständlich”] findet man […] nur etwas über die Bestimmung der Gleichzeitigkeit
Insbesondere findet man natürlich eine Methode zur Definition/Feststellung von Gleichzeitigkeit; aber man findet auch (und sogar zuerst) die allgemeine Forderung:
und
Diese Forderung, die die RT aufnimmt, trifft nicht nur auf den Begriff “gleichzeitig” zu (da ja auch Fälle von
“nicht gleichzeitig” zumindest denkbar, wenn nicht sogar auffindbar, sind); sondern gewiss auch auf Begriffe wie
“zueinander starr” (anstatt “nicht”), oder “gleichförmig bewegt” (anstatt “nicht”), oder “baugleich” (anstatt
“nicht”), oder “flach” (anstatt “nicht”), oder “mittig” (anstatt “nicht”), usw. zu.
Also auf ausnahmslos jeden Begriff, der nicht von vornherein jedem einzelnen Beteiligten (oder jeder Teilmenge aller
Beteiligten) gegenseitig zugestanden würde.
> Im Kern hat er [Einstein] “ihr” bzw. Synges Problem – mindestens was die Distanzbestimmung angeht – ja noch nicht einmal verstanden bzw. als Problem (an)erkannt
Ich wüßte zugegebenermaßen selber auch nicht, wo Einstein ansonsten Verständnis für “das Problem” im Allgemeinen geäußert oder auch nur angedeutet hätte. Aber dort, im §8 jenes Büchleins, hat er es offenbar doch ganz
ausdrücklich; und anhand der dort skizzierten Gleichzeitigkeitsdefinition hat er sogar ein Paradigma angegeben, wie “das Problem (der RT)” anzupacken wäre.
Nicht umsonst ist ja auch die SRT ja immer noch ein aktives Forschungsfeld. (Zuletzt war mir ein Beitrag von U.
Schelb aus dem Jahre 2000 aufgefallen; und das war ja gewiss nicht das letzte Wort. Ich muss wohl bald mal wieder
eine ordentliche Bibliothek besuchen … &)
> […] primär didaktische Verbesserungen
Die koordinatenfreie Gleichzeitigkeitdefinition Einsteins aus jenem §8 erscheint jedenfalls als wesentlicher Bruch mit der Darstellung von 1905. (Mich würde übrigens interessieren, ob Einstein dafür überhaupt Priorität hat; oder ob eher “eigentlich jeder unabhängig darauf kommen kann”.)
Damit erübrigt sich die ansonsten für Physiker (allerdings auch für Nichtphysiker!) zwangsläufige Frage, anhand welcher (nachvollziehbaren) Methode bestimmte Koordinatenzahlen denn überhaupt festgelegt würden, bzw. wie im
konkreten Falle herauszufinden wäre, ob bestimmte Koordinatenzahlen “gut” wären, oder nicht.
Peter Wolff schrieb (30.12.2012, 22:40):
> 1. Heute kann man das durch ferne Quasare und die Hintergrundstrahlung definierte Inertialsystem als Ruhesystem definieren, gegenüber dem sich die Bewegung einer Uhr messen lässt.
Um aus “Hintergrundstrahlung” ein bestimmtes System zu drechseln, müsste doch zunächst der Begrff “Frequenz”
als Messgröße definiert sein (also eine nachvollziehbare Methode definiert sein, durch deren Anwendung verschiedene
Beteiligte ihre jeweils wahrgenommene “Hintergrundstrahlung” miteinander vergleichen könnten).
Und dass verschiedene “Quasare” (“fern“, oder nicht) von vornherein zueinander ruhen würden, also
sowohl zueinander starr als auch zueinander flach wären, ist sicher auch in Frage zu stellen.
> Einstein hat nur – ganz im Gegensatz zu Poincaré! – nie verstanden, dass man den Äther nicht widerlegen kann, schon gar nicht mit einer kleinen Namensänderung.
Aber sicherlich galt Einstein wohl zumindest das Wort “Brechungsindex” als ein Begriff, den es zunächst als
Messgröße zu definieren galt, bevor man Erwartungen oder Modellvorstellungen zu dessen (Mess-)Werten (in konkreten
Fällen) äußern sollte.
> es ist banal, dass Zeit und Zeitdauer, die man im Ruhesystem einer Uhr abliest, koordinatenunabhängig sind.
Ja, es ist der Physik/Geometrie egal, ob und welche Koordinatenzahlen man über die Beteiligten streuselt.
Aber um die (Verhältnisse der) Dauern zwischen den Anzeigen einer bestimmten Uhr zu ermitteln, ist es keineswegs
erforderlich, dass sie währenddessen gegenüber irgendwelchen (anderen) Beteiligten ruhte.
Antwort an Frank Wappler
Frank Wappler schrieb:
„Insbesondere findet man [in § 8. von „Über die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie“, 1917] natürlich eine Methode zur Definition/Feststellung von Gleichzeitigkeit; aber man findet auch (und sogar zuerst) die allgemeine Forderung:
Der Begriff existiert für den Physiker erst dann, wenn
die Möglichkeit gegeben ist, im konkreten Falle herauszufinden,
ob der Begriff zutrifft oder nicht.
und
[…] daß sie [die geforderte Definition] in jedem realen Falle eine empirische Entscheidung an die Hand gibt über das Zutreffen oder Nicht-zutreffen des zu definierenden Begriffs.“
Ja
Weiter schrieb Frank Wappler:
„Diese Forderung, die die RT aufnimmt, trifft nicht nur auf den Begriff “gleichzeitig” zu (da ja auch Fälle von
“nicht gleichzeitig” zumindest denkbar, wenn nicht sogar auffindbar, sind); sondern gewiss auch auf Begriffe wie” zueinander starr” (anstatt “nicht”), oder “gleichförmig bewegt” (anstatt “nicht”), oder “baugleich” (anstatt
“nicht”), oder “flach” (anstatt “nicht”), oder “mittig” (anstatt “nicht”), usw. zu.“
Im Prinzip ja, aber Einstein setzt ganz offensichtlich im § 8. voraus, dass all diese Dinge – eben mit Ausnahme der Gleichzeitigkeit (und das hatte er von Poincaré übernommen!) – von vornherein für „alle“ so klar seien, dass es nicht nötig sei, darauf näher einzugehen. Dass auch (mindestens noch) Fragen nach Distanzen in der SRT einer speziellen Erörterung bedürften, hatte Einstein ganz im Gegensatz zu Poincaré nie erkannt und damit seinen Lesern und Anhängern das Verstehen (leider auf Kosten der Richtigkeit/Vollständigkeit) sehr erleichtert:
Frank Wappler schrieb weiter:
„> Im Kern hat er [Einstein] “ihr” bzw. Synges Problem – mindestens was die Distanzbestimmung angeht – ja noch nicht einmal verstanden bzw. als Problem (an)erkannt“
Ich wüßte zugegebenermaßen selber auch nicht, wo Einstein ansonsten Verständnis für “das Problem” im Allgemeinen geäußert oder auch nur angedeutet hätte. Aber dort, im §8 jenes Büchleins, hat er es offenbar doch ganz ausdrücklich; und anhand der dort skizzierten Gleichzeitigkeitsdefinition hat er sogar ein Paradigma angegeben, wie “das Problem (der RT)” anzupacken wäre.“
Die allgemeine Formulierung ist (fast) inhaltsleer und konkret ging er – wie schon gesagt – nur auf die Gleichzeitigkeitsproblematik ein. Sein Prüfverfahren hängt aber von der nicht weiter hinterfragten Existenz und Vergleichbarkeit starrer Stäbe ab, womit Einstein 1917 noch nicht einmal auf dem Stande von Poincaré 1905 war; er erreichte Poincarés diesbezüglichen Kenntnisstand von 1905 lebenslang nie.
