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Tag #1062: Warten beim Frisör

Beim Warten beim Frisör glitt mir heute diverse höhere Literatur durch die zarten Fingerchen. U.a. der diesen Montag erschienene Spiegel. Darin war ein Bericht über das "Opera"-Projekt (was ich mir dank des gleichnamigen Browsers merken konnte ;-)), was Messergebnisse vom CERN analysiert hatte. Der Satz "Zudem nimmt die Masse eines Körpers mit seiner Geschwindigkeit zu." blieb mir ebenfalls in Erinnerung. Man liest diesen Unsinn ja immer wieder.

Den kompletten Absatz hinter "Neutrinos knacken die Lichtgeschwindigkeit." habe ich mir eben nochmal ergooglet. Er lautet: "Das würde Einsteins spezieller Relativitätstheorie widersprechen. Die auch Laien durch die Gleichung E=mc² bekannte Theorie postuliert unter anderem, dass die Lichtgeschwindigkeit von der Bewegung eines Systems unabhängig ist, es sich also um eine Naturkonstante handelt. Zudem nimmt die Masse eines Körpers mit seiner Geschwindigkeit zu. Bei Lichtgeschwindigkeit würde sie unendlich groß werden. Daher gilt sie als oberste Grenze."

Mich wundert immer wieder, dass kein Wissenschaftsredakteur über die Texte schaut. Dem Laien ist klar, dass zwischen Masse und Geschwindigkeit gerade in der Relativitätstheorie kein Zusammenhang bestehen kann, denn Masse ist dort eine alleinige Eigenschaft des Objekts, und Geschwindigkeit eine alleinige Eigenschaft des Betrachters. Auch der Physiker meint das, für den die universelle Energie-Impuls-Beziehung eigentlich E=SQRT(m²c^4+p²c²) lautet und sich somit nur in den Sonderfällen Masse m=0 (Licht) zu E=pc bzw. Impuls p=0 (Teilchen im Ruhesystem) zu E=mc² vereinfacht.

Würde man mit E=mc² auch bei bewegten Masseteilchen rechnen, hätte man gar keine skalare Masse mehr, sondern ein mathematisches Konstrukt, das physikalisch völlig unsinnig ist, da nur dessen skalarer Anteil eine physikalische Größe beschreibt. Klar, Einstein selber hatte das ursprünglich getan, hatte dann aber zu recht so seine Schwierigkeiten, z.B. Raumkrümmungen zu berechnen, da diese ja auch nur von der echten Masse abhängen -- also der, die eben nicht geschwindigkeitsabhängig ist.

Die Lichtgeschwindigkeitsgrenze hat mit Masse überhaupt nichts zu tun, sondern mit Information. Was sich nicht schneller als Licht ausbreiten kann, ist ein Kausalzusammenhang zwischen Ereignissen, also eben Information. Wenn "Neutrinos knacken die Lichtgeschwindigkeit." stimmen würde, hieße das, dass diese Teilchen keine Information transportiert hätten. Aus der Beobachtung des Messvorgangs am Detektor würde somit nicht folgen, dass das angekommene Teilchen überhaupt je losgeflogen ist. Dass Neutrinos eine solche Eigenschaft haben können, ist mir völlig neu, und ich glaube nicht dran. Ich glaube an einen Messfehler.

Aber selbst wenn sie diese Eigenschaft haben könnten, wäre das dann keine Überlichtgeschwindigkeit. Z.B. einer Zerstörung von Superpositionen verschränkter Teilchen ordnet man ja auch keine Geschwindigkeit zwischen den verschränkten Teilchen zu. (Mal abgesehen davon, dass es Superpositionen in der Quantenmechanik selber gar nicht gibt, sondern nur in einigen Deutungen ebendieser. Auch sie haben keine physikalische Existenz.) Und auch das Durchtunneln von Strecken, um ein weiteres Beispiel jenseits der Lichtgeschwindigkeit zu nennen, bemisst man nicht sinnvoll mit Geschwindigkeiten.

