Das Energie-Erhaltungs-Prinzip – Ursache zahlreicher Mißverständnisse

FRIEBE, Ekkehard (1990):
„Das Energie-Erhaltungs-Prinzip – Ursache zahlreicher Mißverständnisse “, XVI. Energie-Erhaltungs-Prinzip, DPG-Didaktik-Tagungsband 1990, S. 654 – 659. Hrsg.: Prof. Dr. Wilfried Kuhn, Gießen

In Lehrbüchern wird das Energie-Erhaltungs-Prinzip häufig als Naturgesetz oder Erfahrungssatz dargestellt. Beides ist unrichtig, da dieses Prinzip ein von Menschen erdachtes Axiom ist, das sich unmittelbar aus dem Kausalitäts-Prinzip (Ursache = Wirkung, actio = reactio) ergibt. Das Kausalitäts-Prinzip seinerseits folgt zwingend aus dem Ausschluß der MAGIE (Zauberei) aus den Naturwissenschaften. Das Energie-Erhaltungs-Prinzip hat daher die Funktion einer Bilanzierungs-Vorschrift für Energie-Umwandlungs-Prozesse. Eine weitergehende erkenntniswissenschaftliche Folgerung ist nicht möglich.

1. Energie-Definition in mathematisch-integraler Schreibweise.

Zur Diskussion des Energie-Erhaltungs-Prinzips bedarf es eines eindeutigen Energie-Begriffes. Energie ist definitionsgemäß die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Deshalb basiert der Energie-Begriff auf dem klassischen Begriff der mechanischen Arbeit. Für den Arbeits-Begriff gilt die vereinfachte Definition:

Diese Definition setzt jedoch stillschweigend voraus, daß die Kraft längs des ganzen Weges richtungsgleich und konstant ist. Im allgemeinen ist dies aber nicht der Fall. Dann muß folgende, mathematisch exakte Definition verwendet werden:

Das Integral gemäß Definitions-Gleichung [2] ist wegen der erforderlichen Integrations-Konstanten K unendlich vieldeutig. Deshalb ist auch die potentielle Energie, die der Definitions-Gleichung [2] ursächlich zugrunde liegt, davon abhängig, ob man diese Energie auf den „Zimmerboden“, auf die „Kellersohle des Hauses“, auf den „Erdmittelpunkt“ oder ein anderes „Nullniveau der räumlichen Lage“ bezieht.

In gleicher Weise ist auch die kinetische Energie, die sich aus der potentiellen Energie ableiten läßt (beispielsweise Umwandlung von potentieller in kinetische Energie beim freien Fall), unendlich vieldeutig, je nachdem, auf welches Nullniveau der Geschwindigkeit (Bewegung) bezogen wird.

Bei Verwendung der Glg. [2], insb. bei bewegten Bezugs-Systemen (z. B. Fahrzeug, Flugzeug, Rakete, Sonne, Mond, Planet), ist deshalb stets die Bestimmung der Integrations-Konstanten zwingend notwendig (FRIEBE 1989). Nur bei ganz einfachen Verhältnissen auf der Erdoberfläche ergibt sich die Integrations-Konstante zu NULL. Aufgrund der erläuterten Vieldeutigkeit der Integrations-Konstanten kann daher das Energie-Erhaltungs-Prinzip leicht fehlerhaft verwendet werden.

Alle Energieformen beziehen sich grundsätzlich auf die oben definierte mechanische Energie. Eine spezielle Form der mechanischen Energie ist außerdem die Rotations-Energie.

Andere Energieformen sind z. B.:

Wärme-Energie        Chemische Energie        Elektrische Energie        Nukleare Energie

Da die Kraft in den Glgn. [1] und [2] auf die klassische Definition

zurückgeht, basieren alle Energie-Definitionen über das Energie-Erhaltungs-Prinzip auf dem Begriff der Masse. Der Massenbegriff ist aber in der modernen Physik mit vielen Unsicherheiten behaftet, wie JAMMER (1964) umfassend dargestellt hat. Auch aus diesem Grund bringt der Energie-Begriff und mit ihm das Energie-Erhaltungs-Prinzip erfahrungsgemäß Schwierigkeiten mit sich.

2. Die sogenannte Äquivalenz von Masse und Energie.

Um die Jahrhundertwende brachte die Entdeckung der Radioaktivität eine große Unruhe in die Naturwissenschaft. Man sprach vom „Großen Revolutionär RADIUM“. Man glaubte, das Energie-Erhaltungs-Prinzip sei empirisch, d. h. durch eindeutige Messungen an radioaktiven Stoffen, widerlegt worden. Es kristallisierten sich zwei grundsätzlich unterschiedliche Auffassungen heraus.

Eine erste Gruppe von Naturwissenschaftlern erklärte, die neu entdeckte Energiequelle „Radioaktivität“ müsse im Rahmen des Energie-Erhaltungs-Prinzips neu eingeordnet werden. Deshalb wurde damals vermutlich erstmals das Energie-Erhaltungs-Prinzip nicht mehr als „Naturgesetz“ oder „Erfahrungssatz“ gedeutet, sondern lediglich als eine Art „Bilanzierungs-Vorschrift“ verwendet.

Eine zweite Gruppe von Naturwissenschaftlern hielt des Energie-Erhaltungs-Prinzip notwendigerweise für ein „Naturgesetz“. Diese Wissenschaftler-Gruppe wurde durch den „Großen Revolutionär RADIUM“ zu der Überzeugung gebracht, Masse und Energie seien äquivalent, mehr noch, Masse sei in Energie verwandelbar und umgekehrt. Geschichtlich gesehen ist das knapp zusammengefaßt wie folgt verlaufen:

In seiner Arbeit (EINSTEIN 1905): „Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?“ hat EINSTEIN am Schluß festgestellt (Zitat):
Gibt ein Körper die Energie L in Form von Strahlung ab, so verkleinert sich seine Masse um L/V². Hier ist es offensichtlich unwesentlich, daß die dem Körper entzogene Energie gerade in Energie der Strahlung übergeht, so daß wir zu der allgemeineren Folgerung geführt werden:
Die Masse eines Körpers ist ein Maß für dessen Energieinhalt; ändert sich die Energie um L , so ändert sich die Masse in demselben Sinne um L/9·10
20, wenn die Energie in Erg und die Masse in Grammen gemessen wird.
Es ist nicht ausgeschlossen, daß bei Körpern, deren Energieinhalt in hohem Maße veränderlich ist (z. B. bei den Radiumsalzen), eine Prüfung der Theorie gelingen wird. Wenn die Theorie den Tatsachen entspricht, so überträgt die Strahlung Trägheit zwischen den emittierenden und absorbierenden Körpern.
(Ende des Zitats)

Anmerkung: In der späteren Literatur wird weitgehend für die Energie das Symbol E bzw. W (statt L) und für die Lichtgeschwindigkeit das Symbol c (statt V) verwendet.

Auf dieser Arbeit von EINSTEIN und auf Untersuchungen anderer Wissenschaftler baut nun LEWIS (1908) auf und kommt mit Bezug auf MAXWELL unter Anwendung der „Gesetze“ der Erhaltung der Energie, der Masse und des Impulses zu dem Ergebnis (aus dem Englischen übersetztes Zitat von Seite 707, Gleichungs-Nummerierung nach LEWIS):

dm = dE/V² ( 7 )

oder, wenn wir schreiben:

V = 3 · 1010 Zentimeter pro Sekunde,
dm = 1,111 · 10
-21 · dE .

(Ende des Zitats)

LEWIS sagt dazu weiter (Zitat von Seite 708, oben):
Wenn also ein Körper eine gegebene Quantität an Energie verliert, verliert er auch stets eine definierte Quantität an Masse. Wir können also annehmen, daß er, wenn er seine gesamte Energie verliert, auch seine gesamte Masse verliert, oder mit anderen Worten: Die Masse eines Körpers ist ein direktes Maß seiner gesamten Energie gemäß der Gleichung:

m = E/V² ( 8 )

(Ende des Zitats)

Diese Gleichung ist nun – entsprechend umgestellt und umbenannt – in die Lehrbücher und in die Physik-Geschichte eingegangen als die „berühmte EINSTEIN-sche Formel E = m · c² .“ Es handelt sich aber hierbei lediglich um eine Annahme, wie LEWIS im vorstehenden Zitat zutreffend aussagt und wie er auch an anderen Stellen seiner Arbeit von 1908 deutlich macht.

Die Zuordnung gemäß Glg. (8) ist in BILD 1 graphisch veranschaulicht.

BILD 1: Masse m als Funktion der Energie E nach Glg. (8) von LEWIS. Die Steigung dm/dE ist positiv!

Glg. (8) folgt aber nicht zwingend aus Glg. (7) und ist daher auch nicht allgemeingültig. Denn es ist für den Übergang von Glg. (7) auf (8) folgende Integration notwendig:

Hieraus ergibt sich bei Annahme einer absoluten Konstanz der Lichtgeschwindigkeit V:

Die sich ergebende Integrations-Konstante m0 ist die Masse beim Anfangszustand, also die Masse vor Beginn einer Energie-Abgabe.

