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100 Jahre Zwillings-Paradoxon, der ewige Prüfstein zum Verständnis der Speziellen Relativitätstheorie

von Redaktion am 1. Oktober 2011

Im April 1911 stellte Paul Langevin auf einem Kongress für Philosophie in Bologna zum ersten Mal das Zwillings-Paradoxon vor und erregte damit auch in der breiten Öffentlichkeit großes Aufsehen. Kaum eine Folgerung aus der Speziellen Relativitätstheorie wurde so ausführlich und nachhaltig diskutiert. Mit ihrer lebensnahen Demonstration, welche Konsequenzen die Aufgabe der absoluten Zeit mit sich bringt, die jeder Alltagserfahrung zuwider laufen, wurden ganze Generationen von Kritikern inspiriert. Bis heute. Pünktlich zum 100. Geburtstag des Zwillings-Paradoxons wurde von John Nicholas (Nick) Percival, einem US-amerikanischen Unternehmer, eine Petition gegen das Zwillings-Paradoxon und damit gegen die Spezielle Relativitätstheorie aufgelegt. Mit bislang 130 Unterschriften von Kritikern aus 36 Ländern.

Bereits im berühmten Werk „Zur Elektrodynamik bewegter Körper“ 1905 beschreibt Albert Einstein das unter dem Namen „Uhrenparadoxon“ bekannt gewordene Phänomen, dass eine Uhr, die von ihrem Startpunkt auf einem beliebigen Weg bewegt wieder am Ausgangspunkt ankommt, gegenüber einer am Startpunkt ruhenden Uhr nachgeht. Dass für die bewegte Uhr also weniger Zeit vergeht, als für die ruhende Uhr.

Befinden sich in A zwei synchron gehende Uhren und bewegt man die eine derselben auf einer geschlossenen Kurve mit konstanter Geschwindigkeit, bis sie wieder nach A zurückkommt, was t Sek. Dauern möge, so geht die letztere Uhr bei ihrer Ankunft gegenüber der unbewegt gebliebenen um ½ t(v/V)² Sek. nach.

— Einstein, A., Zur Elektrodynamik bewegter Körper,
Annalen der Physik, 1905, S. 904f.

Sechs Jahre später, im Vortrag „Die Relativitäts-Theorie“ in der Sitzung der Züricher Naturforschenden Gesellschaft am 16. Januar 1911, beschreibt Albert Einstein das Uhrenparadoxon erstmals auch für lebende Organismen, die als Uhren verstanden werden können.

Am drolligsten wird die Sache, wenn man sich folgendes ausgeführt denkt: man gibt dieser Uhr eine sehr grosse Geschwindigkeit (nahezu gleich c) und lässt sie in gleichförmiger Bewegung weiterfliegen und gibt ihr dann, nachdem sie eine grosse Strecke durchflogen hat, einen Impuls in entgegengesetzter Richtung, so dass sie wieder an die Ursprungsstelle, von der sie abgeschleudert worden ist, zurückkommt. Es stellt sich dann heraus, dass sich die Zeigerstellung dieser Uhr, während ihrer ganzen Reise, fast nicht geändert hat, während eine unterdessen am Orte des Abschleuderns in ruhendem Zustand verbliebene Uhr von genau gleicher Beschaffenheit ihre Zeigerstellung sehr wesentlich geändert hat. Man muss hinzufügen, dass das, was für diese Uhr gilt, welche wir als einen einfachen Repräsentanten alles physikalischen Geschehens eingeführt haben, auch gilt für ein in sich abgeschlossenes physikalisches System irgendwelcher anderer Beschaffenheit. Wenn wir z. B. einen lebenden Organismus in eine Schachtel hineinbrächten und ihn dieselbe Hin- und Herbewegung ausführen liessen wie vorher die Uhr, so könnte man es erreichen, dass dieser Organismus nach einem beliebig langen Fluge beliebig wenig geändert wieder an seinem ursprünglichen Ort zurückkehrt, während ganz entsprechend beschaffene Organismen, welche an den ursprünglichen Orten ruhend geblieben sind, bereits längst neuen Generationen Platz gemacht haben. Für den bewegten Organismus war die lange Zeit der Reise nur ein Augenblick, falls die Bewegung annähernd mit Lichtgeschwindigkeit erfolgte! Dies ist eine unabweisbare Konsequenz der von uns zugrunde gelegten Prinzipien, die die Erfahrung uns aufdrängt.

