CERN-Neutrinoexperiment: Die PTB löst den Widerspruch in ihrer Interpretation der Ergebnisse nicht

von Jocelyne Lopez

Ich verweise weiter auf meinen Schriftwechsel aus dem Jahre 2012 mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) über die Klärung der Frage, wie die Uhren beim Neutrino-Experiment (CERN) synchronisiert wurden, siehe komplette Zusammenstellung der Austausche in diesem Blog: Neutrino-Experiment: Anfrage an die Physikalisch-Technische Bundesanstalt.

Da aus den Antworten der PTB im Jahre 2012 sich ein Widerspruch bezgl. der Interpretation des Experiments ergab, habe ich am 16.03.2013 eine Rückfrage an die PTB gerichtet: CERN-Experiment: Laufen die Neutrinos doch schneller als das Licht?

In der Antwort vom 20.03.2013 der PTB auf diese Rückfrage wurde leider mit keinem Wort auf den von mir aufgezeichten Widerspruch in der offiziellen Interpretation des Experiments eingegangen, so daß ich am 22.03.2013 eine erneute Ansprache an die PTB gerichtet habe: CERN Neutrino-Experiment: Widerspruch in der Interpretation der Ergebnisse

Ich erhielt am selben Tag folgende E-Mail-Antwort:

22.03.2013

Sehr geehrte Frau Lopez,

die Physikalisch-Technische Bundesanstalt hat in insgesamt 22 Gesetzen und Verordnungen eine Fülle von Aufgaben übertragen bekommen. Die Erklärung von physikalischen Effekten für interessierte Laien zählt nicht zu diesen Aufgaben — dafür gibt es Physikbücher, Studiengänge, VHS-Kurse. Dennoch haben wir nach unseren Möglichkeiten versucht, solche Anfragen, die gelegentlich eingehen, zu beantworten, in einer Sprache, die auch von Personen verstanden werden kann, die nicht als Physiker ausgebildet wurden.

Laut Gesetz müssen wir unsere Leistungen nach der Zulassungskostenverordnung bzw. der Kostenverordnung für Nutzleistungen abrechnen — die aktuellen Stundensätze finden sich auf unserer Webseite. Bei Bürgeranfragen haben wir bisher auf die Rechnungsstellung verzichtet, weil sich der Aufwand in der Regel in Grenzen hält. Dennoch müssen wir bei diesem Kulanzservice immer darauf achten, dass wir nicht als kostenloser Nachhilfedienst für Physik missbraucht werden.

Nun zu Ihrer neuerlichen Anfrage. Ein letztes Mal noch nehme ich mir Zeit, um Ihnen Hinweise zu geben, die Ihnen vielleicht weiterhelfen können.

Ob man es mag oder nicht: Unabhängig davon, was in Blogs, Tweets oder sonstwo geschrieben wird, es gibt keinen einzigen experimentellen Beleg dafür, dass irgendein Materieteilchen oder Information sich im Vakuum schneller als das Licht bewegt. Wenn man in diesem Feld, wo die Intuition versagt, genau verstehen will, was passiert (und was nicht passieren kann), reicht eine Argumentation in der Alltagssprache einfach nicht: Man muss sich des korrekten und vollständigen mathematischen Formalismus bedienen. Das ist mühevoll, erfordert viele Vorkenntnisse und bietet viele Möglichkeiten, etwas falsch zu machen. Nicht ohne Grund lernen Physikstudenten diese Dinge erst in späteren Studienjahren.

Ein üblicher Fehler im Bereich der Relativitätstheorie, der zu endlosen Diskussionen führen kann, ist, dass man in einem Koordinatensystem (Bezugssystem) anfängt zu rechnen und zwischendurch, ohne es zu merken, in einem anderen System weiterrechnet. Die gleiche Ursache liegt zugrunde, wenn Leute glauben, ein Spiegel vertausche links und rechts, wo er doch vorne und hinten vertauscht. Solch ein unbemerkter und unbeabsichtigter Wechsel des Bezugssystems passiert leichter, als man denkt, zum Beispiel wenn man Formeln aus verschiedenen Quellen nutzt und diese Quellen (implizit oder explizit) unterschiedliche Bezugssysteme verwenden. Das gilt insbesondere, wenn die Bezugssysteme beschleunigt sind, also z. B. rotieren, worauf der Sagnac-Effekt ja beruht. Das gibt so typische Verwirrungen wie „c vs. c+v“. Möglicherweise ist das auch bei Ihrem Problem der Fall, vielleicht auch nicht. Da müssen Sie Ihre eigenen Rechnungen oder benutzte Formeln kritisch auf unbeabsichtigte Wechsel des Bezugssystems überprüfen. Wir als PTB können Ihnen hier nicht weiterhelfen.

