Gertrud Walton: „On the nature of relativistic effects“

Schon frühzeitig hat die Mathematikerin Frau Gertrud Walton (U.K.) zur Unterstützung des Forschungsprojekts G.O. Mueller beigetragen. Inzwischen hat sie ihre Homepage „sapere aude“ wesentlich überarbeitet. Hieraus bringe ich nachstehend einen Auszug aus page two.

G. Walton gibt hier eine vorzügliche Behandlung des Themas „Anschein oder Realität der Längenkontraktion und Zeitdilatation in der Speziellen Relativitätstheorie“, das derzeit in Internet-Foren anhaltende Diskussionen ausgelöst hat.


On the nature of relativistic effects

Note: Checking on a source revealed a discrepancy which, apart from deleting the offending item, I have solved by the wholesale demotion of all quotations to the status of summaries.

The reciprocal effect of length contraction and time dilation, which appears by logical necessity to emerge from the kinematic part of the special theory of relativity, has been variously explained as:

1. true but not really true (guess who)

2. real

3. not real

4. apparent

5. the result of the relativity of simultaneity

6. determined by measurement

7. a perspective effect

8. mathematical.

Here is a small selection from the literature; for references see below. Unless placed in quotation marks, authors‘ assessments are summarized.

1. Effects are true but not really true:

Pride of place goes to Eddington [1928, 33-34]:

„The shortening of the moving rod is true, but it is not really true.“

(Thanks to Prof. I. McCausland, Toronto, for contributing this gem.)

2. Effects are real:

Arzelies [1966, 120-121]:

The Lorentz Contraction is a Real Phenomenon. …

Several authors have stated that the Lorentz contraction only seems to occur, and is not real. This idea is false. So far as relativistic theory is concerned, this contraction is just as real as any other phenomenon. Admittedly … it is not absolute, but depends upon the system employed for the measurement; it seems that we might call it an apparent contraction which varies with the system. This is merely playing with the words, however. We must not confuse the reality of a phenomenon with the independence of this phenomenon of a change of system. … The difficulty arises because we have become accustomed to the geometrical concept of a rigid body with a definite shape, whatever the measuring system. This idea must be abandoned. … We must use the term „real“ for every phenomenon which can be measured … The Lorentz Contraction is an Objective Phenomenon. …

We often encounter the following remark: The length of a ruler depends upon its motion with respect to the observer. … From this, it is concluded once again that the contraction is only apparent, a subjective phenomenon. … such remarks ought to be forbidden.

Krane [1983, 23-25]:

It must be pointed out that time dilation is a real effect that applies not only to clocks based on light beams but to time itself. All clocks will run more slowly as observed from the moving frame of reference. …

The length measured by the moving observer is shorter. It must be emphasized that this is a real effect.

Matveyev [1966, 305]:

The dimensions of bodies suffer contraction in the direction of motion … A body is, therefore, „flattened“ in the direction of motion. This effect is a real effect …

Møller [1972, 44]:

Contraction is a real effect observable in principle by experiment. It expresses, however, not so much a quality of the moving stick itself as rather a reciprocal relation between measuring-sticks in motion relative to each other. … According to relativistic conception, the notion of the length of a stick has an unambiguous meaning only in relation to a given inertial frame. … This means that the concept of length has lost its absolute meaning.

Pauli [1981, 12-13]:

We have seen that this contraction is connected with the relativity of simultaneity, and for this reason the argument has been put forward that it is only an „apparent“ contraction, in other words, that it is only simulated by our space-time measurements. If a state is called real only if it can be determined in the same way in all Galilean reference systems, then the Lorentz contraction is indeed only apparent, since an observer at rest in K‘ will see the rod without contraction. But we do not consider such a point of view as appropriate, and in any case the Lorentz contraction is in principle observable. … It therefore follows that the Lorentz contraction is not a property of a single rod taken by itself, but a reciprocal relation between two such rods moving relatively to each other, and this relation is in principle observable.

Schwinger [1986, 52]:

Each will observe the other clock to be running more slowly. This is an objective fact. It is not a property of clocks but of time itself.

Tolman [1987, 23-24]:

Entirely real but symmetrical.

3. Relativistic effects are not physically real:

Taylor & Wheeler [1992, 76]:

Does something about a clock really change when it moves, resulting in the observed change in the tick rate? Absolutely not! Here is why: Whether a clock is at rest or in motion … is controlled by the observer. You want the clock to be at rest? Move along with it. … How can your change of motion affect the inner mechanism of a distant clock? It cannot and it does not.

