Zeit in der ART

Der Begriff der Zeit in der ART ist auch bis auf die Grenze verwirrt. Was für eine Synchronisation der Stunden ist es, wenn sie nur entlang den ungeschlossenen Linien möglich ist? Die Veränderung des Zeitpunktes des Anfangsabzählens der Zeit beim Rundgang auf dem geschlossenen Weg ist ein offenbarer Widerspruch der ART, da man bei der großen Geschwindigkeit der Synchronisation viele ähnliche Rundgänge machen kann und ein willkürliches Altern oder eine Verjüngung bekommen. Zum Beispiel stellen wir uns das Vakuum (die Leere)rotierend vor (falls wir uns selbst im Kreis bewegen), können wir verschiedene Ergebnisse je nach der Gedankenvorstellung bekommen.

Wenn wir für einen Augenblick an die Abhängigkeit der Zeit der ART vom Gravitationspotential und an die Äquivalenz die Gravitation und Nichtinertialitäten (der Beschleunigung) glauben, ist es leicht zu verstehen, dass die Zeit dann von der relativen Beschleunigung (erweiterte Erläuterungen) abhängen würde. Wirklich sollen dann verschiedene beschleunigte Bewegungen und umgekehrt verschiedenen Gravitationspotentialen entsprechen. Aber die relative Beschleunigung hat den Vektorcharakter (und es ist unmöglich, ihn "zu verbergen"), das heißt, erweiterte Erläuterungen der ART sind das einzig Mögliche. Das veränderte Paradoxon der Zwillinge [51] verwendend, ist es leicht, die Unabhängigkeit der Zeit von der Beschleunigung in den erweiterten Erläuterungen der ART zu beweisen. Es sollen sich zwei Zwillingsastronauten in großer Entfernung voneinander befinden. Nach dem Signal des Leuchtturmes, der in der Mitte gelegen ist, beginnen diese Astronauten den Anflug zum Leuchtturm mit gleicher Beschleunigung (Abb. 2.6).

Abbildung 2.6: Flug der Zwillinge mit Beschleunigung.

Da in der ART die Zeit von der Beschleunigung abhängt und die Beschleunigung relativen Charakter trägt, wird jeder der Astronauten meinen, dass sein Zwillingsbruder jünger ist. Beim Treffen neben dem Leuchtturm können sie die Fotografien austauschen. Jedoch ist das Ergebnis offensichtlich infolge der Symmetrie der Aufgabe: die Zeit fließt im beschleunigten System genauso wie im nicht beschleunigten. Und außerdem kann jeder der Astronauten (man kann auch einen Dritten auf dem Leuchtturm platzieren) Signale von jedem seiner Geburtstage den anderen schicken. Bis zum Treffen am Leuchtturm werden sie alle von identischer Zahl der Lichtsphären überquert (die Sphären können sich nirgendwo verbergen). Wäre es möglich, nachdem man eine Minute vor dem Treffen "das Telegramm" vom fünfzigsten Geburtstag des Bruders bekommt, wird der andere Bruder ihn zum fünften Geburtstag beglückwünschen (vielleicht sich beim Augenarzt untersuchen lassen)? Wenn wir das Gravitationsfeld äquivalent der Beschleunigung halten (laut der ART), so bekommen wir, dass die Zeitabstände vom Vorhandensein des Gravitationsfeldes nicht abhängen. Zum Beispiel wird die erweiterte Erläuterung über die Abhängigkeit der Zeiträume von der Beschleunigung folgenderweise leicht widerlegt. Nehmen wir einige Menschen in verschiedenen Teilen der Erdkugel. Wenn die Äquivalenz des Gravitationsfeldes und der Beschleunigung verwendet wird, so sollen sie für die Imitation der Erdanziehung vom Erdmittelpunkt, das heißt, in verschiedenen Richtungen beschleunigt werden (die Vektoren von Beschleunigungen werden sich durch Richtungen unterscheiden). Daraus folgt, dass alle relativen Beschleunigungen unterschiedlich werden. Es ist unverkennbar, dass das Alter der gewählten Menschen infolge der Symmetrie der Aufgabe von ihrer Lage nicht abhängen wird.

Machen wir einige Bemerkungen bezüglich der Methode der Synchronisation der Zeiten mit Hilfe einer entfernten periodischen Quelle, gelegen senkrecht zur Bewegung des Körpers [48]. Beginnen wir mit Inertialsystemen. Die Möglichkeit der Synchronisation der Zeit auf den begrenzten Abschnitten der Flugbahn gewährt die Möglichkeit der Synchronisation der Zeit auf der ganzen Bewegungslinie (Abb. 2.7).

Abbildung 2.7: Synchronisation der Zeit auf der Linie der Bewegung.