Bitte haben Sie Verständnis dafür, dass dies die abschließende Kommunikation der PTB zu diesem Thema sein muss, aus den oben erläuterten Gründen.

Mit freundlichen Grüßen
Im Auftrag
R. Wynands
Priv.-Doz. Dr. Robert Wynands
Leitung Präsidialer Stab / Head: Presidential Staff
Physikalisch-Technische Bundesanstalt

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Siehe auch in diesem Zusammenhang:

CERN-Neutrinoexperiment: Petition beim Deutschen Bundestag vom 11.08.2013

CERN-Experiment: Die Petition vom 11.08.13 beim Bundestag wird nicht veröffentlicht (angeblich aus Mangel an öffentliches Interesse)

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11 Antworten zu “CERN-Neutrinoexperiment: Die PTB löst den Widerspruch in ihrer Interpretation der Ergebnisse nicht”

  1. Peter Rösch

    Liebe Jocelyne,

    bitte leiten Sie doch mein Schreiben an den Herrn weiter:

    Sehr geehrter Herr Dr.Wynands,
    es ist durchaus nicht so, daß es bei dem Anliegen der Frau Lopez – das ich seit geraumer Zeit per Internet mitverfolge – um eine reine Laienfrage geht. Ihr Argument mit dem Spiegel reißt mich jedenfalls nicht vom Hocker: Das habe ich bereits als Berufsanfänger – wohl schon geraume Zeit vor Ihnen – im Referendariat mitbekommen. Tut hier aber nichts zur Sache.
    Aus Ihrer jüngsten Email-Antwort an Frau Lopez kann ich entnehmen, daß es nicht möglich ist, die Relativitätstheorie in ihren Implikationen verstehbar zu machen. Nun wird aber die Relativitätstheorie in praktisch allen Oberstufenbüchern “erklärt”, mitunter sogar von den Lehrplänen als Prüfungsstoff vorausgesetzt. Damit stellen Sie mich als Lehrer unversehens vor ein Problem: Ich muß von meinen Schülern das Verständnis der Relativitätstheorie verlangen, wo dieses laut Ihrer Aussage doch gar nicht möglich ist. Offenbar handelt es sich bei dem im Lehrbuch Vermittelten nur um ein Scheinverständnis!
    Damit ist der Lehrstoff Relativitätstheorie für Schulen gänzlich ungeeignet, da stimmen Sie mir, Ihrer eigenen Aussage folgend, sicherlich zu.
    Wären Sie auf dieser Grundlage bereit, mit mir gemeinsam initiativ zu werden, damit dieser nicht verständlich machbare Lehrstoff aus den Schulbüchern verschwindet? Ich könnte mir ein gemeinsam verfaßtes Schreiben an die Kultusministerien vorstellen. Vielleicht haben Sie sogar eine bessere Idee, um der Malaise beizukommen.
    Ich bin ganz sicher, daß viele meiner Kollegen Ihr Engagement begrüßen und anerkennen werden!
    Und bitte, Herr Dr. Wynands, verstehen Sie mein Anliegen nicht falsch:
    Es geht wirklich nicht darum, daß ich von Ihnen gewissermaßen kostenlose Nachhilfe möchte – bin doch ich es, der üblicherweise Nachhilfe gibt! Es geht einfach um einen eher idealistischen Akt wissenschaftlicher und wissenschaftspädagogischer Anständigkeit!