Frank Wappler schrieb weiter:
„Nicht umsonst ist ja auch die SRT ja immer noch ein aktives Forschungsfeld.“
Sehr viel merke ich davon nicht (Ihr Beispiel kenne ich nicht und habe es jetzt nicht angeschaut). Zuallererst müsste man nämlich wenigstens wieder den Wissensstand von Poincaré erreichen, dass nämlich die Grenzgeschwindigkeitsphysik (GGP) zwar eine Poincaré/Minkowski-Raumzeit ermöglicht, aber nicht erzwingt, was heute fast niemand mehr weiss und noch viel weniger versteht. Aber klar, ich weiss, ich müsste halt mal eine Einführung in die SRT ausgehend von der übergeordneten GGP schreiben, in der die SRT nur noch eine von vielen, formal unterschiedlichen, aber experimentell gleichwertigen Theorievarianten der GGP ist.
Frank Wappler schrieb weiter:
„Die koordinatenfreie Gleichzeitigkeitdefinition Einsteins aus jenem §8 erscheint jedenfalls als wesentlicher Bruch mit der Darstellung von 1905. (Mich würde übrigens interessieren, ob Einstein dafür überhaupt Priorität hat; oder ob eher “eigentlich jeder unabhängig darauf kommen kann”.)“
Darauf kann durchaus nicht jeder unabhängig kommen, insbesondere Einstein kam nicht unabhängig drauf! Er hatte 1917 nur Poincarés alte Überlegungen zur Uhrensynchronisation in unzulässiger Weise vereinfacht, indem er annahm, dass die Mitte einer Strecke unabhängig von den Annahmen über die Lichtausbreitung bestimmt werden könne, was – mindestens im Rahmen der SRT – nicht möglich ist, da Distanzen in der SRT über die Lichtlaufzeit bestimmt werden, und das erkannte als Erster Poincaré 1905! Dass das aber vielleicht eine schlechte Definition sein könnte, war Poincaré auch schon damals klar (dass es vielleicht sogar physikalisch eine falsche Definition sein könnte, wusste aber wohl nicht einmal Poincaré); leider weiss auch das heute fast niemand mehr.
Auf Fragen/Probleme, die eher in die ART als in die SRT gehören, gehe ich hier nicht bzw. höchstens ganz am Rande ein:
Frank Wappler schrieb weiter:
„> Einstein hat nur – ganz im Gegensatz zu Poincaré! – nie verstanden, dass man den Äther nicht widerlegen kann, schon gar nicht mit einer kleinen Namensänderung.
Aber sicherlich galt Einstein wohl zumindest das Wort “Brechungsindex” als ein Begriff, den es zunächst als
Messgröße zu definieren galt, bevor man Erwartungen oder Modellvorstellungen zu dessen (Mess-)Werten (in konkreten Fällen) äußern sollte.“
Ich nehme an, dass Sie hier auf gewisse Überlegungen (etwa 5 Jahre nach 1905) Einsteins zur Gravitationstheorie anspielen, worauf ich hier nicht näher eingehen will; dass die „Gravitationspotentiale“ g_ij, die Einstein eingeführt hatte, als eine Ätherbeschreibung angesehen werden können, nahm Einstein wohl seit spätestens 1921 an, was er aber sicher nie bezüglich der eta_ij tat.
Frank Wappler schrieb weiter:
„> es ist banal, dass Zeit und Zeitdauer, die man im Ruhesystem einer Uhr abliest, koordinatenunabhängig sind.
Ja, es ist der Physik/Geometrie egal, ob und welche Koordinatenzahlen man über die Beteiligten streuselt.
Aber um die (Verhältnisse der) Dauern zwischen den Anzeigen einer bestimmten Uhr zu ermitteln, ist es keineswegs erforderlich, dass sie währenddessen gegenüber irgendwelchen (anderen) Beteiligten ruhte.“
Nur wenn man die Dauer an einer Uhr abliest, relativ zu der man ruht, erhält man (direkt und ohne Umrechnung) die (SRT-)Eigendauer, und (nur) darum ging es hier.
Aller Anfang ist schwer
Peter Wolff schrieb (03.01.2013, 20:58):
> […] aber Einstein setzt ganz offensichtlich im § 8. voraus, dass all diese Dinge – eben mit Ausnahme der Gleichzeitigkeit […] – von vornherein für „alle“ so klar seien, dass es nicht nötig sei, darauf näher einzugehen.
Das ist leider nicht zu bestreiten.
Und als allernächstes geht Einstein mit gehöriger Eloquenz darauf ein, was er (für „alle“) denn überhaupt mit “klar sein” meint.
Und rät der Leserschaft innezuhalten, und sich das erstmal auf der Zunge zergehen zu lassen.
Ob er sich wohl an den eigenen Rat gehalten hat?
(Zum Jahresende neigt mancher ja eher zu Hektik und/oder Jobangst.)
Und falls er sich nicht selbst daran gehalten hat (was m.E. leider auch kaum zu bestreiten ist) — wäre es nicht dennoch ein folgenswerter und folgenreicher Rat?
> (und das hatte er von Poincaré übernommen!) [… Einstein] hatte 1917 nur Poincarés alte Überlegungen zur Uhrensynchronisation in unzulässiger Weise vereinfacht
An dieser Stelle wäre mir ein Verweis auf eine entsprechende Veröffentlichung oder Äußerung Poincarés willkommen (für mich selbst besonders gern auch in deutscher Übersetzung), in der das Wort “Mitte” erkennbar wäre; oder eine nachvollziehbare Methode zur Definition einer Messgröße, der dieser Name ohne Entstellungen zu verleihen wäre.
(Habe ich sowas in der o.g. Quelle übersehen?)
> dass die Mitte einer Strecke unabhängig von den Annahmen über die Lichtausbreitung bestimmt werden könne, was – mindestens im Rahmen der SRT – nicht möglich ist, da […]
Bevor diskutiert werden kann, ob (und ggf. warum) solch ein Urteil zwingend/nachvollziehbar wäre, sollte doch zunächst die/eine nachvollziehbare Methode festgelegt sein, anhand der im konkreten Fall zu entscheiden wäre, ob Malcolm dabei “Mitte zwischen” geeigneten Beteiligten (Alice und Bob) war, oder eben nicht.
Und entsprechend des Einsteinschen Paradigmas (bzw. meiner/unser/„aller“ denkbar großzügigsten Auffassung davon) sollten irgendwelche dazu eingesetzten Annahmen auf das Mindeste eingeschränkt werden:
nämlich dass Malcolm zumindest im Prinzip selbst beurteilen kann, was er koinzident wahrgenommen hat, oder eben nicht (sondern stattdessen in bestimmter Reihenfolge);
und was Malcolm an Fähigkeiten zugestanden wird, auch allen anderen Beteiligten (für sich) zuzugestehen ist.
Ob das nicht ausreicht, eine einvernehmliche Bestimmung zu erzielen, der der Name “Mitte” ohne überschaubare Verrenkungen zu verleihen wäre? …
> Aber klar, ich weiss, ich müsste halt mal eine Einführung in die SRT ausgehend von der übergeordneten GGP schreiben
Aber klar — wer müsste/sollte das nicht:
erstmal innehalten, und sich auf “übergeordnete” Annahmen festlegen (lassen);
aber sich dabei gewiss keinen unterordnen, die (auch) irgendwem (anderen) entbehrlich wären (um Annahmen zu formulieren und zu wählen; aber tunlichst nur solche, die man braucht (um …)).
