Ballistische Modellvorstellung zur Elektrodynamik und Optik
FRIEBE, Ekkehard (1993): „Ballistische Modellvorstellung zur Elektrodynamik und Optik“,
DPG-Didaktik-Tagungsband 1993, S. 681 – 686. Hrsg.: Deutsche Physikalische Gesellschaft
Als besondere Eigenart von elektro-magnetischen Wellen (einschließlich des Lichtes) gilt der sogenannte Dualismus „Teilchen-Welle“. Aber sind denn nicht andere Wellenerscheinungen ebenfalls dualistisch? Wasserwellen bestehen aus periodischen Bewegungen von Wassermolekülen, Schallwellen aus wechselnden Kompressionen von Luftmolekülen. – Aber dennoch ist diese Analogie nicht vollkommen. Schauen wir uns doch einmal eine graphische Darstellung von Heinrich HERTZ an (BILD 1, entnommen aus Ann. d. Phys. u. Chem. N. F. Bd. XXXVI, 1889).
BILD 1
Es werden dort Linien sichtbar, die an die „elektrischen Kraftlinien“ nach FARADAY erinnern. Sollten diese Linien etwa Kettenbildungen von elementaren Teilchen sein, wie es durch KOPPELMANN / HENSEL (1988) (vgl. dort insb. Abb. 5e und 6d) für sogenannte Ketten-Cluster modellmäßig aufgezeigt ist? Ketten-Cluster sind kettenartige Aneinanderreihungen von Ionen, die abwechselnd positive und negative Polarität besitzen.
a) Elektrostatisches Feld
Der vorstehend angedeutete Gedanke ist die Grundlage einer ballistischen Modellvorstellung zur Elektrodynamik und Optik. Sie basiert auf der Annahme, daß ein elektrostatisches „Feld“ aus folgenden „Bausteinen“ besteht: Erstens negative Elementar-Ladungen (Elektronen), die sich z. B. auf einer ersten metallischen Platte eines Platten-Kondensators befinden, zweitens positive Elementar-Ladungen (Positronen), die sich auf der zweiten metallischen Platte desselben Kondensators befinden, und drittens Ketten-Cluster, die dazwischen „ausgespannt“ sind und die die „elektrischen Kraftlinien“ nach FARADAY materiell verkörpern (BILD 2). Denn diese Kraftlinien sind durch metallische Körper begrenzt und reichen nicht – wie es die moderne Feldtheorie unterstellt – einseitig bis ins Unendliche.
Diese Modellvorstellung wurde bereits in einer Arbeit von FRIEBE (1985) veröffentlicht. Wegen näherer Einzelheiten wird auf diese Arbeit verwiesen. Hierin ist u. a. eine Reihe experimenteller Befunde näher behandelt (vgl. ebenda S. 25 – 28), die zu dieser Modellvorstellung geführt haben. Ferner werden hierin wesentliche Mängel der MAXWELL-schen Elektrodynamik aufgezeigt.
In der Arbeit von 1985 wurde noch nicht der Begriff Ketten-Cluster eingeführt, sondern die Bezeichnung Polektronen-Ketten verwendet. Hierbei bedeutet die neu eingeführte Bezeichnung Polektron eine Paarbildung zwischen Elektron und Positron und dient der Unterscheidung gegenüber anderen, in ihrer Bedeutung abweichenden Bezeichnungen für diese Paarbildung. Im vorliegenden Bericht soll die Bezeichnung Polektron beibehalten werden.
Gemäß Modellvorstellung haben Elektron und Positron die gleiche Masse, jedoch unterschiedliches Ladungs-Vorzeichen. Das Polektron besitzt die Summe der Massen der erstgenannten und verhält sich im Nahbereich wie ein elektrostatischer Dipol, im Fernbereich jedoch (nahezu) elektrisch neutral. Die Masse von Elektron, Positron und Polektron ist unabhängig von der Geschwindigkeit.
Die Polektronen-Ketten ruhen beim elektrostatischen „Feld“ relativ zu den Kondensator-Platten oder sonstigen metallischen Trägern der Elektronen und Positronen.