4. Relativistic effects are apparent:

Aharoni [1985, 21]:

The moving rod appears shorter. The moving clock appears to go slow.

Cullwick [1959, 65, 68]:

A] rod which is at rest in S‘ … appears to the observer O to be contracted … Similarly, a rod at rest in S will appear in S‘ to be contracted….

Jackson [1975, 520]:

The time as seen in the rest system is dilated.

Joos [1958, 243-244]:

The interval appears to the moving observer to be lengthened. A body which appears to be spherical to an observer at rest will appear to a moving observer to be an oblate spheroid.

McCrea [1954, 15-16]:

The apparent length is reduced. Time intervals appear to be lengthened; clocks appear to go slow.

Nunn [1923, 43-44]:

A moving rod would appear to be shortened. An interval is always less than measured by the other observer.

Whitrow [1980, 255]:

Instead of assuming that there are real, i.e. structural, changes in length and duration owing to motion, Einstein’s theory involves only apparent changes, and these are independent of the microscopic constitution and hidden mechanisms controlling the structure of matter. [Unlike]… real changes, these apparent phenomena are reciprocal.

5. Relativistic effects are the result of the relativity of simultaneity:

Bohm [1965, 59]:

When measuring lengths and intervals, observers are not referring to the same events.

French [1968, 97], Rosser [1967, 37], Stephenson & Kilmister [1987, 38-39]:

Measurements of lengths involve simultaneity and yield different numerical values.

6. Relativistic effects are determined by measurements:

Schwartz [1972, 113]:

Each observer determines distances to be foreshortened.

7. Relativistic effects are comparable to perspective effects:

Rindler [1991, 25-29]:

Moving lengths are reduced, a kind of perspective effect. But of course nothing has happened to the rod itself. Nevertheless, contraction is no illusion, it is real. Moving clocks go slow, a ‚velocity-perspective‘ effect. Nothing at all happens to the clock itself. Like contraction, this effect is real.

8. Relativistic effects are mathematical:

Eddington [1924, 16-18]:

The connection between lengths and intervals are problems of pure mathematics. A travelling clock gives a low reading.

Minkowski [1908, 81]:

[The] contraction is not to be looked upon as a consequence of resistances in the ether, or anything of that kind, but simply as a gift from above, – as an accompanying circumstance of the circumstance of motion.

Rogers [1960, 496]:

Thus we have devised a new geometry, with our clocks and scales conspiring, by their changes, to present us with a universally constant speed of light.

(Zitatende, Hervorhebungen in ROT durch Friebe)

Beste Grüße Ekkehard Friebe


  1. herbert sommer 16. August 2010 (13:24 Uhr)

    Nach den Maxwellschen Differentialgleichungen, die bisher noch voll gültig sind, und deren Lösungen, den retardierten Potentialen, erfahren alle Kraftfelder und deren Quellen eine absolute Verkürzung in Bewegungsrichtung, wenn die Quellen sich absolut bewegen. Infolgedessen verkürzen sich auch materiell, alle Systeme deren Dimensionen in jedem Augenblick durch das Gleichgewicht entgegengesetzter Kräfte bestimmt werden.

    Das heisst, alle materiellen Körper erfahren eine materielle Kontraktion, wenn sie sich relativ zum einheitlichen, gemeinsamen Raum aller wahrnehmbaren Objekte bewegen. Dazu kommt ein auch durch die Trägheit der Energie bedingter Massenzuwachs und ein langsamer Ablauf energieabhängiger Vorgänge (z.B. Uhrengang).

    Die tatsächliche, materielle Lorentz-FitzGerald-Kontraktion, zusammen mit den anderen, oben genannten, auch materiellen Änderungen, haben zur Folge, dass ein absolut bewegter Beobachter, mit seinen veränderten Messgeräten, bei einem absolut ruhenden Beobachter genau alle die Veränderungen falsch misst und falsch berechnet, die er selbst aufweist. Dieser Umstand verhindert, wie man leicht einsehen kann, dass diese relativen, gegenseitigen und offensichtlich unvereinbaren Messergebnisse die wirkliche, absolute Bewegung beider Beobachter angeben können.

    Also, zusammenfassend: Die absolut bewegten Körper erfahren materielle Veränderungen, die ihrerseits scheinbare Veränderungen bei den anderen relativbewegten Systemen vortäuschen

    Was relative Bewegungen sind, ist jedem von uns klar, Es sind relative Entfernungsänderungen zwischen zwei ausgewählten Punkten, ohne jede Angabe über die wirkliche Bewegung dieser beiden Punkte. Was ist aber die wirkliche Bewegung und warum muss man sie doch rational berücksichtigen?