    Mit freundlichen Grüßen
    OStR Peter Rösch
    Silcherstraße 5
    76709 Kronau

  2. Jocelyne Lopez

    Aus meiner Sicht macht hier die PTB den Denkfehler, den sie moniert: “Solch ein unbemerkter und unbabsichtigter Wechsel des Bezugssystems passiert leicht…”.

    Ausgerechnet diesen Fehler des Wechsels des Bezugssystems macht die PTB:

    1) Sowohl die Messung der Lichtgeschwindigkeit als auch die Messung der Geschwindigkeit der Neutrinos wurden relativ zum Bezugsystem Erde vorgenommen, und zwar zum Bezugssystem Erdoberfläche: man hat ja die Länge der Strecke zwischen Sender und Empfänger relatif zur Erdoberfläche gemessen und zugrunde gelegt.

    2) Da die Erde während beiden Messungen der Lichtgeschwindigkeit und der Neutrinos nicht aufgehört hat zu rotieren – davon kann jeder in der Öffentlichkeit mit Sicherheit ausgehen, ohne in Physikbüchern reinzugucken – hatten also beide Geschwindigkeiten korrekt ein gemeinsames Bezugssystem (die rotierende Erde) und sind dadurch korrekt vergleichbar.

    3) Es wurde bestätigt, dass für beide Messungen der Sagnac-Effekt berücksichtigt wurde, also dass die Geschwindigkeiten auf der Basis c+v berechnet wurden, wobei v hier die Geschwindigkeit der Rotation der Erde darstellt.

    4) Es wurde widersprüchlicher Weise jedoch als Ergebnis der Messungen angekündigt, dass die Annahme c=const bestätigt wurde, also dass das Postulat Einsteins, das sich einzig auf ein nichtrotierendes Bezugssystem bezieht, gilt.

    Die PTB macht hier selbst den Denkfehler, den sie moniert: Sie hat zwischen Messungen und Auswertung der Messungen das Bezugssystem gewechselt : “Solch ein unbemerkter und unbeabsichtigter Wechsel des Bezugssystems passiert leichter, als man denkt, zum Beispiel wenn man Formeln aus verschiedenen Quellen nutzt und diese Quellen (implizit oder explizit) unterschiedliche Bezugssysteme verwenden.”. Hier wurden Formeln aus verschiedenen Quellen genutzt (Einstein c=const und Sagnac c+v), die unterschiedliche Bezugssysteme verwenden.

    Bei der Interpretation der Ergebnisse hat die PTB stillschweigend das Bezugssystem (unbemerkt und unbeabsichtig?) gewechstelt und offensichtlich die Geschwindigkeiten nicht auf die rotierende Erdoberfläche bezogen, sondern auf einen fiktiven, nichtrotierenden Punkt im Erdmittelpunkt!

    Ganz unabhängig davon, dass dieser Wechsel des Bezugssystems zwischen den konkreten Messungen und ihrer Interpretation natürlich nicht zulässig und methodologisch völlig ungültig ist, ist auch die Wahl eines fiktiven, nichtrotierenden Punkts im Erdmittelpunkt völlig sinnfrei: Es handelt sich dann nicht um eine Geschwindigkeit relativ zu einem bewegten (konkreten) Beobachter, sondern um eine Geschwindigkeit zu einem als ruhend angenommenen (fiktiven) Beobachter im Erdmittelpunkt. Was soll das?

    Das ist übrigens völlig trivial, dass alle Geschwindigkeiten – und nicht nur des Lichts und der Neutrinos, sondern von allen Objekten – relativ zu einem ruhenden Beobachter konstant sind. Wenn man die Geschwindigkeit eines Autos auf der Erdoberfläche relativ zu einem fiktiven, nicht rotierenden Punkt im Erdmittelpunkt bezieht, ist sie natürlich auch konstant im Sinne, dass +/-v sich nicht auswirkt, logisch.

    Was soll der Unsinn bei dieser Interpretation? Soll man wirklich für ein paar Milliarden Euro schlucken, dass der Wechsel des Bezugssystem “unbemerkt und unbeabsichtigt” von den Experimentatoren vorgenommen wurde?

