snelheid in de ruimte

Transcriptie

1 snelheid in de ruimte Dit is mijn vierde publicatie. De derde gaf extra toelichting op de tweede, maar ook reeds op dit artikel, waarin ik dus wil aangeven hoe de absolute snelheid van, bijvoorbeeld, een eskader ruimteschepen bepaald kan worden met behulp van elektromagnetische straling. Het feit dat die snelheid kan worden vastgesteld is gebaseerd op de volgende hoofduitgangspunten: We houden ons bezig met gedrag van licht en materie (en voorlopig niet met het waarnemen van het gedrag van licht en materie). Als we een licht- of geluids-golf waarnemen, die afkomstig is van een bron die ten opzichte van ons in rust is, komen de opeenvolgende golftoppen met even grote tussenpozen bij ons aan als waarmee ze uitgezonden worden. (Doppler/Weinberg, boek 26) Het nul-resultaat van Michelson & Morley (M&M, 1882/ 87) is met het bovenstaande (Doppler) verklaarbaar, de proef heeft afgedaan. (BZnbg. 2003/ 06) Licht verplaatst zich als vanuitplaatspunten, punten in absolute rust, gedefinieerd door c en de bol-symmetrische uitdijing (BZnbg. 2003/ 06). Dit berechtigt ons de begrippen absolute rust en absolute snelheid in te voeren. (BZnbg. 2003/ 06) Licht verplaatst zich met snelheid c, de maximale, universele en dus absolute snelheid. (2 e postulaat Einstein in de Speciale, 1905, en dus absolute van BZnbg. 2003; 1e postulaat is, met verklaring M&M, vervallen, BZnbg. 2003) De snelheid van de stralings-bron speelt geen rol bij de snelheid van licht-uitdijing. (2e postulaat Einstein in de Speciale, 1905) Aan de bron treedt een primaire kleurverschuiving op, aan de waarneemstek een secundaire kleurverschuiving; samen bepalen ze dè kleurverschuiving (BZnbg, 2003) en deze kan dus (in een met maximaal snelheid c radiaal uitdijend Heelal (fotonen ontstaan op materie) maximaal bepaald worden door bijna 2c. (BZnbg, 2003/- 06) Het is goed hier bovenstaande regels in hun actuele context te plaatsen: Ten tijde van de proef van M&M verkeerde de natuurkunde in grote verlegenheid ; Wat werd er waargenomen als er werd waargenomen? Er was bewijs voor het bestaan van de ether en er was tegenbewijs : M&M. Zie ook boek 2, pag. 61. Einstein loste dit op door er op te wijzen dat het al dan niet bestaan van ether niet van belang was voor het probleem van het waarnemen. Deze stellingname berustte op zijn inzicht en werd voornamelijk ondersteund door het resultaat van M&M, zoals ook in boek 2 verwoord, pag. 60: Deze verbeterde bewerking van de proef, die werd uitgevoerd in 1887,5 is lange tijd beschouwd als een van de voornaamste zuilen van de speciale relativiteitstheorie. Ik verwerp dus nu de proef van M&M en daarmee ook het eerste postulaat van Einstein in de speciale en ga verder met alleen het inzicht dat letterlijk volgt uit zijn tweede postulaat: Licht heeft een bepaalde, universele en absolute (BZnbg) snelheid c. De snelheid van de bron is daarop niet van invloed. (zie voor originele teksten, maar vooral ook betekenis van Fig. 1.3 in boek 2) Bart Zwijnenberg Snelheid in de ruimte 1/8