Fazit: Wenn es kein Messfehler ist mit den Neutrinos (wovon ich wie gesagt aber ausgehe), dann ist es ein Quanteneffekt. Aber eine echte Überlichtgeschwindigkeit -- also eine Zeitmaschine, denn dann würde sich Information rückwärts durch die Zeit bewegen --, ist es ganz bestimmt nicht. Ich bin gespannt, was die Erklärung für diese Beobachtung sein wird. Ich sehe aber nicht, dass dafür irgendein Naturgesetz "umgeschrieben werden" muss. Da phantasiert der Spiegel ungefähr so wie bei der ausgedachten geschwindigkeitsabhängigen Masse. Ein Unfug, der zu jedem Anlass erneut verbreitet wird.

9 comments

Anke said:

Hm...

Du schreibst:
"Dem Laien ist klar, dass zwischen Masse und Geschwindigkeit gerade in der Relativitätstheorie kein Zusammenhang bestehen kann (...)"

Zum Thema Masse und Geschwindigkeit empfehle ich
www.solstice.de/grundl_d_tph/exp_relat/exp_relat_02.html

Solltest Du Fachmann sein, hilft bestimmt:
www.szallies.de/RelativistischeMasse.pdf

Ansonsten Stephen Hawking lesen, der hat ja auch viel für Laien veröffentlicht.

Sorry...
:-)
12 years ago ( translate )

York replied to Anke:

Wieso "Sorry", die Links bestätigen doch, was ich schrieb: Man liest diesen Unsinn immer wieder.

Nimm nur den Text am Ende des ersten Links: "Neben einem Massenzuwachs stellt ein ruhender Beobachter bei einem sehr schnell bewegten Körper noch eine weitere 'Besonderheit' fest: Für den bewegten Körper vergeht die Zeit langsamer!".

Das ist so schlichtweg falsch, denn "stellt fest" und "stellt fest" sind hier zwei verschiedene Dinge. Wenn zwei Objekte A und B mit der Masse m sich relativ zueinander bewegen, dann stellt A eine Zeitdilatation bei B fest (und B genauso bei A). Das ist real, also ein beobachtbarer Effekt am beobachteten Objekt. Für den Zuwachs der relativistischen Masse m(v) -- das ist das mathematische Konstrukt, das ich oben meinte, was sich ergibt, wenn man mit E=mc² auch bei bewegten Masseteilchen rechnet, also E=m(v)*c² -- gilt das aber nicht. Das ist eine rein rechnerische Größe. Einen beobachtbaren Effekt am beobachteten Objekt gibt es hier nicht. Die beobachtete Masse bleibt unverändert.

Und was den zweiten Link angeht: Da wird einfach m = m(v) definiert und die skalare Masse, also die beobachtbare Eigenschaft, "Ruhemasse m0" genannt. Schon in meinem Physik-Studium vor Jahrzehnten hieß es, dass man das eigentlich nicht mehr macht, weil die beobachtbare, also die reale Masse auch bei bewegten Objekten eben ausschließlich die Ruhemasse ist. Nimmst Du die Lorentz-Transformation (mit der man in der Relativitätstheorie zwischen Bezugssystemen wechselt) plus einen Grundkurs in Differentialgeometrie, wirst Du feststellen, dass Du mit beschleunigten Bewegungen sogar eine absolute Dehnung der Zeit erhältst (das sog. "Zwillingsparadoxon"). Das ist also ein sehr realer Effekt im Gegensatz zum rein virtuellen Massenzuwachs.

Richtig spannend wird es übrigens, wenn man Kreisbewegungen betrachtet. Dazu hatte ich mich 1997 an dieser Stelle im Text "Das Zwillingsparadoxon" mal geäußert. Heute hätte ich allerdings gar nicht mehr die Zeit, mich mit solchen Dingen zu beschäftigen. Höchstens mal während der Wartezeit beim Frisör...
12 years ago ( translate )

Anke replied to :

Es geht doch um relativistische Masse, nicht Ruhemasse. Es gibt keine "reale Masse".
12 years ago ( translate )

York replied to :

Nein, es geht darum, ob die Lichtgeschwindigkeitsgrenze etwas mit Masse zu tun hat.

