Geschwindigkeit der Kraft

Kraft- und Feldgeschwindigkeit

1. Kraftgeschwindigkeit
Vergleichen wir z.B. zwei Tennisspieler beim Aufschlag. Nun, wir haben damals in Wimbleton die Kraft am Schläger beim Aufschlag von Boris gemessen. Aha, ja, beim Aufschlag erreicht Boris eine Kraft von 50N am Schläger. Die Anfangsgeschwindigkeit des Balles haben wir auch gemessen = 100kmh. Nun bitten wir jetzt einen der Klitschko-Brüder, der hobbymäßig auch Tennis spielt und weit aus mehr Kraft in den Händen als Boris hat, zuzuschlagen. Wir messen eine Kraft am Schläger von sage und schreibe 100N. Jetzt messen wir entsprechend auch die Anfangsgeschwindigkeit des Balles. Na, so was, nur 80kmh! Das kann doch nicht stimmen! Doppelt große Kraft, gleicher Ball, da müsste auch größere Beschleunigung herauskommen, würde ein Hobbyphysiker meinen und gleich etwas mit der Massenzunahme nach der SRT verkünden. Wie wäre es, wenn wir einen Tennisschläger an eine Lok, die eine Kraft von 500kN vorweist, befestigen und den Ball schlagen? Wird der Ball eine größere Anfangsgeschwindigkeit erreichen? Wohl kaum, und jeder Tennisspieler würde darüber lachen. Haben wir etwas übersehen? Schon, meinen Sie: Die Geschwindigkeit der Kraft und welcher Impuls tatsächlich auf den Ball übertragen wurde. Die Kraft ist schon als m.kg/s² definiert und man könnte meinen, eine Geschwindigkeit sei schon enthalten. Enthalten ist sie in der Wirklichkeit schon und genauer, in der Beschleunigung. Wenn wir von Beschleunigung reden, können wir nur die erfahrene Beschleunigung des Balles in Betracht ziehen. Oder, nur aus der Geschwindigkeit des Balles können wir die wirklich übertragene Kraft zurückrechnen, aber nicht welche Kraft im Schläger steckte.
Betrachten wir jetzt einen Ball, der bereits in Richtung gegnerisches Spielfeld mit einer Geschwindigkeit von 80kmh fliegt und Boris versucht jetzt mit einem zusätzlichen gleichgerichteten Schlag ihn noch mehr zu beschleunigen. Praktisch wird er den Ball nicht mal erwischen, theoretisch, wenn wir den Ball und Schläger als absolut hart betrachten, wird er es von 80 auf nur 100kmh schaffen, obwohl er vorhin mit der gleichen Kraft von 0 auf 100kmh beschleunigen konnte. Leicht zu erklären, wenn wir die Geschwindigkeit des Schlägers, nämlich 105kmh, gemessen hätten. Bitte nicht mit Leistung verwechseln, hier geht es nur um den Übertragungsmechanismus der Kräfte. Daraus folgt, dass bei einer geringeren Geschwindigkeitsdifferenz nur ein Anteil der angebotenen Kraft übertragen werden kann. Diese Beziehungen zwischen materiellen Körper und bei direktem Kontakt werden in der Physik mit Hilfe der Impulsübertragung berechnet. Hier wird aber oft übersehen, dass ein starrer Körper mit der Geschwindigkeit v niemals einem anderen starren Körper direkt, d.h. ohne Zuhilfenahme der Hebelwirkung, eine höhere als v Geschwindigkeit übermitteln kann.