Der Rest ist (wie das) Entwerten frankierter Postsachen.
> dass nämlich die Grenzgeschwindigkeitsphysik (GGP) […]
Da muss man (sich) als Physiker (allerdings auch als Nichtphysiker!) doch zunächst fragen, welche Methode dabei überhaupt gemeint und zugrundelegegt sein soll, anhand der im konkreten Fall “Geschwindigkeit“bewertet würde. Und schon diskutiert man RT!
> zwar eine Poincaré/Minkowski-Raumzeit ermöglicht, aber nicht erzwingt
Das nehm ich mal als Steilvorlage gegenüber Annahmen hinsichtlich “Topologie” oder Schlimmerem. Natürlich scheitert sowas an der zwangsläufigen Frage, wie denn zunächst “in der freien Wildbahn” festgestellt werden sollte, was “Umgebung” war, und was nicht.
> [“Brechungsindex” …] Ich nehme an, dass Sie hier auf gewisse Überlegungen (etwa 5 Jahre nach 1905) Einsteins zur Gravitationstheorie anspielen
Wenn überhaupt, dann mindestens über diese Bande:
Wieviel an geometrisch-kinematischem Sockel ist erforderlich, um darauf
Variationsrechnung/Dynamik im Zaum zu halten?
(Und bevor ich an dieser Bande anschlagen möchte, so absehbar sie auch sein mag, sind noch einige Marken zu lecken. 😉
> Nur wenn man die Dauer an einer Uhr abliest, relativ zu der man ruht, erhält man (direkt und ohne Umrechnung) die (SRT-)Eigendauer
An dieser Aussage habe ich zweierlei auszusetzen:
Sie enthält keine Versuchsanordnung hinsichtlich der “Güte” der zu betrachtenden Uhr, unterschlägt also die ansonsten zugrundeliegende Messmethode (Stichwort: “Lichtuhr” bzw. “ideale/kanonische Uhr”).
Und sie scheint “gegenseitige Ruhe (bei Trennung)” mit “Koinzidenz” zu vermischen.
Aussagen, denen ich zustimmen würde, wären stattdessen folgende:
“Eine (sekuläre) Uhr, die mit einem Ende einer idealen/kanonischen Uhr koinzident war, ruhte dabei gegenüber dem anderen Ende.”
und
“Von einer (sekulären) Uhr, die gegenüber (einem) anderen Beteiligten ruhte, lässt sich einfacher/direkter beurteilen, ob sie dabei “gut” war, oder inwiefern nicht, als von einer Uhr, die gegenüber keinem ruhte.”
Kurzbemerkungen zur GGP
Frank Wappler schrieb (04.01.2013, 11:52):
„Peter Wolff schrieb (03.01.2013, 20:58):
[…]
> (und das hatte er von Poincaré übernommen!) [… Einstein] hatte 1917 nur Poincarés alte Überlegungen zur Uhrensynchronisation in unzulässiger Weise vereinfacht
An dieser Stelle wäre mir ein Verweis auf eine entsprechende Veröffentlichung oder Äußerung Poincarés willkommen (für mich selbst besonders gern auch in deutscher Übersetzung), in der das Wort “Mitte” erkennbar wäre; oder eine nachvollziehbare Methode zur Definition einer Messgröße, der dieser Name ohne Entstellungen zu verleihen wäre.“
Da haben Sie mich missverstanden: Poincarés Uhrensynchronisationsverfahren zwischen zwei zueinander als ruhend angenommenen Uhren, das Einstein 1905 von Poincaré übernahm, und die Gleichzeitigkeitsbestimmung zwischen zwei Punkten (Uhren) mit Hilfe eines Beobachters in der Mitte sind im Wesentlichen gleichwertig, mindestens im Prinzip. Allerdings ist das Verfahren über den Schiedsrichter in der Mitte im Allgemeinen praktisch nicht oder kaum durchführbar, vor allem nicht bei astronomisch grossen Distanzen. Es scheint mir aber klar leichter verständlich, solange man sich keine Gedanken über die Bestimmung der Mitte und über starre Stäbe macht. Es gibt aber eine modernere Formulierung, die diese offensichtlichen Mängel vermeidet, aber dann halt auch nicht mehr einfacher verständlich ist als Poincarés ursprüngliche Formulierung.
Frank Wappler schrieb weiter:
„> Aber klar, ich weiss, ich müsste halt mal eine Einführung in die SRT ausgehend von der übergeordneten GGP schreiben
Aber klar — wer müsste/sollte das nicht:
erstmal innehalten, und sich auf “übergeordnete” Annahmen festlegen (lassen);“
Nein, das meinte ich nicht so: Es geht mir mit der GGP vor allem darum von möglichst theorie- und interpretationsfreien, also möglichst direkten, experimentellen Tatsachen auszugehen. Und das kann z.B. der Messproblematik von Geschwindigkeiten wegen nicht die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit sein, aber auch nicht die damit verbundene Lorentzrelativität. In der GGP gehe ich „nur“ von der „Nicht-Überholbarkeit“ von Licht und der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit aus; diese Dinge sind bisher mit allen bekannten Experimenten und Beobachtungen verträglich und darum nicht verhandelbar. Weiter darf man als gesichert annehmen, dass in mindestens einem inertialen Bezugssystem, das zudem frei gewählt werden kann, die Maxwellgleichungen gelten und Uhren darum mit Poincarés Verfahren synchronisiert werden können. Mindestens in diesem Äther- oder Ruhesystem ist dann die Lichtgeschwindigkeit isotrop und konstant. Damit man die Lichtgeschwindigkeit aber auch in andern Inertialsystemen angeben kann, sind irgendwelche Zusatzannahmen nötig, z.B. die inertialbezugssystemübergreifende Konstanz dieser Geschwindigkeit mit zugehöriger Lorentzrelativität; ein universell gültiger Zeitbegriff wie in der Klassik ist dann aber nicht mehr möglich. An Stelle dieser Annahmen kann man aber auch von einem willkürlich wählbaren, inertialen Äther- oder Ruhesystem ausgehen, das über die darin ruhenden und poincarésynchronisierten Uhren eine universell gültige (Absolut-)Zeit wie in der Klassik definiert (das ist keine SRT-Koordinatenzeit!); man darf ohne Einschränkung der Allgemeinheit annehmen, dass es überall und immer (bei einem beliebigen Ereignis), wo man die Zeit wissen möchte, eine solche (ganz reale) Uhr gibt.
Frank Wappler schrieb weiter:
„> dass nämlich die Grenzgeschwindigkeitsphysik (GGP) […]
Da muss man (sich) als Physiker (allerdings auch als Nichtphysiker!) doch zunächst fragen, welche Methode dabei überhaupt gemeint und zugrundelegegt sein soll, anhand der im konkreten Fall “Geschwindigkeit” bewertet würde. Und schon diskutiert man RT!“
Ich unterscheide immer zwischen SRT und ART; hier befasse ich mich – ausser vielleicht manchmal in Randbemerkungen – nur mit der SRT; Das Geschwindigkeitsmessproblem der GGP, „löst“ die SRT, indem sie c-Konstanz mit zugehöriger Lorentzrelativität und Poincaré-Uhrensynchronisation für alle Inertialsystemen fordert.
Frank Wappler schrieb weiter:
„> zwar eine Poincaré/Minkowski-Raumzeit ermöglicht, aber nicht erzwingt
Das nehm ich mal als Steilvorlage gegenüber Annahmen hinsichtlich “Topologie” oder Schlimmerem.“
Nein, ich versuche die Dinge unter dem Strich zu vereinfachen, nicht zu komplizieren, wie ich das oben mit den Bemerkungen zur GGP anzudeuten versuchte.
