14.1.1 Διαστολή υγρών σε ένα 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.
ΕΙΚΟΝΑ
Abbildung 14.1.1a Ruhender Zylinder Hierbei ruht alles. Die Wasseroberfläche ist flach.
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.
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 Motor zur Rotation gebracht.
d Man könnte Zylinder mit verschiedenen Durchmessern, Höhen, Flüssigkeiten und Flüssigkeitsmengen experimentieren, um dadurch das Wasserverhalten zu beobachten und untersuchen.
e Durch die möglichst schnelle Rotation werden sowohl der Zylinder selbst als auch das anfänglich ruhende Wasser beschleunigt expandieren.
f Dadurch wird dies zur zylindrischen Außenwand gedrängt, sodass ein Was-ser-Torus (Wasser-Ring) entsteht.
g Man wird möglicherweise denken, dass der Querschnitt dieses Torus während seiner Rotation weiterhin rechtwinklig bleiben wird. Aber das wird nicht der Fall sein.
Wir machen jetzt hier kurz einen Gedankensprung, indem wir uns an New-tons Eimer und an gewisse Details seines Verhaltens erinnern, um sie mit dem hiesigen Plexiglas-Gefäß zu vergleichen. (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 dem besseren Verständnis des Sachverhalts zu tun.)
ii Am wenigsten werden dabei die Moleküle auf der Eimerachse expan-dieren, während sich am meisten die zylindrische Molekülmembrane ausdehnen wird, die die Eimerwand berührt. Das hängt damit zusam-men, dass sie von allen Eimerwassermolekülen in der gleichen Zeit-einheit 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 Außen-wand 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 befin-det. (Es gibt lediglich die kleine Öffnung auf der Oberseite des Zylinders für die Wasserzufuhr.)
i Aus diesem Grund werden die äußeren expandierenden Molekülmembra-nen 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 gelungene Experiment wird nun 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.)
