2.) Second opinion by Phydid B of „GRT - well
proven and also incomplete?“ and reply
3.) One argument in favour of LI of GRT by
Stephen Hawking
4.) Zur didaktischen
Bedeutung der Lorentz-Interpretation
1.) Opinion
of Prof. Dr. Annette Zippelius,
Göttingen and Prof. Dr. Hans-Rainer Trebin , Stuttgart, Ombudsmen of DPG and reply
2013-11-06 last change 2016-05-06
The original text in German
Sehr geehrter Herr Brandes,
Ihr Anliegen möchten wir wie folgt beantworten:
Eine ganz einfache Argumentation anhand des klassischen Grenzfalls zeigt, dass es keinen Widerspruch zwischen den Formeln 2 und 3 zur Teilchenenergie gibt.
Es ist nicht ungewöhnlich, in verschiedenen Bezugssystemen verschiedene Energien zu erhalten. In relativ zueinander bewegten Koordinatensystemen ist die kinetische Energie verschieden. Und die Gesamtenergie ist natürlich auch verschieden, wenn man, wie im vorliegenden Fall, die potenzielle Energie ausschaltet.
Betrachten wir den klassischen Grenzfall (Formel 4). Im raumfesten Inertialsystem erhält man neben der Ruheenergie die potenzielle Energie des Gravitationsfeldes. Der Gradient davon beschreibt die Gravitationskraft, die auf das Teilchen wirkt.
Das mitbewegte Koordinatensystem ("lokales Inertialsystem") ist hingegen ein mit b beschleunigtes, und in beschleunigten Bezugssystemen treten Scheinkräfte auf. Diese Scheinkräfte kompensieren gerade die Gravitationskraft, so dass die potenzielle Energie verschwindet.
Die Beschleunigung b spielt also die entscheidende Rolle. Das ist der Fehler in Ihrer Argumentation, denn obwohl Sie am Ende der Seite 1 schreiben:
"Da die Spezielle Relativitätstheorie anwendbar ist und dort die Gesamtenergie
eines freien Teilchens nur von v und nicht von b abhängt, haben somit das frei fallende Teilchen zum Zeitpunkt t = 0 und das an derselben Stelle stets
ruhende Teilchen dieselbe Gesamtenergie {3}."
ist der Unterschied zwischen den Energien auf b zurückzuführen.
Zur Lorentz-Interpretation schreiben Sie zu Beginn des Abschnitts 5.:
Die Lorentz-Interpretation der GRT (LI der GRT) sagt dagegen: „Standarduhren laufen in
Gravitationsfeldern langsamer.“
Diese Aussage folgt unmittelbar aus der Schwarzschildmetrik (Formel 1, wenn dr, dtheta und dphi verschwinden) und ist keine neue.
Da somit der Widerspruch zwischen Formeln 2 und 3 nicht existiert, gibt es auch keinen Anlass, auf diesen bei einer Didaktiktagung hinzuweisen und auf einer Veröffentlichung in PhyDid b zu bestehen.
Das Ombudsgremium der DPG sieht daher keinerlei Diffamierung Ihrer wissenschaftlichen Arbeit.
Mit freundlichen Grüßen
Annette Zippelius
Hans-Rainer
Trebin
1.)
Acceleration
is the reason for the different formulas (2)
and (3).
Reply: It is not taken into consideration that the measurement of total
energy agrees with formula (3) in both of the cases 
and 
. In the case the measuring
result using clocks contradicts with formula (2).
2.)
The statement of LI of GRT “clocks slow down in
gravitational fields” (formula (1)) is
derivable from GRT and therefore nothing new.
Replay: It is not taken
into consideration that it is a difference to say “time is stretched” as
GRT does or “standard clocks run slower”
as LI of GRT does. Not the formula is the problem but its interpretation. Only
in the last case one has to correct the measuring results and by this gets the
same as with formula (2).
3.)
Further reply 10/1/2015:
Both ombudsmen regard 
as the
reason for the difference between formula (2) and (3). This is in contradiction with standard text books. In E.
Rebhan, Relativitätstheorie und
Kosmologie,
Spektrum 2012, page 245 one can
read: “Pairs of similar measuring instruments resting relative to each other
with one of them free falling and the other being fixed in the gravitational
field show identical length and times.”