Frank Wappler schrieb weiter:
„> Nur wenn man die Dauer an einer Uhr abliest, relativ zu der man ruht, erhält man (direkt und ohne Umrechnung) die (SRT-)Eigendauer
An dieser Aussage habe ich zweierlei auszusetzen:
Sie enthält keine Versuchsanordnung hinsichtlich der “Güte” der zu betrachtenden Uhr, unterschlägt also die ansonsten zugrundeliegende Messmethode (Stichwort: “Lichtuhr” bzw. “ideale/kanonische Uhr”).“
Ja, weil ich Punkte, die ich für bekannt und unproblematisch halte, nicht näher ausführe; aber klar, dass man über „bekannt“ und „unproblematisch“ geteilter Meinung sein kann.
Frank Wappler schrieb weiter:
„Und sie scheint “gegenseitige Ruhe (bei Trennung)” mit “Koinzidenz” zu vermischen.“
Meinen Sie mit Koinzidenz Gleichortigkeit (von Beobachter und Uhr)? Eine solche ist nicht (unbedingt) nötig, um eine Eigendauer (direkt) zu messen.
Frank Wappler schrieb weiter:
„Aussagen, denen ich zustimmen würde, wären stattdessen folgende:
“Eine (sekuläre) Uhr, die mit einem Ende einer idealen/kanonischen Uhr koinzident war, ruhte dabei gegenüber dem anderen Ende.”“
Sie meinen wohl eine sekundäre oder zweite Uhr (säkular passt hier eher nicht). Für die grundsätzlichen Überlegungen, um die es mir hier geht, darf man Uhren (bis zum Gegenbeweis) als punktförmig ansehen.
Im Galopp durch die Experimentalphysik
Peter Wolff schrieb (05.01.2013, 20:10):
> Es geht mir […] vor allem darum von möglichst theorie- und interpretationsfreien, also möglichst direkten, experimentellen Tatsachen auszugehen.
Meines Erachtens unterschätzt der so formulierte Ansatz (mehr oder weniger), was dazu gehört, um direkte, experimentelle, Interpretations-unabhängige Tatsachen (also Messwerte) überhaupt zu erhalten bzw. mitteilen zu können.
> In der GGP gehe ich „nur“ von der „Nicht-Überholbarkeit“ von Licht und der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit aus; diese Dinge sind bisher mit allen bekannten Experimenten und Beobachtungen verträglich und darum nicht verhandelbar. […]
Ich stimme zu dass, sobald Messwerte gewonnen sind, für Verhandlung kein Platz mehr ist. Aber geht es hier um Messwerte, oder doch nicht eher um bestimmte Prinzipien bzw. Definitionen von Messmethoden (Messoperatoren), durch deren Anwendung (auf Beobachtungsdaten) bestimmte Messwerte ggf. überhaupt erst zu gewinnen wären (insbesondere betreffend Geometrie/Kinematik)?
Jedenfalls scheint es naheliegend, sich (zunächst nur) überhaupt mit Signalen zu beschäftigen, die Beteiligte untereinander austauschen, bevor man (darauf aufbauend) daran gehen könnte, zu definieren und evtl. im konkreten Fall zu unterscheiden, inwiefern Signale z.B. “nur elekro-magnetisch” oder z.B. “auch schwach” oder sogar “auch stark” gewesen wären.
Sofern es (zunächst nur) ganz allgemein um den Austausch von Signalen geht, ist dabei natürlich wesentlich, “was man zuerst erfuhr” bzw. “in welcher Reihenfolge man was (zuerst) erfuhr” und “dass man nicht unbedingt schon alles von allen anderen auf einmal (koinzident) erfuhr”.
Anders ausgedrückt: das, wovon du “ausgehst” (soweit oben zitiert), erhält man (auch), wenn man (lediglich) davon ausgeht, dass die Beteiligten die Reihenfolge oder Koinzidenz ihrer (jeweils eigenen) Wahrnehmungen beurteilen können.
> […] aber klar, dass man über „bekannt“ und „unproblematisch“ geteilter Meinung sein kann.
Was einem nicht bekannt oder nachvollziehbar ist, danach kann und sollte man fragen. Und wenn sich eine Frage stellen lässt, dann ist doch nicht (mehr) verhandelbar, dass sie entweder mit genau den Mitteln/Annahmen beantwortet werden soll, die erforderlich waren, um die Frage zu stellen bzw. zu begreifen; oder dass ansonsten zumindest festzustellen ist, dass diese Mittel/Annahmen dafür nicht ausreichen.
> Meinen Sie mit Koinzidenz Gleichortigkeit (von Beobachter und Uhr)?
Jedenfalls würde ich die Wortschöpfung “Gleichortigkeit” nicht als synonym zu “Koinzidenz” akzeptieren, geschweige denn verwenden,
weil ich erstens Wert darauf lege, “Gleiches” und “das Selbe” begrifflich und ausdrücklich sorgfältig zu unterscheiden,
und es zweitens für sinnvoll halte, mit dem Begriff “Ort” ebenso gründlich aufzuräumen, wie Einstein es 1905 schon mit dem “Zeit”-Begriff vorgemacht hat. So wie mit “Zeit” schlicht die jeweiligen “Zeigerstellungen” bzw. “Anzeigen” des jeweiligen Beteiligten gemeint ist, meint “Ort” ja sicherlich nicht mehr und nicht weniger als (mindestens) einen bestimmten Beteiligten (ggf. in Koinzidenz mit anderen).
Mir ist aber bewusst, dass ich das Wort “Koinzidenz” mitunter ohne genauere Beschreibung in zwei etwas verschiedenen (aber eng zusammenhängenden) Begriffs-Bedeutungen einsetze; nämlich entweder
– betreffend nur einen bestimmten Beteiligten, und dessen Bewertung seiner Wahrnehmungen hinsichtlich “Reihenfolge” oder “Koinzidenz”; oder
– betreffend mehrere verschiedene Beteiligte, und die Bewertung, ob sie voneinander “getrennt” oder “koinzident” waren.
> Für die grundsätzlichen Überlegungen, um die es mir hier geht, darf man Uhren […] als punktförmig ansehen.
Dann geht’s dabei zwangsläufig eben nicht um “ideale Uhren”, die entsprechend dem Definitionsansatz aus MTW §16.4 eben aus (mindestens) zwei verschiedenen, voneinander getrennten beteiligten “Enden” bestehen, sondern um “irgendwelche andere Uhren”, deren Anzeigenfolge “irgendwie, mehr oder weniger willkürlich” mit Zahlen bestreuselt wurde.
Anders ausgedrückt: dann geht’s dabei eben nicht um “kanonische Uhren”, sondern um “säkulare Uhren”, von denen man fragen kann und sollte, ob bzw. inwiefern sie jeweils “gut” waren.
> (bis zum Gegenbeweis)
Oder eher bis zum Aufzeigen von detaillierteren und (im Wesentlichen) nachvollziehbaren Begriffs-Definitionen; wie gerade skizziert.
Fortsetzung
Peter Wolff schrieb (05.01.2013, 20:10):
> Poincarés Uhrensynchronisationsverfahren zwischen zwei zueinander als ruhend angenommenen Uhren, das Einstein 1905 von Poincaré übernahm, und die Gleichzeitigkeitsbestimmung zwischen zwei Punkten (Uhren) mit Hilfe eines Beobachters in der Mitte sind im Wesentlichen gleichwertig, mindestens im Prinzip.