Diese Zuordnung ist in BILD 2 dargestellt.

BILD 2: Masse m als Funktion der Energie E nach Glg. [5]. Die Steigung dm/dE ist positiv! ( m0 = Integrations-Konstante )

Aber auch Glg. [5] ist aus grundsätzlichen Überlegungen heraus unrichtig. Denn wie EINSTEIN zutreffend ausführt, verkleinert sich die Masse eines Körpers um einen bestimmten Betrag, wenn er Energie in Form von Strahlung abgibt (sog. „Massendefekt“). Diese Massen-Verkleinerung verlangt ein negatives Vorzeichen! Eine negative Energie-Änderung dE (vgl. Glg. (7) bei LEWIS) ist mit einer positiven Massen-Änderung dm zu verknüpfen und umgekehrt. Erst durch das negative Vorzeichen wird dem Energie-Erhaltungs-Prinzip genügt. Andernfalls würde implizite unterstellt, daß gleichzeitig die Masse und die Energie anwachsen würde.

Die Glg. [5] muß also richtig lauten:

Dies ist in BILD 3 gezeigt.

BILD 3: Masse m als Funktion der Energie E nach Glg. [6]. Die Steigung dm/dE ist negativ! ( m0 = Integrations-Konstante )

Es erhebt sich nun erneut die Frage, die sich schon LEWIS in seiner Arbeit von 1908 gestellt hat, ob die auf der Abszisse aufgetragene Energie solange anwachsen kann, bis die Masse zu 100 % „verbraucht“ ist. Diese Frage betrifft die Zulässigkeit einer Extrapolation und läßt sich mathematisch nicht entscheiden. Die Unzulässigkeit der Extrapolation im vorliegenden Falle kann durch folgende Analogie deutlich gemacht werden:

Füllt man in eine flache Schale eine bestimmte Wassermenge, gießt hierauf nur eine dünne Schicht Benzin und zündet das Benzin an, so läßt sich entsprechend Glg. (7) eine meßbare Massen-Änderung dm (Benzinmasse) einer proportionalen Energie-Änderung dE (Wärme-Energie) zuordnen. Wäre Glg. (8) zutreffend, so ließe sich die Gesamtmasse m (Benzin und Wasser) in eine proportionale Energiemenge E „umwandeln“. Denn dies folgt aus der als allgemeingültig angenommenen Glg. (8). In Wirklichkeit bleibt aber das Wasser unverbrannt und unverwandelt zurück.

Für die Atomphysik ergibt sich daraus – entgegen zahlreichen Lehrbuch-Behauptungen – die folgende Konsequenz:

Radioaktive Strahlung und nukleare Kernspaltungs-Energie können nur solange abgegeben werden, als der natürliche Energie-Vorrat des radioaktiven Stoffes reicht. Dieser Energie-Vorrat ist materialabhängig und daher nicht durch mathematische Formeln gegeben. Wie lange ein radioaktives Element radioaktiv sein wird, läßt sich bisher nicht theoretisch herleiten. Normalerweise zerfällt es solange, bis ein anderes chemisches Element entstanden ist (vgl. THEIMER 1977, S. 78 bis 104). Die Folgerung, daß eine „Verwandlung“ von Masse in Energie möglich sei, ist lediglich eine wissenschaftlich unbegründete Spekulation. HEISENBERG (1959) sagt dazu (Zitat von Seite 96):

Die Energie bei der Spaltung des Urankerns hat den gleichen Ursprung wie die beim alpha-Zerfall eines Radiumkerns, nämlich in der Hauptsache die elektrostatische Abstoßung der zwei Teile, in die der Atomkern gespalten wird. Die Energie, die bei einer Atomexplosion frei wird, stammt also direkt aus dieser Quelle und ist nicht durch eine Verwandlung von Masse in Energie hervorgebracht. (Ende des Zitats)

Schon früher hatte Dr. Arthur ZINZEN, Professor an der Technischen Hochschule in Charlottenburg und Direktor des deutschen Normenausschusses, Berlin, darauf hingewiesen, daß die Aussage einer „Verwandlung“ von Masse in Energie schon aus Dimensions-Betrachtungen heraus falsch ist. Er schreibt (ZINZEN 1957, Zitat von Seite 143):

Ebenso gefährlich ist es, wenn man heute von der Verwandlung von Masse in Energie oder umgekehrt spricht. Masse (nämlich die Trägheit) hat immer noch die Dimension [m] und die Energie die Dimension [m]·[l] 2· [t] -2, und man kann aus diesem Begriff die beiden Faktoren l 2 und t -2 nicht einfach unter den Tisch fallen lassen. Solche Aussagen sind falsch und führen dann zu unsinnigen Philosophemen, mit denen niemandem gedient ist. (Ende des Zitats)

Mitunter hört man auch die Behauptung, durch die „Wasserstoff-Bombe“ sei die grundsätzliche Möglichkeit der Energie-Gewinnung durch Kernfusion bestätigt und die „Äquivalenz“ von Masse und Energie besonders eindrucksvoll bewiesen. Auch diese Aussage bedarf einer Richtigstellung. Schon BRÖCKER (1976) hat ausgesagt (Zitat von Seite 231, letzter Absatz):

Sehr große Wasserstoffbomben haben außerhalb der Fusionsmaterie noch einen Mantel aus Uran 238, in dem die bei der Fusion erzeugten schnellen Neutronen durch Spaltung weitere Energie freisetzen. Jedes Neutron setzt dabei etwa 200 MeV frei gegenüber ca. 17 bei seiner Entstehung. Bei diesen Bomben entsteht also der größte Teil der Energie wieder durch Spaltung. (Ende des Zitats)

Von einem „Beweis“ der Äquivalenz von Masse und Energie kann also nicht die Rede sein! Siehe hierzu auch BENECKE (1980 und 1987).

Wie vorstehend aufgezeigt wurde, ist das Energie-Erhaltungs-Prinzip die Ursache zahlreicher Mißverständnisse. Eine grundsätzliche Klärung der Zusammenhänge ist nur aus erkenntniswissenschaftlicher Sicht möglich. Besonders anschaulich hat THÜRING (1967) dieses Problem behandelt, vgl. vor allem Seiten 240 bis 247. Ein eingehendes Studium dieser Literaturstelle wird empfohlen. Es wird dort aufgezeigt, – in Übereinstimmung mit den vorstehenden Ausführungen – daß das Energie-Erhaltungs-Prinzip weder ein „Naturgesetz“ noch ein „Erfahrungssatz“ sondern lediglich eine „Bilanzierungs-Vorschrift“ für Energie-Umwandlungs-Prozesse ist.

3. Literatur:

BENECKE, J. (1980): „12 Fragen zur Kernfusion – Kritische Zweifel an dem Super-Programm“, Zeitschr. „Bild der Wissenschaft“, 1980, H. 10, S. 68 – 87

BENECKE, J. (1987): „Kernfusion ist keine Alternative“, Zeitschr. „Bild der Wissenschaft“, 1987, H. 2, S. 128

BRAUNBEK, W. (1937): „Die empirische Genauigkeit des Masse-Energie-Verhältnisses“, Zeitschr. f. Physik, Bd. 107, S. 1 – 11

BROAD, W. / WADE, N. (1984): „Betrug und Täuschung in der Wissenschaft“, Verlag Birkhäuser, Basel, Boston, Stuttgart. Titel der Originalausgabe: „Betrayers of the Truth – Fraud and Deceit in the Halls of Science“. Verlag Simon and Schuster, New York, 1982

BRÖCKER, B. (1976/1980): „dtv-Atlas zur Atomphysik – Tafeln und Texte“, Deutscher Taschenbuch Verlag, München, insb. Seite 231, Abschnitte: „Fusionsbomben“ und „Reaktionsablauf“

EINSTEIN, A. (1905): „Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?“, „Annalen der Physik“, Bd. 18, S. 639 – 641

FRIEBE, E. (1989): „Probleme bei der mathematischen Beschreibung von Bewegungsvorgängen“, Zeitschr. „raum & zeit“, 38/89, S. 88 – 90

HEISENBERG, W. (1959): „Physik und Philosophie“, Ullstein Buch Nr. 249. Ullstein-Verlag, Frankfurt/M.