2. Feldgeschwindigkeit
Nachdem wir das Beispiel mit dem Tennisball überdacht haben, können wir uns leicht auch den Fall bei den Teilchenbeschleunigern erklären. Ein elektromagnetisches Feld kann Wellen nur mit max. c übertragen. Analog kann man daraus schließen, die Kraft des Feldes kann auch „nur“ eine Geschwindigkeit von c aufweisen. Denken wir jetzt an die Lok, dann werden gleich sehen, dass, egal wie stark ein EM-Feld auch sein kann, es nie ein Teilchen über c beschleunigen kann. Denken wir auch an das Postulat, das schon 1860 Weber formulierte, nämlich: c ist die relative Geschwindigkeit, bei der jegliche Wechselwirkung verschwindet. Es nützt also nichts, immer stärkere E-Felder für die Beschleunigung und M-Felder für die Ablenkung in einem Beschleuniger zu erzeugen, niemals werden sie Teilchen bis c beschleunigen, bzw. lenken können. Und das ganze, wie Sie selbst beurteilen können, ohne die akausale und völlig unbegründete Annahme einer relativistischen Massenveränderung. Offensichtlich haben manche „Physiker“ die Newtons Gesetze der Mechanik nicht verstanden und verwechseln angebotene mit tatsächlich übertragener Kraft und das auch noch bei unendlicher Kraftgeschwindigkeit. Was schreibt Newton genau: „Die Bewegungsänderung ist der eingeprägten Bewegungskraft proportional und geschieht in Richtung der geraden Linie, in der jene Kraft eingeprägt wird“ - aus Principia in Übersetzung von Ed Dellian. Unter „eingeprägte Bewegungskraft“ ist eindeutig die bereits übertragene Kraft zu verstehen. Sollten wir ein Verhältnis zwischen angebotener (angelegter) Kraft und tatsächlich übertragener Kraft ausdrücken, dann ist ein geschwindigkeitsdifferenzabhängigen Faktor einzubeziehen. Newton behandelt nur die bereits im beschleunigten Körper übertragene Kraft und nicht die angebotene, wie auch nicht den Übertragungsmechanismus.
Das besondere bei EM- und Gravitationsfelder (Kraftfelder) ist, dass eine Kraft zu einem Probekörper erst dann aufgebaut wird, wenn der Probekörper in Erscheinung trifft. Die Geschwindigkeit der Kraft ist jedoch, wie wir gesehen haben, nicht unendlich, sondern gleich c. Auch eine Wellenausbreitungsgeschwindigkeit ist nichts andere, als eine Kraftübertragungsgeschwindigkeit. Nun, wenn wir diese ursprüngliche Eigenschaft des Feldes, auch ohne das Vorhandensein von Probekörpern und Wellen, beschreiben wollen, müssen wir einen Begriff wählen. Ich habe mich für „Feldgeschwindigkeit“ entschieden und hoffe, mir ist hier einigermaßen gelungen, diesen Begriff zu erläutern. Die Wellen-, wie auch die Feldkraftausbreitungsgeschwindigkeiten sind nur sekundäre Erscheinungen. Das gleiche gilt auch für die Lichtgeschwindigkeit. Die Feldgeschwindigkeit ist isotrop, d.h. sie ist in allen Richtungen gleich, bzw. sie hat keine bevorzugte Richtung. Man kann sie mit der Schallgeschwindigkeit in der Luft vergleichen. Dort wissen wir, dass der Schall sich mit ca. 340m/s ausbreitet. In anderen Medien hat aber der Schall eine andere Ausbreitungsgeschwindigkeit. Die Schalgeschwindigkeit ist also abhängig von der primären Eigenschaft des Mediums. Oder, wenn wir „Schallgeschwindigkeit in Luft“ sagen, meinen wir nicht eine Schall-, sondern eine Lufteigenschaft. Feldgeschwindigkeit ist nichts andere, als eine Abkürzung und Zusammenfassung der Begriffe: EM-Wellen (Störungs) Ausbreitungsgeschwindigkeit in EM-Feld; Lichtausbreitungsgeschwindigkeit in Gravitationsfeld; Feldkraftausbreitung in Kraftfeld.

3. Relativistische Massen-, oder doch Kräfteveränderung?
Bewegt sich also ein Probekörper relativ zur felderzeigenden Masse nicht, wirkt dann die Feldkraft anfangs voll in Richtung felderzeugende Masse und kann den Probekörper bis auf max. c beschleunigen, oder F(v) = F₀. Hier ist nicht zu vergessen, dass es sich immer um ein Paar gleichgroße Kräfte handelt - von Körper A zum Körper B, wie auch vom B zum A (Newton). Bewegt sich jedoch der Probekörper und wir wissen, dass die Kraft sich mit max. c aufbauen kann, läuft die Kraft dann immer ein Stück hinter dem Probekörper (sie verspätet sich) und kann sich nicht voll auswirken, oder F(v) = F₀ * sqrt (1-v²/c²). Die Wechselwirkung ist immer mit der relativen Geschwindigkeit eng verbunden, oder die Kraftübertragung ist proportional der Geschwindigkeitsdifferenz. Bewegt sich also der Probekörper mit c rel. zu der felderzeugenden Masse, ist F(v) = 0, oder salopp ausgedrückt, die Feldkräfte können den (die) Körper nie erwischen. Wie Sie sehen, haben wir den Lorentz-Faktor auch ohne Äther, ohne Zeitdilatation, ohne Massenveränderung und ähnliche Märchen weitaus besser als Einstein erklärt und ihm einen Sinn gegeben. Bereits 1908 hat Ritz diese Abhängigkeit bei der Erklärung der Kaufmannsversuche erkannt und das Phänomen „verlangsamte Potentiale“ genannt. Ritz: „Es wird auch notwendig sein, die Prinzipien der Kinematik zu verändern und die Regel des Geschwindigkeit-Parallelogrammes, als eine erste Annäherung, gültig nur für kleine Geschwindigkeiten, zu betrachten“ und „Es ist die Kraft und nicht die Masse, die sich verändert“. Ich würde ähnlich formulieren:
Es ist die Wirkung der Kräfte und nicht die Masse, die sich bei relativen Bewegungen verändert.
Mit diesem Postulat, genauer Feststellung, werden ausnahmslos alle uns bekannten physikalischen Phänomene, die auf zueinander bewegten Körpern und Kraftfeldern beruhen, zwanglos erklärt. Das kinematische Kräfte- und Geschwindigkeitsparallelogramm, besonders bei hohen relativen Geschwindigkeiten, müsste dynamisch, unter Berücksichtigung der sich veränderten Wechselwirkung der Kräfte, betrachtet werden. Dies gilt für elektromagnetische und gravitative Wechselwirkungen.
Das Gleiche gilt auch für Körper, die nicht radial, sondern auch tangential sich zueinander bewegen.
Genauer ist auf der Zeichnung zu sehen. Durch die gekrümmten Kraftlinien wirkt sich die Kraft so aus, als ob die zwei Körper weiter voneinander entfernt wären. Durch die exponentielle Kraftverteilung in Kraftfeldern wirkt diese „größere“ Distanz entsprechend kraftmindernd. Eine Vorstellungshilfe wäre: Je weiter eine Kraft laufen muss, um einen Körper zu erreichen und an ihm eine Wirkung auszuüben, desto schwächer wird sie.
Die Feldkraftpfeile (blau) in der Zeichnung sind nicht mit Vektoren der Kraftstärke oder der Kraftgeschwindigkeit zu verwechseln. Sie zeigen lediglich den Richtungsverlauf einer Kraftlinie und entsprechen in ihrem Wert den Wirkungsabstand, d.h. je länger, desto weiter entfernt erscheint der Körper, was einer schwächeren Kraftwechselwirkung entspricht.