(German text: „Paare relativ zueinander ruhender
gleichartiger Messgeräte, von denen eines frei fällt und das zweite im
Schwerefeld fixiert ist, zeigen dieselben Längen und Zeiten an.“)
Since SRT is valid in free
falling systems similar particles with zero relative velocity possess the same
total energy regardless of their acceleration b and regardless where the measurement takes place formula (3)
becomes verified. Formula (2) and (3) remain contradictious.
4.)
At 12.1.2016
Annette Zippelius and Hans-Rainer Trebin answered to 3.): “Wir sehen mit diesem
aus dem Zusammenhang gerissenen Zitat [von E. Rebhan]] die bereits
vorgetragenen Argumente nicht widerlegt und erkennen weiterhin keinen Anlass,
dass Sie diffamiert würden.“ Translated analogously: „ Our submitted arguments don’t
become falsified by this citation [of E. Rebhan] taken out of context and we
see no defamation of yours.” E. Rebhan’s considerations repeat my reply 1.) but
well formulated and easy to understand. A chance for ombudsmen being helpful
and instead, nothing than condemnation.
2.) Second
opinion by Phydid B of „GRT - well proven and also
incomplete?“ and reply
Second opinion (in German)
Sehr geehrter Herr Brandes,
wie auf der letzten Mitgliederversammlung des DPG-Fachverbandes Didaktik der
Physik 2013 in Jena beschlossen wurde, werden die Beiträge zum jährlich
erscheinenden "Tagungsband" (PhyDid B) fortan 'leicht' referiert -
nach dem
zentralen Kriterium: "Bezug zur Didaktik".
Nach der formalen Ablehnung des Beitrages durch die herangezogenen
Gutachten, teile ich Ihnen noch die Begründung der Ablehnung mit:
Die eingereichte Arbeit weist keinen Bezug zur Didaktik auf und kann daher
nicht in PhyDid B erscheinen.
Mit freundlichen Grüßen
H. Grötzebauch
(Redaktion PhyDid B)
English summary of second opinion and reply
There is
one argument only: “The submitted paper has no connection to didactics and
therefore it cannot be published in PhyDid B.” So, let a student ask: “What is
the solution of the contradictious formulas (2) and (3) in „GRT - well proven and also incomplete?“ The answer
of the instructor: “Your question is not acceptable, it has no connection to
didactics of GRT.”
3.) One argument
in favour of LI of GRT by Stephen Hawking
2014-02-25
One
argument in favour of LI of GRT comes from Stephen Hawking himself. In [1] he
states that “there are no black holes”. For a better understanding see [2] Zeeya Merali “Stephen Hawking: 'There are no black
holes'” in Nature, 24.1. 2014. This leads to two conclusions.
1.) Zeeya Merali says: “Most physicists foolhardy enough to write
a paper claiming that “there are no black holes” — at least not in the sense we
usually imagine — would probably be dismissed as cranks. But when the call to
redefine these cosmic crunchers comes from Stephen Hawking, it’s worth taking
notice.”
2.) LI of GRT agrees that there are no black holes. Black holes are a
limiting case only. In more detail, s. [3] p 306 ff and fig. 20.2: The stellar
objects in galactic centers named Black Holes are objects whose measured radius
and whose real radius
. Since measuring rods as well as clocks are changed by
gravitational fields there is a difference between measured and real radii –
see formula (20.4) of [3]. But small objects with are the domain of quantum theory. Similar to white dwarfs or
neutron stars Black Holes become degenerate objects but with different
equations of state.
[1] Hawking, S. W. Preprint at http://arxiv.org/abs/1401.5761 (2014).
[2] Zeeya Merali “Stephen Hawking: 'There are no black
holes'”, Nature, 24.1. 2014
[3] Brandes, J.; Czerniawski, J. (2010): Spezielle und
Allgemeine Relativitätstheorie für Physiker und Philosophen – Einstein- und
Lorentz-Interpretation, Paradoxien, Raum und Zeit, Experimente. Karlsbad: VRI
4.) Zur didaktischen Bedeutung der Lorentz-Interpretation
J. Brandes
10.09.2015, zuletzt geändert 03.10.2015
Zu dem obigen Vortrag „GRT - well proven and also incomplete. Further arguments“ liegen zwei Gutachten vor, die der Lorentz-Interpretation (LI) eine Bedeutung in Lehre und Unterricht absprechen. Zunächst die Argumente der beiden Gutachten.
