Walter Orlov

Zerbrechliches Weltbild

Dorothy L. Sayers, Das Perlenhalsband
"Sir Septimus Shale pflegte seine Autorität einmal - und nur einmal - im Jahr gelten zu machen. Er ließ seine junge, elegante Frau das Haus mit geometrischen Stahlrohrmöbeln anfüllen, sie konnte avantgardische Maler und alogische Dichter sammeln, an Cocktails und an Relativitätstheorie glauben und sich so extravagant kleiden, wie sie Lust hatte; aber er bestand darauf, daß Weihnachten auf altmodische Weise gefeiert wurde ..."

Und, mal ehrlich, ist die Relativitätstheorie nicht lediglich eine Vermutung eines Beobachters, der glaubt, dass die Lichtgeschwindigkeit in jedem Bezugsystem konstant bleibt!

Aber betrachten wir das Problem von seinem Ursprung.

C.Maxwell stimmte einem idealen Modell des Äther (Mediums, in dem sich elektromagnetische Wellen fortpflanzen sollen) von Huygens zu. Dieser Äther muss hochelastisch, größere Dichte als Stahl besitzen und dennoch keinen Widerstand auf bewegte Materie ausüben.

A.Michelson begab sich das merkwürdige Medium zu erwischen und entwarf den Interferometer, der seinen Namen trägt. Die Idee der Konstruktion war perfekt, aber unglücklicherweise wurde eine Lichtquelle als Quelle elektromagnetischer Schwingungen verwendet. Der Hacken ist hier, dass jede Lichtwelle aus Photonen (Lichtquanten) zusammengebaut wird, die einzeln mit begrenzter Energie abgestrahlt werden. Wenn es eine Wechselwirkung zwischen Materie und Äther stattfindet, dürfte der Äther aus sich eine Art Barriere für die Emission der Photonen darstellen, sodass man keine Änderung im Interferenzmuster sieht und das Null-Ergebnis von der Messung vorausgesagt.

Man könnte schon denken, dass meine Idee zu Ätherwind als Barriere reine Erfindung ist, die keinem physikalischen Vorgang entspricht. Deshalb möchte im Weiten zeigen, dass das nicht ganz so ist.

An Eingang vom Battery Simulator wird ein viereckiger Puls angelegt und am Ausgang mit Hilfe von Oscilloscope wird der Spannungsverlauf aufgezeichnet. Wenn am Ausgang keine Last angeschlossen ist, beträgt die Anstiegzeit 26µSec. Für den Lastwiderstand von 1Ohm erhöht sie sich schon auf 90µSec, obwohl sich die Amplitude dabei noch kaum ändert (Diagrammen unten).

Ohne Lastwiderstand

Mit Lastwiderstand 1Ohm

Für den Vorgang habe ich folgende Erklärung. Um große Ströme (in unserem Fall I = 12V/1Ohm = 12A) genauso flink wie kleine Ruheströme zu steuern, braucht man auch größere Regelstrome, aber die sind zwar durch innere Widerstände begrenzt. Auch die Quelle für die Ausgangsströme hat einen gewissen inneren Widerstand und außerdem keinen unendlichen Vorrat an der Energie.

Verschlechterung von dynamischen Parametern durch den Lastwiderstand bei dem Battery Simulator könnte für einen Oszillator eine Herabsetzung von Frequenz bedeuten.

In Betracht ziehen wir sogenannte getaktete Spannungsquellen. Die benutzen elektronische Schalter, die durch das Tastverhältnis ti/T (ti ist die Impulslänge und T - Periodendauer) gesteuert werden. Man unterscheidet Pulsfrequenzmodulator und Pulslängemodulator. Uns wird nur der erste interessieren. Bei dem wird bei konstanter Impulslänge ti die Frequenz f geändert. Die Frequenz wird durch den Schaltregler bestimmt, der die vorhandene Ausgangsspannung Uout mit einer Referenzspannung Uref vergleicht, und die erste aufrechtzuhalten versucht. Prinzipiell kann die Schaltung also ungefähr folgend aussehen:

Durch Einschalten von Transistor T wird der Kondensator C über die Induktivität L aufgeladen und am Lastwiderstand RL entladen. Senkt die Ausgangsspannung Uout, fällt auch die Spannung an R2 und das merkt der Regler, der die Spannung an R2 mit der Referenzspannung an Zenerdiode ZD vergleicht. Er sendet den Steuersignal zum Oszillator, sodass dieser die Schaltfrequenz des Transistors T erhöht, womit die Steigerung der Ausgangsspannung erreicht wird. Je kleiner ist der Lastwiderstand, desto höher ist die Schaltfrequenz. Und umgekehrt.