1) - Zwei zueinander unbewegte Körper. Der wirkliche Abstand a (rot) zwischen den Körpern entspricht auch dem Wirkungsabstand (Potentialdifferenz) - Pfeile in blau.
2) - Relative Geschwindigkeit von 0,2c. Gezeichnet sind ein Paar Kraftlinien, die zur Zeit als Körper B sich in Pos. 1 befand, gestartet sind. Der Wirkungsabstand (blau) ist größer als der wirkliche a (rot). Die zwei Kräftelinien sind ziemlich symmetrisch. Bei Kreisbewegungen (z.B. die Planeten um die Sonne) wären die Kräftelinien absolut symmetrisch.
3) Wie bisher aber bei einer v von 0,9c. Der Wirkungsabstand (blau) ist schon wesentlich gewachsen im Vergleich zum wirklichen a (rot). Bei einer relativen Geschwindigkeit von c erscheint der Abstand unendlich groß, entsprechend ist die Wechselwirkung unendlich klein, bzw. = 0. Bei zwei Körpern, die sich radial mit c nähern (zentral aufeinander fliegen) werden die Kräfte die Körper schon erreichen, da aber die Geschwindigkeitsvektoren der Kräfte gleich der Geschwindigkeit der Körper sind, wird keine Kraftübertragung stattfinden. Bei abstoßenden Kräften wäre auch eine Halbierung der Wirkung bei v rel. = c denkbar, dann gelte F(v) = ½ F₀ + ½ F₀*sqrt (1-v²/c²)

An dieser Stelle wollte ich einen Versuch mit bewegten Magneten vorführen und die entsprechenden gekrümmten Feldlinien aufzeichnen. Hat sich erübrigt, da solche durch die relative Bewegung gekrümmten Kraftlinien in der heutigen Physik durchaus bekannt und unumstritten sind. Wenn man auch die symmetrischen Kräftelinien zwischen beiden Körpern betrachtet, ist leicht auch jede Behauptung, dass, durch die verzögerte (= c) Gravitationswirkung, die Planeten dem Sonnensystem entfliehen würden, bzw. ein Drehmoment entstünde, entkräftet. Die sich „nur“ mit c ausbreitende Gravitation wirkt sich auf bewegten Körper schwächer aus und das nach dem Lorentz-Faktor - s. oben. Dass die Planeten nicht entfliehen werden, ist eine Erfahrungssache, was nicht stimmt, sind die Formeln der Gravitationswirkung, die eine Ergänzung benötigen.
Um die Feldkraftübertragungsmechanismus bei zueinander bewegten Körpern zu erklären, ist folgendes Postulat hilfreich: Die Feldkräfte jedes Körpers folgen die Feldlinien (auch als Feldintensitätsmaximum) des fremden Körpers.