JAMMER, M. (1964): „Der Begriff der Masse in der Physik“, Wissenschaftl. Buchgesellschaft, Darmstadt

KÖHLER, K. J. (1982): „Die Äquivalenz von Materie und Energie“, aus „Philosophia Naturalis“, Bd. 19, Heft 3/4, S. 315 – 341

LEWIS, G. N. (1908): „A Revision of the Fundamental Laws of Matter and Energy“, Phil. Mag., November 1908, S. 705 – 717

THEIMER, W. (1977): „Die Relativitätstheorie – Lehre, Wirkung, Kritik“, Verlag Francke, Bern und München

THÜRING, B. (1967): „Die Gravitation und die philosophischen Grundlagen der Physik“, Verlag Duncker & Humblot, Berlin

ZINZEN, A. (1957): „Grundgrößen-Arten und Kategorien“, enth. in: SAPPER, K. (1957) (Hrsg.): „Kritik und Fortbildung der Relativitätstheorie“, S. 135 – 143

Wie es zur Relativitäts-Theorie kam

Wie es zur Relativitäts-Theorie kam
FRIEBE, Ekkehard (1988)
(Zeitschr. „raum & zeit“, 34/88, S. 86 – 89)

Jeder, der sich mit den für die Weiterentwicklung der Physik fatalen Irrtümern der EINSTEINschen Relativitätstheorie beschäftigt, sollte zuvor diesen Beitrag von Ekkehard Friebe lesen. Den nachstehenden Vortrag hielt Dipl.-Ing. Friebe auf dem ersten „Einstein-Kongreß“ in München. Die meisten Einstein-Kritiker verbeißen sich in mathematische Details der Relativitätstheorie. Ekkehard Friebe hingegen zeigt hier dankenswerter Weise die wissenschaftlich-historischen Hintergründe und Zusammenhänge auf, die schließlich zu Einsteins Thesen führten. Ohne diese Gesamtschau ist es kaum möglich zu begreifen, wie so ein merkwürdiges Weltbild entstehen konnte, das sich Relativitätstheorie nennt und das immer noch an unseren Lehrstätten als „genial“ gelehrt und apostrophiert wird. Erst die „Erkenntniswissenschaftlichen Aspekte zur Relativitäts- Theorie“ von Ekkehard Friebe schaffen hier – auch für den Nicht-Physiker – logischen Zugang zu einer verhängnisvollen Entwicklung.

„Wer hat die Relativitäts-Theorie geschaffen?“ – Unter diesem Titel erschien 1980 in den „Physikalischen Blättern“ ein Aufsatz von Prof. Dr. Friedrich HUND. Hierin wird aufgezeigt, daß die Relativitäts-Theorie auf eine ganze Reihe, geschichtlich aufeinander folgender Wissenschaftler zurückgeht: W. VOIGT, H. A. LORENTZ, J. LARMOR, H. POINCARE, A. EINSTEIN, H. MINKOWSKI. Im allgemeinen jedoch wird diese Theorie mit dem Namen ALBERT EINSTEIN verknüpft. Es kann aber die Bedeutung EINSTEINs in diesem Zusammenhang nur aus historischer Sicht verstanden werden.

Isaac NEWTON (1642 – 1727) war beim Aufbau einer systematischen Mechanik und Dynamik, d.h. der Lehre von den Bewegungen und den Kräften, gezwungen gewesen, sich irgendwie klar zu werden über das innere Wesen dessen, was wir als Raum und Zeit bezeichnen.

In seinem Hauptwerke hat NEWTON gelehrt, daß es einen „absoluten Raum“ und eine „absolute Zeit“ gebe, denen er metaphysische Existenz zuschrieb. Eine wirkliche Begründung für diese Behauptung vermochte er aber nicht zu geben und die im 18. Jahrhundert aufkommende Philosophie der englischen Aufklärung (Locke, Hume) übte bereits an den widerspruchsvollen Eigenschaften dieser NEWTON-schen Begriffe scharfe Kritik in Verbindung mit der Überzeugung, daß alle wissenschaftliche Erkenntnis nur aus dem Erlebnis der Sinne (Sensualismus) gewonnen werden könne. So seien auch Raum und Zeit Begriffe, die wir lediglich aus der sinnlichen Erfahrung schöpfen. Da diese aber immer mit Ungenauigkeiten behaftet sein muß, so erhielt dadurch das ganze Wissenschaftsgebäude bis in die Fundamente hinein den Charakter des Schwankenden und prinzipiell Unexakten.

Kritik der reinen Vernunft

Dabei geriet man in völligen Gegensatz zu den Überzeugungen der alten griechischen Schöpfer der Geometrie und der Statik, welche wenigstens in diesen Bereichen Aussagen von absoluter und von der Erfahrung unabhängiger Genauigkeit machen zu können glaubten. Hier setzte nun Immanuel KANT (1724 – 1804) den Hebel an. Um einerseits die Möglichkeit einer absolut genauen wissenschaftlichen Aussage zu retten, andererseits sich frei von unbeweisbaren metaphysischen Hypothesen zu halten, vollzog er seine „Kopernikanische Wendung“ in der „Kritik der reinen Vernunft“ (1781). Raum, Zeit und Kausalität werden bei ihm dem menschlichen Innern zugehörige Denk- und Anschauungsformen, die uns a priori gegeben sind und ihre universelle Gültigkeit a priori besitzen.

Mit diesen inneren Formen bewaffnet, treten wir an die Erforschung der Natur heran. Sie werden damit zu Bedingungen der Erfahrung, sind aber selbst der Erfahrung entzogen. Dies gilt dann insbesondere auch für die (euklidische) Geometrie, die danach die a priori gegebene Denkform des Räumlichen im einzelnen darstellt. So war die Idee exakter Wissenschaft gerettet und zugleich die Möglichkeit ihrer Durchführung darin erkannt, daß Gesetzmäßigkeit und Ordnung vom menschlichen Geiste stammen und von ihm in die Natur hineingetragen werden.

Aber während einerseits auch diese Kantische Lösung keineswegs eine über jeden Angriff erhabene war, sondern mehr oder weniger den Charakter einer Hypothese trug, die eben geglaubt werden konnte oder nicht, trug sie andererseits für unkritische Geister die Gefahr unheilvoller Übertreibung in sich. Dieser Gefahr erlagen die naturphilosophischen Systeme SCHELLINGs (1775 – 1854) und HEGELs (1770 – 1831). Sie Überspannten das Kantische a priori und machten den von keinerlei systematischem Denken gezügelten Versuch, die ganze Natur aus der bloßen Vernunft heraus (die der Wirklichkeit identisch gesetzt wurde) a priori zu konstruieren. Ihre Mittel beschränkten sich dabei auf willkürliche Analogien und phantasievolle Spekulationen, die selbst vor einer bewußten Außerachtlassung der Logik nicht zurückschreckten.

Die Diskreditierung der Naturphilosophie

Der einzige Erfolg war eine vollständige Diskreditierung der Kantischen Ergebnisse in den Augen der Naturforscher und – was in der Zukunft noch schwerer wog – eine Diskreditierung der Naturphilosophie überhaupt. Alles Philosophische erhielt von da an in den Augen derjenigen, die nach Exaktheit der Aussagen und des Erkennens strebten, den Anstrich des Ungenauen und Verschwommenen, des Überflüssigen, ja für die Naturforschung geradezu Schädlichen. Gerade das, was Kant gewollt hatte, nämlich die Exaktheit wissenschaftlicher Aussagen und ihre Geltung für alle Zukunft zu sichern und einem tieferen Verständnis zuzuführen, gerade das wurde durch diese Philosophen vollkommen zunichte gemacht.

Die Naturwissenschaft wandte sich von da an schaudernd von der Philosophie ab und unternahm es, ihren eigenen Weg selbständig weiterzugehen. Es ist nach dem bisher Gesagten verständlich, daß sie nun wieder zurückfiel in die Grundauffassungen, aus denen Kant sie hatte herauslösen wollen. Und wie immer, so brachte auch hier der Rückfall eine Verschlimmerung. Da nun alle Probleme des systematischen Denkens in das Gebiet der Philosophie verwiesen wurden, wurde das systematische Denken in der Naturwissenschaft hinfort nur noch zu einer nicht ganz zu vermeidenden Nebenerscheinung, wie sie eben zur Erfüllung der Aufgabe der Naturwissenschaft von Fall zu Fall notwendig war. Deren Wesen aber sah man darin, daß alle Erkenntnis aus der bloßen Erfahrung passiv zu entnehmen sei. Auch die Geometrie, ja selbst die Gesetze der Logik oder die Sätze der Mathematik sollten ihre Gültigkeit nur durch Erfahrung gesichert erhalten.

Eine solche Auffassung setzte die Existenz einer durch metaphysische, logische und eventuell mathematische Naturgesetze regierten Außenwelt schon voraus, wobei aber natürlich die Herkunft dieser Gesetze nicht nur selbst völlig im Dunkeln blieb, sondern auch der Weg, wie man zu einer gesicherten Kenntnis dieser Gesetze im einzelnen gelangen kann.