    Jocelyne Lopez

  3. Peter Rösch

    Fest steht nach den Ausführungen von Dr. Wynands, daß die Relativitätstheorie mit ihren zugrundeliegenden Messungen völlig ungeeignet ist für eine Darstellung in der Schule. Dieses System gehört in die abgeschirmten Denkerstuben und Hochtechnologielabors, in denen die großen Geister unter sich sind, und es auch bleiben! Für die Öffentlichkeit, die 3 + 1 = 4 rechnet, ist das nichts. Das sei Lehrern wie Journalisten ins Gebetbuch geschrieben!
    Und in diese Richtung will ich mit Herrn Dr. Wynands jetzt aktiv werden! Seiner oben zitierten Email entnehme ich, daß Herr Dr. Wynands das Problem in seltener Klarheit erfaßt hat. Also, raus aus der Öffentlichkeit, rein in die gute Stube, mit Karacho! Packen wir’s an! Wenn nicht wir – wer dann?

  4. Jocelyne Lopez

    Die Forschungsgruppe G.O. Mueller weist in seinem Kommentar zu einer Studie von Relativisten über die GPS-Technologie auf die stillschweigende Nicht-Zuständigkeit der SRT für die Berechnung der Geschwindigkeiten in der Praxis und auf die stillschweigende Wahl eines fiktiven, nicht rotierenden Bezugssystems im Erdmittelpunkt, siehe in diesem Blog:

    Bemerkenswerte Studie von 1996 über Relativitätstheorien im GPS-System

    Zitat G.O. Mueller:

    [...] Ein Leckerbissen sind die Ausführungen der Autoren (S. 195) über die verschiedenen Zeitsysteme (siderische Zeit, terrestrischsonnenbezogene Zeit und Atomzeit), ihre Anwendungen im GPS sowohl auf geostationäre Stationen und Benutzer und auch auf die Satelliten und schließlich das fiktive Inertialsystem “ECI Coordinate System” – “ECI (“Earth Centered Inertial”) frame of reference”: daraus wird klar, daß ausnahmslos alle GPS-Objekte sich beschleunigt bewegen (Rotation der geostationären, Beschleunigung der raumreisenden) und damit aus der Zuständigkeit der SRT und ihrer Lorentz-Transformationen herausfallen! Über das fiktive ECI werden alle Zeitmessungen rechnerisch-pragmatisch gekoppelt: dieses fiktive Inertialsystem wäre, wenn es existierte, der einzige legitime SRT-Gegenstand des GPS, wenn sich noch nachweisen ließe, daß es sich nicht ebenfalls dreht!

  5. Jocelyne Lopez

    Ich komme auf die von G.O. Mueller referierte Fachstudie aus dem Jahre 1996 zurück:

    Henry F. Fliegel, Raymond S. DiEsposti:
    GPS and relativity : an engineering overview;
    [S. 198-199:] Questions and Answers. 1996. – 12 S. (=S. 189-199)
    http://tycho.usno.navy.mil/ptti/1996/Vol%2028_16.pdf

    Aus meiner Sicht entpuppt diese Studie aus der GPS-Praxis unfreiwillig den ganze Trick mit der „Bestätigung“ der SRT bei dem CERN-Neutrinoexperiment:

    1) Die relativistischen Effekte werden nicht berücksichtigt, weil unerheblich.

    2) Dafür wird Sagnac c+v zugrunde gelegt

    3) Man „bestätigt“ die SRT durch einen Methodologie-Trick bei der Interpretation: Wechsel des realen, bewegten Bezugssystems „rotierende Erde“ auf ein fiktives, ruhendes Bezugssystem „Erdmittelpunkt“.

    Bezogen auf die Antworten der PTB ergeben sich also mehrere Unstimmigkeiten bzw. Widersprüche: http://www.kritik-relativitaetstheorie.de/2012/07/neutrino-experiment-anfrage-an-die-physikalisch-technische-bundesanstalt/

    1) Die PTB behauptet am 28.06.2012, dass die Messungen nur deshalb extrem präzis sein können, weil man die relativistischen Effekte berücksichtigt. Falsch.