Höhere Schaltfrequenz bedeutet auch mehr Energie, die aus der externen Spannungsquelle "gepumpt" wird. Ein Kurzschluss verlangt theoretisch nach unendlich größerer Energiequelle. Und das gibt es in der Praktik nicht: Jede Energiequelle ist begrenzt.

Jetzt setzen wir uns zum Ziel eine Schaltung zu entwickeln, die die externe Spannungsquelle "verschönt", indem nur bestimmte Energie von ihr abnimmt (vielleicht wollen wir, dass die Schmelzsicherungen bei jeder Überlastung nicht durchgebrannt würden). Solche Schaltung kann so aussehen:

Es wird die Eingangsspannung Uc beobachtet. Senkt diese wegen der Überlastung, soll auch die Schaltfrequenz herabgesetzt werden, um zu schnelle Entladung von C1 zu verhindern. Besonderes an dieser Schaltung ist es, dass sie die Energie von externer Quelle sehr präzis abgenommen wird: P = [(Uin - Uc) / R] Uc. So ähnlich wie es bei der Emission von Photonen der Fall ist...

Auf diese (tückische) Weise habe ich meinen Leser zum Anfang der Geschichte geführt. Die letzte Schaltung dürfte also als Modell für die Lichtemission gegen Ätherwind (Lastwiderstand RL) und mit Ätherwind (Eingangswiderstand Ri) dienen (die Frequenz des Oszillators f soll proportional RL/Ri sein).

Bilanz

Anwendung des Lichtes als Quelle elektromagnetischer Wellen beim Versuch den Ätherwind nachzuweisen, darf wohl unglücklich sein. Wenn wir mit dem Äther tatsächlich zu tun haben und elektromagnetische Wellen nicht weiter als Schwingungen des Äthers sind, dann wäre logisch zu vermuten, dass dieses Medium nicht nur die Geschwindigkeit der Wellen bestimmt, sondern auch auf deren Erzeugungsprozess einen gewissen Einfluss hat. Die Photonen werden mit begrenzter Energie abgestrahlt, die durch die Bewegung des Äthers so verändert werden können, dass es sich für einen mit der Lichtquelle bewegten Beobachter keine merkliche Änderung in der Wellenlänge stattfindet.

Die Quelle muss also lieber über beinah unendliche Energie verfügen, um den Einfluss des Ätherwindes zu überwinden und die Originalfrequenz zu unterhalten, d.h. elektromagnetische Wellen müssten mittels starker elektrischen Strömen erzeugt werden.

A.Einstein schlug eine Hypothese vor, die als Relativitätstheorie genannt wurde und für die Erklärung von elektromagnetischen Phänomenen keinen Äther brauchte. Aber auch hier gab es schon mal einen Hacken. Wenn man das Äquivalenzprinzip genauer betrachtet, merkt man, dass dieses ohne noch merkwürdigeres Medium nicht gelte.

Das Äquivalenzprinzip. Lassen wir uns das Gedankenexperiment von Einstein erweitern. Dafür stellen wir uns im Sinne drei Labors vor. Ein Labor befindet sich auf der Erde (Labor I) und zwei andere sind die Raketen. Mit dem Labor II bewegt sich der Äther mit, Labor III fliegt im leeren Raum. Wie üblich, schickt man die Lichtstrahlen in Horizontalrichtung in jedem Labor (Abbildung).

Anwendung des Äthers bedeutet eine Wechselwirkung zwischen Teilchen und Raum in jedem Punkt des Raums. Daraus ergib sich eine Gleichwertigkeit zwischen Raum, der mit dem Äther eingefüllt ist, und Gravitationsfeld. Die nannte Einstein als Äquivalenzprinzip, das folglich für die Labors I und II gilt. Falls der Raum leer ist, finden nur zwei Ereignisse statt: Senden und Empfang. Zwischen denen bewegt das Teilchen frei. Wenn ein Photon horizontal geschickt wird, laufe er dann auch horizontal mit der Lichtgeschwindigkeit, ganz gleich, ob sich dabei die Wände der Rakete relativ zu ihm beschleunigt bewegen. In diesem Fall würde die Geschwindigkeit des Photons relativ zu den Wänden der Rakete größer als Konstante c. So sollte der Lichtstrahl im Labor III weniger gekrümmt sein als in den Labors I und II.

Es ist eigentlich schwer zu verstehen, wie der Äther mit jedem Bezugsystem zusammenbewegen könnte. Ich würde sagen, das sei vollkommen unphysikalisch! Doch so sehe wahrscheinlich die Unterlege der Relativitätstheorie aus, die gerade als "Physikalische" genannt werden kann.

Und im Weiten hat die Sache eskaliert. Um "anomale" Rotationskurven von Galaxien zu erklären, wurde die Dunkle Materie erfunden, die unsichtbar ist und angeblich 90% ganzer Masse des Universums zusammenstellt.