Ganz und gar nicht:
das von Einstein 1905 beschriebene Verfahren (Ann. Phys. 17, 891), das Poincaré ja durchaus (genau so) schon vorher/unabhängig beschrieben haben mag,
erfordert doch ausdrücklich die Festlegung einer bestimmten (bis auf affine Transformation) Funktion
tA: { A_ } –> R,
wobei “{ A_ }” die (geordnete) Menge der Zeigerstellungen/Anzeigen des Beobachters A bedeutet,
und “R” die Menge der reellen Zahlen.
Offensichtlich existieren zahlreiche wesentlich verschiedene solche Funktionen (d.h. zahlreiche derartige Funktionen, die nicht zueinander affin sind);
sogar auch dann, falls man von solchen Funktionen außerdem fordert, dass sie alle monoton zur geordneten Menge “{ A_ }” (und folglich auch untereinander) sein sollten.
Die (Mess-)Definition (zur Feststellung) von “Gleichzeitigkeit”, die Einstein 1917 (“Relativität”, §8) beschrieb, ist dagegen zumindest ansatzweise eindeutig nachvollziehbar, sofern auch der dazu erforderliche Begriff “Mitte (zwischen zwei geeigneten, voneinander getrennten Beteiligten)” eindeutig nachvollziehbar gemacht ist.
> Allerdings ist das Verfahren über den Schiedsrichter in der Mitte im Allgemeinen praktisch nicht oder kaum durchführbar, vor allem nicht bei astronomisch grossen Distanzen.
Ganz richtig (YMMV).
Aber erstens trifft das wohl ebenfalls auf das (oben kritisierte) Verfahren nach Poincaré/Einstein-1905 zu, denn auch dabei wäre ja die Wahrnehmung von Pings erforderlich (A stellte ein bestimmte Signalanzeige dar; danach zeigte A an wahrgenommen zu haben, dass B die Wahrnehmung dieser Signalanzeige As angezeigt hatte).
Und zweitens ist ein eindeutig nachvollziehbares kanonisches Messverfahren auch dann wichtig und
wertvoll, wenn man es (“aus ökonomischen Gründen”, “vorerst”) nicht ausdrücklich anwenden kann, um (eigentliche, wahre) Messwerte aus gegebenen Beobachtungsdaten zu ermitteln:
dann dient es nämlich immer noch als (gedankenexperimentelle) Grundlage zur Beurteilung des “Vertrauensbereiches” von (Schätz-)Werten, die durch entsprechende abgekürzte oder unvollkommene (sekuläre) Verfahren aus den gegebenen Beobachtungsdaten ermittelt würden.
Messvoraussetzungen und Metaphysik:
Frank Wappler schrieb (07.01.2013, 00:38 ):
„Peter Wolff schrieb (05.01.2013, 20:10):
> Es geht mir […] vor allem darum von möglichst theorie- und interpretationsfreien, also möglichst direkten, experimentellen Tatsachen auszugehen.
Meines Erachtens unterschätzt der so formulierte Ansatz (mehr oder weniger), was dazu gehört, um direkte, experimentelle, Interpretations-unabhängige Tatsachen (also Messwerte) überhaupt zu erhalten bzw. mitteilen zu können.“
Nein: Darum schrieb ich „möglichst direkt“. Es gibt Messvoraussetzungen, die man näher ansehen muss (z.B. Geschwindigkeits- oder Gleichzeitigkeitsmessungen in der SRT) und solche, bei denen ich eine nähere Untersuchung für „metaphysischen“ Luxus halte. Es gibt nun aber tatsächlich zwei experimentelle Fakten, die sogar noch vor der SRT anzusiedeln sind, nämlich bei der GGP, wo eine Untersuchung ihrer Messvoraussetzungen meines Erachtens – bis zum Gegenbeweis – Luxus wäre:
Frank Wappler schrieb weiter:
„> In der GGP gehe ich „nur“ von der „Nicht-Überholbarkeit“ von Licht und der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit aus; diese Dinge sind bisher mit allen bekannten Experimenten und Beobachtungen verträglich und darum nicht verhandelbar. […]
[…]
Anders ausgedrückt: das, wovon du “ausgehst” (soweit oben zitiert), erhält man (auch), wenn man (lediglich) davon ausgeht, dass die Beteiligten die Reihenfolge oder Koinzidenz ihrer (jeweils eigenen) Wahrnehmungen beurteilen können.“
Ja.
Frank Wappler schrieb weiter:
„> Meinen Sie mit Koinzidenz Gleichortigkeit (von Beobachter und Uhr)?
Jedenfalls würde ich die Wortschöpfung “Gleichortigkeit” nicht als synonym zu “Koinzidenz” akzeptieren, geschweige denn verwenden,
weil ich erstens Wert darauf lege, “Gleiches” und “das Selbe” begrifflich und ausdrücklich sorgfältig zu unterscheiden,“
Das halte ich in der Regel – aber nicht immer! – für Luxus; die Wortschöpfung, die ich gut finde, stammt meines Wissens von meinem „Freunde“ Dragon.
Frank Wappler schrieb weiter:
„und es zweitens für sinnvoll halte, mit dem Begriff “Ort” ebenso gründlich aufzuräumen, wie Einstein es 1905 schon mit dem “Zeit”-Begriff vorgemacht hat.“
Das war nicht Einstein, sondern Poincaré seit 1898, was von Einstein didaktisch und von Minkowski dann noch inhaltlich vertieft wurde.
Frank Wappler schrieb weiter:
„So wie mit “Zeit” schlicht die jeweiligen “Zeigerstellungen” bzw. “Anzeigen” des jeweiligen Beteiligten gemeint ist,“
Das ist (nur) in der SRT so. Diese Annahme ist aber keineswegs physikalisch zwingend!
Frank Wappler schrieb weiter:
„meint “Ort” ja sicherlich nicht mehr und nicht weniger als (mindestens) einen bestimmten Beteiligten (ggf. in Koinzidenz mit anderen).“
Und was soll daraus folgen, was man nicht eh schon „weiss“?
Frank Wappler schrieb weiter:
„> Für die grundsätzlichen Überlegungen, um die es mir hier geht, darf man Uhren […] als punktförmig ansehen.
Dann geht’s dabei zwangsläufig eben nicht um “ideale Uhren”, die entsprechend dem Definitionsansatz aus MTW §16.4 eben aus (mindestens) zwei verschiedenen, voneinander getrennten beteiligten “Enden” bestehen, sondern um “irgendwelche andere Uhren”, deren Anzeigenfolge “irgendwie, mehr oder weniger willkürlich” mit Zahlen bestreuselt wurde.“
Für einen Grossteil meiner Überlegungen gehe ich von der Existenz „idealer Uhren“ aus, ohne mich um die grundsätzliche Überprüfbarkeit ihres idealen Zustandes zu kümmern; schaue ich halt (meistens) auch als Luxus an. Und MTW (habe nur kurz reingeschaut) interessiert sich nur für Uhren im Rahmen der SRT/ART; das ist mir eine zu enge Sichtweise.
Uhrensynchronisation u. Gleichzeitigkeit
Frank Wappler schrieb (08.01.2013, 10:47):
„Peter Wolff schrieb (05.01.2013, 20:10):
> Poincarés Uhrensynchronisationsverfahren zwischen zwei zueinander als ruhend angenommenen Uhren, das Einstein 1905 von Poincaré übernahm, und die Gleichzeitigkeitsbestimmung zwischen zwei Punkten (Uhren) mit Hilfe eines Beobachters in der Mitte sind im Wesentlichen gleichwertig, mindestens im Prinzip.
