Physiktheorien als Dogma Relativittstheorie Physiktheorien als Dogma am

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Physiktheorien als Dogma am Beispiel der Relativitätstheorie Dresden 2011 von Albrecht Giese Hamburg 1

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Warum neu nachdenken über Physik? ‘ 2 2

Physiktheorien Logische Grundlage als Dogmader : Relativitätstheorie Krise der heutigen Physik 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. XHiggs Boson X Supersymmetrische Teilchen XLeptoquarks XDunkle Materie (CDM) XDunkle Energie XKosmologische Inflation XGravitationswellen ? Quantum Gravity ‘ 3 3

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Die Ursache: Das Paradigma Ursache der Krise ist (im Sinne von Thomas Kuhn*) das Festhalten am heutigen Paradigma nämlich: Ø Relativität beruht auf Eigenschaften der Raum-Zeit X Ø Elementarteilchen sind Xpunktförmig – ohne Struktur *) Thomas S. Kuhn: Die Struktur wissenschaftlicher Revolution, Suhrkamp 1993 ‘ 4 4

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Inhalt Ø Spezielle Relativität Ø Teilchen } Ø Allgemeine Relativität Ø Was blockiert den Wechsel des Paradigma? ‘ 5 5

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Spezielle Relativität: Wie hat es angefangen? Ø Michelson-Morey Experiment brachte unerwartetes Null-Ergebnis Ø Erklärung durch Heaviside / Lorentz über Kontraktion von Feldern Objekten Ø Erklärung von Einstein*) über Raum-Zeit *) Albert Einstein, Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen der Physik, IV. Jg. 17, S. 891– 921 (1905) ‘ 6 6

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Historie der Kontraktion (des Raumes? ? ) in der Spezielle Relativitätstheorie 1888: O. Heaviside Elektrische Felder kontrahieren bei Bewegung 1889: G. F. Fitz. Gerald Objekte kontrahieren bei Bewegung 1892: H. A. Lorentz Der Michelson-Morley Aufbau kontrahiert bei Bewegung, was das Null-Ergebnis des Experimentes erklärt: … und als Erklärung für das Null-Ergebnis von Einstein akzeptiert Aber: Warum hat Einstein dann Relativität auf einer anderen Basis entwickelt? 1. 2. Passte nicht in Einsteins Weltbild Dilatation damals nicht physikalisch erklärbar (erst 1930) ‘ 7 7

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie “Zitterbewegung” (Schrödinger) vervollständigt Struktur eines Elementarteilchens: (de Broglie 1924) (Dirac / Schrödinger 1928/30) orbit (Spin, mag. Moment) (Impulssatz) (Relativität) Gelte für alle Elementarteilchen - Kein Konflikt mit Experimenten! - ‘ 8 8

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Spezielle Relativität: Dilatation q 2 = c 2 - v 2 Pythagoras T = 2 p. R c T ' = 2 p. R q g = T' c v 2 = = 1/ 1 - 2 T q c d. i. der Lorentz - Faktor „Geschwindigkeit der Eigenzeit“ v ‘ 9 9

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Was also liefert die lorentzianische Alternative zur einsteinschen Relativität? Ø Das physikalische Analogon zu Raum ist Feldausdehnung Ø Das physikalische Analogon zu Zeit ist Basisoszillation Konsequenz: Die Lichtgeschwindigkeit ‚c‘ ist bei Lorentz nicht konstant ‘ 10 10

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Was bedeutet die Nicht-Konstanz von ‚c‘? Ø Für die Speziellen Relativitätstheorie: - Nur das gemessene ‚c‘ ist konstant – siehe Lorentz‘ Erklärung von Michelson-Morley - Bei Einstein ist ‚c‘ real konstant Ø Für die Allgemeinen Relativitätstheorie: Aus Raumkrümmung wird (Licht-)Brechung Sie wird viel einfacher – bei i. w. gleichen Ergebnissen ‘ 11 11

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Woher kommt die Teilchenmasse? ‘ 12 12

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Bind of Particles at Distance Potential Note: The binding force is the strong force ‘ /rmass 13 13

Physiktheorien Dogma : Relativitätstheorie Theals Mass Equation The Mass Equation universal for all elem. particles! The classical magnetic moment: Radius R computed from the magnetic moment and then inserted above the correct mass m Or both equations combined: = Bohr magneton in case of the electron universally valid for all elem. particles ‘ /rmass 14 14