Dieselbe Diskussion hatte ich Mitte der 90er auch mal im Usenet verfolgt. Da sagte dann einer, dass die relativistische Masse nur für Leute interessant sei, die auch bei bewegten Objekten mit F=a*m rechnen wollen. Das gilt dann nämlich nur bei m := m(v). Masse (Raumkrümmung) ließe sich wie Zeit (Uhren) aber ja auch beobachten. Und anders als die beobachtete Zeit hängt die beobachtete Masse eben nicht von der Geschwindigkeit ab. Die Lichtgeschwindigkeitsgrenze habe daher nichts mit Masse zu tun.

Dieses Missverständnis (vor dem ich wie gesagt auch schon im Studium gewarnt wurde) ist allerdings sehr beliebt. Es wird uns noch lange erhalten bleiben. Gerade in Zeiten der durch das Internet geförderten Halbbildung.
12 years ago ( translate )

Anke replied to :

Soso...
Dann phantasieren die Wissenschaftler von CERN ja auch einen furchtbaren Unfug, wenn sie zwar auch selbst skeptisch sind, dennoch aber sagen:
“If this measurement is confirmed, it might change our view of physics, but we need to be sure that there are no other, more mundane, explanations. That will require independent measurements.”
public.web.cern.ch/press/pressreleases/Releases2011/PR19.11E.html
12 years ago ( translate )

York replied to :

Ich schrieb über den Unsinn, der im Spiegel stand. Nichts davon kam so aus der Schweiz. Die Wissenschaftler von CERN sagen nämlich das gleiche wie ich: 1. "mundane explanations" erwarten, also das Experiment hinterfragen. 2. Wenn die Messungen sich (auch durch andere) bestätigen, dann bestehende Erkenntnisse grundsätzlich hinterfragen. Das ist normales wissenschaftliches Vorgehen. (Und das Widerlegen bestehender Erkenntnisse ist auch das Ziel und -- wenn es gelingt -- ein großer Erfolg. Nur so kommt man weiter.)
12 years ago ( translate )

York replied to :

Nachtrag zum Thema Masse: Bei Google+ (dort im ersten Kommentar von Lars Jacob) bin ich auf einen Link in die Wikipedia gestoßen, wo sehr eindrücklich dargestellt wird, dass relativistische Masse kein sinnvoller physikalischer Begriff ist.

Entsprechend wird dort nicht nur in der Energie-Impuls-Beziehung (siehe in meinem Beitrag oben), sondern auch in der Geschwindigkeit-Impuls-Beziehung ausschließlich die Ruhemasse verwendet und die relativistische Masse als Begriff abgelehnt.

Was mir beim Lesen des Abschnitts über den historischen Irrtum "Relativistic mass" aber gerade wie Schuppen aus den Haaren fällt, ist die Anmerkung zu dem F=a*m aus meinem vorletzten Kommentar hier (die verfolgte Diskussion im Usenet Mitte der 90er). Was da in der Wikipedia steht, ist natürlich richtig: F ist zwar gleich d(v*m)/dt, aber ungleich a*m (obwohl dv/dt = a), weil d(v*m) nicht konstant ist bei m := m(v). Das hätte mir selber auch auffallen müssen!

Hätte ich also in dem Absatz den Konjunktiv konsequenter durchgehalten ("gelte" statt "gilt" geschrieben), wär's ganz richtig gewesen. Aber wie sagte mein Physik-Professor immer: "Kleine Fehler erhöhen die Aufmerksamkeit"... ;-)
12 years ago ( translate )

Anke replied to :

Dein Verständnis-Problem läßt sich auch nicht damit umgehen, daß Du den wissenschaftlich seit langem etablierten Begriff "relativistische Masse" nun kurzerhand als nicht sinnvoll deklarierst.
Aber Du bist auf einem relativ guten Weg, wenn Du Masse nicht einzig und alleine als Ruhemasse definierst (wie oben doch letztlich versucht), sondern die anderen physikalischen Größen bereit bist hinzuzunehmen.
Nun noch mal ein wenig Hawking lesen, dann klappts's!
:-)
12 years ago ( translate )

York replied to :

*kopfschüffel*
12 years ago ( translate )