Ganz und gar nicht:
das von Einstein 1905 beschriebene Verfahren (Ann. Phys. 17, 891), das Poincaré ja durchaus (genau so) schon vorher/unabhängig beschrieben haben mag,“
Einstein hat Poincarés Verfahren übernommen und vor allem didaktisch schöner dargestellt.
Frank Wappler schrieb weiter:
„erfordert doch ausdrücklich die Festlegung einer bestimmten (bis auf affine Transformation) Funktion
tA: { A_ } –> R,
wobei “{ A_ }” die (geordnete) Menge der Zeigerstellungen/Anzeigen des Beobachters A bedeutet,
und “R” die Menge der reellen Zahlen.“
Ja, das zähle ich aber – solange man daraus nicht interessante Folgerungen ziehen kann – zur (mathematischen) Metaphysik.
Frank Wappler schrieb weiter:
„Die (Mess-)Definition (zur Feststellung) von “Gleichzeitigkeit”, die Einstein 1917 (“Relativität”, §8) beschrieb, ist dagegen zumindest ansatzweise eindeutig nachvollziehbar, sofern auch der dazu erforderliche Begriff “Mitte (zwischen zwei geeigneten, voneinander getrennten Beteiligten)” eindeutig nachvollziehbar gemacht ist.“
Ja, wenn denn das „Wenn“ nicht wäre, und zudem kann man obigem Abbildungsproblem so auch nicht ausweichen, wenn man mit so synchronisierten Uhren Dauern messen und vergleichen will; und dafür sind Uhren nun mal da.
Frank Wappler schrieb weiter:
„> Allerdings ist das Verfahren über den Schiedsrichter in der Mitte im Allgemeinen praktisch nicht oder kaum durchführbar, vor allem nicht bei astronomisch grossen Distanzen.
Ganz richtig (YMMV).
Aber erstens trifft das wohl ebenfalls auf das (oben kritisierte) Verfahren nach Poincaré/Einstein-1905 zu, denn auch dabei wäre ja die Wahrnehmung von Pings erforderlich (A stellte ein bestimmte Signalanzeige dar; danach zeigte A an wahrgenommen zu haben, dass B die Wahrnehmung dieser Signalanzeige As angezeigt hatte).“
Das ist bei endlichen Distanzen kein grundsätzliches Problem, aber sehr wohl bei kosmischen Distanzen in einem als unendlich angenommenen All. Das ist in meiner neuen, stabil statischen Kosmologie ein wichtiger Punkt: Darum muss/darf man in der WPT-Kosmologie nämlich die Lichtgeschwindigkeit wie in der SRT (und der konformen Kosmologie) konstant annehmen.
Am einfachsten: aller erdenklicher Luxus
Peter Wolff schrieb (13.01.2013, 19:24):
> [„… mit “Zeit” schlicht die jeweiligen “Zeigerstellungen” bzw. “Anzeigen” des jeweiligen Beteiligten gemeint …“] Das ist (nur) in der SRT so.
Doch eher in der RT im Allgemeinen (oder etwa nicht?).
> Diese Annahme ist aber keineswegs physikalisch zwingend!
Die Annahme unterscheidbarer Anzeigen jedes einzelnen (unterscheidbaren) Beteiligten ist in so fern zwingend/nachvollziehbar, als man nicht mal verlangen könnte “Erklär das bitte mal genauer!”, ohne damit schon zuzugeben, dass man die fragliche Annahme doch im Prinzip versteht und anderen zugesteht.
> [„… meint “Ort” ja sicherlich nicht mehr und nicht weniger als (mindestens) einen bestimmten Beteiligten (ggf. in Koinzidenz mit anderen)…“]
> Und was soll daraus folgen, was man nicht eh schon „weiss“?
Die Aufgabe (der Experimentalphysik) besteht ja vor allem darin, einvernehmliche Messergebnisse zu gewinnen, wenn noch gar keine Messergebnisse vorhanden sind; man also noch gar nichts „weiss“, außer, dass man sich festgelegt hat, was man mit Beobachtungsdaten machen würde, falls man welche hätte.
> Es gibt nun aber tatsächlich zwei experimentelle Fakten, die sogar noch vor der SRT anzusiedeln sind, nämlich bei der GGP
Und zwar welche beiden “experimentelle Fakten“?
Peter Wolff schrieb (13.01.2013, 19:39):
> [„… sofern auch der dazu erforderliche Begriff “Mitte (zwischen zwei geeigneten, voneinander getrennten Beteiligten)” eindeutig nachvollziehbar gemacht ist …“] Ja, wenn denn das „Wenn“ nicht wäre
Tja — was könnte man schon verlangen, um jemanden (“M”) als “Mitte zwischen” zwei bestimmten, gegebenen, geeigneten Beteiligten (“A” und “B”) anzuerkennen?:
– für jede Anzeige “M_*”, die von M dargestellt wurde, sollte M anschließend die entsprechende Echo-Anzeige As und die entsprechende Echo-Anzeige Bs koinzident wahrgenommen haben;
– für jede Anzeige “A_j”, die von A dargestellt wurde, sollte A anschließend die entsprechende Echo-Anzeige Bs koinzident mit der Anzeige Ms wahrgenommen haben, dass M wahrgenommen hatte, dass A die entsprechende Echo-Anzeige Ms wahrgenommen hatte; und
– für jede Anzeige “B_k”, die von B dargestellt wurde, sollte B anschließend die entsprechende Echo-Anzeige As koinzident mit der Anzeige Ms wahrgenommen haben, dass M wahrgenommen hatte, dass B die entsprechende Echo-Anzeige Ms wahrgenommen hatte.
Um “M” eindeutig (als “Mitte zwischen A und B”) zu identifizieren, sind allerdings noch weitere, ähnliche Forderungen zu erfüllen, die A, B oder M sowie weitere geeignete Beteiligte betreffen.
Zeitdefinition mit Uhren
Frank Wappler schrieb (15.01.2013, 22:53):
„Peter Wolff schrieb (13.01.2013, 19:24):
> [„… mit “Zeit” schlicht die jeweiligen “Zeigerstellungen” bzw. “Anzeigen” des jeweiligen Beteiligten gemeint …“]
Das ist (nur) in der SRT so.
Doch eher in der RT im Allgemeinen (oder etwa nicht?).“
In dieser Diskussion versuche ich mich auf die SRT (eine formal mögliche GGP-Theorievariante) zu beschränken; zudem halte ich die ART in wichtigen Bereichen für falsifiziert.
Frank Wappler weiter:
„> Diese Annahme ist aber keineswegs physikalisch zwingend!
Die Annahme unterscheidbarer Anzeigen jedes einzelnen (unterscheidbaren) Beteiligten ist in so fern zwingend/nachvollziehbar, als man nicht mal verlangen könnte “Erklär das bitte mal genauer!”, ohne damit schon zuzugeben, dass man die fragliche Annahme doch im Prinzip versteht und anderen zugesteht.“
Sie haben mich missverstanden. Es geht mir um die Uhren, von denen man „die Zeit“ (im Prinzip direkt, immer und überall) ablesen kann und die damit „die Zeit“ (messtechnisch) definieren. Klarheitshalber füge ich hinzu: Klassisch konnte das jede beliebige ideale, baugleiche Uhr sein. Bei grossen Geschwindigkeiten hat aber schon ein Bahnreisender (an Einstein angelehntes Beispiel) ein Problem, wenn man annimmt, dass es überall am inertial angenommenen Bahndamm poincarésynchronisierte Uhren gibt: Soll er „die Zeit“ an seiner Taschenuhr oder an der jeweils momentan (fast) gleichortigen Bahndammuhr ablesen? Dies kann nur definitorisch entschieden werden. Entscheidet man sich für die Taschenuhren, erhält man die SRT.