BILD 2 BILD 3
b) Elektrischer Strom
Eine elektrische Doppelleitung, beispw. bestehend aus zwei parallelen Kupferleitern, ist mit dem Platten-Kondensator verwandt, nur daß die räumliche Ausdehnung wesentlich größer ist und daß z. B. eine Gleichspannungs-Quelle einseitig angeschlossen ist (BILD 3). Auf dem einen Leiter bewegen sich Elektronen, auf dem anderen Leiter Positronen mit Lichtgeschwindigkeit relativ zum Leiter, sofern die Doppelleitung im Vakuum verlegt ist (RÜDENBERG 1962). Zwischen den Leitern bewegen sich die Polektronen-Ketten in gleicher Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit.
Zur Beschreibung eines elektrischen Stromes nach der Modellvorstellung sind also dieselben elementaren „Bausteine“ erforderlich: Elektronen, Positronen und Polektronen. Zur Veranschaulichung wird darauf hingewiesen, daß zahlreiche Meßmethoden für elektrische Ströme aufgrund der Wirkungen außerhalb des metallischen Leiters funktionieren. Dies wird durch die Modellvorstellung verständlich: Die Messung basiert auf der Erfassung des Bewegungsvorganges der Polektronen, der als magnetische Wirkung in Erscheinung tritt.
Mit dieser Darstellung lassen sich auch Reflexionen an langen Doppelleitungen (Lecher-Leitungen) in einfacher Weise erklären, und zwar sowohl bei am Ende offener als auch bei am Ende kurzgeschlossener Doppelleitung (RÜDENBERG 1962).
c) Elektrischer Strom in einem langen geraden Leiter
Bei herkömmlichen theoretischen Ansätzen wird ein langer gerader Stromleiter ohne jegliche Berücksichtigung der Einspeisepunkte dargestellt. Alternativ wird auch ein differentielles Stromelement angenommen, das durch Integration in einen langen geraden Leiter überführt werden kann. Aber auch hierbei fehlen im Ansatz die Einspeisepunkte. Durch die Modellvorstellung läßt sich auch der Sachverhalt mit Einspeisepunkten in einfacher Weise beschreiben (BILD 4).
BILD 4
Die drei „Bausteine“ Elektron, Positron und Polektron wandern zunächst in der Zuführungs- Doppelleitung bis zu den Einspeisepunkten. Nun laufen die Elektronen beispielsweise nach rechts und die Positronen nach links. Die Polektronen-Ketten (FARADAY-sche Kraftlinien) bilden Bögen, die sich im wesentlichen radial von den Einspeisepunkten mit Lichtgeschwindigkeit weg bewegen.
Irgendwo weit draußen sind die Enden des „langen geraden Leiters“ durch eine Rückleitung kurzgeschlossen, so daß jetzt ein rückläufiger Vorgang einsetzt, wobei Elektronen und Positronen jeweils auf dem anderen Leiter zurückkehren. Dabei kehrt sich die Richtung des – als Polektron bezeichneten – elektro-statischen Elementar-Dipols um und entsprechend erfolgt auch eine Umkehr des Richtungssinnes der Polektronen-Ketten, wie es sinngemäß für die FARADAY-schen elektrischen Kraftlinien bekannt ist.
Gleichzeitig kehrt sich aber auch die mit Lichtgeschwindigkeit (relativ zum Leiter) erfolgende Bewegungs-Richtung um und die resultierende Wirkung bleibt dieselbe wie auf dem „Hinweg“. Diese Wirkung ist das, was normalerweise als magnetische Feldwirkung bezeichnet wird. Es handelt sich aber hierbei nicht um einen ruhenden Zustand, sondern um einen dynamischen Vorgang entsprechend einer „stehenden Welle“.
d) Gerader Sende-Dipol
Nun ist der Übergang auf einen geraden Sende-Dipol nicht mehr schwer. Wir betrachten dazu wieder das BILD 4. Sind nämlich die Enden des langen geraden Leiters nicht kurzgeschlossen, so tritt an den Enden eine Reflexion der Elektronen und Positronen entsprechend einer Reflexion einer Spannungs-Wanderwelle im herkömmlichen Sprachgebrauch auf. Elektronen und Positronen kehren auf demselben Leiter zu den Einspeisepunkten zurück und führen die Polektronen-Ketten im rückläufigen Sinne mit sich. Die Polarisation der Polektronen-Ketten bleibt erhalten, die Bewegungsrichtung ist umgekehrt. Die magnetische Wirkung beider Teilvorgänge ergänzt sich zu Null. Ist an der Zuführungs-Doppelleitung eine Gleichspannungs-Quelle angeschlossen, so stellt sich ein stationärer Zustand ein, der einem geladenen Kondensator entspricht. Dies wurde schon im Zusammenhang mit BILD 2 erklärt.