Auszug Gutachten 1:
"Der Bezug zur Didaktik wird nur in der Einleitung hergestellt, ansonsten geht es in dem Artikel um eine reine Fachfrage: nämlich, ob das Theoriengebäude von Spezieller und Allgemeine Relativitätstheorie in sich widersprüchlich, also inkonsistent ist. Das ist eine reine Fachfrage, die in den dafür vorgesehenen wissenschaftlichen Zeitschriften beantwortet werden muss. Mindestens ein referierter Artikel in einer Fachzeitschrift, der die fachliche Richtigkeit der im Artikel getroffenen Aussage bestätigt, wäre für mich die Voraussetzung für eine didaktische Diskussion.“
Auszug Gutachten 2:
"Grundsätzlich sind fachliche Fragen ja durchaus auch Gegenstand für didaktische Diskussionen (man denke an KPK, die Physik des Fliegens oder die Quantenphysik). Aber diese Fragen sollten in eine didaktische Diskussion eingebettet sein. Diese Einbettung ist in dem vorliegenden Beitrag nicht zu erkennen.“
Die Gegenargumente zu Gutachten 1:
Die LI wird von bekannten Wissenschaftlern anerkannt. Um die LI diskussionswürdig zu machen, bedarf es deshalb keines Artikels in einer referierten Fachzeitschrift. Dazu ein Zitat des berühmten Kip S. Thorne in Gekrümmter Raum und verbogene Zeit. Einsteins Vermächtnis. München 4. Auflage 1994, Seite 457, 460:
„Ist die Raumzeit wirklich gekrümmt? Kann man sich nicht auch vorstellen, die Raumzeit sei flach, während unsere Uhren und Maßstäbe ... in Wirklichkeit gummiartig verformbar sind?“ „Die Antwort lautet: ja.“ Und später: „Doch wie verhält es sich nun wirklich? Ist die Raumzeit flach, wie es in den vorigen Abschnitten angenommen wurde, oder ist sie gekrümmt? Für mich als Physiker ist diese Frage ohne Belang ... Beide Sichtweisen ... führen zu denselben Vorhersagen und Messungen ... Die beiden Beschreibungen unterscheiden sich nur in der Frage, ob die gemessene Distanz der ‚Wirklichkeit’ entspricht, doch ist dies keine physikalische, sondern eine philosophische Frage. ... Darüber sollen sich die Philosophen Gedanken machen.“
Die Gegenargumente zu Gutachten 2:
Einige der Widersprüche in der GRT sind so einfach zu verstehen, dass sie in der Lehre und im Unterricht nicht übergangen werden können - schon gar nicht mit dem Argument, sie seien nicht didaktisch eingebettet. So folgt aus dem Zitat von Thorne unmittelbar ein leicht erkennbarer Widerspruch für die GRT. Es ist für den Physiker zwar in vielen Fällen irrelevant, welche der Interpretationen Recht hat, aber nicht immer. Das zeigt folgende Überlegung zur Energieerhaltung. Nehmen wir die Messung der Gesamtenergie eines im Gravitationsfeld ruhenden Teilchens, am besten durch Messung der Annihilationsstrahlung von Teilchen und Antiteilchen. Dies bedeutet eine Frequenzmessung und geschieht mit einer Uhr. Damit hat man den entscheidenden Unterschied in beiden Interpretationen. Nach Einstein zeigt die Uhr die gemessenen Sekunden richtig an, nach Lorentz geht die Uhr im Gravitationsfeld langsamer und man muss das Messergebnis umrechnen. Man erhält zwei verschiedene Ergebnisse für die Gesamtenergie und nur eines davon kann mit dem newtonschen Grenzfall übereinstimmen.