So sieht man: Der Verzicht auf Medium an einer Stelle hat später zur Einführung recht mystischer Materie an anderer Stelle geführt. Der philosophische Vorteil der Relativitätstheorie - weniger Voraussetzungen für die Erklärung von physikalischen Phänomenen, da man dafür keinen Äther braucht - wurde endgültig zunichte.>

Doch, schaut man unter anderem Winkel, entsteht ein anderes Weltbild, das alles oder fast alles auf einmal erklärt.

Lassen uns vermuten, es gäbe einen Äther, der eine Wechselwirkung mit der Materie hat.

Die Vorgänge der Quantenmechanik sprechen dafür. Eine Bewegung der Materie im Äther soll dann die Wellen in dem erregen, genauso wie es ein Schiff bei seiner Bewegung auf der Wasseroberfläche macht. Auch genauso wie während eines Sturmes eben die Wellen das Schicksal des Schiffes bestimmen, bestimmen die Wellen, die von materiellem Teilchen erzeugt sind, den Weg dieses Teilchen, z.b. an Doppelspalt. Selbst das Photon darf die Größe eines Elementarteilchen haben, was erkläre, warum es lokal von einem Atom empfangen werden kann. Aber wenn das Elektron von einer Energieniveau auf die Andere überspringt, mache er das nicht urplötzlich, eher gerate er zuerst in einen unsicheren Zustand, der mit den Schwingungen begleitet wird, und somit erzeugt im Medium die Wellen, die sich schon weit weg ausbreiten, bevor der endgültige Übergang und entsprechender elektromagnetischen Energieausstoß passieren. Das erkläre auf einfache Weise den Doppelspaltversuch, selbstverständlich die Interferenz überhaupt und übrige quantenmechanische Phänomene. (Mahnung für die Elektroniker: Wozu ein Schmitt-Trigger gut sein soll, wo üblicher Inventor Ärger macht)

Wenden uns der Makrowelt. Die genaue Berechnung der Perieheldrehung des Planet Merkur war für die Relativitätstheorie ein Triumph. Aber wenn man die Endformel sozusagen enthüllt,  sieht man, dass auch die Geschwindigkeit des Planet als mögliche Ursache für diese Drehung nicht ausgeschlossen werden kann.

Mein Studienkamerad, Igor Yuriev, schrieb mir einmal: "Gelegentlich habe ich in Berkley'schen Kurs Physik angeschaut. Dort gibt es eine Aufgabe, die Laufbahn eines Planet zu berechnen... In gegebenem Punkt beginnt dieser mit bestimmter Geschwindigkeit zu laufen... Ich habe dies programmiert und entdeckt, dass sich seine Ellipsenbahn dreht..."

Leider war das die "falsche" Richtung zurück, die lediglich durch die zu große Iterationsschritte verursacht wurde, weil sich Merkur'sche Ellipse nach vorn dreht. Aber zu große Iterationsschritte setzten die Geschwindigkeit kleiner Masse ins Spiel. Das war schon mal ein Fädchen für mich... Danach kam die Entpuppung.

Das Gravitationsgesetz von Isaac Newton ist ursprünglich statisch. Eine Geschwindigkeit wird bei dem nicht berücksichtigt. Dieser Vorstellung folgte Albert Einstein auch. Zusätzliche Korrektur allgemeiner Relativitätstheorie interpretierte er als ~1/r3 - Term, also als statischer Zusatz. Anderseits bei der Identifizierung vom Drehimpuls kommt ins Spiel die Rotationsgeschwindigkeit bewegter (kleiner) Masse.

Solche Ungewissheit ist die Folge, dass der Drehimpuls Entfernung und Geschwindigkeit so streng zusammenkoppelt, dass es sich nicht bestimmen lässt, welche aus denen eigentlich "relativistische" Gravitationserscheinigungen verursacht. Auf diese Weise können wir laut allgemeiner Relativitätstheorie die Gravitation noch als dynamische Kraft verstehen.

Das passt wohl gut meiner Hypothese. Merkurs Orbit ist eine Ellipse. In der Position, die näher zur Sonne liegt, hat der Planet größere Geschwindigkeit, als in anderer, die weit entfernt ist. Größere Geschwindigkeit bedeutet auch größerer Widerstand, den der Äther dem Planet entgegen leistet. Der Planet wird also in näherer Position stärker gebremst und dadurch entstünde die Perieheldrehung nach vorn. Selbstverständlich wird der Planet im Gesamten gebremst und die Entfernung von der Sonne immer kleiner. Aber um eine Perieheldrehung zu messen, braucht man lediglich nur die Wendepunkte zu fixieren. Da sich Radius dabei ein Stück kleiner geworden würde, ist schon viel schwierigere Aufgabe. Die Abnahme der Bahnperiode des Binärpulsars PSR1913+16, die durch die Abstrahlung von Gravitationswellen (die bis heute keinerlei registriert sind) erklärt wurde, lässt sich auch als Bremsen im Medium verstehen.