2 Bart Zwijnenberg Snelheid in de ruimte 2/8

3 Ik sluit dus aan bij de stand van de natuurkunde van 1887 en verwerp de proef van M&M. Wel accepteer ik de voortplantingssnelheid van licht als maximale en dus absolute snelheid en start daarmee mijn onderzoek. Dit alles resulteert bij mij in het volgende: Nu we (in de derde publicatie) hebben gezien dat licht klaarblijkelijk uitgaat van plaatspunten en zich van daaruit verspreidt met snelheid c, geeft ons dat mogelijkheden. Wij kunnen ons een eskader ruimtevaartuigen voorstellen dat met onbekende snelheid door de ruimte reist. We willen de snelheid ervan weten. We starten daarom een onderzoek door onderscheid te maken tussen het gedrag van licht en het waarnemen van dat gedrag en beschouwen vanaf nu het gedrag, gebaseerd op bovenstaande regels. (en dus niet gebaseerd op reguliere inzichten) Van het eskader, waarvan we even veronderstellen dat het met een snelheid van, zeg, 1/3 c vaart, draagt het moederschip een draaiende laser. Als je dan sigarettenrook in de ruimte veronderstelt, licht die rook op op het moment dat de uitgezonden laserfotonen de rookdeeltjes passeren. Bij een draaiende laser zal dan een spiraal ontstaan van oplichtende rook, die we kunnen construeren als functie van die gestelde vaarsnelheid 1/3 c. Immers zijn in dat geval bekend: a) de snelheid van het licht, b) de (rechtlijnige) snelheid van de schepen en c) de draaisnelheid van de laser. Op bijgaande tekening op A4 zien we het resultaat. De draaisnelheid van de laser is 1 omwenteling per 12 seconden (per seconde dus 30º verdraaiing), licht heeft hier een snelheid van 3 mm/sec (dus schaal: 1: ) en het ruimtevaartuig heeft, als gesteld, 1/3 daarvan: 1 mm/sec. Het eskader vaartuigen beweegt van rechts naar links over het papier, de laser draait linksom. Het papier stelt de ruimte in rust voor. De pijlpunt geeft het NU aan, de laser staat dan naar het westen van de tekening gekeerd. (180). Eén seconde geleden bevond het voertuig zich dus 1 mm naar rechts en stond de laser op 150º gericht. Sinds dat moment heeft dàt, daar uitgezonden licht dus 1 x 3 mm afgelegd. Twee seconden geleden bevond het voertuig zich 2 mm naar rechts en stond de laser op 120º gericht. Sinds dat moment heeft dàt licht dus 2 x 3 mm afgelegd enz. In de tekening staan steeds de lijntjes getekend die, per seconde-verblijfspunt, de richting aangeven waarin de laser stond toen de bijbehorende fotonen werden uitgezonden. De lijntjes ontspringen in het bijbehorende plaatspunt, op de x-as, en de lijntjes zijn eigenlijk te beschouwen als een soort vectoren, waarvan dus ook de lengten de door het licht afgelegde weg op het moment nu vertegenwoordigen. Al het licht bevindt zich dus op het moment NU aan het eind van ieder van die vectoren (want zolang hebben de fotonen gereisd sinds hun verwekking ) en dòòr die punten kunnen we dus een dikke lijn trekken, uiteindelijk een scheve spiraal in dit geval. Ga één en ander zelf even na. Zie ook boek 2, pag. 85: r = ct (dus voordat waarnemen begint) We zien nu van grote hoogte (vanaf ± 150 lichtseconden = op tekening 450 mm = leesafstand) dus de voortgaande ruimteschepen en een continu groeiende spiraal, die per 12 seconden één nieuwe winding groeit; de optische indruk die ontstaat is die van een linksom draaiende spiraal, waarbij dus gelijktijdig de reeds gevormde windingen naar buiten lijken te bewegen, met lichtsnelheid, alles in een continu proces. De totale getekende spiraal is dus een constructie van meerdere windingen op het moment nu en is gebaseerd op het gedrag van licht, niet op het waarnemen van het gedrag van licht. (Waarnemen van het gedrag van licht is een menselijke bezigheid, aardig, maar het beïnvloedt niet het gedrag van dat licht of ander gedrag.) De horizontale hartlijn van de spiraal, de x-as van ons bewegende secundaire coördinatensysteem, is de verzameling van plaatspunten van de lichtuitdijing en getekend zijn de plaatspunten die om de seconde werden ingenomen (seconde-verblijfspunten) en de x-as geeft dus de Bart Zwijnenberg Snelheid in de ruimte 3/8

