Der Lorentzfaktor und das Äther

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Das Ether muss mit den Beobachtungen vereinbar sein. Das angenommene Ether muss die relativistischen Phänomene in abstrakter, mathematischer Weise beschreiben. Der Nachteil, die Physik nur in mathematischen Formeln zu beschreiben, besteht darin, dass die mathematische Abstraktion die Wahrnehmung der physikalischen Prozesse auf das mathematische Ergebnis reduziert. Die Ether‑Theorie bietet dagegen Möglichkeiten, neben der mathematischen Formulierung, den physikalischen Prozess zu beschreiben, durch den neue Erkenntnisse gewonnen werden.

In der Hochenergiephysik haben elementare Teilchen wie Elektronen und Protonen experimentell eine Geschwindigkeitsbegrenzung c. Die Beobachtung, dass Teilchen nicht schneller als das Licht beschleunigt werden können, wird als empirischer Beweis der speziellen Relativitätstheorie (SRT) angesehen. Diese Schlussfolgerung ist jedoch verfrüht, wenn es das Ether gibt. Mit Ether ist die Lichtgeschwindigkeit die Folge der träge‑eigenschaften des Ether. Wenn die Anpassungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Veränderungen im Ether auf cbeschränkt ist, ist es nicht schwer zu verstehen, dass elektromagnetische Teilchen nicht über die elektromagnetische Geschwindigkeit c hinaus beschleunigt werden können, wenn c.

Abbildung 9.  Die Ladungsteilung im ether zwischen Kondensatorplatten.

Die dielektrische Bewegung und das elektrische Feld im ether sind schematisch in  Abbildung 9dargestellt. Die überlappenden Teile der Kreise stellen nur bildlich die dielektrische Bewegung in den Punkt‑Volumina zwischen den positiven und negativen Platten eines Kondensators dar. Die Ladungen der Platten kompensieren die Ladungsverschiebung in den Punkt‑Volumina; der ether befindet sich im Gleichgewicht.

Ein ungeladenes Teilchen wird, wenn es in ein elektrisches Feld gebracht wird, keiner Kraft unterliegen. Wenn jedoch ein geladenes Teilchen das Feld zwischen den Platten betritt, interagieren das elektrische Feld des Teilchens und das des Kondensators. Das resultierende elektrische Feld ist die Vektorsumme beider Felder, wie die Wissenschaft beschreibt. Wir gehen davon aus, dass ein geladenes Teilchen +Q  das Feld im Kondensator betritt. Die Kraft in einem elektrischen Feld auf ein geladenes Teilchen wird durch das Ether selbst vermittelt. Die geladenen Platten ziehen und drücken das Teilchen mittels des Ethers als Medium.

Der polarisierte Äther um ein geladenes Teilchen, das induzierte elektrische Feld im Äther seiner eigenen Ladung, ist symmetrisch um das Teilchen. Der polarisierte Äther um die einzelne Ladung +Q ist symmetrisch und induziert daher keine resultierende Kraft auf das Teilchen. Wenn dieses geladene Teilchen jedoch in ein externes elektrisches Feld gesetzt wird, geht diese Symmetrie verloren. Die Kraft auf das Teilchen +Q ist nicht mehr in alle Richtungen gleich. Die resultierende Kraft ist proportional zum resultierenden Feld; die Vektorsumme beider Felder.

F=Q.E

Die dielektrische Verschiebung um die Ladung  Q  kombiniert mit dem äußeren elektrischen Feld im Äther zwischen den Kondensatorplatten führt zu einem asymmetrischen elektrischen Feld um  Q.  Die resultierende Kraft  F  ist proportional und in Richtung des äußeren Feldes  E.

Abbildung 10.   Die Kraft auf ein geladenes Teilchen +Q in einem elektrischen Feld und ether.

Die Kraft F wird zu einer Beschleunigung des Teilchens Q in Richtung von E.

