Blog – Jocelyne Lopez

Ich bin im April 2011 in die Diskussion Einstein verstehen: Ein Blogexperiment, Teil I von Dr. Markus Pössel, Mitarbeiter vom Albert Einstein Institut und Erfinder der Initiative Einstein online eingestiegen, um eine strittige Frage über die Messung von Längen von ihm klären zu lassen:
–       Meine Frage vom 20.04.11
–       Meine erneute Frage vom 09.05.11

Bis jetzt wurde diese Frage von Dr. Markus Pössel nicht beantwortet, so daß ich heute erneut die Problematik, die ich hiermit angesprochen habe, Dr. Pössel dargelegt und erneut um eine Antwort gebeten habe:

13.05.11 – Zitat von Jocelyne Lopez:

@ Dr. Markus Pössel:

Ich komme auf meine noch unbeantwortete Frage vom 09.05.11 über Längen-messungen mit der Lichtgeschwindigkeit zurück.
Sie schreiben über Urmaßstäbe in Ihrem Blog-Text:

„Urtyp eines Längenmaßes ist ein Maßstab, also ein Festkörper mit gerader Kante, darauf zwei Markierungen, die Nullmarke und die Einsmarke, die unsere Längeneinheit definieren. […]

Streben wir eine besonders hohe Genauigkeit an, müssen wir sicherstellen, dass sich unser Maßstab so wenig wie möglich verformt. Beim wohl bekanntesten Längenmaß, dem in Paris aufbewahrten Urmeter, und bei seinen Kopien, ist das durch einen besonders stabilen Querschnitt sichergestellt; […]

wir können unseren Maßstab dazu aus einem Material herstellen, dessen Länge sich mit wechselnder Temperatur so gut wie nicht verändert („Invar“)“ […]“

Diese Informationen leuchten mir ein: Die Länge eines materieller Maßstabes ist erst einmal die Länge eines Objekts, das man zwar willkürlich auswählen und per Konvention als Urmaßstab festsetzen darf, wobei man jedoch penibel dafür sorgen muss, dass es sich weder ausdehnen noch zusammenziehen kann. Das hat man bei dem materiellen Urmaßstab „Meter“, den Sie in Ihrem Blog-Text abgebildet haben u.a. durch die Wahl des Materials gewährleistet, sodaß der Urtyp sich, wie Sie es betonen, so gut wie gar nicht bei wechselnder Temperatur verändert.

Bei den Reproduktionen der Länge dieses quasi unveränderlichen materiellen Urtyps durch eine Messung mit der Lichtgeschwindigkeit kommen dagegen Abweichungen des Meßergebnisses durch vielerlei Faktoren zustande, wie es aus den o.g. Informationen von Wikipedia über Lasermessgeräte hervorgeht:

– Variationen des Meßergebnisses je nach Material des Lichtdetektors und des zu messenden Objekts (Brechungsindexe)
– Variationen des Meßergebnisses je nach Farbe (Lichtfrequenzen)
– Variationen des Meßergebnisses je nach Distanzen (Lichtlaufzeiten)

Dazu kommen zusätzliche Meßungenauigkeiten, die auf den Umstand zurückzuführen sind, dass man für die Messung einer Länge mit dem Licht zwei Messinstrumente braucht (Lichtdetektor +  Uhr), anstatt ein einziges Meßinstrument wie beim Anlegen eines materiellen Maßstabes, wobei man damit auch zwangsläufig die Fehlerquellen verdoppelt: Der Gang einer Uhr kann zum Beispiel wiederum durch verschiedene Faktoren beeinträchtigt werden, je nach Bauarten, wie zum Beispiel durch Temperatur, Umwelteinflüsse, Druck, Bewegung oder Gravitation.

All diese verschiedentlichen Meßungenauigkeiten bei der Messung einer Länge mit dem Licht können wiederum während dem konkreten Messvorgang der Länge eines bestimmten Objekts nicht einzeln und getrennt gemessen werden, sondern sie fließen unbekannt bzw. undifferenziert ins Messergebnis und könnten ggfs. nur blind durch Einschätzungen korrigiert werden. Ohne Berücksichtigung und Korrekturen dieser Meßfehler würde jedoch die per Konvention festgesetzte Länge des materiellen Urtypes nicht mehr unveränderlich, sondern ganz im Gegenteil variable sein, was weder gewünscht noch  akzeptabel ist. Wenn ich zum Beispiel die Länge des materiellen Urmaßstabes mit dem Licht messen würde, würde ich abweichende Meßwerte erhalten:

–  je nachdem, ob der Urmeter z.B. aus Holz oder Metallen oder sonstigen Materialen ist,
–   je nachdem, ob der Urmeter z.B. blau oder rot ist,
–   je nachdem, ob ich den Urmeter z.B. aus 5 m  oder aus 10 m Entfernung messe,
–   je nachdem, wie empfindlich die Photozellen des Lichtdetektors sind,
–   je nachdem, ob die verwendete Uhr empfindlich auf Temperatur, Druck, Umwelteinflüsse, Bewegung oder Gravitation ist.

Ich würde dann eine variable Längenmesseinheit „Meter“ bei jeder einzelnen Messung mit dem Licht bestimmen, das ist ja nicht der Sinn der Sache!

Vor diesem Hintergrund sehe ich nicht, dass die Messung von Längen mit der Lichtgeschwindigkeit vorteilhaft für Hochgenauigkeitsmessungen ist, wie Sie das ausführen, weil sie eben vielseitigen Fehlerquellen verursacht, die nur schwer durch Einschätzungen zu differenzieren und zu korrigieren sind.

Was meinen Sie?