Frank Wappler weiter:
„> Es gibt nun aber tatsächlich zwei experimentelle Fakten, die sogar noch vor der SRT anzusiedeln sind, nämlich bei der GGP
Und zwar welche beiden “experimentelle Fakten”?“
Die Nichtüberholbarkeit von Licht und die Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit.
Frank Wappler weiter:
„Peter Wolff schrieb (13.01.2013, 19:39):
> [„… sofern auch der dazu erforderliche Begriff “Mitte (zwischen zwei geeigneten, voneinander getrennten Beteiligten)” eindeutig nachvollziehbar gemacht ist …“]
Ja, wenn denn das „Wenn“ nicht wäre
Tja — was könnte man schon verlangen, […]“
Na ja, heute gibt es bessere Formulierungen, aber mein „Wenn“ bezog sich auf Einstein 1917.
Ein’ hab ich noch …
Peter Wolff schrieb (16.01.2013, 22:16):
> In dieser Diskussion versuche ich mich auf die SRT (eine formal mögliche GGP-Theorievariante) zu beschränken
Man soll einen Begriff ja nur benutzen, falls damit eine nachvollziehbare Definition verbunden ist, wie festgestellt werden soll, ob er Fall zu Fall konkret zutraf, oder nicht. (Oder natürlich auch Begriffe, die schon von vornherein gebraucht werden, um überhaupt nach einer Definition zu fragen.)
Die SRT gebraucht aber Begriffe (insbesondere “gegenseitige Ruhe” bzw. “Inertialsystem”), deren Definition als Messgrößen zwangsläufig erst durch allgemeinere Betrachtungen erfolgen kann.
Andererseits mag man ja davon ausgehen, dass insbesondere die genannten Begriffe vermeintlich “offensichtlich und unkontrovers” sind; und zumindest “mal sehen, wie weit man kommt” …
> zudem halte ich die ART in wichtigen Bereichen für falsifiziert.
Für experimentell falsifizierbar halte ich Modelle, also bestimmte Zusammenfassungen von schon vorhandenen Messwerten bzw. “experimentellen Fakten” und weiteren diesbezüglichen Erwartungen oder Vorhersagen; aber nicht die Prinzipien und Definitionen, wie Messwerte überhaupt zu gewinnen wären.
Entsprechend mögen ja irgendwelche Modelle der Kosmologie oder Astrophysik usw. falsifiziert sein; aber jedenfalls nicht die Begriffe, die zu deren Aufstellung benutzt wurden.
> [experimentelle Fakten …] Die Nichtüberholbarkeit von Licht und die Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit.
Das sind keine experimentellen Fakten oder Messergebnisse, von denen zumindest im Prinzip denkbar ist, dass im nächsten Versuch eventuell das Gegenteil festgestellt würde;
sondern das sind Theoreme, die von vornherein feststehen, sobald man sich auf entsprechende Messmethoden festgelegt hat:
erstens, dass mit “Licht” im Zusammenhang mit der RT zunächst Signalaustausch im allgemeinsten Sinne gemeint ist, bevor man anschließend daran gehen könnte zu versuchen, “elektro-magnetische” von eventuellen anderen Signalen begrifflich und experimentell zu unterscheiden, oder gar “Brechungsindex” in Betracht zu ziehen und zu messen;
und zweitens, dass Distanz (bzw. i.A. Quasi-Distanz) durch Pingdauer definiert wird.
> […] heute gibt es bessere Formulierungen, aber mein „Wenn“ bezog sich auf Einstein 1917.
Ach so. (Eine merkwürdige Auffassung zu glauben, die SRT sei 1917 schon vollständig formuliert gewesen; geschweige denn 1905. Als ob Begriffe wie z.B. “Geschwindigkeit” oder “Inertialsystem” oder “Baugleichheit” nicht der Definition als Messgrößen bedürften.)
> Es geht mir um die Uhren, von denen man „die Zeit“ (im Prinzip direkt, immer und überall) ablesen kann und die damit „die Zeit“ (messtechnisch) definieren.
> […] wenn man annimmt, dass es überall am inertial angenommenen Bahndamm poincarésynchronisierte Uhren gibt: Soll er [ein Bahnreisender] „die Zeit“ an seiner Taschenuhr oder an der jeweils momentan (fast) gleichortigen Bahndammuhr ablesen? Dies kann nur definitorisch entschieden werden.
Hier geht’s offenbar nicht um “Zeit” im Sinne von “einzelner Anzeige” bzw. “geordneter Menge von Anzeigen” des einen oder anderen Beteiligten, sondern um “Dauer” (d.h. dem Maß solcher Mengen); und darum, wie Dauern zwischen Beteiligten verglichen werden sollten, die nicht zueinander ruhen. Ja, selbstverständlich, auch dafür muss nachvollziehbar sein, wie Messwerte gewonnen werden sollen.
Die entsprechende Mess-Definition kann aber nicht beliebig drauf-los-konstruiert werden, sondern sie steht zwangsläufig in engem Zusammenhang damit, wie zunächst Beteiligte, die zueinander ruhen, Dauern untereinander vergleichen; und darauf aufbauend Distanzverhältnisse untereinander feststellen, und (im einfachsten Fall) Geschwindigkeitswerte “β” von Beteiligten ermitteln, denen gegenüber sie nicht ruhen.
> Entscheidet man sich für die Taschenuhren, erhält man die SRT.
Die Entscheidung gründet sich schon in der Wahl der Methode, wie “Güte” irgendwelcher Uhren festzustellen wäre (also der Wahl von “Lichtuhren” als ideal, weil nachvollziehbar); und in der o.g. Distanzdefinition, die Einstein 1905 zwar schon angedeutet hatte, deren Bedeutung aber wohl erst von Synge in den 1950er Jahren hervorgehoben wurde.
Gravitation ohne ART
Frank Wappler schrieb (19.01.2013, 22:37):
„Man soll einen Begriff ja nur benutzen, falls damit eine nachvollziehbare Definition verbunden ist, wie festgestellt werden soll, ob er Fall zu Fall konkret zutraf, oder nicht.
[…]
Andererseits mag man ja davon ausgehen, dass insbesondere die genannten Begriffe [“gegenseitige Ruhe” bzw. “Inertialsystem”] vermeintlich “offensichtlich und unkontrovers” sind; und zumindest “mal sehen, wie weit man kommt” …“
Das tue ich (im Moment) in den genannten Fällen.
Frank Wappler weiter:
„> zudem halte ich die ART in wichtigen Bereichen für falsifiziert.
Für experimentell falsifizierbar halte ich Modelle, also bestimmte Zusammenfassungen von schon vorhandenen Messwerten bzw. “experimentellen Fakten” und weiteren diesbezüglichen Erwartungen oder Vorhersagen; aber nicht die Prinzipien und Definitionen, wie Messwerte überhaupt zu gewinnen wären.
Entsprechend mögen ja irgendwelche Modelle der Kosmologie oder Astrophysik usw. falsifiziert sein; aber jedenfalls nicht die Begriffe, die zu deren Aufstellung benutzt wurden.“
Ich denke, dass im Falle der Gravitationsphysik (fast) genau dies nötig ist; bin dran. Habe eben vor ein paar Stunden (diesbezüglich) schlussfolgernd geschrieben:
„…; in einem gewissen Sinne haben damit Kepler und Newton Einstein wieder abgelöst. Die ART war mit den g_ij nie viel mehr als ein Lieferant vieler mehr oder weniger freier Parameterfunktionen mit lokal eingebauter SRT und Newtontheorie in Tiefgeschwindigkeits- und Schwachfeldnäherung.“
Den ersten Satz hätte ich noch vor zwei Tagen nicht unterschrieben!