Die Geschwindigkeit v von Q, kombiniert mit den träge Eigenschaften eines Vakuums, gegeben  c, wird dafür verantwortlich sein, dass nicht das gesamte Äther um Q  nicht rechtzeitig an die veränderten Bedingungen anpassen kann. Der Effekt dieser trägen Qualität des Vakuums wird dargestellt in Abbildung 11 ein. Teilchen  Q  ist dargestellt als Abbildung 11   ein schwarzer Punkt. Während des kurzen Zeitintervalls dt   bewegt das Teilchen Q  eine Strecke vdt. Das Feld um Q, dargestellt als eine Kugel mit dem Radius cdt, wird sich an die Positionsänderung von Q  in dt Sekunden anpassen. Die Fähigkeit des Äthers, sich in dt  Sekunden anzupassen, ist auf den Raum um Q  mit einem Radius von cdtbeschränkt. Aufgrund des deterministischen Gesetzes, dass die Reaktion erst nach der Handlung stattfinden kann, kann das Äther sich an die veränderten Umstände erst nach Q  hat sich vdt  verschoben haben. Die träge Eigenschaft des Äthers ist somit dafür verantwortlich, dass die Anpassung des Äthers an die neue Situation, in der Q  vdt Meter bewegt wurde, erst nach der Positionsänderung von Q.

Abbildung 11.   Der Rückgang der elektrostatischen Kraft im Vakuum verursachte Bewegung.

In den nächsten dt   Sekunden kann das Ether sich anpassen. Die Anpassung des Ether wird immer der ursprünglichen Veränderung hinterherhinken. Nach Q  hat sich vdt  Meter bewegt, kann das Ether mit Geschwindigkeit c angepasst werden. Das Ether zwischen der ursprünglichen Position von Q  ausbreiten und  vdt  kann nicht rechtzeitig angepasst werden, weil  Q  bereits vergangen ist. Nur das Ether um die ursprüngliche Position von  Q, zwischen  vdt  ausbreiten und  cdt, wird rechtzeitig angepasst, um zur Kraft beizutragen, die  Q  im nächsten  dt   Sekunden beschleunigt.

Die resultierende Kraft auf Q wird daher als Bruchteil des polarisierten Äthers realisiert. Der Radius des Kreises bei vdt , der die Beschleunigungskraft auf Qüberträgt, mit Geschwindigkeit v, ist ein Faktor  des ursprünglichen Kreises (R=cdt). Dies ist der Lorentz‑Faktor, der im Kapitel „The Photon“ weiter behandelt wird.

Die Kraft auf das Teilchen im ether wird jedoch nicht als Linie, sondern als die Oberfläche des ether realisiert, die noch zur Kraft beiträgt. Die Oberfläche des ether, die noch mit dem sich bewegenden Teilchen interagieren kann, ist ein Faktor der kleiner ist als die Oberfläche, die die Kraft beitrug, als die Geschwindigkeit des Teilchens null war; das Profil der Kugel cdt bei vdt.

Die beschriebene Situation, in der Teilchen  Q  nur beschleunigt wird, die Kraft   ,  ist vergleichbar mit jemandem, der einen Kinderwagen schiebt. Am Anfang, wenn der Kinderwagen noch keine Geschwindigkeit hat, können wir unsere gesamte Energie in die Beschleunigung des Kinderwagens stecken. Wenn wir dem Kinderwagen so schnell wie möglich hinterherlaufen, können wir nicht mehr beschleunigen, trotz unseres Einsatzes. Wenn der Kinderwagen so schnell läuft, wie wir schieben können, geht die gesamte produzierte Energie verloren. Wir können den Kinderwagen nicht schneller beschleunigen, als wir laufen können. Das Gleiche gilt für die Energie und Kraft um  Q. Das elektrische Feld um  Q  kann  Q  nicht schneller schieben, als es selbst übertragen kann.