— Einstein, A., Die Relativitäts-Theorie, Vierteljahresschrift der Naturforschenden Gesellschaft Zürich, Jahrgang 56, 1911, S. 12

Der Physiker Paul Langevin in seinem Büro an der Ecole municipale de Physique et de Chimie Industrielles

Der Vater des Zwillings-Paradoxons, der Physiker Paul Langevin in seinem Büro an der Ecole municipale de Physique et de Chimie Industrielles

Allerdings blieb diese erstmalige Anwendung des Uhrenparadoxons auf lebende Organismen nahezu unbeachtet. Als der französische Physiker Paul Langevin drei Monate später im April anlässlich eines Philosophie-Kongresses in Bologna[1] das selbe Phänomen mit einem wesentlich anschaulicheren Zwillingspaar als lebende Organismen vorstellte, erregte das jedoch nicht nur in Fachkreisen enormes Aufsehen. Die breite Öffentlichkeit staunte zumeist ungläubig über dieses Zwillings-Paradoxon, das sich jeder Alltagserfahrung entzog. Kein Wunder, dass es gerade den Kritikern der Speziellen Relativitätstheorie bis heute als zentrales Argument für ihre Kritik dient. Nicht zuletzt, weil sich das Zwillings-Paradoxon jeder praktischen Prüfung lange entzogen hat, da weder eine Uhr, noch ein Zwilling mit den verfügbaren technischen Möglichkeiten eine Reise mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durchführen kann. Experimentelle Bestätigungen der Zeitdilatation (der Ursache für das Zwillings-Paradoxon) z. B. in Teilchenbeschleunigern wurden und werden als Bestätigung für das Zwillings-Paradoxon von Kritiker entweder nicht akzeptiert oder ignoriert. Doch der technische Fortschritt macht nicht halt, und so gelang es Physikern des „National Institute of Standards and Technology (NIST)“ im Jahr 2010 erstmals das Zwillings-Paradoxon im Labor direkt zu messen. Dabei verwendeten sie die neueste Generation von Atomuhren mit bislang unerreichter Messgenauigkeit[2]. Dieser beachtliche Erfolg der Experimentalphysik wird von den Kritikern ignoriert und sie wettern wie eh und je gegen das Zwillings-Paradoxon und gegen die Spezielle Relativitätstheorie.

John Nicholas (Nick) Percival - Initiator der Petition zur Klärung des Zwillings-Paradoxons

John Nicholas (Nick) Percival - Initiator der Petition zur Klärung des Zwillings-Paradoxons

Zum 100. Geburtstag des Paradoxons hat nun der studierte Physiker und US-amerikanische Unternehmer in Rente John Nicholas (Nick) Percival, Mitglied der „Natural Philosophy Alliance“, eine Petition zur Klärung des Zwillings-Paradoxons aufgelegt. Da Percival das Zwillings-Paradoxon als logisch nicht erklärbar betrachtet, ist das eigentliche Ziel der Petition das Zwillings-Paradoxon als Unsinn zu enttarnen. Bis heute haben 130 Kritiker aus 36 Ländern gezeichnet. Darunter finden sich so bekannte Namen wie Franco Selleri und Ronald Hatch. Ansonsten liest sich die Liste der Mitzeichner wie das „Who is Who“ der Cranks und Crackpots. Wenig überraschend finden sich auf der Liste etwa Hartwig Thim, Wolfgang Engelhardt, Ekkehard Friebe, Jocelyne Lopez, Karlheinz Baumgartl, Wigbert Winkler, Egbert Scheunemann, Peter Ripota, Hans Deyssenroth, Reiner Bergner und Johann Marinsek. Betrachtet man die Anzahl der Mitzeichner pro Land so ergibt sich folgendes interessantes Bild:

Petition gegen das Zwillings-Paradoxon

Petition zur Klärung des Zwillings-Paradoxons - Länderaufstellung der Mitzeichner

 
Dargestellt sind jene Länder, die drei oder mehr Mitzeichner haben. In absoluten Zahlen liegen Deutschland und die USA mit 25 bzw. 23 Mitzeichnern deutlich voran. Dass Deutschland vor den USA liegt, ist vermutlich der Lobbying-Arbeit von Jocelyne Lopez im deutschsprachigen Raum zu verdanken. Noch aufschlussreicher ist die Betrachtung der Anzahl der Mitzeichner pro 10 Millionen Einwohner eines jeden Landes. Man erhält so eine Art Crank-Index für jedes Land. Und hier sticht ein Land heraus. Österreich ist mit 7,3 Mitzeichner je 10 Million Einwohner (wenn Österreich überhaupt so viele Einwohner hätte) deutlich vor Griechenland (3,72) und Deutschland (3,04). Die USA liegen mit 0,74 Mitzeichnern je 10 Millionen Einwohner nur an achter Stelle.