Für den damit hergeleiteten Widerspruch noch einmal kurz die Idee: Mit Lorentz muss ich die Messergebnisse umrechnen, mit Einstein darf ich es nicht, für Einstein ist die Messung auch das endgültige Ergebnis. Diesen Unterschied begreift jede(r) Schüler(in) und müsste bereits in Schulbüchern behandelt werden. Wie die weiteren Überlegungen zeigen – siehe „(Cosmology and) Lorentz-Interpretation (LI) of GRT“ – behält die LI Recht, sie stimmt mit dem newtonschen Grenzfall überein.
Weitere Zitate von Kip S. Thorne in Gekrümmter Raum und verbogene Zeit. Einsteins Vermächtnis. München 4. Auflage 1994, Seite 457ff:
„Zu den Anwendungsbeispielen für das Paradigma der flachen Raumzeit gehört die Berechnung der Massenänderung von Schwarzen Löchern und anderen Körpern, wenn Gravitationswellen von ihnen absorbiert werden. Dazu gehören auch die Rechnungen von Clifford Will, Thibault Damour und anderen Autoren, die gezeigt haben, wie einander umkreisende Neutronensterne Gravitationswellen erzeugen … . . „Wenn man auf dem Gebiet der Relativitätstheorie arbeitet, ist es extrem nützlich, beide Paradigmen parat zu haben“
Aus diesen beiden Zitaten sieht man erneut: GRT und Lorentz-Interpretation sind fachlich gleichwertig, es steht jedem frei, welche Variante er anwenden will. Dazu ist keine Veröffentlichung in einer Fachzeitschrift mehr notwendig. Clifford Will, Thibault Damour und andere Autoren demonstrieren es. Das Zitat „Wenn man auf dem Gebiet der Relativitätstheorie arbeitet, ist es extrem nützlich, beide Paradigmen parat zu haben“ zeigt die didaktische Bedeutung der Lorentz-Interpretation. Statt die Diskussion der Lorentz-Interpretation verhindern zu wollen, müssten die Gutachter(innen) sie fordern.
Beide Gutachten kennen das Buch von Thorne nicht und beweisen fehlende Literaturkenntnis, auch die gleichwertigen Literaturhinweise in meinem Buch haben die Gutachter(innen) nicht bemerkt. Die didaktische Bedeutung der Lorentz-Interpretation wird nicht erkannt. Deshalb wäre es für die Herausgeber angemessen, die Ablehnung meines Tagungsbeitrages nochmal zu überdenken.
5.) Rezension zu ‚Spezielle
und Allgemeine Relativitätstheorie für Physiker und Philosophen‘ von J. Brandes
und J. Czerniawski, Karlsbad
4. Auflage 2010
Dr.
habil. Ludwig Neidhart
11.10.2015
Das größtenteils von Jürgen Brandes geschriebene Buch, zu dem Jan Czerniawski ein Kapitel beisteuerte, ist eine tiefgehende und fachlich gründliche Darstellung der bislang nur von wenigen beachteten „Lorentzianischen Interpretation der Relativitätstheorie“ (LI), die der Einsteinschen StandardInterpretation (EI) dieser Theorie gegenübergestellt wird.
Es ist der neueste Stand eines „work in progress“, das seit 1994 nun schon in der 4. erweiterten Auflage erscheint. Das Buch besticht mit einer mathematisch exakten und dennoch größtenteils allgemeinverständlichen Darstellung, sowie mit physikalisch wie auch philosophisch transparenten Argumenten und einer Fülle von Ideen, einschließlich neuer Ideen, Revisionen früherer Ansätze und kritischen Betrachtungen auch im Hinblick auf Argumente innerhalb des Lorentzianischen Lagers (so wird etwa die von manchen Lorentzanhängern behaupteten Differenz zwischen der EinWegLichtgeschwindigkeit und der Durchschnitts-Lichtgeschwindigkeit auf geschlossenen Wegen auf S. 75 und 107 zurückgewiesen). Der Leser hat insgesamt den Eindruck, hier Einblick in eine sehr lebendige und innovativen Forschungs- und Denkrichtung jenseits des Mainstream zu erhalten. Daneben lernt man auch etwas durch passend ausgewählte und allgemein weniger bekannte Zitate von Einstein und anderen Forschern, die das Gesagte untermauern (vor allem Stellungnahmen zur LI in Kap. 7). Angesichts dieser vielen positiven Merkmale fällt es nicht wesentlich ins Gewicht, dass vielleicht die eine oder andere Formulierung missverständlich erscheint und einige marginalen Fehler im Text und auch in einigen Formeln zu verzeichnen sind, die aber in keinem einzigen Fall die Korrektheit der Ergebnisse und Schlussfolgerungen betreffen.
