Alles
im Eimer !
English
text
Dieser Beitrag beschäftigt sich mit dem klassischen Experiment
eines
rotierenden Wassereimers, welches bereits Isaac Newton
durchführte und dieses als Hinweis für die Existenz
einer Bewegung gegenüber einem absoluten Raum
auslegte. Mit der folgenden Interpretation
wird gezeigt, dass Newtons Eimerversuch
keinesfalls ein Hinweis auf einen absoluten Raum darstellt.
Isaac Newton stellte sich vor, dass zu
Beginn des
Experimentes ( A
) der Wassereimer, an einem aufgedrehten Strick hängend,
sich in Ruhe zum Raum befindet. Die Wasseroberfläche
ist dabei vollkommen eben. Versetzt man nun den Eimer in Rotation, so
bewegt sich anfangs nur der Eimer
und das Wasser verharrt noch in Ruhe (
B ) . Hält die Rotation noch
eine Weile an, so wird der Wasserinhalt mit in Rotation
versetzt, so dass am Ende Wasser und Eimer gleich
schnell rotieren ( C
) und
sich zueinander, wie im Zustand ( A
), in relativer Ruhe befinden. Trotz relativer Ruhe zwischen Eimer und
Wasser unterscheiden sich Ausgangs- und Endzustand jedoch darin,
dass in ( A
) die Wasseroberfläche eben ist und in (
C ) konkav eingewölbt. Newton
schloss hieraus, dass sich beide Zustände,
in denen sich Wasser und Eimer in relativer Ruhe zueinander befinden,
darin unterscheiden, dass im Zustand (
A ) sich das Wasser in Ruhe zum "
absoluten Raum" befindet und die Einwölbung in
(
C ) durch
Bewegegung
gegenüber diesem erzeugt wird. Die Existenz eines solchen "
absoluten Raumes" wurde jedoch schon zur Zeit Newtons von
einigen Wissenschaftlern angezweifelt.
Im neunzehnten Jahrhundert
beschäftigte sich der Physiker und Philosoph Ernst Mach (
welcher von der Nichtexistenz eines "absoluten Raumes"
überzeugt war ) erneut mit diesem Phänomen . Hierbei
ließ er sich zu einer " verzweifelten Tat"
hinreißen und behauptete, dass, wenn sich
alle anderen Objekte des Weltalls um diesen ruhenden Wassereimer drehen
würden, sich die Wasseroberfläche wie im Zustand (
C ) einwölben würde.
Diese Annahme wurde in
der Fachliteratur als Machsches Prinzip bekannt.
Im folgenden Abschnitt soll nun der scheinbare Widerspruch
zwischen Newtons Eimerexperiment und der Nichtexistenz eines absoluten
Raumes aufgelöst werden.
Stellen Sie sich einfach einmal vor, Sie
befinden sich in
einem Raumschiff irgendwo im leeren Weltall und
bekommen von der Zentrale die Anweisung, bis
zur Festlegung ihres
endgültigen Zieles erst einmal im Kreis zu fliegen. Dann
werden Sie mit dem Kopf schütteln und
sich über
diese Anweisung wundern, da ein einzelnes Raumschiff im All
keine Kreisbewegung
ausführen kann.
Man kann zwar mit mehreren energieaufwendigen
Kursänderungen
so fliegen, dass das Raumschiff wieder zum "gleichen Punkt"
zurückkehrt, jedoch wird diese Flugbahn nie eine genaue
Kreisform annehmen, sondern in der Praxis immer nur ein Vieleck
darstellen.
Will man mit dem Raumschiff unbedingt eine (
nicht
energieaufwendige ) Kreisbahn fliegen, so wird man sich einen Planet
suchen und um diesen eine stabile Umlaufbahn einschlagen, bei welcher
Gravitation und Fliehkraft sich ausgleichen. Das
heißt also,
dass man für eine "natürliche" Kreisbewegung
sich unbedingt einen zweiten Massepunkt im Raum suchen muß.