Allen Kritikern des Zwillings-Paradoxons ist gemeinsam, dass sie nicht in der Lage sind, ihre Vorstellung einer absoluten Zeit abzulegen. Damit ist das Zwillings-Paradoxon der selektive Prüfstein für das Verständnis der Speziellen Relativitätstheorie. In Österreich scheinen besonders viele Menschen über diesen Prüfstein zu stolpern. Warum das so ist, kann nur spekuliert werden.

[1]  Langevin, P., L‘ Évolution de l‘ Espace et du Temps, Scientia,
Vol. 10, 1911, p. 31-54

[2]  ScienceBlogs: Einzelne Atome testen die Relativitätstheorie

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404 Kommentare | Kommentar schreiben
 
  1. #401 | Solkar | 22. August 2016, 10:26

    Peter Knöpfheinz schrieb am 23. Juni 2016, 14:30:
    Ich möchte aber keine „mathematische Auflösung“ – denn genau hier liegt „mein Problem“:

    Sehr geehrter Herr Knöpfheinz,

    was Sie „möchten“, entspricht aber leider dem Versuch, den Kreis zu quadrieren.

    Die SRT ist eine Invarianztheorie der Elektrodynamik.

    Zugegebenermaßen ohne den gesamten Thread seit Ihrem Eintritt in diesen Zeile für Zeile daraufhin untersucht zu haben, vermute ich auch stark, dass Ralf oder Philip Ihnen dies hier bereits erklärt haben.

    Weder läßt sich nun die Invarianz hier ohne Mathematik sinnvoll definieren, denn invariant im einschlägigen Sinne sind Meßgrößen (hier z.B. Eigenzeit), mathematisch formulierte Gleichungen (hier: Maxwell-Gleichungen) und dergleichen mathematisch formulierte Data, und zwar invariant unter gewissen Transformationen (hier: Lorentz-Transformationen),
    womit wir dann beim nächsten hier inhärent mathematischen Begriff wären, nämlich Transformation.

    Peter Knöpfheinz schrieb am 23. Juni 2016, 14:30:
    Mathematische Lösungen sind nicht unbedingt auf die Realität anwendbar.

    Das ist richtig, aber hier irrelevant.

    Mit freundlichen Grüßen,
    Solkar

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  2. #402 | Hartwig Thim | 28. September 2016, 02:26

    #401 | Solkar | 22. August 2016, 10:26:
    Peter Knöpfheinz hat völlig recht. Seine Aussage ist richtig: Die Mathematik der SRT ist auf die Realität nicht anwendbar. Die SRT Mathematik beinhaltet logische Fehler! Die SRT Mathematik gehört deshalb in den Mülleimer.
    Mit freundlichen Grüßen, von
    Hartwig Thim

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  3. #403 | Philip | 28. September 2016, 11:57

    Hartwig Thim schrieb am 28. September 2016, 02:26:

    #401 | Solkar | 22. August 2016, 10:26:
    Die SRT Mathematik gehört deshalb in den Mülleimer.

    Schade, dass Monsieur Poincaré nicht mehr lebt, anderenfalls könnten Sie sich mit ihm höchstpersönlich darüber auseinandersetzen. Wahlweise können Sie natürlich auch einem japanischen Waffenschmied auseinandersetzen, dass Sie sein Katana für den letzten Schrott halten.

    Mit freundlichen Grüßen, von
    Hartwig Thim

    Was ist daran freundlich?

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  4. #404 | Solkar | 4. Oktober 2016, 14:16

    Hartwig Thim schrieb am 28. September 2016, 02:26:
    Die SRT Mathematik

    besteht aus simpler linearer Algebra und den daraus folgenden Transformationsregeln für Differentiale und Differentialoperatoren; somit ist diese Aussage

    Hartwig Thim schrieb am 28. September 2016, 02:26:
    Die SRT Mathematik gehört deshalb in den Mülleimer.

    gleichbedeutend mit der Forderung, die Algebra und die Analysis abzuschaffen.

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