Das Bemerkenswerte und Besondere dieses Buches im Vergleich zu anderen bisher erschienenen
Lehrbüchern zum Thema Relativitätstheorie ist, dass das Thema „Relativitätstheorie“ in mehrfacher Hinsicht umfassender und differenzierter als gewöhnlich behandelt wird. So werden physikalische und philosophische Aspekte zugleich beleuchtet (Kap. 11), es wird deutlich zwischen Fakten (vgl. das Kap. 5 über experimentelle Beweise) und Interpretationen unterschieden, und während der Leser schrittweise in die Relativitätstheorie eingeführt wird, lernt er immer zugleich die beiden wichtigsten konkurrierenden Interpretationen (LI und EI) der Relativitätstheorie kennen, wobei die Autoren, obgleich sie selbst eindeutig für die LI plädieren (vgl. zusammenfassend Kap. 12), Einseitigkeiten vermeiden und auch die EI in fairer Weise so präsentieren, so dass der Leser sich selbst ein Urteil bilden kann. Schließlich wird neben der Speziellen Relativitätstheorie, auf welche sich die StandardDarstellungen der LI üblicherweise beschränken, auch die Allgemeine Relativitätstheorie und die Kosmologie mit einbezogen (Kap. 14-22), wobei die Ausweitung der LI auf die Allgemeine Relativitätstheorie und Kosmologie zum Teil eine neuere Weiterentwicklung der LI ist, an der die Autoren selbst maßgeblichen Anteil haben, basierend auf der Idee von Poincaré, die unanschauliche Raumzeitkrümmung der EI in anschaulicher Weise als Maßstabsverzerrung zu deuten.
Für die EI existieren keine absoluten (bezugssystem-unabhängigen) räumlichen und zeitlichen Längen, und es existiert weder Ruhe noch Bewegung noch Gleichzeitigkeit im absoluten Sinn. Für die LI dagegen existiert all dies, weil hier die Existenz eines bevorzugten absolut ruhenden Bezugssystems postuliert wird (auch wenn dieses System nicht durch Messungen ausfindig gemacht werden kann). Dieses für die LI kennzeichnende Postulat kommt zu den Einsteinschen Postulaten, die nicht negiert werden müssen, einfach noch ergänzend hinzu (vgl. Kap. 6.6, 13 und 20), während das Besondere der EI ist, dass sie genau dieses Postulat negiert.
Beide Interpretationen stimmen mit allen bislang gemachten Beobachtungen überein und gelten somit als experimentell gleichwertig, wie schon Sexl und Mansouri in ihrer „test theory of special relativity“ festgestellt haben (Kap. 7.4). Experimentelle Entscheidungen für die eine oder andere Theorie sind daher nicht ohne Weiteres möglich. In den Randbereichen der Theorie jedoch, vor allem in ihrer Ausdehnung auf die allgemeine Relativitätstheorie und Kosmologie kann es dennoch experimentell testbare Differenzen zwischen den Voraussagen beider Theorien geben; und so zeigt sich, dass es bei Anwendungen der allgemeinen Relativitätstheorie und Kosmologie in der Tat prinzipiell experimentell überprüfbare Unterschiede gibt (Kap. 21.2, 21.5, 24,8 und 24.11). Daneben ist es in diesem Zusammenhang von Bedeutung, dass der LI (nicht aber der EI) zufolge bei der LorentzKontraktion Kräfte auftreten, dass sich in der LI-Version anders als in der EI-Version der Allgemeinen Relativitätstheorie Energieerhaltung und die negative Newtonsche Gravitationspotential problemlos erklären lassen, und dass es Unterschiede in der Lösung der Paradoxien gibt, die in der LI oft einfach und somit überzeugend erscheinen, während basierend auf der EI manchmal verschiedene (und sich widersprechende) Lösungen angeboten werden. Allgemein bekannte und auch weniger bekannten Paradoxien und ihre Lösungen werden hier im Detail erläutert: die Paradoxien von Bell (9.3 und 24.3), Wood (10.3), Ehrenfest (10.5), Sagnac (10.7) und allgemein die Problematik kreisförmig beschleunigter Körper (Kap. 9.4 und 24.1.3) sowie das Garagen- und Deckelparadoxon (10.2. und 10.4), besonders ausführlich aber werden die verschiedenen Lösungen für das bekannteste Paradoxon dargestellt: das Uhren- oder Zwillingsparadoxon (Kap. 10.8). Von besonderem Interesse für den Dialog zwischen Naturwissenschaft und Philosophie sind die in Kap. 11 vorgelegten „philosophischen Beiträge“ zur EI und LI, wo unter anderem Aspekte der Phänomenologie der Zeit, verschiedene Interpretationen des Minkowski-Raums, das Ätherkonzept und die Deutung physikalischer Größen in der EI und LI erörtert werden. Philosophische Reflexionen sind hier nicht zuletzt auch deshalb angebracht, weil der Unterschied zwischen den beiden Interpretationen bereits für Einstein und Lorentz selbst hauptsächlich philosophisch motiviert war.
