Zeitdilatation
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Das Phänomen der Zeitdilatation beschreibt die Beobachtung, dass ein sich schnell bewegendes, instabiles Teilchen scheinbar länger existiert als das gleiche Teilchen in Ruhe. Nach der Relativitätstheorie wird dies dadurch verursacht, dass das schnell bewegte Teilchen eine „Uhr“ hat, die langsamer tickt. Zeitdilatation wird in der kosmischen Strahlung beobachtet. Kosmische Strahlung besteht aus Teilchen wie dem μ-Meson. Das μ-Meson hat eine durchschnittliche halbwertszeit von 2,2 µs (Millionstel einer Sekunde).
Die Mesonen, die in die Erdatmosphäre eindringen, haben eine Geschwindigkeit, die sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegt. Die Mesonen werden nachgewiesen und zum Stillstand gebracht. In einer Höhe von 2 000 Metern über dem Meeresspiegel beobachtet man durchschnittlich 568 Mesonen pro Stunde. Mit einer Geschwindigkeit, die nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegt, benötigen die Mesonen etwa 6,6 µs, um das Meeresspiegelniveau zu erreichen. Die dafür benötigte Zeit von 6,6 µs entspricht dem Dreifachen der erwarteten Halbwertszeit, so dass man erwarten würde, dass durchschnittlich 1/8 (1/2 hoch dritte) der Teilchen in 2 000 Metern Höhe das Meeresspiegelniveau erreichen. Man könnte also erwarten, dort 71 Mesonen zu messen. Die gemessene Anzahl von Mesonen beträgt jedoch 412, fast das 6‑fache der erwarteten Zahl. Offensichtlich leben die Mesonen länger, wenn sie sich bewegen.
Die Erklärung der Relativitätstheorie besagt, dass die Zeit gemäß der Lorentz-Transformation korrigiert werden muss. Offensichtlich erleben die Mesonen eine kürzere Zeit als wir. Die Zeittransformation nach der Relativitätstheorie lautet:
mit t’ die Zeit, die das Meson in unserer Zeit erlebt t. Laut diesem Ansatz bewegen sich die Mesonen mit einer Geschwindigkeit von ca. 0,985 der Lichtgeschwindigkeit c. Ist das die experimentelle Bestätigung der Relativität der Zeit? Nein, es ist nur eine konsistente Argumentation im Hinblick auf die theoretischen Konsequenzen der SRT. Diese Argumentation geht davon aus, dass die Zerfallszeit des schnell bewegten Mesons dieselbe ist wie die Zerfallszeit von Mesonen, die zum Stillstand gezwungen werden.
Wir diskutieren das ether. Es gibt jetzt eine Wechselwirkung zwischen dem sich bewegenden meson, mit einer Ladung gleich der des electrons, und dem ether. Die Energie der Bewegung ist sehr hoch, so hoch, dass 1 meson fast 6 mesons werden kann, wenn die kinetische Energie zur Erzeugung neuer mesons verwendet wird.
Das Elektron kann die Schwingungsenergie, die in kinetische Energie umgewandelt wurde, beim Stoppen ausstoßen. Das Elektron zerfällt nicht, weil es äußerst stabil ist. Das Meson dagegen ist nicht stabil. Es zerfällt in Mikrosekunden.
Wenn das Meson zum Stoppen gezwungen wird, zwingt die kinetische Energie das Meson zu Schwingungen – wie das Elektron. Das Meson kann die Schwingungsenergie jedoch nicht abgeben. Die Zerfallszeit eines instabilen Teilchens hängt von der überschüssigen Energie ab, verglichen mit der stabilsten Situation. Die stabilste Situation ist Ruhe, das heißt 0 Kelvin.
Das schnell bewegende Meson ruht im ether. Die Zerfallszeit eines instabilen Teilchens wird verkleinert, wenn die überschüssige Energie, Temperatur, steigt. Die kinetische Energie wird das Teilchen zu einer Schwingung anregen, wenn es gestoppt wird. Die Lebensdauer des Mesons muss sinken, wenn es zu einer „Ruhe“ gezwungen wird.
Mit ether ist die Schlussfolgerung, dass Zeit relativ ist, wenn die Zeitdilatation von Mesonen beobachtet wird, verfrüht. Mit ether kann man nicht annehmen, dass die Lebensdauer instabiler Teilchen nach der Übertragung der kinetischen Energie des schnell bewegten Teilchens in Schwingungsenergie unverändert bleibt.
Im Gegenteil muss die Halbwertszeit abnehmen. Von einem radioaktiven Zerfall kann ausgegangen werden, dass er von der überschüssigen Energie abhängt: der thermischen Energie. Der Zerfallskonstante λ kann erwartet werden, dass sie proportional zur überschüssigen thermischen Energie ist:
λ=λo(Ed+Ek)/Ed
wobei λo die Zerfallskonstante bei 0 K ist, Ek die dem Teilchen in Form von Schwingung übertragene kinetische Energie und Ed die notwendige Zerfallsenergie.
Die Temperaturabhängigkeit des normalen radioaktiven Zerfalls wird schwer zu messen sein, weil die thermische Energie des Teilchens im Vergleich zur Zerfallenergie sehr gering ist (Ek<<Ed).
Das Meson, sehr instabil und mit extrem hoher Geschwindigkeit bewegend, wird eine Schwingungsenergie erhalten, die die Lebensdauer sicher beeinflusst. Aus dieser Sicht ist die beobachtete Zeitdilatation nicht länger die Konsequenz der Relativität der Zeit. Der Zeitunterschied, wie gewöhnlich er auch scheinen mag, ist sehr stark vergleichbar mit der verkürzten chemischen Reaktionszeit, wenn die Temperatur steigt.
Nächstes Kapitel: Das Proton und das Neutron