Immerhin erschien diese Auffassung in ihrer Einfachheit so bestechend – sie führte ja vor allem aus der HEGEL-schen Phantasterei heraus -, daß sie sich in der Folgezeit, vor allem unter dem Einfluß von J. St. MILL (1806 – 1873), bei den Physikern im vollen Umfange durchsetzte. Sie ist unter dem philosophischen Namen des totalen Empirismus oder auch Positivismus bekannt. Sie stellt die nicht weiter geprüfte, meist unbewußte Grundphilosophie derjenigen Naturwissenschaftler dar, die von sich glauben, völlig frei von Naturphilosophie zu sein. Jedenfalls ist wichtig festzuhalten, daß nun in den folgenden Jahrzehnten Generationen von Philosophen heranwachsen mußten, denen Naturforschung völlig fremd war, und auf der anderen Seite Generationen von Naturforschern, die keinerlei Berührung mehr erhielten mit den grundlegenden naturphilosophisch-erkenntnistheoreti- schen Fragen, die die besten Geister der Menschheit jahrtausendelang beschäftigt hatten.

In die geschilderten, bezüglich der Grundlagen äußerst labilen und immer unsicherer gewordenen Verhältnisse fiel nun eine folgenschwere Entdeckung, die zwar als solche schon längere Zeit vorlag, aber bis etwa 1865 ziemlich unbekannt geblieben war: Die Möglichkeit der Aufstellung sog. nicht-euklidischer Geometrien. Um die spätere Entwicklung zu verstehen, muß versucht werden, das Wesen dieses Ereignisses in Kürze klarzumachen.

Mehrere Geometrien

Die Lehrsätze der Geometrie des EUKLID, wie sie jeder in der Schule lernt, basieren auf einer Reihe von logisch nicht weiter abgeleiteten Grundthesen, die Axiome genannt werden. Es entsprach nun dem Streben nach möglichster Einfachheit, die Anzahl dieser Axiome möglichst klein zu machen, d.h. nachzuweisen, daß das eine oder andere Axiom schon in einem anderen logisch enthalten sei. Eines dieser Axiome sagt nun aus, daß zwei gerade Linien sich nur in einem einzigen Punkte schneiden können, es sei denn, sie sind parallel. Für diesen Fall sagte das Axiom, daß es zu einer Geraden durch einen Punkt nur eine einzige Parallele stets gebe. Die Bestrebungen, dieses Axiom doch aus den übrigen zu beweisen und damit aus der Reihe der Axiome auszuscheiden, waren immer mißglückt. Da sprach der junge C. F. Gauß (1799) in einem Briefe die Befürchtung aus, daß es vielleicht überhaupt unbeweisbar sein könnte und deshalb auch andere Möglichkeiten erwogen werden könnten. Er beginnt so nach eigenen Worten „an der Wahrheit der Geometrie zu zweifeln“.

Tatsächlich gelang es dann in der Folgezeit ihm selbst und anderen, logische Schematismen aufzustellen, die alles mit der bisher üblichen Geometrie gemeinsam hatten, nur nicht das obige Axiom über die sich schneidenden Geraden (Parallelen-Axiom). Gauß, der die notwendig erschütternden Folgen dieser Sachlage für die Physik und Naturwissenschaft vorauszusehen schien, hatte bis zu seinem Tode das Bekanntwerden verhindert. Ab 1865 aber trat das Geschehene ins volle Licht der wissenschaftlichen Öffentlichkeit. Man bedenke, daß nun auf einmal statt der einen, stets und überall verwendeten Geometrie viele, ja theoretisch beliebig viele Geometrien möglich waren! Dies kam gerade recht, um dem schrankenlosen Empirismus zum völligen Siege zu verhelfen. Es setzte sich die Überzeugung durch, daß die Messung allein entscheiden könne und müsse, welche Geometrie in der Wirklichkeit, im wirklichen Raum, Geltung besitze.

Alle Messungen aber – das wurde von niemandem bestritten – waren naturgemäß mit Fehlern behaftet, und ihre Resultate konnten also nur innerhalb gewisser Grenzen gelten. Was man aber dabei unter „Fehler“ verstehen sollte, blieb selbst wiederum ungeklärt. Denn um die Fehler zu bestimmen, dazu hätten schon die „wahren“ metaphysischen Naturgesetze bekannt sein müssen, die aber selbst erst durch die immer ungenauen Messungen erschlossen werden sollten! Außerdem konnten diese Messungen nur gemacht werden, wenn man bei der Konstruktion der Meßapparate bereits eine ganz bestimmte Geometrie zur Anwendung brachte, die doch andererseits wieder unbekannt sein sollte.

Man geriet also bei konsequenter Verfolgung der empiristischen Auffassung unweigerlich in einen schwerwiegenden logischen Zirkelschluß hinein. Aber nicht so sehr diese Tatsache selbst als vielmehr, daß er den Physikern des ausgehenden 19. Jahrhunderts gar nicht bewußt wurde, zeigt, wie sehr sich die Trennung zwischen Naturforschung und Philosophie schon in einem Nachlassen des logischen und systematischen Denkens ausgewirkt hatte.

So können wir also die Gesamtsituation, in welcher die Physik in das 20. Jahrhundert eintrat, kurz folgendermaßen zusammenfassen:

Trennung von Philosophie und Naturwissenschaften

Völlige Trennung zwischen philosophischem Denken und den Naturwissenschaften; totaler Empirismus als (meist) unbewußte philosophische Grundhaltung der Naturforscher, die aber einen logischen Zirkel und eine völlig unbewiesene Metaphysik enthält; Fehlen jeder bindenden geistigen Richtlinie bei der Gesetzesgewinnung; völlige Unklarheit über die Grundfragen der eigenen physikalischen Arbeit, was besonders bezüglich der Auffassungen über den Raum und die Zeit zum Ausdruck kam; stillschweigendes Festhalten an der euklidischen Geometrie und der anschaulichen Raumvorstellung ohne Begründung hierfür; Flucht der Wissenschaftler in völlige Passivität des Denkens und Handelns, was sie „Objektivität“ nannten.

In diese Zeit fiel nun die Kunde vom negativen Ausgang des Experimentes von MICHELSON (1881). Dies besagte, daß der sog. „Äther“, der als hypothetisches „Lichtmedium“ den MAXWELL-schen Gleichungen der Elektrodynamik und Optik zugrunde lag, nicht feststellbar zu sein schien oder gar überhaupt nicht existierte. Man versuchte daher, mit mathematischen Mitteln, d.h. mit Transformations-Formeln, die MAXWELL-sche Theorie zu erhalten, die ein äußerst hohes Ansehen genoß. Denn der „Glaube an die Unfehlbarkeit der Mathematik“ war schon damals weit verbreitet.

Insbesondere H. A. LORENTZ wurde in diesem Zusammenhang bekannt durch die nach ihm benannten „Lorentz-Transformationen“. Hierauf baute ALBERT EINSTEIN auf. Er wagte das auszusprechen, was die anderen Physiker zwar ahnten, aber – mit Ausnahme von H. POINCARE – im Hinblick auf die etablierte Schulwissenschaft nicht über die Lippen brachten: „Es gibt gar kein Lichtmedium.“

Mit dieser Annahme formulierte EINSTEIN im Jahre 1905 seine: „Elektrodynamik bewegter Körper“. Einige Zeitgenossen waren höchst erfreut, daß dennoch die sog. „LORENTZ-Transformationen“ (zumindest nahezu) herauskamen und gingen mit fliegenden Fahnen zu EINSTEIN über. Dabei wurde ganz übersehen, daß EINSTEIN in der genannten Arbeit mehrere schwerwiegende mathematische Fehler unterliefen (vgl. PAGELS 1985).

EINSTEIN selbst nahm die Sache gar nicht so wichtig wie seine Umwelt. Denn entweder erkannte er seine mathematischen Irrtümer oder ihm fiel auf, daß seine merkwürdigen Folgerungen nicht so ganz glaubwürdig waren. Jedenfalls veröffentlichte er in den Folgejahren eine ganze Reihe von Arbeiten (vgl. WICKERT 1984), die zwar das „Lichtmedium“ weiterhin als nicht existent voraussetzten, aber sich von den „LORENTZ-Transformationen“ und der aus diesen gefolgerten „Lichtgeschwindigkeit als Grenzgeschwindigkeit“ lösten. Aber diese Arbeiten blieben weitgehend unbeachtet.

Als später die mathematischen Fehler in EINSTEINs Konzept von 1905 durch die Kritik (insb. STRASSER 1922) aufgezeigt wurden, gab es kein Zurück mehr, zumal EINSTEIN im Jahre 1921 den Nobel-Preis erhalten hatte. Es wird daher endlich Zeit, daß die Arbeiten von EINSTEIN aus den Jahren 1905 (nach der „Elektrodynamik bewegter Körper“) bis etwa 1912 aufmerksam gelesen und diskutiert werden.