Erhellend ist auch das von Czerniawski geschriebene Kap. 8, wo zunächst aus vier plausiblen Annahmen eine allgemeine kinematische Transformationsformel hergeleitet wird. Die Linearität der Formel gehört dabei bemerkenswerterweise nicht zu den vorausgesetzten Annahmen, sondern ergibt sich aus ihnen. Je nach Festlegung gewisser Parameter geht die allgemeine Transformationsformel in die nichtrelativistische Galileitransformation oder in die relativistische Lorentztransformation über. Die Hinzunahme von zwei zusätzlichen Annahmen, nämlich Einsteins Relativitätsprinzip und das Prinzip von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, erzwingt dann die Richtigkeit der Lorentztransformation. Czerniawski verteidigt die absolute Realität relativistischer Effekte und distanziert sich von radikaleren Kritikern Einsteins, welche z.B. die Einsteinschen Postulate ablehnen. Als eigentlichen Kern der LI sieht er das Postulat nicht-invarianter, absoluter Größen und damit verbunden eines privilegierten Bezugssystems. Für dieses Postulat spricht nach Czerniawski die Erfahrung des Zeitflusses und das Korrespondenzprinzip, wonach eine neuere physikalische Theorie die alte als Spezial- oder Grenzfall enthalten sollte (dieses Prinzip sieht er verletzt, wenn man die Minkowski'schen Raumzeit als real ansieht, wie es in der EI geschieht; denn in dieser Raumzeit gibt es kein Element, das mit der absoluten Zeit der nicht-relativistischen Physik korrespondiert). Czerniawski unterscheidet schließlich einen materiellen Äther (dessen Existenz hypothetisch ist) von dem von der LK geforderten „protophysikalischen“ geometrischen Äther, der mit dem ausgezeichneten Bezugssystem identisch ist. Falls ein materieller Äther existiert, kann man das in diesem Äther ruhende Bezugssystem als das ausgezeichnete ansehen; andernfalls kann man mit Bezug auf Uhren, die man durch geeignete Korrekturen vom Einfluss der Gravitation und Bewegung befreien kann, absolute Gleichzeitigkeit bestimmen, und dann durch die Weltlinien, die orthogonal zu den Hyperebenen absoluter Gleichzeitigkeit verlaufen, ein ausgezeichnetes Bezugssystem definieren.
Insgesamt kann das Buch Wissenschaftsphilosophen und Fachphysikern, aber auch allen am modernen physikalischen Weltbild interessierten Laien sehr empfohlen werden. Auch wer dem Standpunkt der Autoren kritisch gegenübersteht, wird es mit Gewinn lesen können, weil die hier vorgelegten Fakten und Argumente sicher auch den Kritiker in vieler Hinsicht zum Denken anregen können und in jedem Fall geeignet sind, den Horizont des Lesers wesentlich zu erweitern.
(Später folgt noch eine Zusammenfassung der wichtigsten Korrekturvorschläge für das Buch)