Wirklich, wenn es die willkürlich entfernte periodische Quelle $N_j$, die die Informationen schickt, für jeden Abschnitt gibt: die laufende Nummer $N_j$, die Zahl der vergangenen Sekunden $n_j$ (der Anfang des Zeitabzählens ist mit anderen Quellen nicht vereinbart), können die Beobachter an den Stoßstellen der Abschnitte den Anfang des Zeitabzählens der Quelle links und der Quelle rechts gegenüberstellen. Diese Informationen konsequent vom ersten zum letzten Beobachter übergebend, kann man den einheitlichen Anfang des Zeitabzählens feststellen (die Zeit selbst, wie im Kapitel 1 gezeigt ist, hat den absoluten Sinn [48]).

Es ist offenbar, dass sich die beobachtende Geschwindigkeit der Signalübertragung der Synchronisation auf die Bestimmung der Dauer der Zeiten nicht auswirkt: die Impulse (zum Beispiel, Lichtsphären oder Teilchen), die die Zahl der vergangenen Sekunden registrieren, äquidistant den ganzen Raum ausfüllen, und wieviel die Quelle aussendet, soviel erreicht den endlichen Beobachter eben. (Wir sind keine Götter, um "den Anfang der Zeiten" einzuführen: die Zeit geht schon ihren Gang und geht gleichmäßig.) Wenn die sichtbare Geschwindigkeit der Ausbreitung der Signale für $c=c({\bf r})$ halten, erreicht die Zahl der Sphären, die die Quelle aussendet, den endlichen Beobachter (der die Nullkomponente der Geschwindigkeit in der Richtung der Quelle hat) unabhängig vom Weg des Lichtes, die die Quelle aussendet (die Sphären können sich einfach entweder verdicken oder verdünnen). Wie die Dauer wird die Zeit vom Identischen wahrgenommen werden. Auf solche Weise ist die volle Synchronisation auch beim Vorhandensein der räumlichen Inhomogenitäten (des Gravitationsfeldes) möglich.

Erinnern wir uns an zwei bekannte Experimente, die von den Relativisten eilig der ART zugeschrieben wurden. Im Hafele-Keating- Experiment reisten zwei Paare der Zäsiumuhren mit Flugzeugen in westlicher und östlicher Richtungen, und ihre Anzeigen wurden mit den Anzeigen der ruhenden Uhren verglichen (dabei wurde die "Geschwindigkeitszugabe" der STR berücksichtigt, und im Kapitel 1 des gegebenen Buches wurde ihr Fehlen bewiesen). Im Experiment von Pound und Rebka mit Hilfe des Effekts von Mößbauer wurde die Verschiebung der Photonfrequenzen beim Zurücklegen einer Strecke in senkrechter Richtung sowie nach oben als auch nach unten bestimmt. In Physik ist es nicht üblich, eine und dieselbe Wirkung zweimal zu erfassen. Es ist klar, dass die Beschleunigung und die Gravitation eine auf verschiedene Prozesse wirkende Kraft darstellen. Aber es wird das gemeinsame Ergebnis der Wirkung der Kräfte eben sein. Nicht jede Überlastung, z.B., verträgt der Mensch, die Pendelwanduhr in der Schwerelosigkeit wird nicht gehen, doch bedeutet es nicht, dass die Zeit stehengeblieben ist. Deswegen stellt das grobe Hafele-Keating-Experiment eine triviale Tatsache fest, dass die Gravitation und die Beschleunigung Prozesse in der Zäsiumatomuhr beeinflussen und die relativ hohe Genauigkeit dieser Uhr für einen festgelegten Ort gar keine Rolle spielt. Außerdem widerspricht die Interpretation des Hafele-Keating- Experiments der "Erklärung" des Experiments von Pound und Rebka, in dem angenommen wurde, dass die Ausstrahlungsfrequenz "in Einheiten der Eigenzeit des Atoms" [3] vom Gravitationsfeld nicht abhängt. Überdies darf man noch eine Unbestimmtheit in der ART nicht vergessen: sogar beim Nichtvorhandensein des Mittelfeldes ${\bf g}$ können nicht messbare schnelle Fluktuationen des Feldes existieren (mit der Geschwindigkeit, die die Inertialität der Messgeräte überhöht). Solche Unbestimmtheit wird bei jedem ${\bf g}$ existieren: da die Zeit laut den ART-Formeln vom Gravitationspotenzial abhängt, wird sich das effektive Potenzial sogar bei der durchschnittlichen $<{\bf g}>$-Nullgröße von der Null unterscheiden. Ob es möglich ist, eine genaue Uhr zu erfinden, wenigstens rein theoretisch, die man mit sich tragen könnte? Vielleicht könnte das rotierende Schwungrad mit einer Kerbe (auf einer supraleitenden Aufhängung, um Reibung zu vermeiden) und mit der Achse, die längs dem Gradienten des Gravitationsfeldes gerichtet ist (oder längs der Gesamtkraft für Inertialsysteme), genaue Zeit abzählen. Zumindest sind merkliche Gründe und Mechanismen der Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit in diesem Fall nicht ersichtlich. Natürlich wird solche Uhr in der heutigen Etappe für schwache Gravitationsfelder weniger präzise als Zäsiumuhr sein. Ohne Zusammenhang mit der Kritik der Relativitätstheorie äußern wir eine Annahme: der Zerfall einzelner Atome geschieht anisotrop, und diese Anisotropie kann an die Richtung des Atomzeitpunktes gebunden sein. In diesem Fall kann man die Zeitpunkte regeln und das Atomsystem gefrieren lassen. Dann werden die Anzeigen solcher "gefrorenen" Zäsiumuhr im Gravitationsfeld von ihrer Orientierung abhängen.