4 absolute baan van de lichtbron aan op het papier (in de Ruimte), in dit geval de baan van de draaiende laser van het ruimtevaartuig A. Dit is tevens de gestelde x-as van ons in absolute rust zijnde primaire en universele coördinatenstelsel (gevormd door plaatspunten). Dòòr het NU van het secundaire stelsel plaatsen we de y-as, nodig voor de beschouwing. [Zouden we een waarneemstek inrichten die zich ergens op de positieve, het reeds door de bron afgelegde, deel van de x-as zou bevinden en zich in absolute rust zou bevinden, in een plaatspunt dus (zie tekening), dan zouden we daar steeds de groeiende, schijnbaar draaiende, lichtspiraal over ons heen zien komen met lichtsnel-heid c (we zien dan even de laser als flits maar dus niet de spiraal) en met een absolute, primaire roodverschuiving die bepaald wordt door 1/3 c verwijderingssnelheid van de bron A ten opzichte van die stek. De absolute lineaire afstanden tussen de door ons dan afzonderlijk waargenomen flitsen (de spiraal wordt daar steeds waargenomen als afzonderlijke flitsen) zijn daar ter plekke dan 1 1/3 x 12 sec = 16 lichtseconden, op tekening 1 1/3 x 12 x 3 = 48 mm, en dus in overeenstemming met die roodverschuiving. We zouden dan (in onze in rust zijnde waarneemstek) om de 16 seconden een flits zien. (anders gezegd: 12 sec per omwenteling van de laser plus 4 sec roodverschuiving, behorend bij 1/3 c)]. Ruimteschip C vliegt met gelijke snelheid in formatie met het moederschip A dat de lichtbron draagt. Ten opzichte van de in rust verkerende plaatspunten heeft het dus een snelheid van 1/3 c (de absolute eskadersnelheid) en dat heeft tot gevolg dat de eerder genoemde, door A in richting C opgeroepen absolute primaire roodverschuiving door snelheid van C wordt geneutraliseerd c.q. gecompenseerd door een door C zelf (vanwege zijn snelheid) opgeroepen absolute secundaire blauwverschuiving. (C vliegt het licht van A tegemoet, zie ook de wetmatige consequenties van de definitie van het Dopplereffect, bovenaan dit artikel, [Weinberg]). Er is dus tussen A en C geen relatieve snelheid in het geding dus geen roodverschuiving.) Het omgekeerde, maar toch gelijke, verhaal gaat op voor ruimteschip B. B en C worden dus in dezelfde frequentie overspoeld door de lichtsignalen, dus in de zendfrequentie van A, ondanks de tegengestelde lichtbeweging ten opzichte van hen (het licht achtervolgd B en vliegt C tegemoet ). Hun relatieve snelheid ten opzichte van de lichtbron A is dan ook nul. (Doppler/Weinberg) B en C meten dus de lichtsnelheid c als snelheid van de fotonen (radioboodschappen van A worden door B en C normaal ontvangen, zonder toonvervorming c.q. kleurverschuiving). Wel wordt B achtervolgd door het licht met relatieve snelheid c - v = 2/3 c, en wordt C tegemoet gevlogen met relatieve snelheid c + v = 4/3 c, (De fotonen zelf overschrijden in het universele coördinatenstelsel natuurlijk niet de absolute lichtsnelheid). Wel is er iets opmerkelijks: de afstand A-B is in tijd gelijk aan (wordt hoe dan ook overbrugd in) 3 omw x 12 sec = 36 sec maar dit houdt een lineaire afstand in van 36 x 2/3 c = 24 ls. (Deze denkwijze past niet in het reguliere verhaal!) Evenzo is de afstand A-C in tijd gelijk aan 3,5 omw x 12 sec = 42 sec en houdt dit een lineaire afstand in van 42 x 4/3 = 56 ls. (Getekend op schaal houdt dit voor A-B in: 24 x 3 = 72 mm en voor A-C: 56 x 3 = 168 mm. Ga dit even na en meet het na op tekening. Besef ook dat Einstein mijn verhaal niet zal onderschrijven. (Ik ga met licht om als met geluid in een stilstaand medium) De volgende berekeningen zijn gebaseerd op alleen het tweede postulaat van Einstein in de speciale, aangevuld met mijn interpretatie voor het gedrag èn op plaatspunten. (Het eerste postulaat heeft geen onderbouwing meer wegens verklaring nul-resultaat proef M&M). We beschouwen dus nu het met relatieve snelheid voortbewegende licht in het bewegende coördinatenstelsel van het eskader. (het licht beweegt met absolute Bart Zwijnenberg Snelheid in de ruimte 4/8