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Mass and Increase of Mass Relativistic increase of mass: From Putting the object to motion: (popular Spin: ) is constant Classical angular momentum ‘ /rmass 15 15

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Jetzt: Allgemeine Relativitätstheorie = Gravitation . ‘ 16 16

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Das Shapiro-Experiment: c Einstein: Dieses ist eine scheinbare Reduktion von c; Tatsächlich kontrahiert der Raum c P=1/2 oder 1 abhängig von der Richtung ‘ /gravity 17 17

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie The gravitational field of the sun: P=1/2 or 1 abhängig von der Richtung Die Anwendung der klassischen Brechung liefert für den Vertex: Integrieration der Ablenkung 2 von – to + ergibt: 1. 75 arcsec …. mit Newton: 0. 88 arcsec Ablenkung nach Einstein über Raumzeit-Krümmung ergibt: 1. 75 arcsec Jetzt: Beschleunigung im Ruhefall!! Einsteins Sichtweise: Der Pfad ist gerade, aber der Raum ist gekrümmt Dieses war der große Durchbruch für Einstein im Jahre 1919 (Sonnenfinsternis)!! ‘ /gravity 18 18

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Elementarteilchem im Gravitationsfeld (bei vertikaler Achse): c c Keine Abhängigkeit von der Masse! Gravit. Source ‘ /gravity 19 19

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Mathematische Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie (Gravitation) Schwarzschild Lösung: wird verwendet für die klassischen Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie: - Perihelverschiebung (des Merkur) Gravitationslinsen Schwarze Löcher zeitl. Dilatation im Gravitationsfeld … ‘ /gravity 20 20

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Mathematische Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie (Gravitation) für radiale Bewegung Reduzierte Lichtgeschw. c für tangentiale Bewegung in radialer Richtung Reduzierter Feldabstand Lorentz Transformation (zeitbezogen) Aufteilung der Geschwindigkeit in radialen/tangentialen Anteil Jetzt mit Gravitation: ‘ Schwarzschild Lösung /gravity 21 21

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Riemann Geometry Field Equations 22 22 ‘

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Mathematische Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie (Gravitation) für radiale Bewegung Reduzierte Lichtgeschw. c für tangentiale Bewegung in radialer Richtung Reduzierter Feldabstand Lorentz Transformation (zeitbezogen) Aufteilung der Geschwindigkeit in radialen/tangentialen Anteil Jetzt mit Gravitation: ‘ Schwarzschild Lösung /gravity 23 23

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Résumé 1. Higgs Boson 2. Supersymmetrische Teilchen 3. Leptoquarks 4. Dunkle Materie (CDM) 5. Dunkle Energie 6. Kosmologische Inflation 7. Gravitationswellen 8. Quantum Gravity Sämtliche obigen Probleme verschwinden beim vorgestellten Paradigmenwechsel, 1. dem neo-lorentzianischen Ansatz für Relativität 2. dem ausgedehnten Teilchenmodell ‘ /gravity 24 24

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Wissenschaftsverständnis: Philosophische Betrachtung Philosoph Hans von Reichenbach*), Förderer von Einstein: Einsteinsche Relativität ↔ Ptolemäisches Weltbild Lorentzianische Relativität ↔ Kopernikanisches Weltbild *) H. R. Reichenbach, The Philosophy of Space and Time, Dover, New York (1958) ‘ 25 25

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Wissenschaftsverständnis: Historische Entwicklung Epoche Weltbild Anwendung 400 v. Cr. : Plato „Wesen der Welt sind Strukturen“ „Kreis ist eine Grundstruktur“ 1500: Newton Physik der Bewegung: Grundregeln der Dynamik Newtonsche Gleichung begründet Kreis/Ellipse Darum kreisen Planeten Dann 400 Jahre lang enorme Fortschritte in der Physik 1900: Einstein Strukturlehre von Raum und Zeit 1920: Heisenberg Bezug auf platonische Strukturlehre Einsteinsche Relativität „Kopenhagener“ Quantenmechanik Seitdem Stillstand … ‘ 26 26

Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie Was bringt die Zukunft? Ø Eine Änderung des Paradigma ist unausweichlich Ø Nach Thomas Kuhn ist eine Änderung nur über ein Revolution möglich Ø Wir stehen vor einer solchen Revolution Es wird eine spannende Zeit ‘‘ 27 27