Die Kugel um  Q  in  Abbildung 11  stellt das elektrische Feld dar, das  Q  mit Radius  cdt umgibt. Die hellgrauen Bereiche zeigen den Kegel des polarisierten Äthers, der  Q  umgibt und noch in der Lage ist, sich zeitlich an die Bewegung von  Q  anzupassen und daher weiterhin eine Kraft auf  Q  auszuüben und das Teilchen weiter zu beschleunigen. Der dunkelgraue Bereich stellt die Oberfläche dar, durch die das Feld die Kraft von den Kondensatorplatten zu  +Q transportiert. Das Teilchen wird daher nur mit einem Faktor    der ursprünglichen Kraft beschleunigt. Jetzt wird deutlich, dass in Äther ein geladenes Teilchen wie Elektron oder Proton nicht über die Lichtgeschwindigkeit hinaus beschleunigt werden kann. Wenn  v=c  ist, ist das elektrische Feld nicht mehr in der Lage, eine Kraft zu induzieren, um  Q zu beschleunigen. Der Lorentz‑Faktor wird null und damit wird die Kraft  F  ebenfalls null. Die Wechselwirkung zwischen dem elektrischen Feld des Teilchens und dem elektrischen Feld des Kondensators erzeugt keine beschleunigende Kraft mehr.

Zusammenfassung des Vorhergehenden; die Kraft in einem elektrischen Feld auf ein ruhendes Teilchen mit Ladung Q ist:

F=QE

Wenn sich das Teilchen in Richtung der Kraft F mit Geschwindigkeit v bewegt, bleibt die beschleunigende Kraft:

Teilchen Q hat nicht nur eine Ladung, sondern auch eine gewisse Masse M. Die Beschleunigung, die Zunahme der Geschwindigkeit pro Sekunde, ist proportional zur Masse. Je größer die Masse, desto kleiner ist die Beschleunigung bei gegebener Kraft. Ein kleiner Stein wird bei derselben Katapultbeschleunigung eine viel höhere Geschwindigkeit erreichen als ein großer Stein mit demselben Katapult. In Formel:

F=Ma

Mit  M  der Masse und  a  der Beschleunigung in Richtung der Kraft. Die resultierende Kraft  Fk  des elektrischen Feldes  E  auf das Teilchen  Q mit Masse Mqv  ergibt die Gleichung für die Beschleunigung:

Wenn die Geschwindigkeit des Teilchens Q  ist v, und v  sich c  annähert, kann man in der obigen Formel sehen, dass die Kraft, die Q  beschleunigt, null wird. In einem elektrischen Feld im ether kann ein geladenes Teilchen niemals auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Die Verzögerung des ether, formuliert als Lorentzfactor, ist verantwortlich für den Kraftverlust im Vergleich zu einer Situation, in der v=0. So ist die experimentelle Grenze c  im ether, Vakuum, nicht durch die Relativität von Zeit und Raum bestimmt, sondern schlicht die Verzögerung des Vakuums, sich an elektrostatische Änderungen anzupassen. Beim ether liegt der Grund, warum ein geladenes Teilchen nicht über c  beschleunigt werden kann, darin, dass alle elektrostatische Energie/Kraft verloren geht, weil das ether nicht in der Lage ist, eine elektrostatische Kraft/Energie auf ein Teilchen zu übertragen, das sich mit der Geschwindigkeit c bewegt.

Die von einer Kraft beigetragene Energie ist die Kraft F  multipliziert über die Strecke S  , wobei die Kraft wirkt: W=FS. Wenn  v  klein ist (v<<c) wird das Äther‑Feld zur Teilchen‑ Q ‑Energie  W   beitragen, das Teilchen beschleunigt und die Geschwindigkeit erhöht. Ist jedoch die Geschwindigkeit  v  nicht sehr klein im Vergleich zu  c , geht ein Teil der Energie  W=FS    „verloren“. „Verloren“ bedeutet hier nicht, dass diese Energie verschwunden ist.

Die ursprüngliche Kraft  F  muss in eine Kraft aufgeteilt werden, die weiterhin zur Beschleunigung des Teilchens beiträgt, und einen Teil, der „verloren“ ist. „Verloren“ bedeutet hier, dass die Energie nicht zur Geschwindigkeit des Teilchens beiträgt.