5 snelheid c in het onderliggende universele stelsel.) De absolute, lineaire afstand A-B van 24 ls wordt dus overbrugd door licht dat zich op deze afstand lijkt te verplaatsen met 2/3 c (= c - 1/3c) ten opzichte van het secundaire coördinatensysteem van de ruimteschepen. De tijd die hier voor nodig is is 24 ls : 2/3 c = 36 s en de tijd per spiraal-windingen is weer 36 : 3 = 12 s. Deze cirkel-redenering geeft aan dat we niet iets vreemds doen; zij onderschrijft dat we uit eigen inzicht ook al hadden geconcludeerd. (De snelheid van het licht in het primaire, universele coördinatensysteem is natuurlijk c) De absolute, lineaire afstand A-C van 56 ls wordt dus overbrugd door licht dat zich op deze lineaire afstand lijkt te verplaatsen met 4/3 c (= c + 1/3 c) ten opzichte van het secundaire coördinaten-systeem van de ruimteschepen. De tijd die hier voor nodig is is 56 ls : 4/3 c = 42 s en de tijd per spiraal-windingen is weer 42 : 3_ = 12 s. Zie weer bovenstaande opmerking aangaande de cirkelredenering en lichtsnelheid. Ik kan dus meten tot ik een ons weeg maar, regulier beschouwd, vind ik, omgekeerd, steeds de snelheid c als snelheid van het licht en Einstein s uitspraak dat binnen een coördinatenstelsel (A, B, C en D varen met gelijke snelheid en vormen dus een coördinaten-stelsel) altijd de lichtsnelheid en zijn afgeleiden worden gemeten en we, omgekeerd, dus geen absolute rust of absolute snelheid kunnen vaststellen, lijkt hiermee door de waarneming bevestigd. Dus, ondanks dat ik een absolute snelheid heb die ik graag qua grootte wil bepalen, bepaal ik bij waarneming naar voor en naar achter gelijke waarden voor de snelheid van fotonen die mij omringen, en wel de lichtsnelheid c, en ik kan mijn absolute snelheid blijkbaar dus niet bepalen. Einstein heeft schijnbaar gelijk met zijn eerste postulaat van de speciale. Toch moeten we één en ander nog eens nader beschouwen. De ruimteschepen A, B, C (en D) vormen een bewegend coördinatenstelsel in het reeds eerder genoemde, in absolute rust verkerende, universele coördinatenstelsel (plaatspunten). Dit bewegende stelsel heeft in het universele stelsel een gestelde snelheid van 1/3 c. We kunnen vanuit ruimteschip A een signaal zenden naar C en daarvan de reflectie in A weer opvangen (radar). Maar nu, in een nieuwe proef, verzenden we een radiotijdsignaal naar C en dat tijdsignaal uit A zet bij ontvangst in C direct een zender in werking die de juiste tijd van dàt moment van ontvangst direct weer terug zendt De totaal-tijd dat het signaal onderweg is (heen en terug) is nu opgedeeld in een deel heen en een deel terug en de verhouding van die delen geeft, afhankelijk van verschillende vaarsnelheden, wel een verschil te zien. Om deze verhoudingen vast te stellen heb ik een aantal berekeningen uitgevoerd voor de snelheden 1/3 c, 1/2 c, 2/3 c, 3/4 c en 9/10 c, waarvoor ik niet steeds tekeningen heb gemaakt, maar ik heb me even beholpen met de tekeningen voor 1/3 c ter oriëntatie. Hier eerst even de berekeningen, in tabel 1. (Drie windingen van de spiraal staan daarin aangegeven als 6/2. Drie en een halve winding overeenkomstig als 7/2.) Bart Zwijnenberg Snelheid in de ruimte 5/8

