20. Januar 2011
Traum eines gemeinsamen Experiments von Relativisten und Kritikern
Ich verweise auf Austausche im MAHAG-Forum über meine Idee für die Durchführung einer Variante des Michelson-Morley-Experiments mit Einwegmessungen der Lichtgeschwindigkeit:
13.01.11 – Zitat von Jocelyne Lopez:
Hallo Harald,
Ich hatte in Deinem alten Forum eine Experimentidee für eine Einwegmessung der Lichtgeschwindigkeit vorgeschlagen, die ich auch im Forum von Ekkehard Friebe 2006 zur Diskussion gestellt habe: Warum keine Einwegmessung der Lichtgeschwindigkeit?
Damals sagte sogar ein Relativist dazu:
19.11.2006 – Zitat von Paradox:
Deine Anregung ist eigentlich so naiv nicht. Verstehe ich es richtig, dass du sagst:
– Aussendung eines Lichtpulses (Uhr wird gestartet bei t_o)
– Detektion des Pulses durch bspw. einen Fotosensor, welcher mit einer Messleitung mit derselben Uhr verbunden ist
– Empfang des Meßsignals (Uhrenstopp bei t_n)
Daraus folgt:
Zeitdifferenz für den Einweg-Lichtpuls: delta t = t_n – t_o – Laufzeit im Messkabel
Signalgeschwindigkeit: c = delta s / delta t
Die Laufzeit in Koaxkabeln bspw. kann genau bestimmt werden, so dass einer derart durchgeführten Labormessung eigentlich nichts im Wege stünde. Weshalb also nicht?
Ich habe die Idee einer Einwegmessung der Lichtgeschwindigkeit immer noch im Hinterkopf und würde gerne über folgende andere Versuchsanordnung Deine Beurteilung als Experimentalphysiker erfahren:
Man montiert an einem Ende einer festen Stange (von meinetwegen 2 m) eine Messvorrichtung (Atomuhr/Lichtdetektor) und am anderen Ende montiert man eine Lichtquelle. Man führt eine Einwegmessung des Lichts bei Geschwindigkeit v=0 des Beobachters durch.
Gleich danach dreht man die Stange ganz langsam und ganz vorsichtig und führt Einwegmessungen des Lichts in verschiedenen anderen Richtungen durch. Das an mehrere Tagen hintereinander und zu verschiedenen Jahreszeiten.
Man könnte dann nachprüfen, ob die Lichtgeschwindigkeit bei dieser Meßreihe konstant bleibt oder ob ein Widerstand des Äthers periodisch registrierbar ist. Das ist eigentlich eine Variante des Michelson-Morley-Experiments, aber mit Einwegmessungen der Lichtgeschwindigkeit, was wesentlich ist.
Man könnte auch diese Einwegmessungen der Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Richtungen in einem Vakuumrohr oder in verschiedenen Medien vornehmen.
Was hältst Du davon?
Du benötigst zwei Uhren, eine beim Sender und eine beim Empfänger. Das Problem ist die Synchronisation beider Uhren. Externe Synchronisation, ähnlich Haralds Versuch, bringt die bekannten Probleme. Interne Synchronisation ist ebenfalls problematisch; erfolgt sie nach Speziellen Relativitätstherie, dann bekommst du Spezielle Relativitätstheorie. Eventuell klappts mit langsamen Uhrentransport.
13.01.11 – Zitat von Jocelyne Lopez:
Man benötigt eben bei dieser Versuchsanordnung keine zwei Uhren, sondern eine einzige Uhr, das ist das besondere dabei, womit die leidige Arie der Synchronisation sich erübrigt: Das ist eine direkte Messung zwichen einer Messvorrichtung (Uhr/Lichtsensor) und einer Lichtquelle, so wie es auch in meiner ersten Variante von 2006 vorgeschlagen wurde, wo auch nur eine einzige Uhr in der Mitte vorgesehen war, und wie Paradox es auch weiter oben beschrieben hat.