    2) Die PTB gab schließlich am 20.07.2012 zu, dass man schon lange stillschweigend den Sagnac Effekt c+v zugrunde legt, womit ihre Behauptung am 22.03.2013, dass nie experimentell nachgewiesen wurde, dass Materieteilchen oder Informationen schneller als c laufen, auch falsch ist: Das Licht selbst läuft mit c+v.

    3) Man erklärt, dass die Ergebnisse die SRT bestätigen durch Wechsel des Bezugssystems der Geschwindigkeiten: Nicht reale, rotierende Erde, sondern fiktiver, ruhender Erdmittelpunkt.

    Fertig.

    Die Milliarde Euros dürfen wir natürlich dafür zahlen…

    Jocelyne Lopez

  6. Peter Rösch

    Die Sache mit dem Bezugssystem im Erdinneren ist für die RT’ler offenbar der große Kracher. Über das Hafele-Keating-Experiment lese ich gerade: “Da sich die Erde von West nach Ost dreht, sind die Relativgeschwindigkeiten bezogen auf die unbewegte Erdachse (in die der “ruhende” Beobachter verlegt zu denken ist), stark verschieden, was sich auf den Uhrenstand auswirken und nach Flugende beim Uhrenvergleich zeigen müßte.” (Kranzer, So interessant ist Physik, Aulis Verlag 1982, S. 202)
    Darüber kann man jetzt nachgrübeln. Es kann eigentlich nur darum gehen, daß man eine gedachte Linie vom Erdmittelpunkt zu einem “Fixstern” zieht, und die Geschwindigkeiten darauf bezieht. Die behauptete Bezugnahme auf eine “unbewegte Erdachse” ergibt für sich jedenfalls keinen Sinn.

  7. Jocelyne Lopez

    Ich komme auf Aussagen der PTB zurück:

    PTB – 22.03.2013

    Sehr geehrte Frau Lopez,

    die Physikalisch-Technische Bundesanstalt hat in insgesamt 22 Gesetzen und Verordnungen eine Fülle von Aufgaben übertragen bekommen. Die Erklärung von physikalischen Effekten für interessierte Laien zählt nicht zu diesen Aufgaben — dafür gibt es Physikbücher, Studiengänge, VHS-Kurse. Dennoch haben wir nach unseren Möglichkeiten versucht, solche Anfragen, die gelegentlich eingehen, zu beantworten, in einer Sprache, die auch von Personen verstanden werden kann, die nicht als Physiker ausgebildet wurden. [...]

    Bei Bürgeranfragen haben wir bisher auf die Rechnungsstellung verzichtet, weil sich der Aufwand in der Regel in Grenzen hält. Dennoch müssen wir bei diesem Kulanzservice immer darauf achten, dass wir nicht als kostenloser Nachhilfedienst für Physik missbraucht werden.

    Meine angebliche Laien-Frage beschäftigt die Experte in der Fachwelt seit mehreren Jahrzehnten, wie zum Beispiel die folgende Studie aus dem Jahre 2012 es auch dokumentiert: Does the GPS System Rely upon Einstein’s Relativity?

    Die PTB, die an Recht und Gesetz gemäß Art. 20 Nr. III Grundgesetz gebunden ist, sollte die Gesetzgebung verinnerlichen, wie zum Beispiel § 1 des Berliner Informationsfreiheitsgesetzes:

    § 1 – Zweck des Gesetzes

    „Zweck dieses Gesetzes ist es, durch ein umfassendes Informationsrecht das in Akten festgehaltene Wissen und Handeln öffentlicher Stellen unter Wahrung des Schutzes personenbezogener Daten unmittelbar der Allgemeinheit zugänglich zu machen, um über die bestehenden Informationsmöglichkeiten hinaus die demokratische Meinungs- und Willensbildung zu fördern und eine Kontrolle des staatlichen Handelns zu ermöglichen.“

    Jocelyne Lopez

  8. Peter Rösch

    “Die Erklärung von physikalischen Effekten für interessierte Laien zählt nicht zu diesen Aufgaben — dafür gibt es Physikbücher, Studiengänge, VHS-Kurse.”

