A. Schmidt


                         Alles im Eimer !

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Der Artikel beschäftigt sich mit dem klassischen Experiment eines rotierenden Wassereimers, welches bereits Isaac Newton durchführte und dieses als Hinweis für die Existenz einer  Bewegung gegenüber einem absoluten Raum auslegte. Mit der folgenden Interpretation wird  gezeigt, daß dieses Phänomen  keinesfalls ein Hinweis auf einen absoluten Raum darstellt. 
 
 
 
Isaac Newton stellte sich vor, daß zu Beginn des Experimentes ( A ) der Wassereimer, an einem aufgedrehten Strick hängend, sich  in Ruhe zum Raum befindet. Die Wasseroberfläche ist dabei vollkommen eben. Versetzt man nun den Eimer in Rotation, so bewegt sich anfangs nur der Eimer und das Wasser verharrt noch in Ruhe ( B ) . Hält die Rotation noch eine Weile an, so wird der  Wasserinhalt mit in Rotation versetzt, so daß am Ende Wasser und Eimer  gleich schnell rotieren ( C ) und sich zueinander, wie im Zustand ( A ), in relativer Ruhe befinden. Trotz relativer Ruhe zwischen Eimer und Wasser unterscheiden sich Ausgangs- und Endzustand jedoch darin, daß in ( A ) die Wasseroberfläche eben ist und in ( C ) konkav eingewölbt. Newton schloß hieraus, daß sich beide Zustände, in denen sich Wasser und Eimer in relativer Ruhe zueinander befinden, darin unterscheiden, daß im Zustand ( A ) sich das Wasser in Ruhe zum " absoluten  Raum" befindet und die Einwölbung in ( C ) durch Bewegegung gegenüber diesen erzeugt wird. Die Existenz eines solchen " absoluten Raumes"  wurde jedoch schon zur Zeit Newtons von einigen Wissenschaftlern angezweifelt.
Im neunzehnten Jahrhundert beschäftigte sich der Physiker und Philosoph Ernst Mach ( welcher von der Nichtexistenz eines "absoluten Raumes" überzeugt war ) erneut mit diesem Phänomen . Hierbei ließ er sich zu einer " verzweifelten Tat"  hinreißen und behauptete, daß, wenn sich alle anderen Objekte des Weltalls um diesen ruhenden Wassereimer drehen würden, sich die Wasseroberfläche wie im Zustand ( C ) einwölben würde ( was eine durchaus gewagte Vermutung darstellt ).
Im folgenden Abschnitt soll nun der scheinbare Widerspruch zwischen dem obigen Experiment und der Nichtexistenz eines absoluten Raumes aufgelöst werden.
 
Stellen Sie sich einfach einmal vor, Sie befinden sich mit einem Raumschiff  irgendwo im freien Weltall  und bekommen von der Zentrale auf der Erde die Anweisung, bis zur Festlegung Ihres entgültigen Zieles erst einmal im Kreis zu fliegen. Dann werden Sie mit dem Kopf schütteln und sich über diesen Blödsinn wundern, da ein einzelnes Raumschiff im All keine Kreisbewegung ausführen kann. Man kann zwar mit mehreren energieaufwendigen Kursänderungen so fliegen, daß das Raumschiff wieder zum "gleichen Punkt" zurückkehrt, jedoch wird diese Flugbahn nie eine Kreisform annehmen, sondern immer nur ein Vieleck darstellen.
 
Will man mit dem Raumschiff unbedingt eine ( nicht energieaufwendige ) Kreisbahn fliegen, so wird man sich einen Planeten suchen und um diesen eine stabile Umlaufbahn einschlagen, bei welcher Gravitation und Fliehkraft sich ausgleichen. Das heißt also, daß man für eine echte Kreisbewegung sich unbedingt einen zweiten Massepunkt im Raum suchen muß. Die Kreisbewegung ist somit prinzipiell kein Einpunkt -Raum/Zeit-Phänomen sondern von Natur aus  ein  Zweipunkt - Raum/Zeit- Phänomen ( oder noch genauer gesagt ein mindestens Zweipunkt-Phänomen).
 