Literatur

DINGLER, H.(1926 bzw. 1931): Der Zusammenbruch der Wissenschaft und der Primat der Philosophie. Verlag Ernst Reinhardt, München

EINSTEIN, A.(1905): Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, Bd. 17, S. 891 – 921

FRIEBE, E.(1985): Wurde Albert EINSTEIN das Opfer der Wissenschaftler seiner Zeit? Zeitschr. „Erfahrungswiss. Bl.“, München, 1985, H. 2

HUND, F.(1980): Wer hat die Relativitätstheorie geschaffen? Physikalische Blätter, Bd. 36, Nr. 8, S.237 – 240

PAGELS, K.(1985): Mathematische Kritik der spez. Relativitätstheorie. Verlag Rolf Kugler, CH 6317 Oberwil b. Zug

PIETSCHMANN, H.(1983): Das Ende des naturwissenschaftlichen Zeitalters. Ullstein, Frankfurt/M. – Berlin – Wien

RITZ, W.(1982): Kritische Untersuchungen zur allgemeinen Elektrodynamik (1908). Aus dem Französ. Hrsg. Dr. Carl Dürr, CH 6574 Vira

STRASSER, H.(1922): Die Grundlagen der Einstein-schen Relativitätstheorie – Eine kritische Untersuchung. Haupt-Verlag, Bern

THÜRING, B.(1967): Die Gravitation und die philosophischen Grundlagen der Physik. Verlag Duncker & Humblot, Berlin

WICKERT, J.(1984): Albert Einstein mit Selbstzeugnissen und Bilddokumenten. Rowohlt-Verlag, Reinbek bei Hamburg, Taschenbuch rm 162


Irrtümer in der Elektronentheorie?


FRIEBE, Ekkehard (1987): „Irrtümer in der Elektronentheorie?“,
Zeitschr. „raum & zeit“, 30/87, S. 82 – 8
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In der Ausgabe Nr. 28 von „raum & zeit“ hat der Autor bereits zu den Irrtümern in der theoretischen Thermodynamik Stellung genommen. Heute beschäftigt sich Ekkehard Friebe mit der orthodoxen Elektronentheorie und insbesondere mit der Deutung einer „Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse“, die er als kostspieligsten Irrtum der Physikgeschichte bezeichnet.


Die Grundannahmen der Elektronentheorie

In seinem Buch: „Das Relativitätsprinzip“ schreibt LAUE (Zitat aus LAUE 1911, 5. 27/ 28):

Die Elektronentheorie ist das Ergebnis der folgenden drei Gedanken:
1. Die Elektrizität ist atomistisch konstituiert.
2. Elektromagnetische Felder werden nur von Elektronen erregt und wirken nur auf Elektronen; sie haben ausschließlich im Äther ihren Sitz. Die ponderablen Körper kommen nur in zweiter Linie in Betracht, insofern sie Elektronen enthalten.
3. Der Äther ist ein alles durchdringender, starrer Körper und definiert so ein bestimmtes System, auf welches die Feldgleichungen zu beziehen sind. – Die Feldgleichungen selbst gehen aus den MAXWELLschen hervor, wenn . . . . . .“ (Ende des Zitats). Weiter führt LAUE (1911, S.28 und 95) aus: „Die Elektronen werden in manchen Teilen der Theorie als starre Kugeln gedacht, doch ist in vielen anderen Teilen keine Annahme über ihre Gestalt nötig Das Kraftfeld einer ruhenden Kugel mit gleichförmiger Oberflächenladung ist der Gleichwertigkeit aller Richtungen wegen durch eine Reihe radialer Kraftlinien mit konstantem Winkelabstand bestimmt. Die Potentialflächen sind Kugeln, deren Radien wie die reziproken Werte der abnehmenden Reihe der ganzen Zahlen wachsen, wenn man das Potential stets um den gleichen Betrag verkleinert, denn . . . . . . .“ (Ende des Zitats; vgl. auch BILD 1 bis 3.).

Elektrostatik

Die klassische Elektrostatik geht von einem Ansatz aus, der eine elektrisch geladene Kugel voraussetzt, die von einer gegenpolig geladenen Kugelschale mit unendlich großem Radius kugelsymmetrisch umgeben ist. Daraus resultieren kugelsymmetrische Verhältnisse für die Kraftlinien (Feldlinien) des elektrostatischen Feldes (BILD 1).

Die Kugelsymmetrie an sich sagt noch nichts über die räumliche Abhängigkeit der Feldstärke (Kraft-Intensität am Ort der Kraftlinien) aus. Deshalb hat man rein axiomatisch festgelegt, daß die Feldstärke im Feld-raum eine quadratische Abhängigkeit vorn Kehrwert der Entfernung vom Mittelpunkt der inneren Kugel besitzen solle (BILD 2 und 3). Diese Darstellung ist zwar eine sich aus der Kugelsymmetrie anbietende Möglichkeit, sie folgt aber keineswegs zwingend. Deshalb wird in einzelnen Lehrbüchern behauptet, daß diese Zuordnung durch Meßergebnisse, die dem „COULOMBschen Gesetz“ zugrunde liegen, experimentell bestätigt sei. Diese Aussage bedarf einer näheren Untersuchung:

Das „COULOMBsche Gesetz“ geht aus von zwei gleich großen, gegenpoligen, felderzeugenden Kugel-Ladungen, zwischen denen eine Wechselwirkung (actio = reactio) gegeben ist (BILD 4). Dabei ist das Kraftfeld räumlich begrenzt, denn die Kraftlinien sind gekrümmt und beginnen an der einen und enden an der anderen Kugel-Ladung. Die Zuordnung beim radialsymmetrischen Feld gemäß BILD 1 dagegen setzt eine einzige felderzeugende Kugel-Ladung voraus, deren Kraftlinien linear sind, sich aber bis ins Unendliche erstrecken. Das „COULOMBsche Gesetz“ kann daher als experimentelle Grundlage für die angeblich quadratische Abhängigkeit nicht herangezogen werden.

Die axiomatisch vorgegebene quadratische Abhängigkeit führt rein rechnerisch zu einer endlichen Kapazität einer (metallischen) Kugel, die sich vollkommen allein im weiten Kosmos befindet. Dies ist absolut unrealistisch. Denn es ist unmöglich, eine Kapazität lediglich einpolig zu messen. Eine elektrische Kapazität läßt sich deshalb sinnvoll nur definieren alsWechselwirkung zwischen zwei leitenden Oberflächen. Andernfalls ist das Prinzip actio = reactio verletzt. Zu der Wichtigkeit dieses Prinzips wurde schon in anderem Zusammenhang ausführlich Stellung genommen (SCHMIDT 1985, FRIEBE 1985).

Die rein rechnerische Endlichkeit der Kapazität einer Kugel im unendlichen Kosmos ist aus den dargelegten Gründen ein starkes Indiz gegen die postulierte quadratische Abhängigkeit.

Die eigentlichen Schwierigkeiten des radialsymmetrischen Ansatzes ergeben sich aber erst, wenn man die felderzeugende Kugel-Ladung zusammen mit einer zweiten Ladung betrachten will. Hierzu gibt es zwei Möglichkeiten: a) Die zweite Ladung wird selbst als feldfrei angesehen, so daß sie das ursprüngliche Feld nicht verändert. b) Die Felder beider Ladungen werden vektoriell überlagert (Superposition).

Obwohl die Möglichkeit b) die exaktere ist, da sie gleichartige Ladungen auch gleichartig behandelt, hat sich die Theoretische Physik dennoch für die Darstellungsart a) entschieden, da sie mathematisch einfacher ist. Hierbei wird unausgesprochen eine Unterscheidung vorgenommen zwischen einer aktiven, felderzeugenden Ladung und einer passiven Ladung. Es wird also – rein willkürlich – bei einer Ladung das „Eigenfeld“ vernachlässigt (BILD 5). In dem durch eine aktive Ladung erzeugten kugelsymmetrischen Feld wird für jeden Aufpunkt P an dem sich eine (passive) Ladung befindet, eine Kraft F definiert, die in Richtung der radialen Feldlinien liegt. Die tatsächlich auftretende betragsmäßige Feldänderung und Feldverzerrung wird unberücksichtigt gelassen.

Es wird die Formel für die sogenannte elektrostatische „LORENTZ-Kraft“ als Definitions-Gleichung verwendet [Glg. (1)]:

F = e · E

mit: F = Kraft zwischen aktiver und passiver Ladung,
e = Elementar-Ladung des passiven Elektrons,
E = elektrische Feldstärke der aktiven Ladung,
wobei Vektoren durch Fettdruck gekennzeichnet sind.

Um den durch die Vernachlässigung des „Eigenfeldes“ bedingten Fehler klein zu halten, hatte man im Rahmen der klassischen Elektrostatik zusätzlich die einschränkende Bedingung eingeführt. daß die aktive Ladung wesentlich größer sein sollte als die passive Ladung. Später hat man diese Bedingung bei der Elektronentheorie ganz aus den Augen verloren. obwohl gerade die „Elektronen“ definitionsgemäß sehr klein sind. Die Folge sind erhebliche numerische Fehler und vor allem qualitative Fehldeutungen.