Das stimmt aber schon, dass man die Messvorrichtung (Uhr/Lichtsensor) an einem Ende der Stange durch einen Kabel entlang der Stange mit der Lichtquelle am anderen Ende verbinden soll, damit die Uhr das Startsignal bei t_o bei der Lichtquelle auslösen und registrieren kann. Man müsste also die Laufzeit des Startsignals zur Lichtquelle vorher separat messen und dann von der gemessenen Lichtgeschwindigkeit abziehen.
Das Problem mit der langsamen Drehung der Stange für die Messungen in den anderen Richtungen besteht eventuell noch: Ich habe privat von einem Experimentalphysiker erfahren, dass moderne Atomuhren extrem bewegungsempfindlich sind, echte Mimose, sie verstellen sich bei der kleinsten Bewegung oder Erschütterung. Man könnte vielleicht das Problem so lösen, wenn es wirklich in diesem Fall besteht, dass man die Uhr fest auf dem Boden montiert und unbewegt lässt und nur die Stange dreht, wenn man zum Beispiel die Stange auf einer runden Schiene um die Uhr herum fixiert, wenn Du verstehst, was ich meine.
13.01.11 – Zitat von Joachim Schulz:
Man kann es mit zwei Uhren machen, aber die Idee mit den Kabeln funktioniert auch ganz gut. Die Pulse in BNC-Kabeln pflanzen sich mit ca. 200.000 km/s fort, also etwa 2/3 Lichtgeschwindigkeit. Daran sieht man, dass hier das Medium eine starke Rolle spielt. Ferner kann man so ein Kabel beliebig in Schlaufen legen und leicht zeigen, dass die Signallaufzeit von der Lage im Raum unabhängig ist. Wenn man das überprüft hat, kann man die Kabel verwenden, um Ein-Weg-Experimente zur Lichtgeschwindigkeit zu machen. Das ist recht simpel und wird (wie gesagt) schon seit den frühen 50er Jahren des letzten Jahrhunderts so gemacht.
13.01.11 – Zitat von Jocelyne Lopez:
Wichtig ist meiner Meinung nach, dass man eine Meßreihe mehrere Tage hintereinander und zu verschiedenen Jahreszeiten durchführt, um die Auswirkung der Rotation der Erde um die eigene Achse und um die Sonne auf der Relativgeschwindigkeit Licht/Äther zu untersuchen. Mit der Feststellung von regelmässigen periodischen Variationen haben nämlich sowohl Dayton Miller als auch Maurice Allais experimentell mit unterschiedlichen Meßanordnungen den Ätherdrift von Michelson-Morley von 8,8 – 10 km/s bestätigt (es gab nämlich bei Michelson-Morley nie ein „Null-Ergebnis„, das ist ein Märchen).
Das funktioniert nicht. Man muß in Rechnung stellen, daß auch die Laufzeit im Kabel von der Richtung des Kabels im Äther abhängig ist. Damit kompensiert sich der Effekt des Äthers.
Das ist mit dem Kabel nicht viel anders als wenn man die Zeiten anstatt Kabel per Laser überträgt. Die Ätherwirkung wird kompensiert.
13.01.11 – Zitat von Jocelyne Lopez:
Das stimmt wohl, diesen Einwand hatte mir auch privat ein Experimentalphysiker bei meinem ersten Vorschlag vorgehalten, wo die Uhr in der Mitte der Stange vorgesehen war und rechts und links an den beiden Enden der Stange durch den Signal-übertragungskabel mit Quelle und Empfänger verbunden war (die Versuchsanordnung war als Dreieckanordnung gedacht: Sender-Uhr-Empfänger). Es gab also in der Tat eine genau entgegengesetze Bewegung im Übertragungskabel innerhalb einem Meßdurchgang, die den Effekt des Äthers kompensieren könnte.
Bei meinem heutigen Vorschlag ist es m.E. nicht mehr der Fall: Die Uhr befindet sich zusammen mit dem Empfänger an einem Ende der Stange, die Lichtquelle an dem anderen Ende: Es gibt also nur noch eine Einwegslaufzeit des Übertragungsignals im Kabel bei einem Messdurchgang, und nicht mehr zwei:
– Die Uhr löst und registriert das Startsignal bei t_o
– das Startsignal läuft im Kabel zur Lichtquelle und löst den Lichtpuls aus (= ein Weg)
– der Lichtpuls läuft von der Quelle zur Uhr, die die Ankunft bei t_n registriert.