Es wird jedoch nunmehr deutlich, wie die Polektronen-Ketten ursächlich in den Einflußbereich der Kondensator-Platten gelangt sind. Denn der Kondensator mußte ja zu seiner Aufladung zunächst an eine Zuführungs-Doppelleitung angeschlossen werden. Seine Aufladung erfolgte also mit Elektronen. Positronen und Polektronen über die Doppelleitung.
Wird nun aber eine Wechselspannungs-Quelle an die Zuführungs-Doppelleitung angeschlossen, so ergibt sich ein periodischer Vorgang, bei dem die Polektronen-Ketten von den Einspeisepunkten weg und wieder zu diesen zurück pulsieren. Man kann sie angenähert mit Seifenblasen vergleichen, die sich nicht vom Blasrohr ablösen, aber periodisch aufgeblasen und wieder luftfrei gemacht werden. Die Seifenblasen können sich aber auch ablösen und in den Raum hinauswandern, wenn eine geeignete Zuordnung zwischen Blase-Rhythmus und Oberflächenspannung der Seifenblasen eingehalten wird. Und genau dieser Vorgang tritt nun offenbar bei den elektro-magnetischen „Wellen“ auf, wie es in BILD 5 verdeutlicht wird.
Auch die Polektronen-Ketten besitzen eine „Elastizität“, wie sie bei den „FARADAY-schen Kraftlinien“ schon Anfang des vorigen Jahrhunderts beobachtet wurden. Wichtig ist aber auch, daß die Polektronen-Ketten, wenn man sie „aufschneidet“, jeweils mit ungleichnamigen Polaritäten enden, so daß ein „Zusammenkleben“ zu geschlossenen Ringen aufgrund der elektrostatischen Anziehungskraft jederzeit möglich ist. Diese geschossenen Ringe wandern nun aufgrund ihrer Massen-Trägheit mit Lichtgeschwindigkeit relativ zum erregenden Leiter in den Raum hinaus. Denn die Masse eines Polektrons war mit der doppelten Elektronen-Masse im Rahmen der Modellvorstellung vorausgesetzt worden. Bei Lichtfrequenzen entsprechen die geschlossenen Polektronen-Ringe den von EINSTEIN postulierten Lichtquanten, die den korpuskularen Charakter des Lichtes repräsentieren.
BILD 5 BILD 6
e) Gerader Empfangs-Dipol
Wird nun gemäß BILD 6 ein gerader Empfangs-Dipol in den Bereich der Polektronen-Ketten gebracht, so läßt sich erstens eine elektrische Spannung wechselnden Vorzeichens messen, denn die Polarisation der Ringe wechselt beim stetigen Durchlauf am Ort des Empfangs-Dipols. Es läßt sich zweitens eine kinematische Wirkung feststellen aufgrund des Aufpralls der Polektronen auf den Empfangs-Dipol („Licht-Druck“). Und drittens werden, falls der Empfangs-Dipol über einen Strommesser geschlossen wird, die Polektronen – durch den Aufprall in Elektronen und Positronen gespalten – einen elektrischen Stromfluß verursachen. Auf diese Weise liefert die Modellvorstellung in höchst einfacher Weise alle drei Phänomene, die bisher beobachtet und nur widersprüchlich erklärt werden konnten. Dabei ist gleichzeitig der sogenannte „Dualismus“ zu einer leicht deutbaren Erscheinung geworden.
In entsprechender Weise erklärt sich auch das FARADAY-sche „Induktions-Gesetz“, das die in einem geschlossenen Leiterkreis beobachteten elektrischen Spannungen bei Wechselerregungen niedriger Frequenzen beschreibt. Ein Unterschied besteht insofern, als hierbei nur das sog. Nahfeld wirksam wird, bei dem die Polektronen-Ketten hin-rückläufige Bewegungen mit Lichtgeschwindigkeit relativ zum Leiter ausführen, bedingt durch die bereits besprochene „Elastizität“ der Ketten entsprechend den FARADAY-schen Kraftlinien. Diese Hin-Rückläufigkeit läßt sich mit den bisherigen Theorien nicht beschreiben, ist aber durch die Messung von Wirk- und Blindleistungen, z. B. an Sende-Dipolen, experimentell belegbar.