    Die menschlichen Raum-, Zeit-, Existenz- und Widerspruchsvorstellungen sind, wie auch selbst Kant richtig erkannte, aprioristische Kategorien der Vernunft, die jedem Gedankengang voran- oder vorausgehen. Sie sind durch die Vernunft weder prüfbar noch beschreibbar. Im Gegenteil, sie bilden das Grundgerüst jeder rationalen Überlegung und Vorstellung. Deshalb konnte uns Einstein unmöglich offenbaren, was wir über den Raum und über die Zeit denken sollen.

    Als Physiker durfte er uns höchstens nur auf gewisse Messvorgänge und auf das besondere Verhalten von Messeinrichtungen unter gegebenen Umständen aufmerksam machen. Im Widerspruch mit der gleichzeitigen Behauptung, dass alles eigentlich nur eine Frage unseres Verständnisses von Raum, Zeit und Gleichzeitigkeit ist, versuchte er es trotzdem auch mit der materiellen Erklärung der falschen Uhrensynchronisierung als physikalische Grundlage des Relativitätsprinzips.

    Wie aber Poincaré, schon einige Jahre zuvor wiederholt betonte, muss man immer, zusätzlich zu einer möglichen räumlichen Phasenverschiebung von periodischen Vorgängen (z.B. Uhren), stets auch eine materielle Verkürzung und ein Massenzuwachs der absolut bewegten Körper hinzurechnen, wenn zwei relativbewegte Beobachter das widersprüchige, gleiche Ergebnis bei der Messung der relativen Lichtgeschwindigkeit erhalten sollen (siehe seine Anrede anlässlich der Internationalen Messe in St.Louis, USA, im Jahre 1904). Allein mit einer Phasendifferenz der Uhren genügt es also keineswegs, und noch viel weniger, wie es sich Einstein so schön vorstellte, durch die Einwirkung des Beobachters.

    Der leere Raum als einziges, gemeinsames, physikalisches Volumen, das die Gesamtheit von allem Wahrnehmbaren beinhaltet, ist nicht nur auch selbst etwas unmittelbar Wahrnehmbares, sondern auch ein von unserem Verstand unzertrennbares, intuitives Grundelement. Und das Gleiche kann man von den wirklichen Bewegungen und der tatsächlichen Gleichzeitigkeit von Ereignissen in getrennten Orten dieses gemeinsamen Volumens sagen. Diese Behauptung braucht man nicht mit irgend welchen Quellen zu vergleichen, denn sie stellt keine persönliche Ansicht, sondern eine allgemeine Erkenntnis über das normale, menschliche Denkvermögen dar.

    An dieser Stelle dürfte es angebracht sein, daran zu erinnern, dass selbst Einstein, zur tiefen Enttäuschung und sogar zur erklärlichen Entrüstung vieler seiner Anhänger, in seiner Anrede in der Leidener Universität im Jahre 1920, nach reiflicher Überlegung seiner ursprünglichen Ideen, ausdrücklich die Existenz des absoluten Raumes und des darin ruhenden Äthers zugab und unmissverständlich behauptete. Die Quellenangabe ist im vorstehenden Satz selbst enthalten.

    Dass Einstein die relativistische Physik vom Kopf auf die Füsse stellte, darüber kann wirklich kein Zweifel bestehen. Er übernahm von Lorentz, und zwar mit dem gleichen Namen “Über die Elektrodynamik bewegter Körper”, eine mathematisch und physikalisch einwandfrei begründete Theorie, verwarf davon leichtfertig, zusammen mit dem Äther, auch den absoluten Raum und die absoluten Bewegungen, sowie den ganzen konstruktiven Teil, und machte damit aus einer guten physikalischen Theorie, von der er nur die Transformationsgleichungen behielt, eine hinkende, unvollständige und irrationale Philosophie über Raum und Zeit. Der unglaublich naive Versuch sie durch die Uhrensynchronisierung irgendwie zu erklären, machte die Theorie nur noch vernunftwidriger.

    Jedenfalls möchte ich die Annahme der Existenz eines absoluten Raumes und einer absoluten Zeit nicht als die Kernbehauptung meiner Ansicht betrachten, sondern vielmehr als ein intuitiver, unmittelbarer Bestandteil der Vernunft, der geradezu durch die logische Notwendigkeit meiner wirklichen Kernbehauptung indirekt als physikalische Realität voll bestätigt wird.