Es gibt also keinen Weg hin-und-zurück im Kabel, man braucht nur die Laufzeit des Hinwegs des Startsignals zum Sender im Kabel von dem Wert der gemessenen Lichtgeschwindigkeit abzuziehen.
Oder?
Oder! Das Kabel dreht sich ja mit der Stange. Läuft wegen Ätherwirkung das Lichtsignal länger/kürzer, dann läuft im Kabel auch der elektrische Impuls länger/kürzer. Es wird insgesamt sowas ähnliches eine eine Zweiwegmessung.
13.01.11 – Zitat von Jocelyne Lopez:
Das Experiment besteht ja aus einer Meßreihe, nicht aus einer Einzelmessung. Und innerhalb eines Messdurchgangs dreht sich weder die Stange noch der Kabel: Innerhalb eines Messdurchgangs gibt es gar keine Hin-und-Rückbewegung, weder für den Lichtpuls (wie bei Michelson-Morley), noch für das Übertragungsignal im Kabel, wo der Effekt des Äthers sich kompensieren könnte. Es sind jeweils immer reine separate Einwegmeßdurchgänge:
– Man misst die Lichtgeschwindigkeit Richtung Nord und zieht die Laufzeit im Kabel Richtung Nord ab: Man erhält einen Wert der Lichtgeschwindigkeit als Einwegmessung Richtung Nord
– Man misst die Lichtgeschwindigkeit Richtung Süd und zieht die Laufzeit im Kabel Richtung Süd ab: Man erhält einen Wert der Lichtgeschwindigkeit als Einwegmessung Richtung Süd.
Dabei konnte sich der Effekt des Äthers gar nicht kompensieren, er ist in den jeweiligen separaten Meßergebnissen drin, falls es einen gibt, es sind ja abgeschlossene Einwegsmessungen.
Man vergleicht also, ob der Einwegswert der Lichtgeschwindigkeit Richtung Süd gleich ist mit dem Einwegswert der Lichtgeschwindigkeit Richtung Nord.
Man könnte es vielleicht per Analogie mit zwei Booten gleicher Bauart vergleichen, die mit derselbe Motorkraft in zwei verschiedenen Flüßen gegen eine Strömung auf einer gleich langen Strecke fahren: Man vergleicht die Geschwindigkeit des Boots A mit der Geschwindigkeit des Boots B um zu prüfen, ob ihre jeweiligen Geschwindigkeiten gleich sind oder verchieden, woraus man schließen kann, falls sie verschieden sind, dass sie nicht gegen die gleiche Geschwindigkeitsströmung gefahren sind. Das ist eine andere Konstellation, als wenn ein Boot eine Strecke hin- und zurück im gleichen Fluß fährt, wo der Wert der Strömung ab- und aufwärts sich kompensiert.
Doch, sie kompensieren sich:
– große Licht-Laufzeit + kleine Kabellaufzeit
– kleine Licht-Laufzeit + große Kabellaufzeit
Solche Varianten sind hier und anderswo so und ähnlich zigfach überlegt. Alle scheitern an dem Problem der Synchronisation.
14.01.11 – Zitat von Harald Maurer:
Zu Deiner Frage bezügl. der Einwegmessung des Lichts:
… Bitte die Stellungnahme von Harald Maurer hier weiterlesen…
14.01.11 – Zitat von Jocelyne Lopez:
Hallo Harald,
Erst einmal: Vielen herzlichen Dank für Deine ausführliche Stellungnahme!
Zitat Harald Maurer: In Deinem Vorschlag, wo in einem Kabel ein Signal zurückgeführt wird, liegt quasi ebenfalls eine Zweiwegmessung vor. Wie Ernst schon betont, kommt es auch im Kabel zum Äthereinfluss, dazu käme auch noch die Mitführung des Signals, die je nach Material unterschiedlich wäre. Es ist gleichgültig, in welcher Form ein Messsignal zum Start oder zu einer Uhr oder zu einem Messgerät zurückgeführt wird – immer muss man mit zumindest teilweiser Kompensation oder Verfälschung des Ergebnisses rechnen. Das wird auch deshalb kompliziert, weil man die Richtung des Ätherwinds, der im Augenblick der Messung existiert, in der Regel gar nicht kennt.