f) Magnetische Abstoßungs- und Anziehungskräfte
Alle magnetischen Kräfte – auch die eines Dauermagneten – sind von elektrischen Kreisströmen (Gleichstrom-Erregungen) abhängig darstellbar. Diese Kreisströme erzeugen eine Art „stehender Wellen“, deren „Wellenfrequenz“ durch die „Umlauffrequenz“ der Kreisströme bestimmt ist. Im Rahmen der Modellvorstellung ergeben sich dabei hin-rückläufig bewegte Polektronen-Ketten, wie es schon im Zusammenhang mit dem Nahfeld im vorhergehenden Abschnitt e) angedeutet wurde. Dadurch lassen sich sowohl magnetische Abstoßungs- als auch Anziehungskräfte in einfacher Weise mit der Modellvorstellung erklären, wie bei FRIEBE (1985), S. 36/37, näher erläutert ist.
g) Ausblick
Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß eine einfache Modellvorstellung alle wesentlichen elektro-magnetischen Erscheinungen auf klassische Weise zu erklären gestattet. Wesentlich ist hierbei die Beschreibung der „elektrischen Kraftlinien“ nach FARADAY als materielle, korpuskular aufgebaute Ketten von Elementarteilchen, die als Polektronen bezeichnet werden. Jedes Polektron stellt dabei eine Paarbildung von einem Elektron und einem Positron dar.
Ferner ist wesentlich, daß magnetische Erscheinungen als dynamische Vorgänge betrachtet werden, deren zeitliches Verhalten entscheidend ist. Herkömmliche Methoden, von denen auch die MAXWELL-sche Theorie ausgeht, beschreiben einen elektrischen Strom als unendlich kleines Stromelement, das keine raum-zeitliche Verknüpfung mit der Stromquelle besitzt. Dadurch ergibt sich in der mathematischen Beschreibung eine Uneindeutigkeit des zeitlichen Ablaufs, die auch durch Integration nicht überbrückt werden kann. Dies hat zahlreiche Schwierigkeiten der derzeitigen Elektrodynamik zur Folge.
Mit der neuen Modellvorstellung wird dieser Nachteil vermieden und erstmalig eine Beschreibung vorgeschlagen, die dem Prinzip „actio = reactio“ gerecht wird. Dieses Prinzip, das nicht nur bei klassisch-mechanischen, sondern auch bei elektro-statischen und magnetischen Vorgängen zweifelsfrei durch die Erfahrung bestätigt ist, ist unabdingbare Voraussetzung, um Kraft-, Energie- und Leistungszuordnungen im Bereich der Elektrodynamik fehlerfrei zu beschreiben.
h) Literatur
FRIEBE, E. (1985): „Analyse des physikalischen Aussagegehalts der MAXWELL-schen Elektrodynamik“, DABEI-Colloquium, Heft 2, Bonn.
FRIEBE, E. (1987): „Irrtümer in der Elektronen-Theorie? Zeitschrift raum&zeit – „Ist die Elektronen-Theorie die eigentliche Ursache zahlreicher Schwierigkeiten der Theoretischen Physik?“, DPG-Didaktik-Tagungsband 1987, S. 405 – 410. Hrsg.: Prof. Dr. Wilfried KUHN, Gießen.
FRIEBE, E. (1991): „Innovationshemmende Dogmen in den Naturwissenschaften“, DABEI-Jahrestagung, Bonn, 16. – 18. 5. 91 (DABEI-Mitglieder-Manuskript DMM 85).
FRIEBE, E. (1992): „Das Dogma der Lichtgeschwindigkeit als Grenzgeschwindigkeit“, DPG-Didaktik-Tagungsband 1992, S. 552 – 555. Hrsg.: Deutsche Physikalische Gesellschaft.
KOPPELMANN, G. / HENSEL, N. (1988): „Atom-Cluster und Kristalle – Teilchen im Übergangsgebiet zwischen Atom- und Festkörperphysik“, DPG-Didaktik-Tagungsband 1988, S. 105 – 118. Hrsg.: Prof. Dr. Wilfried KUHN, Gießen.
MEYA, J. (1990): „Elektrodynamik im 19. Jahrhundert – Rekonstruktion ihrer Entwicklung als Konzept einer redlichen Vermittlung“, Deutscher Universitäts-Verlag, Wiesbaden.
- RÜDENBERG, R. (1962): „Elektrische Wanderwellen“, 4. Auflg., Verlag Springer, Berlin – Göttingen – Heidelberg.
- 29. Dezember 2023
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