Kehren wir zu den synchronisierenden Signalen zurück (z.B., für gleichzeitige Längenmessung). Für das geradlinig bewegte beschleunigte System kann man Signale von einer entfernten Quelle anwenden, die sich senkrecht zur Bewegungslinie befindet, und für den Abschnitt des Kreises kann die Quelle in seinem Mittelpunkt liegen. Diese Fälle umfassen tatsächlich alle nicht inertialen Bewegungen ohne Gravitation. (Außerdem kann man für die willkürliche flache Bewegung eine entfernte periodische Quelle in Anspruch nehmen, die sich auf der Senkrechte zur Bewegungsebene befindet). Für das reale Gravitationsfeld von sphärischen Körpern kann man bei willkürlicher Bewegung entlang den äquipotenzialen Flächen periodische Signale aus dem Mittelpunkt des Gravitationsfeldes anwenden.

Es sei bemerkt, dass es für den Beweis der Widersprüchlichkeit der Schlussfolgerungen der SRT und der ART über die Veränderung von Längen und Zeiträumen genügt, dass die Genauigkeit der idealen (klassischen) Messung dieser Größen grundsätzlich die Größe des von der SRT und der ART voraussagenden Effektes überbieten konnte. Bei der Anwendung einer synchronisierenden Quelle auf der Mittelsenkrechten zur Bewegungslinie ,z.B., haben wir für die Genauigkeit der Synchronisationszeit: $\Delta t \approx l^2/(8Rc)$, wo $l$ die Länge des Abschnitts mit synchronisierter Zeit, $R$ die Entfernung bis zur synchronisierenden Quelle ist, d.h., man kann $\Delta t$ nicht nur durch die Auswahl eines großen Radius der Lichtsphäre, sondern auch durch die Auswahl eines kleinen Abschnitts der Bewegung $l$ reduzieren. Laut den Zeitverkürzungsformeln der STR für analoge Größe: $\Delta t = l(1-\sqrt{1-v^2/c^2})/v$. Wählt man beim endlichen $R$ und bei der vorgegebenen Geschwindigkeit $v$ solches $l$, damit sich die Ungleichheit

$$l/(8Rc) < (1-\sqrt{1-v^2/c^2})/v,$$ (2.1)

erfüllt, so erweisen sich die Folgerungen der relativistischen Theorien als falsch.

Für das System, das sich willkürlich längs dem Radius (vom Mittelpunkt des Gravitationsfeldes gezogen) bewegt, kann man für die Synchronisation die frei fallende periodische Quelle auf der Senkrechten zur Bewegungslinie anwenden. Dabei soll man solches $R$ auswählen, dass sich das Feld praktisch (infolge der Rundung der äquipotenzialen Sphäre) in dieser Entfernung nicht ändert und das dem $l$ vom (2.1) in der Nähe des Punktes entspricht, wo die Senkrechte gefällt ist. Folglich können die ART-Schlussfolgerungen auch in diesem Fall widerlegt werden. Für wichtigere Sonderfälle sind "allgemeine" Schlussfolgerungen der SRT und der ART über die Verkürzung der Entfernungen als Eigenschaft des Raumes selbst falsch. Im ganz allgemeinen Fall scheint es intuitiv vollkommen ersichtlich zu sein, dass man solche Anordnung der periodischen Quelle finden kann, dass das Signal senkrecht zur Bewegung ankommt und dass solche $R$ und $l$ vom (2.1) existieren, die die ART-Ergebnisse widerlegen. Es besteht gar keine Notwendigkeit im "verschwommenen" Bezugssystem und der willkürlich gehenden Uhr: jede Veränderung von realen Längen soll durch reale Kräfte erklärt werden; es ist immer möglich, das System von gegenseitig unbewegten Körpern und die Einheitszeit (wenigstens durch Umrechnungsmethode) einzuführen. Auf solche Weise sollen Raum und Zeit von Newton sein, unabhängig von der Bewegung des Systems.