Im folgenden stellen wir uns vor, daß bei dieser Gravitationsumlaufbahn nicht unbedingt die eine Masse ganz groß und die andere ganz klein sein muß, sondern beide Massepunkte genau gleich groß sind. In diesem Fall würden beide Massen sich umeinander bewegen. Gravitation und Fliehkraft halten sich dabei die Waage.
 
Stellen wir uns im nächsten Schritt vor, daß zwichen den sich umeinander kreisenden Massen  eine Stange befestigt wird. In diesem Fall würde man aus dem System zweier kreisender Massen einen rotierenden Körper machen. Solange  beide Punkte sich in einer harmonischen Kreisbewegung befinden ( Gravitation und Fliehkraft gleichen sich aus ) wirkt dabei keine Kraft auf die verbindene Stange. Beschleunigt man jedoch diese Rotationsbewegung, so wirkt eine Zugkraft auf diese ein. In diesem Fall halten die  Bindungskräfte zwischen den Atomen (bzw. Molekülen) der Stange die Kugeln davon ab, sich voneinander fort zu bewegen. Die Raum/Zeit Schieflage der Gravitationsbewegung der Kugeln wird somit durch eine entgegengesetzte Raum/Zeit Schieflage der Bindungselektronen in der Stange ausgeglichen, da sich diese Elektronen entsprechend der einwirkenden Zugkraft nun auch auf "verschobenen" Umlaufbahnen gegenüber den Atomkernen bewegen. Es kommt folglich zu einer ( wenn auch sehr kleinen) Dehnung der Stange, so daß in der Summe über alle Kräfte eine stabile Bewegung zustande kommt.
 
Kehren wir nun zurück zum rotierenden Eimer. Berücksichtigt man die oben getroffenen Feststellungen, so kann  man  den Wassereimer in zwei unabhängige Rotationssysteme einteilen. Das eine stellt der Eimer selbst dar. In diesem Rotationssystem stehen der rote und der blaue Punkt, stellvertretend als Zweipunktsystem, für alle anderen Atome der Eimerwand. Gerät der Eimer selbst in Rotation, so führt dies, entsprechend der einsetzenden Fliehkraft (der einzelnen Massepunkte), zu einer winzigen Ausdehnung der Eimerwand ( welche hier die Funktion der Verbindungsstange übernimmt).
Gerät jedoch das Rotationssystem Wasser (gelber und grüner Punkt) in Rotation , so kann durch die relativ schwachen Bindungskräfte zwischen den Wassermolekülen die Fliehkraft  nicht vollständig ausgeglichen werden. Die vollständig ausgleichende Kraft entsteht dadurch, daß sich die Wassersäule nach außen hin auftürmt und mit dieser vergrößerten Säule  nach außen hin einen  erhöhten Gewichtsgegendruck erzeugt. ( In Schwerelosigkeit wäre also das Experiment so nicht durchführbar! )

Zusammenfassend kann man sagen, daß der Irrtum von Isaac Newton und Ernst Mach darin bestand, daß beide das Rotationssystem Wasser als ein Einkörper Raum/Zeit-Phänomen auffasten. Während Newton damit zufrieden war, da er ja die Rotation gegenüber einem absoluten Raum zeigen wollte,  suchte Mach verzweifelt nach einem zweiten Bezugspunkt im Raum.
Genauso, wie ein einzelnes Raumschiff im freien Raum keine Kreisbahn fliegen kann, ist es unmöglich eine Rotation als ein Einpunktsystem aufzufassen. Rotation selbst ist also von Natur aus immer ein " mindestens Zweipunkt" Raum/Zeit-Phänomen.

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Link für Interessierte: NEUES VOM ZWEITEN HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK