BeschreibungenBerechnungen
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3.6 Die absolute Rotation

In diesem Abschnitt geht es um rotierende Objekte und vor allem um die Fragestellung, wie und vor allem warum man Rotation überhaupt messen kann. Es ist eine Tatsache, dass man immer feststellen kann, ob man sich in Rotation befindet oder nicht. Das gilt sogar dann, wenn man sich in einem abgeschlossenen Raum aufhält, da an einem rotierenden Objekt Fliehkräfte auftreten, die lokal gemessen werden können.

Aus makroskopischer Sicht ist die Fliehkraft leicht als normaler Trägheitseffekt erklärbar, da makroskopische Objekte aus Atomen und diese wiederum aus Einheitsladungen bestehen. Einheitsladungen, die nicht direkt auf der Drehachse liegen, folgen einer Kreisbahn. Man kann sich jedoch nur dann auf einer Kreisbahn bewegen, wenn man beschleunigt wird, und zwar in Richtung der Drehachse. Wie in den Abschnitten 2.3 und 3.4 erklärt wurde, führen Beschleunigungen, also Geschwindigkeitsänderungen, dazu, dass die Einheitsladungen in den Massen und Objekten mit selbst emittierten Quantinos wechselwirken. Als Folge dessen entstehen Kräfte, die der Beschleunigung immer exakt entgegengerichtet sind. Im Falle der Rotation also genau von der Drehachse wegzeigen.

Abbildung 3.6.1: Dreht sich die Einheitsladung oder der Beobachter oder ist beides äquivalent?
Soweit die makroskopische Sicht. Was aber ist mit den Einheitsladungen selbst? Um das zu untersuchen, betrachten wir in Abbildung 3.6.1 eine einzelne Quantino-aussendende Einheitsladung aus der Perspektive eines rotierenden Beobachters. Ist es nun äquivalent zu sagen, nicht der Beobachter würde rotieren, sondern stattdessen die Einheitsladung? Oder anders ausgedrückt, gibt es ein Relativitätsprinzip der Rotation?

Angenommen es gäbe dieses Relativitätsprinzip der Rotation, dann könnte eine rotierende Einheitsladung sich selbst immer als ruhend und nicht rotierend betrachten. Die von ihr ausgesendeten Quantinos würden sich aus ihrer Perspektive geradlinig von ihr entfernen. Eine zweite Einheitsladung, die sich etwas abseits von der ersten rotierenden Einheitsladung befindet, würde diese Quantinos dann aber nicht mehr aus Richtung der rotierenden Einheitsladung kommend wahrnehmen, da sie sich für sie wie in Abbildung 3.6.1 gezeigt spiralförmig bewegen. Dabei würde die Relativgeschwindigkeit der Quantinos zur ruhenden Einheitsladung mit zunehmenden Abstand zur rotierenden Einheitsladung immer weiter zunehmen. Ab einem gewissen Abstand wären dann alle Quantinos zu schnell, um eine Wirkung zu erzeugen, wodurch die rotierende Einheitsladung für die ruhende "unsichtbar" wäre. Umgekehrt würde das aber nicht gelten! Die rotierende Einheitsladung würde die von der ruhenden Einheitsladung ausgesendeten Quantinos so wahrnehmen, als ob sie selbst nicht rotieren würde.

Im eben beschriebenen Szenario wäre die lex tertia und somit die Impulserhaltung verletzt. Daraus kann geschlussfolgert werden, dass Ladungen entweder nicht rotieren können oder es nicht tun. Und daraus folgt, dass es einen bevorzugten, nichtrotierenden Bewegungszustand für einen Beobachter gibt, der sich dadurch auszeichnet, dass sich alle Quantinos auf geraden Bahnen bewegen.

Abbildung 3.6.2: Laserstrahl in der Ultrazentrifuge: Zentrifuge ruht.
Abbildung 3.6.3: Laserstrahl in der Ultrazentrifuge: Zentrifuge rotiert.

Der Zustand, dass ein Objekt rotiert, lässt sich experimentell durch das Auftreten von Fliehkräften nachweisen. Beispielsweise sorgen diese bei einem rotierenden Eimer mit Wasser dafür, dass das Wasser an den Wänden des Eimers empor steigt. Man sollte Rotation aber auch daran erkennen können, dass Lichtstrahlen gekrümmt werden. Dies ist nicht die Ursache von Kräften! Befestigt man beispielsweise, wie in den Abbildung 3.6.2 und 3.6.3 gezeigt, einen Laserstrahl in einer Ultrazentrifuge, so sollte man nach Einschalten beobachten können, wie sich der Auftreffpunkt des Lasers geringfügig verlagert.

Abbildung 3.6.4: Sagnac-Effekt: Interferometer ruht.
Abbildung 3.6.5: Sagnac-Effekt: Interferometer rotiert. Die Rotation ist aus Darstellungsgründen extrem groß.

Etwas indirekter ist dieses Phänomen der Lichtkrümmung beim Sagnac-Effekt zu beobachten. Die unterschiedliche Laufzeit des Lichtes entsteht dabei nicht, wie früher vermutet wurde, durch das Vorhandensein eines Lichtäthers, sondern durch die aufgrund der unterschiedlichen Krümmung verschieden langen Wege. Der Sagnac-Effekt wird im Übrigen als ein Beweis für die Richtigkeit der speziellen Relativitätstheorie gewertet. Die Quantinotheorie ist jedoch ebenfalls zum Sagnac-Effekt kompatibel.