Dass man mit einer Kompensation rechnen muss, weil man die Richtung des Ätherwinds, der im Augenblick der Messung existiert nicht kennt, ist meiner Meinung nach kein methodologisches Problem, sondern es ist quasi Bestandteil der Untersuchung: man versucht Informationen über den angenommenen Äther zu bekommen, einschließlich seiner unbekannten Richtung. Deshalb wäre es hier wichtig, die Messungen an verschiedenen Tagen hintereinander und zu verschiedenen Jahreszeiten durchzuführen: Wenn man regelmäßige periodische Veränderungen feststellen sollte (wie Michelson-Morley, Dayton Miller und Maurice Allais es in der gleichen Größenordnung festgestellt haben), sind sie dann keine Meßfehler, sondern sie sind dann auf die unbekannte Richtung des Ätherwinds relativ zur Erde und auf den jeweiligen Winkel der Messeinrichtung zu diesem Ätherwind zurückzuführen. Die Periodizität der Abweichungen ist hier maßgebend.
Zitat Harald Maurer: Wie Ernst schon erwähnt, ist das Problem in allen Fällen die Synchronisation. […] Auch die von Joachim genannten Messungen sind genau genommen Zweiwegmessungen (auch hier werden Signale durch Kabel zum Messgerät geführt) und sie sind aufgrund der kurzen Messstrecken nicht genau genug.
Nun, ich meine, wenn schon ein Relativist als Experimentalphysiker bestätigt, dass man sehr gut separat die Geschwindigkeit des Startsignals im Kabel messen kann (ca. 200000 km/s) und dass man es am laufenden Band tut, sollten wir nicht päpstlicher sein als der Papst… Da würden keine Einwände seitens der Relativisten für das Prinzip des Versuchsaufbaus hier vorgehalten werden. Ein Synchronisationsproblem besteht hier bei der Messung der Laufzeit des Startsignals auch nicht, man kann die mit derselbe, einzigen Uhr separat messen: So wie ich es verstanden habe verursacht die Lage des Kabels keine Variationen in der Laufzeit, man kann sie also kreisförmig als Rundganglauf mit derselbe Uhr messen und nicht geradlinig mit zwei synchronisierten Uhren:
Zitat Joachim Schulz: Man kann es mit zwei Uhren machen, aber die Idee mit den Kabeln funktioniert auch ganz gut. Die Pulse in BNC-Kabeln pflanzen sich mit ca. 200.000 km/s fort, also etwa 2/3 Lichtgeschwindigkeit. Daran sieht man, dass hier das Medium eine starke Rolle spielt. Ferner kann man so ein Kabel beliebig in Schlaufen legen und leicht zeigen, dass die Signallaufzeit von der Lage im Raum unabhängig ist. Wenn man das überprüft hat, kann man die Kabel verwenden, um Ein-Weg-Experimente zur Lichtgeschwindigkeit zu machen. Das ist recht simpel und wird (wie gesagt) schon seit den frühen 50er Jahren des letzten Jahrhunderts so gemacht.
Die Kabelmethode als Rundgang-Messung umgeht also das leidige Synchronisations-problem durch die Verwendung einer einzigen Uhr für die separate Messung der Laufzeit des Startsignals. Damit wäre die Messung der LG jeweils in einer Richtung als abgeschlossener Meßdurchgang nach Abzug der Laufzeit im Kabel eine echte Einwegmessung, und keine verkappte Zweiwegmessung.
Wenn schon Relativisten Meßmethoden für ihre Experimente anwenden, die sie für geeignet halten, sollte man sich diesen Meßmethoden auch bedienen ohne mit Einwänden zu rechnen und es wäre vielleicht sogar eine einmalige Gelegenheit für Relativisten und Kritiker ein gemeinsames Experiment zu konzipieren, durchzuführen und auszuwerten. Ein Traum?
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