    Meine Kernbehauptung, sowie alle ihre Schlussfolgerungen, über die prinzipielle Unmöglichkeit einer tatsächlich gleichen, relativen Lichtgeschwindigkeit bei relativbewegten Beobachtern sind alle rein logischer Natur, bedürfen also keiner Quellenangabe, und lauten folgendermassen:

    1. Die Fehlergebnisse bei der Messung der offensichtlich ungleichen Lichtgeschwindigkeiten relativ zu relativbewegten Beobachtern können logischerweise niemals prinzipiell, sondern nur experimentell sein.

    2. Da sie rational keineswegs prinzipiell sein können, aber doch experimentell feststellbar sind, können sie physikalisch nur von einer Ungleichheit der von den relativbewegten Beobachtern verwendeten homologen Messgeräten verursacht werden.

    3. Da die Messgeräte bei verschiedenen Geschwindigkeiten des Beobachters relativ zum Licht (z.B. beim Erdumlauf um die Sonne) die erwartete Änderung überhaupt nicht anzeigen, müssen sie logischerweise, bei ihren Geschwindigkeitsänderungen relativ zur Lichtausbreitung, auch gewisse, genau ausgleichende, materielle Veränderungen erfahren, die das erwartete Ergebnis offensichtlich verfälschen.

    4. Da die materielle Veränderung der Messgeräte logischerweise bewegungsabhängig und bei relativbewegten Beobachtern auch entsprechend ungleich sein soll, um dadurch eine falsche, gleiche Geschwindigkeit relativ zum Licht vortäuschen zu können, muss die bei beiden gleiche Relativbewegung ausgeschlossen und, statt dessen, ihre ungleichen, absoluten Bewegungen angenommen werden. Dadurch wird aber indirekt die zunächst nur intuitive Vorstellung des wahrgenommenen, absoluten Raumes nun auch gerade durch das relativistische Verhalten der Materie und der Energie messtechnisch als physikalische Realität deduktiv bestätigt.

    5. Aus den vorstehenden Überlegungen zur Rationalisierung einer experimentell beobachteten Naturerscheinung geht hervor, dass die Existenz des absoluten Raumes und der absoluten Zeit nicht nur ein intuitiver Grundbestandteil der Vernunft, sondern auch eine echte rationalisierende Annahme zur vernünftigen Interpretation der beobachteten Erscheinungen ist. Und zweifellos ist jede rationalisierende Annahme schon allein dadurch genug rechtfertigt, vor allem, wenn sie, wie in diesem Fall, durch die Rationalisierung von unvernünftigen Messergebnissen, -sich also im Endeffekt durch Messungen-, ganz klar als physikalische Realität erweist.

    6. Hinzu kommt schliesslich mein Hinweis auf die Tatsache, dass die bewegungsabhängigen, materiellen Erscheinungen der relativistischen Physik, wie die Längenkontraktion, die Zeitdauer
    innerer Vorgänge, die planetarische Periheldrehung usw. sich nicht etwa als zwingende Folge eines vermuteten Relativitätsprinzips, sondern als physikalische Konsequenz der retardierten Potentiale der Maxwellschen Feldgleichungen ergeben, die gerade eine als Prinzip bezeichnete experimentelle Erfahrung nun physikalisch und rational erklären. Dieser Hinweis bedarf auch keiner Quellenangabe, da er eine Fachkenntnis jedes minimal informierten Physikers betrifft.

    Die Existenz des absoluten Raumes, und damit auch der absoluten Zeit, kann übrigens sehr wohl als physikalische Realität betrachtet werden, da sie eben durch Messergebnisse aller Art eindeutig nachgewiesen wird, die nur durch die Annahme ihrer Existenz und der absoluten Bewegungen in einem solchen, von jedem Menschen sehr gut vorstellbaren Raumvolumen, voll rationalisiert werden können.

    Der absolute Raum wird eben durch rationalisierbare Messergebnisse, also durch Messungen, nachgewiesen und dürfte somit als physikalische Realität betrachtet werden. Er stellt eine notwendige Voraussetzung für die Existenz absoluter Bewegungen dar, die ihrerseits unbedingt notwendig für die Rationalisierung der beobachteten Erscheinungen sind.