6 Dit betreffende het gedrag van licht. Nu gaan we, op de huidige, reguliere manier, over tot het waarnemen van dat gedrag. We beschouwen A en B. Hun absolute afstand is 24 ls. Maar dat weet ik niet! Als ik een radarsignaal van A naar B zend (en terug ontvang) is dat = 54 seconden onderweg, zie tabel verder op, regel en ik stel nu (regulier) dat de afstand 54/2 = 27 ls is want ik meet geen kleurverschuiving op het traject van A naar B. Dit is ons reguliere denken. (het zelfde verhaal gaat op voor A naar C. Absolute afstand 56 ls; radarsignaal onderweg seconden en ik stel weer daarom regulier dat de afstand ( ) / 2 = 63 ls. Conclusie 1 (tabel 1) Door een radarsignaal onderscheidenlijk te vervolgen op de heen en terugweg vind ik tijdsduur-verhoudingen die afhangen van de absolute snelheid. Dit is een fascinerend resultaat. Ik heb de waarden van regel 4 in een diagram uitgezet als functie van de genoemde snelheden en kon toen een kromme trekken die gebruikt kan worden om je absolute snelheid in het Heelal te bepalen. Je doet beide radarmetingen, bepaalt de verhouding en leest op de curve de absolute snelheid af. Zie de curve. (Eigenlijk is het woord radar-meting hier niet juist omdat bij een radar-meting het object geen informatie toevoegt. Ik kies hier voor respons-radarmeting, ter onderscheiding.) Een ieder snapt dat ik zeer Bart Zwijnenberg Snelheid in de ruimte 6/8

7 ingenomen was met dit resultaat totdat ik besefte dat alles gebaseerd was op het feit dat de posities van alle drie de ruimteschepen precies samenvielen met - c.q. precies lagen op - de baan van het moederschip. Nu kun je dat in werkelijkheid natuurlijk realiseren als alles bekend is, maar het eigenlijke probleem is van een geheel ander gehalte: Ik moet de absolute snelheid van het eskader weten om de spiraal te kunnen construeren opdat de ruimteschepen A en C hun posities op afstanden van respectievelijk 3 windingen en 3 _ winding kunnen innemen (of welk aantal windingen dan ook. Er is namelijk helemaal geen sigarettenrook in de omgeving) Maar alles is nu juist bedoeld om díe snelheid vast te stellen! (Ik geef nu mijn oorspronkelijke denk-proces weer) Gelukkig kwam CvZ op bezoek (dinsdags na Pasen, 2003) en in een gezamenlijke brainstorm-sessie kwamen we op het idee om a) in breuken te werken en b) de verschillen in totaaltijd per radarmeting (voor- en achteruit) uit te drukken in een waarde per lichtseconde afstand. Daarbij kreeg ik weer even schrik want 54 seconden over 24 lichtseconden is wel precies gelijk aan 126 seconden over 56 lichtseconden. Was er nu toch geen onderscheid? Meten we toch altijd weer hetzelfde? Gelukkig gaven andere absolute bewegingssnelheden andere verhoudingen te zien. Conclusie 2 (tabel 2) In een coördinatenstelsel is de gemiddelde relatieve snelheid van een radarsignaal heen en terug in de voorwaartse richting gelijk aan die van een signaal heen en terug in de achterwaartse richting en die gelijke quotienten zijn afhankelijk van de absolute snelheid van het coördinatenstelsel Vergelijk gemiddelde snelheid voorwaarts en achterwaarts! Ook fascinerend is dat dus blijkbaar waarnemingen van tijden, afstanden en snelheden vanuit een, met een snelheid bewegende waarneemstek geen onderscheid meten in voorwaartse en terugwaartse beweging, ondanks het feit dat het ruimteschip die snelheid heeft. Nog een stap verder is het uitvoeren van continue metingen en automatiseren van het proces. Met, dan, een verversingstijd van bijvoorbeeld tien seconden is dan steeds continu de absolute vaarsnelheid op display af te lezen. Ik besluit met nog maar weer eens een citaat uit boek 2, dit keer van de 1e bladzijde van de inleiding, onderaan: In wezen was Einstein s speciale relativiteitstheorie gebaseerd op één enkele bewering, nl. dat bij iedere waarneming van de voortplanting van het licht van het ene punt naar het Bart Zwijnenberg Snelheid in de ruimte 7/8

8 andere door de lege ruimte de vereiste tijd eenvoudig gelijk is aan de relatieve afstand van de punten, gedeeld door de universele snelheid c; hij hangt op geen enkele manier af van de snelheid, die het laboratorium zou hebben door de ruimte. Ik heb dus nu een probleem. Of...? De volgende aflevering zal gaan over massa en mijn bedenkingen daarbij; dit ter voorbereiding op de daaropvolgende aflevering over materievorming en vorm -vorming na de Big Bang, maar misschien keer ik deze volgorde ook wel om. Ik weet nog niet wat het beste is. NB Boek 2: A.P. French Speciale relativiteitstheorie. Bart Zwijnenberg Snelheid in de ruimte 8/8