Eine Bewegung des Lichtes in physikalischem Äther mit dem Widerstand sollte zum Verlieren dessen Energie und somit sowohl zur Erwärmung des Mediums (Hintergrundstrahlung) als auch zur roten Verschiebung im Spektrum führen. Je großer die Entfernung, um so stärker diese Verschiebung. Und gerade das wird beobachtet. Allerdings braucht man dabei keine übersinnliche Theorien des Urknalls und furchterregender Ausdehnung des Universums als Voraussage des kalten Todes. Die Bilder von Hubble zeigen, dass das Universum auch vor Milliarden von Jahren genauso aussah wie heute. Es fände keine solche globale Evolution statt, die unbedingt auf einen Urknall schließen lässt.

Aber das Spannendste ist es, dass man keine Dunkle Materie braucht, um die Rotationskurven von Galaxien zu erklären. Eine Galaxie kann man sich als Wirbelstrom im Äther vorstellen. Die Spiralgalaxie deuten schon merklich daran. In dem Fall dürfte eine Gravitationswechselwirkung nicht direkt zum Zentrum gerichtet werden, sondern der einzelnen Strömung entlang. Folge: Wo eine steile Kurve erwartet wird, sei in Wirklichkeit nur deren lahmen Schwanz.

Im Allgemeinen wird eine Existenz von Dunkler Materie behauptet, um nicht vorhandenen Abstieg nach der Formel V = (G*M/R)^0.5 in den Rotationskurven von Galaxien zu erklären. Diese muss aber über 90% der Materie im Universum zusammensetzen und trotzdem bis heute nicht gefunden ist.

Ohne viel nachzudenken, nahm ich ein Bild von Spiralgalaxie und klebte bunte Schnürchen darauf.

Fragment von Spiralgalaxie M100

Danach maß ich deren Länge. Da die Masse eines astronomischen Körpers sich nur durch den Bewegungsvorgang bestimmen lässt, können wir für längere Spiralstrecken eine größere Masse vermuten (was auch erklären würde, warum die Galaxien die Haufen bilden und warum bis zehn Millionen heißes Gas dort bleiben kann: Diese sind mehrfach schwerer als man denkt und das Gravitationsfeld darf besonders den Achsen entlang ungeheuerlich stark sein) und kurzere Strecken zu einem Basis normieren (Tabelle).

R	9	11	26	30.5
1/R^0.5	0.333...	0.3015	0.1961	0.1811
Normierung	1	0.9045	1	0.9235

Für die Spiralstrecken hat sich also kleinere Änderung der Geschwindigkeit ergeben. Die Abbildung unten zeigt das Phänomen graphisch. Die dort gezeichnete Kurve entspricht aber dem Fall, wenn die ganze Masse der Galaxie in einem Punkt versammelt ist. In Wirklichkeit ist sie räumlich verteilt, was offenkundig zu überhaupt keiner Senkung der Geschwindigkeit bis zum Rande der Galaxie führen kann. Und das ist gerade der Fall.

Was man für eine Spiralgalaxie nach äußerer Erscheinung vermuten kann, kann man auch bis zum allgemeinen Fall erweitern und vermuten noch, dass das Gravitationsfeld selbst spiral ist und die wirkliche Wechselwirkung den Spiralstrahlen entlang passiert (auch wenn das möglicherweise durch die simple Drehung der Masse verursacht ist).

Das erkläre auf gleiche Weise wie oben die unbekannte, zusätzliche Kraft in Richtung Sonne, die durch die Beobachtung des Fluges von Pioneer 10 berechnet wurde: Die Sonne sei schwerer als man denkt, aber mittels Spiralstrecken ist die Gravitationswechselwirkung gemindert und steigt mit der direkten Entfernung nicht so steil ab, wie man voraussagt.

Jetzt stellen wir uns vor: Eine Wechselwirkung zwischen sogenanntem Vakuum und Materie würde durch ein schlaues Experiment festgestellt. Würde dann das bekannte Weltbild auf einmal zerbrochen?

Aber wohin dann mit so vielen Büchern, müssen sie alle neu gedruckt werden? Oder die Forschungen zu Urknall, Quantenqravitation, Dunkle Materie usw. geschlossen werden?

Aber, nein! Das Problem wird wiederum auf eine mysteriöse Weise gelöst werden, wie es schon mit dem Erfinden von Dunkler Materie war, und das zerbrechliche Weltbild wird gerettet!