Michelson und Hubble
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Zusammenfassung:
Unter Einbeziehung der Molekularkinetik werden akustische und optische Wellenausbreitung
verglichen. Das daraus resultierende Teilchengewicht für ein lichtführendes
Medium wird bestimmt. Mit der Hypothese der beschriebenen Adipole wird aus der
Influenzkonstante die Teilchendichte des Mediums im Universum bestimmt. Diese
Teilchenzahl stimmt recht gut überein mit der Berechnung, die man unter der
Annahme eines symmetrischen Zerfalls erster Urteilchen in gravitative
und antigravitative Partikel gewinnt.
Doppler
Effekt
Es gilt,
dass akustische und optische Wellen nicht vergleichbar sind, weil bei
akustischen Wellen Gasmoleküle longitudinal schwingen, bei optischen Wellen
aber schwingende Teilchen im Vakuum nicht vorhanden sind. Die folgenden
Ausführungen versuchen einen Vergleich und ziehen Konsequenzen.
Zwischen
einer sich mit der Geschwindigkeit V1 nähernden Schallquelle mit der Frequenz
n1 und einer in gleicher Richtung befindlichen stationären Quelle der
Frequenz
n2=n1/(1-V1/c)
kann ein
Empfänger in einem ruhend gedachten Punkt nicht unterscheiden (c =
Schallgeschwindigkeit). Entfernt sich der Empfänger vom ruhenden Punkt mit der
Geschwindigkeit V2 in die entgegengesetzte Richtung, so gilt für die
empfangene Frequenz
n3 =
n2*(1-V2/c)
Ersetzen
von n2 ergibt
n3 =
n1*(1-V2/c)/(1-V1/c).
Mit
wahlweise V1 oder V2 gleich Null folgen wiederum die Doppler Gleichungen. Mit Δn = n3 - n1 folgt:
Δn/n1 = (V1 - V2) / (c
- V1)
Daraus
folgt: Unabhängig vom Bezugspunkt ist immer, wenn V1 = V2 ist, die
Frequenzänderung Δn = 0.
Andererseits
folgt aus Schallgeschwindigkeit
c =
Frequenz n * Wellenlänge L
durch
logarithmische Differentiation: Δn/n
= - ΔL/L
Das
bedeutet: Mit Δn = 0 ist auch ΔL = 0.
In jedem relativ zu einem Ruhesystem bewegten System
liegen für starr verbundene Sender und Empfänger unabhängig von der
Geschwindigkeit des Systems immer gleiche Frequenz und Wellenlänge und damit
Schallgeschwindigkeit vor.
In
Bewegungsrichtung des Senders wird die Wellenlänge kürzer; am gleichsinnig
bewegten Empfänger wird sie im gleichen Maß verlängert. Das Produkt aus
Frequenz und Wellenlänge bleibt über den Weg konstant, zumal die
Schallgeschwindigkeit eine Eigenschaft des als Medium gedachten Gases und damit
homogen und isotrop ist.
Nun sei
V2 = V1 - ΔV und nur wenig von V1 verschieden. Dann ist Δn/n neben ΔV nur von c und V1 abhängig. Dabei
bezieht sich V1 auf den anfangs gewählten Bezugspunkt. Wie ist aber ein
Bezugspunkt in einem Gasraum ohne sonstige Festkörper
wählbar? In jeder Punktumgebung des Raumes bewegen sich Gasatome
entsprechend der Maxwellschen
Geschwindigkeitsverteilung. Ein lokal fixiertes Gasatom
existiert nicht. Vektorielle Addition der Impulse über ein kleines Gasvolumen
ergibt den Nullvektor. Dieses Ergebnis gilt für jeden Punkt im Gasraum. Damit sind alle Punkte als Bezugspunkte
gleichwertig. Die Frequenzverschiebung in solch einem bewegten System ist nur
abhängig von der Differenz (c-V1), wenn somit allen Molekülen die
Geschwindigkeit V1 als Konvektion überlagert ist.
Mit V1 =
0 gibt es zwar ein ausgezeichnetes Bezugssystem, aber in jedem parallel hierzu
bewegten starren System liegt die gleiche Schallgeschwindigkeit vor.
Überträgt
man die bisherigen Ergebnisse auf Einsteins SRT: Dort wird die
Lichtgeschwindigkeit für alle parallel zueinander bewegten optische Systeme als
gleich postuliert, was obigem Ergebnis entspricht. Aber das Ergebnis des
Michelson-Versuchs verneint das Vorhandensein eines Licht übertragenden
Mediums. Wenn man jedoch beachtet, dass Sender und Empfänger, ebenso wie
Spiegel starr miteinander verbunden sind, so erscheint das Experiment für eine
solche Prüfung als nicht geeignet. Dieses Ergebnis gilt auch, wenn die relativistische
Gleichung für den Dopplereffekt verwendet wird.
Nimmt man
ein Medium an, wobei über dessen Struktur noch keine Annahme gemacht werden
kann, und überträgt die Vorstellungen über die Schallausbreitung auf die
Ausbreitung von Licht, so wird sofort klar, dass der Ansatz der Geschwindigkeiten mit c+V und
c-V dann nicht erlaubt ist. Bedingung ist jedoch, dass das vermutete
Medium vom System nicht beeinflusst oder gar mitgeführt wird, wie es bei
akustischen Wellen in Gasen unvermeidbar ist.