    Die im Interferometer gemessene, kompensierende Kontraktion eines kleinen Bruchteils der Lichtwellenlänge; die bei den hochbeschleunigten Myonen gemessene Verlängerung ihrer mittleren Lebensdauer; der leicht messbare Massenzuwachs hochbeschleunigter Teilchen; die Synchrotronstrahlung und die Doppler-Dipolanisotropie der richtungsabhängigenTemperatur der Hintergrungstrahlung u.A.. stellen doch unverkennbare, absolute, bewegungsabhängige, materielle Veränderungen dar, die in sehr überzeugender Weise von der Existenz nicht relativer, sondern absoluter Bewegungen, und somit auch des absoluten Raumes und der absoluten Zeit, messtechnisch indirekt zeugen.

    Dass alle diese materiellen, bewegungsabhängigen Veränderungen, nach der Einsteinschen Erklärung, einfach und allein durch eine irrtümliche Uhrensynchronisierung verursacht werden, kann man wirklich nicht ernst nehmen.

    Zu den materiellen, bewegungsabhängigen Veränderungen, die das relativistische Verhalten bedingen, gehört freilich auch die Fehlsynchronisierung von getrennten Uhren, doch nicht durch die irrtümliche Manipulation der Beobachter, sondern durch die, nach der Synchronisierung im gleichen Ort, nachfolgenden Trennung und die dadurch auftretenden materiellen Einwirkungen.

    Bei der Trennung durchlaufen beide Uhren im Raum, trotz der gleichen Relativgeschwindigkeit, entweder ungleich lange oder ungleich schnelle absolute Wege, was deren Gang auch ungleich schnell macht und ihre Phasen materiell versetzt. Entgegen der Einsteinschen Erklärung, ist diese Beschreibung mit den oben aufgeführten, materiellen Erscheinungen der physikalischen Relativität vollkommen verträglich und vernunftmässig verständlich. Dabei wird aber ganz klar ersichtlich, dass hierbei die bewegungsabhängige Phasenverschiebung eine physikalische und nicht eine durch die Messvorschrift gegebene Rolle mitspielt.

    Da bei der Einsteinschen Auffassung die Uhren bewegungsunveränderlich sind, brauchen die Beobachter ihre lichtsynchronisierten Uhren nur zusammenzubringen, um durch die dann leicht feststellbare Zeitdifferenz beider Uhren ihre absolute Geschwindigkeit zu berechnen. Damit wäre aber das Prinzip der Relativität nicht erfüllt. Man sieht hier leicht ein, wie haltlos Einsteins Erklärung ist.

    Was in der Tat geschieht, ist dass die lichtsynchronisierten Uhren beim Zusammenbringen ihren Gang materiell so ändern, dass sie ihren Phasenunterschied genau kompensieren, sodass sie im gleichen Ort synchron erscheinen und dadurch ihre relative Geschwindigkeit zum Licht nicht verraten. Es ist also gerade die materielle Veränderlichkeit des Uhrengangs mit der absoluten Bewegung, und nicht die Einsteinsche Synchronisierung durch die Beobachter, die eigentlich für die experimentelle Erhaltung der physikalischen Relativität sorgt.

    Die Lorentzschen Gleichungen beschreiben ganz richtig diese plausiblen Zusammenhänge. Sie sagen aber etwas mehr, und zwar, dass bei der Trennung und anschliessenden Vereinigung der Uhren doch ein Phasenunterschied übrigbleibt. Von den zwei Uhren geht nämlich diejenige nach, die während der Trennung und Wiedervereinigung sich durchschnittlich in einem absolut höheren Energiezustand befunden hat. Dadurch wird aber Einsteins Behauptung, dass nur Relativbewegungen eine physikalische Bedeutung besitzen, und dass dabei keine materiellen Effekte stattfinden, klar widerlegt. Und die physikalische Wirklichkeit der absoluten Bewegung, und damit auch des absoluten Raumes, macht sich hier wieder deutlich bemerkbar.

    Ein weiterer Beweis gegen die irrtümliche Ablehnung Einsteins des absoluten Raumes und der absoluten materiellen Veränderungen der Körper mit der absoluten Bewegung ist der bekannte relativistische Doppler-Effekt. Dass er relativistisch ist, hängt nur damit zusammen, dass beim absolut bewegten Beobachter alle zeitabhängigen Vorgänge effektiv und materiell langsamer ablaufen als beim absolut ruhenden. Das kann man mathematisch sehr leicht beweisen.

    Zu den vorangehenden Ausführungen muss man hinzufügen, dass alles was dabei über Uhren behauptet wird, auch sinngemäss für alle Energieumwandlungen und damit auch für das Altern von Zwillingen gilt.

    Mit freundlichen Grüssen
    Herbert Sommer

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