Besonders schwerwiegend ist nun eine Fehldeutung, die sich im Zusammenhang mit der Versuchsanordnung nach BILD 6 veranschaulichen läßt. Zwischen den beiden Platten eines Plattenkondensators ist eine kleinere, frei bewegliche dritte Platte aufgehängt, an der die elektrostatische Kraftwirkung gemessen werden kann. BILD 7 zeigt den Feldlinienverlauf:

A: die äußeren Platten sind gegenpolig geladen, die mittlere Platte trägt keine Ladung
B: die äußeren Platten sind gleichpolig geladen. die mittlere Platte trägt eine gegenpolige Ladung
C: die mittlere und untere Platte sind gleichpolig geladen, die obere Platte trägt eine gegenpolige Ladung. Man erkennt aus BILD 7C, daß das „Eigenfeld“ der kleineren Platte nicht vernachlässigbar ist. 

Besonders deutlich wird dies, wenn man jetzt die kleinere Platte bei unveränderter Ladung aus dem Feldraum der beiden großen Platten herausnimmt. Aufgrund ihres „Eigenfeldes“ wird die kleinere Platte weiterhin mit der oberen Platte in Wechselwirkung stehen, also eine elektrostatische Kraft in Richtung zur oberen Platte hin erfahren. Dagegen ergibt sich aus Glg. (1) eine Kraft gleich Null, da hier die Feldstärke der felderzeugenden großen Platten gleich NULL vorausgesetzt ist.

Der rechnerische Fehler wird noch größer, wenn die kleinere Platte in ein anderes, potential-getrenntes Feld, z. B. eines zweiten Plattenkondensators, gebracht wird. Hier errechnet sich gemäß Glg. (1) eine Kraft, die im wesentlichen von dem Feld zwischen den Platten des zweiten Kondensators bestimmt ist, obwohl – wegen der Potentialtrennung – die Ladung der kleineren Platte mit diesem Feld gar nicht in Wechselbeziehung steht.

Erst wenn beide Kondensatoren potentialmäßig verbunden werden, kann durch Influenzwirkung auch der zweite Kondensator mit der Ladung der kleineren Platte in Wechselwirkung treten. Die erforderliche Umladung benötigt jedoch eine endliche Zeit. Aus diesem Grunde können Hochenergiebeschleuniger, die im Prinzip aus einer sehr langen Kette von Einzel-Kondensatoren bestehen, eine Energiefortpflanzung nur in endlicher Zeit bewirken. Daher resultiert die sogenannte „Grenzgeschwindigkeit“.

Die Deutung einer „Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse“ ist offensichtlich falsch und wohl der kostspieligste Irrtum, der je in der Physikgeschichte gemacht wurde (vgl. FRIEBE 1983).

Durch die Vernachlässigung des „Eigenfeldes“ der einen beteiligten Ladung wird also der eingangs aufgestellte Grundgedanke verletzt, demgemäß nur eine Art von Elementar-Ladungen eingeführt werden sollte. Dennoch weist kein Lehrbuch auf die Unterscheidung von aktiver und passiver Ladung hin, denn es gibt im Rahmen der Elektronentheorie nur ein einziges Formelsymbol für das Elektron. Auch findet man nirgends eine Aussage, auf welche Art von Ladung sich die angeblichen experimentellen Bestätigungen zur realen Existenz des Elektrons beziehen.


Elektrodynamik

Im Rahmen der Elektrodynamik nimmt die Elektronentheorie an, daß ein bewegtes Elektron magnetische Wirkungen hervorruft. Hierzu wird das Produkt

Ladung mal Ladungsgeschwindigkeit

einem elektrischen Strom gleichgesetzt. Obwohl diese Annahme zunächst plausibel und nicht im Widerspruch zu experimentellen Befunden zu sein scheint, ist sie dennoch ohne klare Definition. Denn nach Fortfall der Ätherhypothese ist diese Annahme gleichbedeutend mit einer Festsetzung der Elektronen-Geschwindigkeit relativ zum Unendlichen. Eine derartige Definition ist aber unendlich vieldeutig und daher einer experimentellen Überprüfung und einer exakten mathematischen Behandlung nicht zugänglich. Die daraus resultierenden begrifflichen Schwierigkeiten sind die Ursache der zahlreichen Paradoxa der speziellen Relativitätstheorie (vgl. THEIMER 1977, 1986; GUT 1981).

Beseitigung der Schwierigkeiten

Die aufgezeigten Schwierigkeiten sind dadurch bedingt, daß nur eine Art von Ladungsträgern (negative Elementarladungen = Elektronen) vorausgesetzt ist. Die Schwierigkeiten lösen sich in erstaunlich einfacher Weise auf, wenn man auch positive Elementarladungen (Positronen) als gegeben annimmt, deren Eigenfeld voll berücksichtigt wird. Man erhält dann durch Überlagerung die bekannten Feldlinienbilder, die FARADAY schon 1836 nachgewiesen hat (BILD 4).

Die Positronen wurden bereits im Jahre 1932 durch ANDERSON in der WILSONschen Nebelkammer entdeckt. Dennoch wurde diese Entdeckung bis heute noch nicht in konsequenter Weise weiterverfolgt. Durch Einführung der Positronen (anstelle von „Löchern“ oder „passiven Ladungen“) unter Verwendung der in der Technik allgemein üblichen Strom-Definition:

Ladung pro Zeiteinheit

bezogen auf einen Bezugsquerschnitt werden alle elektro-magnetischen Erscheinungen auf reine Wechselwirkungen zurückführbar. Der Begriff des Unendlichen verschwindet. Das Relativitätsprinzip in seiner klassischen Form, wie es EINSTEIN ursprünglich gefordert hatte, sowie das Prinzip „actio = reactio“, das dem qualitativen Befund der Experimente zum „COULOMBschen Gesetz“ entspricht, werden widerspruchsfrei anwendbar.

Es würde zu weit führen, hierauf an dieser Stelle im einzelnen einzugehen. Es wird auf die Arbeit: „Analyse des physikalischen Aussagegehalts der MAXWELLschen Elektrodynamik“ (FRIEBE 1985) verwiesen, wo eine entsprechende Modellvorstellung entwickelt wird.

Anregungen für den Physik-Unterricht

a) Der Begriff der Kapazität einer Kugel im unendlichen Feldraum sollte gestrichen werden. Die Kapazität ist ausschließlich am Platten-Kondensator einzuführen und klar als Wechselwirkung zwischen zwei leitenden Oberflächen zu definieren.

b) Es ist im Unterricht stets darauf hinzuweisen, daß die Formel für die „LORENTZ-Kraft“ nur eine Näherung darstellt, die kleine passive Ladungen und Potentialbindung zwischen verschiedenen Feldern und langsame Vorgänge zur Voraussetzung hat.

c) Der Begriff der „Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse“ sollte als historisch interessante Folgerung aus ungeeigneten Prämissen dargestellt werden.

LITERATUR

EINSTEIN, A. (1905): Zur Elektrodynamik bewegter Körper. „Annalen der Physik“, Bd. 17, S. 891 – 921

EULER, K.-J. (1981): Eine Entdeckung verändert die Welt. Sonderheft der Zeitschrift: „elektrotechnik“, S. 10 – 15

FRIEBE, E. (1983): Gibt es einen experimentellen Beweis für die sog. „Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse“? DPG-Tagung, Gießen

FRIEBE, E. (1984): Kritische Betrachtungen zur klassischen Elektro-Statik. Zeitschr. „Wissen im Werden“, Zwingendorf, 1984, H.2, S.3-7

FRIEBE, E. (1985): Analyse des physikalischen Aussagegehalts der MAXWELLschen Elektrodynamik. DABEI-Colloquium, Bonn, 1985, H.2

GUT B. J. (1981): Immanent-logische Kritik der Relativitätstheorie. Verlag Rolf Kugler, CH 6317 Oberwil b. Zug

HUND, F (1980): Wer hat die Relativitätstheorie geschaffen? Phys. B1., Bd. 36, H.8, S.237-240, Physik Verlag GmbH, Weinheim

JAMMER, M. (1964): Der Begriff der Masse in der Physik. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt

KÜPFMÜLLER, K. (1973): Einführung in die theoretische Elektrotechnik. 10. Auflg., Springer, Berlin, Heidelberg, New York

LAUE, M. (1911): Das Relativitätsprinzip. Friedr. Vieweg, Braunschweig

LORENTZ, H. A. (1885): Versuch einer Theorie der elektrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Körpern. Leiden 1985

MESCHKOWSKI, H. (1976): Richtigkeit und Wahrheit in der Mathematik. Bibliographisches Institut Mannheim, Wien, Zürich

POHL, R. W.(1960): Elektrizitätslehre. Springer, Berlin, Göttingen, Heidelberg, 17. Auflg.

POPPER, K.(1982): Logik der Forschung. Verlag Mohr, Tübingen, 7. Auflg.

SCHMIDT, W. (1985): Irreversible Wechselwirkungen und deren Anwendung. DABEI-Colloquium, Bonn, 1985, H.1

THEIMER, W.(1977): Die Relativitätstheorie. Lehre – Wirkung – Kritik. Francke, Bern und München

THEIMER, W.(1986): Handbuch naturwissenschaftlicher Grundbegriffe. Francke, Tübingen

ZIMAN, J.(1982): Wie zuverlässig ist wissenschaftliche Erkenntnis? Friedr. Vieweg, Wiesbaden. Reihe: Facetten der Physik

Gibt es einen experimentellen Beweis für die sogenannte „Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse?“




FRIEBE, E. (1983): Gibt es einen experimentellen Beweis für die sogenannte
„Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse?“ – DPG-Didaktik-Tagungsband 1983 –
XIII. Geschwindigkeitsabhängige Masse, S. 735 – 741. Hrsg.: Scharmann, Hofstaetter und Kuhn, Justus-Liebig-Universität, Gießen
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a) Ablenkung geladener Teilchen im Magnetfeld

Legt man zwischen der Anode und der geheizten Kathode einer Hochvakuum-Röhre eine hohe Gleichspannung an, so emittiert die Kathode Elektronen, die sich in Richtung auf die Anode hin beschleunigen. Besitzt die Anode eine mittige Öffnung, so tritt ein Teil dieser Elektronen durch die Öffnung aus und setzt dort ihren Weg im wesentlichen linear gleichförmig, d. h. unbeschleunigt fort. Man kann diese Elektronen auf einem Leuchtschirm sichtbar machen, wie wir es von Fernseh-Empfängern her kennen. Man spricht von Kathodenstrahlen. Zwischen Kathode und Anode herrscht – aufgrund der angelegten Gleichspannung – eine elektrische Feldstärke, welche die Ursache der Elektronen-Beschleunigung ist. Der Raum hinter der Anode ist zunächst im wesentlichen feldfrei. Bringt man diesen Raum nun in ein magnetisches Feld, indem man z. B. die Pole eines Elektromagneten nähert, so werden die Kathodenstrahlen abgelenkt (BILD 1), so daß sie innerhalb des Magnetfeldes im wesentlichen eine Kreisbahn beschreiben. Der Radius dieser Kreisbahn ist abhängig von der Stärke des Magnetfeldes und von der Geschwindigkeit der Elektronen im Augenblick des Austritts aus der Anoden-Öffnung.

Bild 1

Die diesbezüglichen Experimente von KAUFMANN (1902) und BUCHERER (1908, 1909) sowie spätere hochgenaue Wiederholungen zeigen nun, daß der Verlauf geladener Teilchen nicht genau auf einer Kreisbahn liegt. Diese Erscheinung läßt mehrere Deutungen zu (WALTER RITZ 1908). Man entschloß sich zur Deutung einer Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse, da eine solche bereits aus der Äther-Theorie vorausgesagt worden war, obwohl letztere selbst in den Folgejahren verworfen wurde.

Wo liegt nun der Irrtum in der Interpretation der Versuche?

Der Feldraum hinter der Anode der Kathodenstrahl-Röhre ist zwar zunächst frei von einem elektro-statischen Feld. Sobald jedoch das erste Elektron die Öffnung der Anode passiert hat, herrscht auch hier ein elektro-statisches Feld, das vom Eigenfeld des Elektrons selbst herrührt. Schon BORN (1955) und THEIMER (1977) haben darauf hingewiesen, daß dieses Eigenfeld des Elektrons in unzulässiger Weise vernachlässigt wurde. Infolge seines Eigenfeldes nämlich erfährt das Elektron eine Kraft in Richtung auf die Anode (Anziehung ungleichnamiger elektrischer Ladungen), die zur Abbremsung (Verzögerung) des Elektrons führt. Solange das zusätzliche magnetische Feld noch fehlt, wird das Elektron nicht vollkommen linear gleichförmig weiterlaufen, sondern sich stetig – wenn auch nur geringfügig – verlangsamen. Schaltet man nun das zusätzliche magnetische Feld ein, so wird die Elektronenbahn keine Kreisform besitzen, wie es der theoretische Ansatz an sich ergeben würde, sondern in Richtung auf die Anode hin zusammengedrückt erscheinen.

Diese Verformung wird verstärkt, wenn die Anodenspannung entsprechend erhöht wird. Da mit der Erhöhung der Anodenspannung auch die Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen am Ort der Anoden-Öffnung vergrößert wird, hatte man irrtümlich geschlossen, daß der beobachtete Effekt geschwindigkeitsabhängig sei. Da andererseits das Eigenfeld des Elektrons in den verwendeten Formeln der damaligen Elektrodynamik fehlte, folgerte man eine „Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse“. Berücksichtigt man jedoch das Eigenfeld, so erhält man eine vollkommen zwanglose Erklärung der Bahn der Elektronen – und auch anderer geladener Elementarteilchen – aufgrund rein klassischer Vorstellungen.

Allerdings bedarf – zur Berücksichtigung des Eigenfeldes des Elektrons – die Formel für die sogenannte „LORENTZ-KRAFT“ (eine Formel, die bei Fachleuten der Elektrotechnik nahezu unbekannt ist) einer kritischen Überprüfung.


b) Grenzgeschwindigkeit bei Teilchenbeschleunigern

Bei Teilchenbeschleunigern beobachtet man, daß die Teilchen trotz größtmöglicher Energiebereitstellung nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit c relativ zum auf der Erdoberfläche ruhenden, als Quelle wirkenden Beschleuniger werden können.

Betrachten wir den physikalischen Sachverhalt etwas näher. Die zu beschleunigenden Teilchen, das sind Elektronen oder andere geladene Elementarteilchen, werden durch ein elektro-statisches Feld beeinflußt und werden dadurch aus der Ruhelage (relativ zum Beschleuniger) in einen Bewegungszustand versetzt. Dieser Methode sind allerdings Grenzen gesetzt, da die erregenden elektrischen Spannungen und die zu überbrückenden Entfernungen nicht beliebig groß gemacht werden können. Deshalb wird er Beschleunigungsvorgang in einzelne Teilabschnitte zerlegt. Es werden sogenannte „Driftröhren“ in einer linearen räumlichen Anordnung hintereinander geschaltet (Linear-Beschleuniger BILD 2), so daß jeweils zwischen zwei Driftröhren eine Geschwindigkeits-Erhöhung gegenüber dem Vorabschnitt erreicht wird.

Bild 2

Das wesentliche ist nun, daß die jeweils folgende Driftröhre in ihrer Längenabmessung variiert und mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird, die in ihrem Zeit-Rhythmus so liegt, daß das Elementarteilchen im beschleunigenden Sinne beeinflußt wird. Die einzelnen Driftröhren müssen also mit einer elektrischen Wechselspannung beaufschlagt werden, die mit dem Bewegungsvorgang des Teilchens so synchronisiert ist, daß eine sukzessive Beschleunigung erreicht wird. Die erforderlichen Wechselspannungs-Frequenzen sind sehr groß und werden von einem Hochfrequenz-Generator, d. h. einer elektronisch arbeitenden Verstärker-Anordnung, geliefert. Die Zuführung der Hochfrequenz-Energie erfolgt nun über elektrische Doppel-Leitungen vom Generator zu den einzelnen, räumlich auseinander liegenden Driftröhren. Die Ausbreitung der Energie längs der speisenden Doppel-Leitung erfolgt mit einer endlichen Geschwindigkeit, die bei den auftretenden hohen Frequenzen keinesfalls vernachlässigt werden darf. Diese endliche Geschwindigkeit ist bei im Vakuum verlegter Doppel-Leitung (optimaler theoretischer Fall) gleich der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit c . Es treten deshalb längs der Doppel-Leitung „Wanderwellen“ auf, die durch die Lichtgeschwindigkeit bestimmt sind. Ein zu beschleunigendes Teilchen kann daher im Grenzfalls höchstens die Geschwindigkeit der Wanderwelle erreichen, diese aber niemals überschreiten. Die Wanderwelle ihrerseits ist fest mit der erregenden Doppel-Leitung verknüpft, d. h. ihre Fortpflanzungsgeschwindigkeit gilt relativ zu der (ruhend gedachten) Doppel-Leitung. Auf diesen Sachverhalt hat bereits PREIKSCHAT (1976), ein Experte auf dem Gebiet des Doppler-Radar, zutreffend hingewiesen.

Die Elementarteilchen erhalten demnach nicht die ungeheuren Energiemengen, von denen mitunter gesprochen wird, sondern folgen der einfachen Abhängigkeit, die PREIKSCHAT in seiner Arbeit dargestellt hat. Entsprechendes gilt – bei Berücksichtigung des Eigenfeldes des Elektrons – auch für Ringbeschleuniger.

c) Massedefekt bei radioaktiven Teilchen

In einer Untersuchung von BRAUNBEK (1937) wurde eine Vermutung von EINSTEIN (1905) mit hoher Genauigkeit experimentell bestätigt. Diese Vermutung besagte (Zitat): „Gibt ein Körper die Energie L in Form von Strahlung ab, so verkleinert sich seine Masse um L/V². . . . . Es ist nicht ausgeschlossen, daß bei Körpern, deren Energieinhalt in hohem Maße veränderlich ist (z.B. bei den Radiumsalzen), eine Prüfung der Theorie gelingen wird“. (Zitatende). Hierin bedeutet V die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit.

In modernen Physikbüchern (z.B. FLEISCHMANN 1980) wird aus diesem Befund die sogenannte „Geschwindigkeits-abhängigkeit der Masse“ abgeleitet, wobei c = Vakuum-Lichtgeschwindigkeit und W = Energie bedeutet (Zitat aus FLEISCHMANN 1980, Abschnitt 6.1.6., Seite 500):

    „Der Zusammenhang zwischen Masse und Geschwindigkeit (Spalte 7 der Tab. 42) läßt sich durch die Formel wiedergeben:

    Diese Beziehung kann folgendermaßen abgeleitet werden. Für die Beschleunigung von Teilchen, deren Masse sich ändert, gilt nach 1.3.1.7:

      Das ist obige Gl. (6-8). (Ende des Zitats )

Dieser Ausdruck enthält den bekannten „Lorentz-Faktor“: Hierin stellt mo die Ruhemasse des Teilchens und m seine geschwindigkeitsabhängige Masse dar, die demgemäß mit der Teilchengeschwindigkeit v ansteigt bis zur Grenzgeschwindigkeit c. Bei v größer als c wird der Wurzelausdruck imaginär. Obwohl diese Rechnung mathematisch einwandfrei durchgeführt wurde, ist sie dennoch physikalisch falsch. Der Irrtum liegt gleich am Anfang in Form eines Vorzeichen-Fehlers. Die Gleichung oben (nach dem Wort „Wegen“ ) muß richtig heißen

Andernfalls wird das Energie-Erhaltungs-Prinzip verletzt. Denn eine Zunahme von Energie ist stets mit einer Abnahme von Masse verknüpft und umgekehrt. Nach dieser Richtigstellung erhält die Gl. (6-8) unter der Wurzel ein Plus-Zeichen, also

Eine Grenzgeschwindigkeit ist nicht ableitbar, da keine imaginäre Wurzel mehr auftritt. Diese letzte Gleichung besagt, daß die Masse eines Energie abgebenden Teilchens durch die Energieabgabe immer geringer wird, wobei gleichzeitig seine Geschwindigkeit durch den Impuls der abgegebenen Energie (Raketenprinzip) immer mehr anwächst. Mit dem sogenannten „relativistischen Effekt der Massenzunahme“ hat die Rechnung schon vom Prinzip her nichts zu tun; denn in den Gleichungen treten weder inertial bewegte Beobachter oder Bezugssysteme noch Lichtstrahlen als „Informations-Übermittler“ auf. Die Lehre hieraus: Man sollte in Zukunft wieder den Glauben an die Unfehlbarkeit der Mathematik durch den „gesunden Menschenverstand“ ersetzen.

Literatur:

BARTH, G. (1962): „Rationale Physik“, Verlag: „Wissen im Werden“, Zwingendorf (Österreich)

BORN, M. (1955), Berner Internat. Konferenz: „50 Jahre Relativitätstheorie“ Juli 1955. Bericht in Helv. Phys. Acta Suppl. IV, Basel 1956, (Hrsg. A. Mercier, M. Kervaire), insb. S. 250 – 251

BRANDENBERGER, H. (1962): „Neue Erkenntnisse in Physik und Astronomie“, Schweizer Maschinenmarkt, Goldach, Schweiz, Hefte 15 bis 23 und 31

BRAUNBEK, W. (1937): „Die empirische Genauigkeit des Masse-Energie-Verhältnisses“, Zeitschr. f. Phys., Bd. 107, S. 1 – 11

BUCHERER, A. (1908): Phys. Zeitschr. Bd. 9, S. 755 ff

BUCHERER, A. (1909): Ann. d. Phys. Bd. 28, S. 513 ff

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EINSTEIN, A. (1905): „Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?“, Ann. d. Phys. Bd. 18, S. 639 – 641

FLEISCHMANN, R. (1980): „Einführung in die Physik“, 2. Auflg., Physik Verlag, Weinheim

FRIEBE, E. (1980): „Die MAXWELL-schen Gleichungen in neuer, besonders einfacher mathematischer Form“, München

FRIEBE, E. (1982): „Elektrodynamik und Maxwellsche Gleichungen im Einklang mit dem Relativitätsprinzip von Galilei“, DPG-Didaktik-Tagungsband 1982, S. 665 – 670. Hrsg.: Scharmann, Hofstaetter und Kuhn, Justus-Liebig-Universität, Gießen

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Graz KAMMERER, E. (1975): „Kosmologie“, Remshalden-Geradstetten

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WALDRON, R. A. (1977): „The Wave and Ballistic Theories of Light – A Critical Review“, Frederick Muller Ltd, London


5.-6. April 2014: 2nd Rational Physics Conference, Salzburg

2nd Rational Physics Conference 5. – 6. April 2014, Salzburg, Austria
THIS NOT-FOR-PROFIT CONFERENCE has been organised independently of any academic or research institute or of any scientific society. There are no commercial, industrial or political interests involved. This is uncommon but ensures that no influence is exerted upon speakers or participants to force compliance with the authority of any that seek to foist dogmatic views upon Mankind in order to turn a profit, be it financial or social standing. Contemporary physics has lost contact with physical reality. Mysticism and fancy has resulted in quite irrational notions being proposed to account for the physical Universe. This conference is a return to rational physics in terms that are comprehensible to any educated person, not just a small group of specialists.

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Ekkehard Friebe und Jocelyne Lopez verklagen Dr. Joachim Schulz wegen Internetpranger RelativKritisch

Ekkehard Friebe und Jocelyne Lopez haben Dr. Joachim Schulz wegen massiver Schmähkritik und langjähriger Rufmordkampagne im anonymen Internetpranger RelativKritisch/Alpha Centauri auf Unterlassung verklagt, sowie eine erneute Strafanzeige zur Ermittlung des derzeitigen medienrechtlichen Verantwortlichen dieses Portals erstattet, der im gefälschten Impressum unter dem Fake-Namen “Karl Hilpolt” angegeben wird.

Wir werden zur gegebenen Zeit berichten.

 

Irrte Einstein? Skeptische Gedanken zur Relativitätstheorie

Von Egbert Scheunemann

Beitrag aus dem GOM-Projekt: 2394 weitere kritische Veröffentlichungen
zur Ergänzung der Dokumentation Textversion 1.2 – 2004, Kapitel 4. 

Irrte Einstein? Skeptische Gedanken zur Relativitätstheorie – (fast immer) allgemeinverständlich formuliert
BoD – Hamburg-Norderstedt 2008 ISBN 978-3-8370-4249-8 
Klappentext des Buches: Ein reisender Zwilling altert weniger schnell als sein unbewegter Bruder? Bewegte Uhren gehen relativ zu ruhenden langsamer?

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Die Einstein-Fälschung

Von Peter Rösch

Die Einstein-Fälschung  

“Die Zeit” wird gedehnt, “der Raum” gestaucht, und es biegen sich die Balken: so geschieht es in der Einsteinschen Relativitätstheorie bei lichtschneller Fortbewegung. Zum Auftakt der Einsteinfeierlichkeiten 2005 hatte der damalige Bundeskanzler Schröder in Berlin darüber referiert. Leider wurden die wesentlichen Fragen übergangen, obwohl schon bei oberflächlichem Befassen mit dem Einstein-Thema allerlei Ungereimtheiten auffallen:

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Der gigantische Betrug mit Einstein

 

Von Gotthard Barth

Beitrag aus dem GOM-Projekt: 2394 weitere kritische Veröffentlichungen
zur Ergänzung der Dokumentation Textversion 1.2 – 2004, Kapitel 4. 
  

Der gigantische Betrug mit Einstein: Historisch und mathematisch
Wissen im Werden, 1987 – Sonderband 8
Graz: Edition Mahag 2006. 96 S. – Quelle: Edition Mahag;
www.mahag.com/theimer.php 

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Skandal Relativitätstheorie: Der Staat verstößt massiv gegen das Grundgesetz

Von Jocelyne Lopez 

Skandal Relativitätstheorie: Der Staat verstößt massiv gegen das Grundgesetz  

Ich verweise auf meinen Artikel in diesem Blog Wissenschaftlicher Skandal Relativitätstheorie: Die einzige Lösung ist der rechtliche Weg, sowie auf Austausche im MAHAG-Forum, wo ich diese Thematik zur Diskussion gestellt habe.  –  Wie es sich aus diesen Austauschen im MAHAG-Forum herausgestellt hat, besteht bei interessierten Lesern ein Missverständnis hinsichtlich der Begründung eines etwaigen Gerichtsverfahrens in diesem Kontext, wie es aus dem folgenden Kommentar eines Teilnehmers ersichtlich ist: 

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