4. Der Polaritätswechsel bei c
Was geschieht, wenn zwei Körper eine relative Geschwindigkeit über c zu einander aufweisen? Oder, wenn ein Probekörper mit Überlichtgeschwindigkeit sich in einem Kraftfeld bewegt?
Betrachten wir zwei Boxer, die gleichzeitig mit voller Wucht aufeinander schlagen und treffen. Beide Boxer werden auseinander gestoßen. Nun, werden aber beide nicht treffen, da der Gegner ausweichen konnte, fliegen sich beide in die Arme (werden angezogen). Denken wir jetzt auch an zwei Ringer, die mit voller Kraft den Gegner zu sich ziehen wollen. So lange sie den anderen fest in Griff haben, werden sich die beiden Körper anziehen. Was passiert aber in dem Moment, als beide Ringer dem Griff des Gegners ausgleiten? Alltägliche Erfahrung, über die wir uns kaum Gedanken machen. Bedenken wir aber, dass sich dahinter die Impuls- und Energieerhaltung verbirgt, können wir auch Parallelen zu dem Fall ziehen, als ein der Wechselwirkung unterliegender Körper mit Überlichtgeschwindigkeit in ein Kraftfeld eintritt. Die aufgebauten Feldkräfte können den anderen Körper nicht erreichen, er wird sich sogar weiter von der Kraft entfernen. Diese Kraft kann nicht ins Nirgendwo verschwinden, sie wird zurück zum erzeugenden Körper kehren und ihm einen umgekehrten Impuls übertragen. So werden beide Körper, die bei einer relativen Geschwindigkeit unter c sich z.B. anziehen, bei einer über c - abstoßen.
Fassen wir diese Erkenntnisse zusammen: Eine Wechselwirkung zwischen zwei Kraftfelder ist proportional der relativen Geschwindigkeit, die sich von c unterscheidet und je nach Wert, kleiner oder größer als c, eine entgegengesetzte Wirkung hervorruft. Wir können uns c als die Null vorstellen und die maximal möglichen Relativgeschwindigkeiten mit -1 und +1 angeben. So kommen wir unvorhergesehen auf die 2c von Weber. Das eine 1, d.h. unbewegt zu einander, ist klar, nur die andere Richtung, d.h. max. 2c scheint mir vorläufig als unbegründet.

Die vorgetragenen Ausführungen über das Wesen der Wechselwirkung in Abhängigkeit von der relativen Geschwindigkeit sind eher als einen bildhaften Versuch einer physikalischen Erklärung zu verstehen. Der Mechanismus kann in der Wirklichkeit viel komplizierter, aber auch viel einfacher sein. Solange wir keine Ahnung vom Wesen der Kraftfelder haben, werden alle Begründungen nur Spekulationen bleiben. Wichtiger ist, die hier geforderten Postulaten ernst zu nehmen und nach den Beweisen zu suchen. Nachfolgend ist ein Experiment vorgeschlagen, das uns meilenweit bringen kann.

5. Der schlaue Teilchenbeschleuniger
Aus den gewonnenen Erkenntnissen kann man sich vorstellen, wie man in Teilchenbeschleunigern, abgesehen von Fokussierungsproblemen, kostengünstig Teilchen auf höhere Energiestufe bringen kann. Man nimmt bewegte (rotierende) Beschleunigungselektroden, die die Geschwindigkeitsdifferenz erhöhen und somit mehr Kraft auf die Teilchen übertragen können. Was hier zu beachten wäre: Solche rotierende Elektroden sind nur in der Endstufe, d.h. direkt vor Verwendung (direkt vor dem geplanten Stoss, ob mit entgegenkommenden Teilchen, oder mit einem Target) sinnvoll. Es darf keine EM-Fokussierung, geschweige denn magnetische Ablenkung, sich dahinter befinden. So könnte man c erreichen. Eine kleine Überlichtgeschwindigkeit damit zu erzeugen wäre theoretisch denkbar, praktisch wäre sie jedoch kaum nutzbar - zu geringe Reichweite. Auf der Zeichnung ist ein Paket von Elektronen - blau, von rechts ankommend, wie auch die rotierenden Elektroden (im Realfall wären mindestens 3 symmetrisch angeordnete Elektroden notwendig) angegeben.

1) Statische Beschleunigungselektroden: Die Feldgeschwindigkeit der Elektroden (rot) ist fast so groß, wie die Geschwindigkeit der Elektronen (blau) = kaum Wirkung. 2) Rotierende Elektroden: Zu der Feldgeschwindigkeit addiert sich die Rotationsgeschwindigkeit = stärkere Wirkung.

Elektroden in rot = positive Ladung, die Elektronen werden von vorn angezogen; Elektroden in blau = negative Ladung, die Elektronen werden von hinten abgestoßen.

Wird sich aber eine Forschungseinrichtung trauen so was auszuprobieren? Das wäre ein offener Angriff gegen die SRT und könnte einigen den Job kosten. Man könnte es unter den Decknamen wie z.B. „Dynamische Endfokussierung“ tarnen.

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