    Die Antwort auf die Expertenfrage, auf die Herr Dr. Wynands einzugehen gebeten wurde, findet sich in keinem Physikbuch/Studiengang/VHS-Kurs. Vielmehr betrifft sie das ureigenste Arbeits- und Sachgebiet des Herrn Dr. Wynands. Für mich als Physiklehrer wäre es sehr befreiend, wenn ich vom zuständigen Experten eine authentische und valide Antwort z. B. auf die Frage nach “c + v” erhalten könnte.

    Ich habe mir gerade die geringe Mühe gemacht, einmal nachzuschlagen, was unsere aktuellsten Oberstufenphysikbücher zum Thema GPS zu sagen haben.

    Beim DORN-BADER (2011) wird mit keiner Silbe mehr behauptet, daß das GPS etwas mit der Relaivitätstheorie zu tun habe – in klarem Unterschied zur Vorauflage (2000). Indem das Stichwort kurz im Kapitel über Relativitätstheorie aufscheint, wird ein Zusammenhang nur noch suggeriert – behauptet wird er nicht mehr.

    Die METZLER-PHYSIK (2011) weist dasselbe Phänomen auf: Auch hier ist jede klare Bezugnahme auf die Relativitätstheorie vermieden, wieder in krassem Gegensatz zur Vorauflage. Man war besonders schlau: Im Kapitel “Relativistische Kinematik” gibt es einen Kasten “Exkurs”, in dem das GPS abgehandelt wird – ohne jede Bezugnahme auf eine Gesetzmäßigket der Relativitätstheorie!

    Im ebenfalls aktuellen Oberstufenlehrbuch GIANCOLI (2011), das sogar den ausführlichsten Eindruck macht, findet sich vom GPS – NullkommaNull.

    Damit sind die Schullehrbücher jetzt auf der Linie, der das beliebte Technik-Handbuch “WIE FUKTIONIERT DAS?” (1998) folgt: Das GPS ist da ohne jede Bezugnahme auf “Einstein” erklärt. Auf diesen auffälligen Umstand habe ich vor zehn Jahren schon in einem Leserbrief an die Badischen Neuesten Nachrichten hingewiesen, der dann auch abgedruckt wurde.

    Herr Priv. Doz. Wynands irrt also, wenn er meint, die Antwort auf die an die PTB gestellte Frage fände sich im Physikbuch.

    Als Lehrer möchte ich jetzt doch darauf bestehen, von der PTB endlich eine nachvollziehbare und handfeste Aussage zu dem Problem zu erhalten, da ihr ureigenstes Arbeitsgebiet ebenso wie das meinige betroffen ist.

  9. Bernhard Berger

    Hallole,

    das ist ja der Oberhammer, ist es immer noch so, dass eine in keiner weise bestätigte Theorie als „Fakt“ also als „Naturgesetz“ durchgeboxt werden soll?

    Wenn ich es richtig verstanden habe soll diese fragwürdige Relativitäts-Theorie nun als real existierender Fakt im Physikunterricht gelehrt werden?

    Positiv ist, dass es aus so manchen Lehrbüchern verschwunden ist.

    Für die Relativisten hab ich eine kleine Hausaufgabe:

    Was ist Zeit?!

    Wie wird sie definiert?!

    Vielleicht kommen sie dann dahinter, dass Zeit eine Definition ist und dass Definitionen nicht „nachgehen“ können.

    Und noch eine Hausaufgabe:

    Was sind „Gedanken Experimente“?!

    Vielleicht kommen sie dann dahinter, dass sogenannte „Gedanken Experimente“ keine Experimente sind sondern nur „Gedanken“ also Hirngespinste.

    Und Hirngespinste sollen nun als „Fakten“ gelehrt werden? Das ist ja der Oberhammer.

    Aber, ich bin ja nur ein Laie und versteh davon nichts ;-)

  10. CERN Neutrinoexperiment: Die PTB soll sich etwas Besseres zur Vernebelung einfallen lassen | Blog - Jocelyne Lopez

    [...] 22.3.2013 – Zitat PTB: [...]

  11. CERN Neutrinoexperiment und “loser Stecker”: Wir werden an der Nase herumgeführt | Blog - Jocelyne Lopez

    [...] PTB antwortete nämlich auf meine Anfrage [...]

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