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14.1.1 Διαστολή ρευστών σε περιστρεφόμενο κύλινδρο
Bei diesem Experiment handelt es sich um eine Variation des Newtonschen Eimers. Wie der Leser feststellen wird, handelt es sich hierbei vorrangig um die Sichtbarmachung der materiellen Expansion. Aber man wird auch gewisse wichtige Details des Verhaltens der Materie bei der Bewegung erkennen können.
Abbildung 14.1.1a Ruhender Zylinder Hierbei ruht alles. Die Wasseroberfläche ist flach.iiiiiiiiiiii
Abbildung 14.1.1b Rotierender Zylinder Bei schneller Rotation bildet die Flüssigkeit einen Ring mit rechteckigem Querschnitt, der nach innen (zur Rotationsachse) wächst, je größer die Drehgeschwindigkeit wird. Diese Gefäße, die aus durchsichtigem Plexiglas sind, könnten eine geeignete Messlatte haben, da möglicherweise – bei hoher Drehzahl – der innere entstehende Luftzylinder merklich kleiner und somit sichtbar wird. Man könnte dabei mit verschiedenen Gefäßdurchmessern, Flüssigkeiten und Wassermengen experimentieren.
Man könnte ein Lineal – wie auf der Zeichnung - befestigen oder sogar auf der Oberfläche des Zylinders konzentrische Kreise anbringen. Ich behaupte nämlich, dass wenn die Drehzahlen hoch sind, dann das Wachsen der Flüßigkein nach innen sichtbar wird.
Das Experiment ist im Prinzip folgendermaßen organisiert:
a—Man nehme einen durchsichtigen Plexiglaszylinder, der zum Teil mit einer vorher exakt gemessenen Wassermenge gefüllt wird. (s. Abb. 14.1.1a)
b—Im Zentrum der oberen Seite hat er eine kleine Öffnung zur Füllung mit Wasser, die während der Rotation offen bleibt.
c—Der Zylinder wird durch einen möglichst starken Elektromotor zur Rotation gebracht.
d—Man könnte Zylinder mit verschiedenen Durchmessern, Höhen, Flüssigkeiten und Flüssigkeitsmengen experimentieren, um dadurch das Flüssigkeitsverhalten zu beobachten und untersuchen.
e—Die wachsende Winkelgeschwindigkeit von Zylinder und Flüssigkeit verursacht die entsprechende Expansion der Teile des rotierenden Systems.
f—Dadurch werden die Moleküle der Flüssigkeit zur zylindrischen Außenwand gedrängt, sodass ein Wasser-Torus (Wasser-Ring) entsteht.
Wir machen aber jetzt hier kurz einen Gedankensprung, indem wir uns an Newtons Eimer und an gewisse Details seines Verhaltens erinnern. Wir werden jenes Experiment mit dem vergleichen, das wir hier untersuchen. (Ich erinnere den Leser daran, dass die detaillierte Klärung des Newtonschen Eimers im 8. Kapitel dieses Buches zu finden ist.)
Newtons Eimer
i—Nehmen wir an, dass der Newtonsche Eimer wie hier zylindrisch ist. Je schneller er rotiert, desto mehr expandieren beschleunigt alle Moleküle in ihm. (Das hat allerdings nichts mit der Eimerform sondern mit demobesseren Verständnis des Sachverhalts zu tun.)
ii—Am wenigsten werden dabei die Moleküle auf der Eimerachse expandieren, während sich am meisten die zylindrische Molekülmembrane ausdehnen wird, die die Eimerwand berührt. Das hängt damit zusammen, dass sie von allen Eimerwassermolekülen in der gleichen Zeiteinheit einen viel längeren Weg hinter sich bringen müssen. Entsprechend mehr expandiert folglich ihre Zeitheit, was für das physikalische Verständnis von kapitaler Bedeutung ist.
iii—Alle anderen zylindrischen Zwischenmembranen werden folgerichtig entsprechend ihrem Abstand von der Zylinderachse beschleunigt expandieren. Die Folge davon wird sein, dass die inneren Uhren aller Teilchen zwar stets die gleiche Zeit anzeigen werden wie die Teilchen der anderen Moleküle, aber je nach Gesamtgeschwindigkeit grundverschieden sein werden!
iv—Beim Newtonschen Eimer treibt die Zentrifugalkraft die am meisten expandierenden Molekülmembranen – die sich in der Nähe der Außenwand befinden -, nach oben. Bei schnellerer Rotation flüchten sogar die am meisten expandierenden Wassermoleküle aus dem Eimer, da sie eben diese Möglichkeit haben.
h—Beim hiesigen vorgeschlagenen Experiment ist allerdings diese Flucht nicht so leicht, da das Wasser sich in einem fast geschlossen Gefäß befindet. (Es gibt lediglich die kleine Öffnung auf der Oberseite des Zylinders für die Wasserzufuhr.)
i—Aus diesem Grund werden die äußeren expandierenden Molekülmembranen durch die inneren Wassermoleküle nach innen (zur Achse) hergedrängt. (Die Quanten von jedem Molekül expandieren entsprechend ihrer Lage.) Da jedoch den Wassermolekülen der Weg versperrt ist, dürfte es einen chaotischen Platzierungskampf aller Wassermoleküle gegeneinander geben.
j—Fest steht jedenfalls, dass es für die … verzweifelten, bedrängten Moleküle nur den Fluchtweg zur Torusachse gibt.
k—Sollte allerdings in diesem Fall der – innere – Wasserringdurchmesser durch die viel schnellere Rotation des Plexiglas-Behälters kleiner werden – und das wird sicher geschehen – dann wird man dadurch den endgültigen klaren experimentalen Beweis der materiellen Expansion haben.
l—Diese Überlegungen führen nun zur Feststellung, dass der Querschnitt des Plexiglas-Zylinders bei sehr schneller Rotation nicht mehr rechteckig sondern allerseits gekrümmt wird, da die Plexiglasmoleküle nach Lage ebenso expandieren werden. Die Krümmung dürfte allerdings so verschwindend gering sein, dass sie nicht messbar wäre. (s. Abb.14.1.1a,b, c)
m—Ich behaupte nun, dass der Zuwachs des Wasserrings nach innen sogar mit bloßem Auge beobachtbar sein wird.
n—Da das Wasser aus freien Molekülen besteht, könnte sogar das Anwachsen des Querschnitts so stark sein, das man dies an einem seitlich angebrachten Maßstab ablesen könnte. (s. Abb. 14.1.1b)
Man könnte sogar diesen Effekt forcieren, indem man soviel Wasser in den Plexiglasbehälter gießt, dass der – durch die Rotation – in der Mitte des Gefäßes gebildete Luftzylinder um die Rotationsachse wenig größer als der Durchmesser der Öffnung wird. Bei entsprechend großer Drehgeschwindigkeit, dürfte dann das Wasser überlaufen.
Dies dürfte verständlicherweise nicht geschehen, wenn das Wasser nicht expandieren sollte, wie die Physiker heute glauben. Das Gelingen des Experiments wird verständlicherweise zeigen, wie das Ganze zusammenhängt.
Sollte sogar der wettfreudige Stephen Hawking nicht an der materiellen Expansion glauben, könnte er mit mir ebenso eine Wette – sagen wir Mal über 100 € – schließen.
o—Sollte das Expandieren des Wasser-Torus nach innen optisch doch nicht feststellbar sein, könnte ich mir vorstellen, dass dies durch Röntgenaufnahmen oder durch Strahler gelingen könnte. (s. nächstes vorgeschlagene Experiment.)