Das
Michelson-Experiment, in dem Sender, Spiegel und Empfänger stets konstante
Abstände haben, setzte im Ansatz einen Äther voraus, der dann nicht bestätigt
wurde. Die Überlegungen zeigen aber, dass das Experiment nicht geeignet war,
diesen Nachweis zu erbringen. Es widerlegte keinesfalls die Existenz eines
Mediums. Im Experiment sind vielmehr in jedem Inertialsystem gleiche Ergebnisse
bei Messung der Lichtgeschwindigkeit zu erwarten, was dem Einstein'schen
Postulat entspricht.
Zusammenhang
mit der Kinetischen Gastheorie
Die
Kinetische Gastheorie nennt für die Geschwindigkeit v der Moleküle im Gasraum bei 3 Impulskoordinaten den Ausdruck
v = 
(3*k*T/m)
mit k = Boltzmann-Konstante.
Bei T =
konstant bestimmt die Teilchenmasse m die Teilchengeschwindigkeit. Wegen der
Homogenität und Isotropie der Molekülverteilung gilt dieses Ergebnis für alle
Punkte und Richtungen.
Die
Tabelle zeigt, dass Schallgeschwindigkeit und mittlere Molekülgeschwindigkeit
sich unabhängig von der Gasart (Wasserstoff,
Sauerstoff, Stickstoff) um einen Faktor 1,30 unterscheiden.
|
|
Schallgeschwindigkeit [m/s] |
Mittlere Molekülgeschwindigkeit [m/s] |
Quotient |
|
Wasserstoff |
1309 |
1694 |
1,30 |
|
Stickstoff |
349 |
453 |
1,30 |
|
Sauerstoff |
326 |
425 |
1,30 |
Bei der
Molekularbewegung stoßen Atome aufeinander, genauer, die Hüllelektronen
stoßen einander ab. Was aber, wenn die hypothetischen Teilchen des Mediums
keine elektrisch geladenen Hüllen mitführen? Ihre Beschaffenheit ist
vorerst nicht bekannt. (Bekanntlich sagte Einstein: Er brauche den Äther
nicht; er verneinte keineswegs dessen Existenz!)
Masse
der hypothetischen Teilchen
Obwohl
die abstoßenden Kräfte zwischen solchen Teilchen nicht bekannt sind, soll hier
versuchsweise ein analoger Mechanismus auch für Licht angenommen werden; dann
ist die Teilchenmasse berechenbar. Für c wird analog die 1,3-fache
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum angenommen (d.h.adiabatische Verdichtung der Teilchen). Für T
gelte die Temperatur, wie sie heute für die Hintergrundstrahlung (2,7K) gilt.
Für m folgt dann eine Masse von 0.73E-36 g bzw.
0.03 eV, der im jüngsten Kamiokande - Experiment
geschätzten Neutrinomasse.
[Physik Uni Bonn] und Kamiokande. (Siehe auch KworkQuark-Nachrichten): DESYs KworkQuark - Fragen und Antworten Haben
Neutrinos eine Masse).
Auch mit
den Ergebnissen, wie sie während des SDSS (Sloan Digital Sky Survey) gewonnen
wurden, zeigt sich eine sehr gute Übereinstimmung: Aus jenen Ergebnissen wurde
als obere Grenze für das Neutrinogewicht 0,06
bis 0,2 eV ermittelt (1).
Sehr
viele Ergebnisse sind zusammengestellt in PDP.
Die
Literaturangaben sind in der Regel obere Schranken für das Neutrinogewicht,
die aber im Zuge verbesserter Experimente im Laufe der Zeit kleiner werden,
jedoch das hier ermittelte Teilchengewicht nicht unterschreiten.
Nun
können ungeladene Neutrinos als Elementarteilchen keineswegs die
wellenführenden Teilchen sein, denn sie sollten mit elektromagnetischen Wellen
wechselwirken und polarisiert oder polarisierbar sein. Vereinfacht werden diese
(und viele andere) Erklärungen, wenn man die Teilchen als elektrische Dipole
ansieht, die sich parallel zur elektrischen Feldstärke ausrichten und somit
eine Vorzugsrichtung einnehmen. Die Vorstellung ist, dass anfangs gravitative und antigravitative Masseteilchen entstanden,
und diese später symmetrisch in Teilchen mit positiver und negativer Ladung
zerfielen. Bei Dominanz der elektrischen Kraft koagulierten die
antigravitativen paarweise zu antigravitativen Dipolen (Adipolen).
Die
Annahme antigravitativen Verhaltens ist zunächst nicht notwendig, hat aber ein
großes Erklärungspotential. Auch Neutrinos lebten in der Theorie lange Zeit als
masselos, Gluonen sind es heute noch. Besonders
reizvoll ist die symmetrische Entstehung beider Materiearten.
Positronen
und Elektronen sind Teilchen gleicher Masse mit elektrisch entgegengesetzten
Eigenschaften, obwohl wir keine Vorstellung haben, was elektrische Ladung
letztlich ist. Gravitative Wechselwirkung könnte
ebenso attraktiv wie repulsiv wirken. Nur wäre letzteres Verhalten schwer
feststellbar, wenn solche Teilchen seit Anbeginn ein Einzelleben zeigten, wie
es Neutrinos auch tun und gerade deswegen über Dekaden sehr geheimnisvoll
waren.
Aus
dieser Annahme folgen überraschende Ergebnisse 981.
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(1) Flutlichter des Urkosmos, Hermann Michael
Hahn FAZ Natur und Wissenschaft 23-Juli-2004