Die Kreisbewegung ist somit prinzipiell
kein Einpunkt
-Raum/Zeit-Phänomen sondern von Natur aus ein
Zweipunkt
- Raum/Zeit- Phänomen ( oder noch genauer gesagt ein
mindestens
Zweipunkt-Phänomen).
Im folgenden stellen wir uns vor, dass
bei dieser
Gravitationsumlaufbahn nicht unbedingt die eine Masse ganz
groß und die andere ganz klein sein muß, sondern
beide Massekörper genau gleich groß sind. In diesem
Fall würden beide Massen sich umeinander bewegen. Gravitation
und Fliehkraft halten sich dabei die Waage.
Stellen wir uns im nächsten Schritt
vor,
dass zwichen den sich umeinander kreisenden Massen
eine Stange befestigt wird. In diesem Fall würde man aus dem
System zweier kreisender Massen einen rotierenden Körper
machen. Solange beide Punkte sich in einer harmonischen
Kreisbewegung befinden ( Gravitation und Fliehkraft
gleichen sich aus )
wirkt dabei keine Kraft auf die verbindende Stange. Beschleunigt man
jedoch diese Rotationsbewegung, so wirkt eine Zugkraft auf diese ein.
In diesem Fall halten die Bindungskräfte zwischen
den Atomen der Stange die Kugeln davon ab, sich voneinander
fort zu
bewegen. Die Raum/Zeit Schieflage der Gravitationsbewegung der Kugeln
wird somit durch eine entgegengesetzte Raum/Zeit
Schieflage der
Bindungselektronen in der Stange ausgeglichen, da sich diese Elektronen
entsprechend der einwirkenden Zugkraft nun auch
auf "verschobenen"
Umlaufbahnen gegenüber den Atomkernen bewegen. Es kommt
folglich zu einer sehr kleinen Dehnung der Stange,
so dass in der
Summe über alle Kräfte eine stabile Bewegung zustande
kommt.
Kehren wir nun zurück zu Newtons
Eimerversuch.
Berücksichtigt man die oben getroffenen Feststellungen, so
kann man den Wassereimer in zwei
unabhängige Rotationssysteme einteilen. Das eine stellt der
Eimer selbst dar. In diesem Rotationssystem stehen der rote und der
blaue Punkt, stellvertretend als
Zweipunktsystem, für alle
anderen Atome der Eimerwand. Gerät der Eimer selbst in
Rotation, so führt dies, entsprechend der einsetzenden
Fliehkraft , zu einer winzigen Ausdehnung der Eimerwand, welche hier
die Funktion der Verbindungsstange übernimmt.
Gerät jedoch das Rotationssystem
Wasser (gelber und grüner Punkt) in Rotation , so kann durch
die relativ schwachen Bindungskräfte zwischen den
Wassermolekülen die Fliehkraft nicht
vollständig ausgeglichen werden. Die vollständig
ausgleichende Kraft entsteht dadurch, dass sich die
Wassersäule nach außen hin auftürmt und mit
der vergrößerten Säule einen
erhöhten
Gewichtsgegendruck erzeugt.
Zusammenfassend
kann man sagen, dass der Irrtum von Isaac Newton und Ernst
Mach darin bestand, dass beide das Rotationssystem Wasser als
ein Einkörper Raum/Zeit-Phänomen auffasten.
Während Newton damit zufrieden war, da er ja die Rotation
gegenüber dem absoluten Raum zeigen wollte, suchte
Mach verzweifelt nach einem zweiten Bezugspunkt im Raum.
Dieser liegt jedoch nicht in der Ferne, sondern im Eimer selbst, da
alle Wassermoleküle eigenständige Bezugssysteme
darstellen, die umeinander kreisen.
Weiter mit Perpetuum
mobile 2. Art
Kontakadresse: newtonexperiment@email.de