F=Fk+Fv

Fk ist die Kraft, die noch beschleunigt Q  ausbreiten und  Fv ist die „verlorene“ Kraft. ds kann auch in einen „verlorenen“ Teil aufgeteilt werden Fvds und einen Teil Fkds der zum Teilchen übertragen wird Q und immer noch zur Geschwindigkeitszunahme beiträgt:

Fds=Fkds+Fvds

Die „verlorene“ Energie ist:

Wenn die Geschwindigkeit  v  zunimmt, erhöht sich die „verlorene“ Energie des elektrischen Feldes. Die Anpassung des elektrischen Feldes an die neue Situation ist zu langsam. Ladung  Q  hat sich bereits weiterbewegt. In  Abbildung 12  repräsentiert der dunkle Teil der Kugel das Ether, das zu spät zur Beschleunigung beiträgt. Er zeigt die Energie, die „verloren“ geht, weil sie dem  Qnicht zugeschrieben wird. Diese „verlorene“ Energie äußert sich als Strahlung. Das verzögerte elektrische Feld wird das Ether hinter  Q  anregen und das Ether wird diese verzögerte Energie in Form von elektromagnetischen Wellen freisetzen.

Abbildung 12.  Der Energieverlust während der Beschleunigung in einem elektrischen Feld.

Wenn  Q  geradlinig bewegt wird, kann die „verlorene“ Energie  Q  einholen, weil elektromagnetische Wellen mit der Lichtgeschwindigkeit  c  ausbreiten und  Q  diese Geschwindigkeit niemals erreichen kann. So holt die „verlorene“ Energie  Q ein. Teilchen  Q  kann die Strahlung absorbieren und gerät in einen Zustand elektromagnetischer Vibration. Diese absorbierte elektromagnetische Energie gibt das elektrische Feld ab, beschleunigt  Q  jedoch nicht mehr; die „verlorene“ elektrostatische Energie wird von elektrostatischer zu elektromagnetischer Energie umgewandelt. Teilchen  Q  ist in der Lage, Strahlung zu absorbieren und auch zu emittieren. Wenn die Erregungsstufe von  Q  ein bestimmtes Niveau erreicht, kann man erwarten, dass  Q  diese Energie in Form einer elektromagnetischen Welle abgibt. Diese Eigenschaft wird zur Erzeugung von Synchrotron‑Strahlung genutzt.

Die „verlorene“ Energie des Feldes besitzt einen eigenen Impuls. Wenn  Q  die elektromagnetische Strahlung absorbiert, ist der Impuls der Strahlung in der Schwingung von  Q vorhanden. Wenn der Weg des Teilchens  Q gebogen wird, kann die elektromagnetische Vibrationsenergie von  Q  ausgestrahlt werden. In der Physik ist die bei Beschleunigung ausgesandte Strahlung unter dem Namen „synchrotron radiation“ bekannt und wird in der Theorie noch nicht berücksichtigt.

Die dargestellte Wahrnehmung des ether ist noch mit Beobachtungen vereinbar. Wir haben gezeigt, dass im ether die Kraft eines elektrischen Feldes auf eine Ladung abnimmt, wenn die Geschwindigkeit steigt. Um die Beschleunigung des Teilchens Q mit Masse Mqv zu bestimmen, muss die Äquivalenz von Masse und Energie nach Einstein berücksichtigt werden. Die Masse Mq eines ruhenden Teilchens erhöht sich auf Mqv , wenn die Geschwindigkeit v:

Später werden wir demonstrieren (chapter The Photon), dass mit ether die Masse entsprechend der obigen Formel zunimmt. In der heutigen Sichtweise der Wissenschaft trägt die gesamte Energie, die das elektrische Feld abgibt, zur kinetischen Energie des Teilchens bei. Mit ether ist das nicht der Fall. Fv  stellt nur Beschleunigung her, während Fk  verloren geht.

Nächstes Kapitel:  Das ether wieder