Frank Wappler weiter:
„> [experimentelle Fakten …] Die Nichtüberholbarkeit von Licht und die Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit.
Das sind keine experimentellen Fakten oder Messergebnisse, von denen zumindest im Prinzip denkbar ist, dass im nächsten Versuch eventuell das Gegenteil festgestellt würde;“
Oh, und warum denn nicht, insbesondere wenn man an „relativ voraussetzungslose“ Flugzeitmessungen denkt, ohne der Flugdauer zur Überprüfung obiger Fakten auch nur schon Zahlenwerte zuordnen zu müssen?
Frank Wappler weiter:
„sondern das sind Theoreme, die von vornherein feststehen, sobald man sich auf entsprechende Messmethoden festgelegt hat:“
Die festgelegten Messmethoden könnten z.B. nicht universell gültig/brauchbar sein, womit dann auch die Theoreme fielen.
Frank Wappler weiter:
„und zweitens, dass Distanz (bzw. i.A. Quasi-Distanz) durch Pingdauer definiert wird.“
Das kann mindestens im Prinzip in Widerspruch zu andern (z.B. nicht elektromagnetischen) Distanzbestimmungen geraten.
Frank Wappler weiter:
„> […] heute gibt es bessere Formulierungen, aber mein „Wenn“ bezog sich auf Einstein 1917.
Ach so. (Eine merkwürdige Auffassung zu glauben, die SRT sei 1917 schon vollständig formuliert gewesen;“
Der Ausgangspunk der Diskussionen hier war die Frage, ob Lorentz-Poincaré oder Einstein die Priorität für die SRT zukomme; ich reagiere recht allergisch, wenn ich herauszuhören meine, dass man Lorentz-Poincaré die Priorität absprechen will, insbesondere seit ich durch Textvergleiche meine zeigen zu können, dass Einstein 1905 in seiner berühmten Arbeit in einem sehr wichtigen Punkte bei Poincaré abgeschrieben hatte und seit ich zu wissen meine, dass in wichtigen Punkten Einstein wohl lebenslang nie den Wissensstand Poincarés von 1905 erreichte.
Frank Wappler weiter:
„> Es geht mir um die Uhren, von denen man „die Zeit“ (im Prinzip direkt, immer und überall) ablesen kann und die damit „die Zeit“ (messtechnisch) definieren.
> […] wenn man annimmt, dass es überall am inertial angenommenen Bahndamm poincarésynchronisierte Uhren gibt: Soll er [ein Bahnreisender] „die Zeit“ an seiner Taschenuhr oder an der jeweils momentan (fast) gleichortigen Bahndammuhr ablesen? Dies kann nur definitorisch entschieden werden.
Hier geht’s offenbar nicht um “Zeit” im Sinne von “einzelner Anzeige” bzw. “geordneter Menge von Anzeigen” des einen oder anderen Beteiligten, sondern um “Dauer” (d.h. dem Maß solcher Mengen); und darum, wie Dauern zwischen Beteiligten verglichen werden sollten, die nicht zueinander ruhen.“
Wieso denn das? — Habe ich mich unverständlich ausgedrückt? Ich verdeutliche: Jedem Beteiligten stehen zu jedem Zeitpunkt zwei Uhren zum Ablesen solcher Anzeigen zur Verfügung: Seine Taschenuhr und die jeweils (fast) gleichortige Bahndammuhr. Nun braucht es eine definitorische Entscheidung, welche Uhr er jeweils ablesen soll, mindestens falls man nicht parallel mit zwei nicht gleichwertigen Zeitangaben arbeiten will. Weiter wird (wie auch in der SRT) angenommen, dass das Ablesen gleichortiger Uhren nicht relativgeschwindigkeitsabhängig sei, eine allerdings keineswegs selbstverständliche Annahme; aber man kann ja – wie Sie oben in einem andern Fall meinten – schauen, wie weit man damit kommt. Für die im inertialen Bahndamm- bzw. Absolutsystem ruhenden Uhren wird angenommen, dass sie poincaré- oder meinetwegen ping-synchronsiert seien. Und ja, Ablesungen an verschiedenen solchen Uhren – wenn sie momentan gleichortig zu einem Beteiligten bzw. seiner Taschenuhr erfolgten – unterscheide ich nicht.
Frank Wappler weiter:
„> Entscheidet man sich für die Taschenuhren, erhält man die SRT.
Die Entscheidung gründet sich schon in der Wahl der Methode, wie “Güte” irgendwelcher Uhren festzustellen wäre (also der Wahl von “Lichtuhren” als ideal, weil nachvollziehbar)“
Ach, und wieso denn das? — Man kann sich schliesslich sowohl die Taschen- wie die Bahndammuhren als Lichtuhren realisiert denken.
Vergleichen ohne Baugleichheit
Peter Wolff schrieb (20.01.2013, 18:49):
> […] insbesondere wenn man an „relativ voraussetzungslose“ Flugzeitmessungen denkt
Mach mal vor, bitte!
Was, im Detail, sollte man sich dafür vorstellen?
Und: was wäre erforderlich, um eventuell zu versuchen, das in Frage zu stellen?
> […] Man kann sich schliesslich sowohl die Taschen- wie die Bahndammuhren als Lichtuhren realisiert denken.
Ja, kann man; man wird ja hoffentlich nicht darüber uneins werden, dass gefordert ist (und was es überhaupt bedeuten soll), dass die beiden “Enden” jeder solchen “Lichtuhr” dabei “zueinander ruhen” müssen.
Bleibt die immer noch wesentliche Frage:
Wie sollten denn die Zugfahrer (-“Enden”/”Sitzreihen”: z.B. “Lokführer Lukas”, “Bremserhäuschenfahrer Jim K.” usw.) und die Bahndämmler (-“Enden”/”Gleisschwellen”: “Alice”, “Bob” …) einvernehmlich herausfinden, ob die Lichtuhr(en) “im Zug” und die Lichtuhr(en) “am Gleis” einander “baugleich“ waren und blieben, oder welches Verhältnis sie ansonsten zueinander gehabt hätten, während alle ausdrücklich aneinander vorbeifuhren und jeder “im Zug” und jeder “am Gleis” sich dabei höchstens einmal trafen
?
Könnten “die im Zug” und “die am Gleis” sich überhaupt auf irgendetwas einigen (insbesondere als einen ersten Messungs-Schritt, noch bevor sie sich ein Urteil betreffs eventueller “Baugleichheit” der beiden Uhrensysteme bilden)? —
Wie wär’s zunächst mit dem (gegenseitigen) Zahlen-Wert “β”?
> […] ich reagiere recht allergisch, wenn ich herauszuhören meine, dass man Lorentz-Poincaré die Priorität absprechen will
Ich habe diesbezüglich bestimmt einen Bildungsrückstand den (einigermaßen zielführend) aufzuholen ich bestimmt bereit bin; aber mir ist noch nichts von Lorentz-Poincaré empfohlen worden, dass womöglich schon so deutlich wäre, wie Einsteins o.g. §8 (von 1916/1917).
Und wenn ich von Koordinaten lese, dann reagiere ich (wie jeder Physiker, sofern man uns lässt &) recht entschieden mit der Frage, in Bezug auf welchen metrischen Raum (oder entsprechende Verallgemeinerung) diese Koordinaten denn eventuell “gut” gewesen sein sollen; falls sie überhaupt “gut” gewesen sein sollten.