Spur eines Jahrhundertirrtums

Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< Vorwort
>> (2) Über den Umgang mit wissenschaftlichen Modellen
1 Brauchen wir ein neues physikalisches Weltbild?
Noch immer steckt die Natur voller grundlegender Geheimnisse, obwohl manche Naturwissenschaftler und Autoren bereits so tun,
als seien wir gegenwärtig nur noch damit beschäftigt, die allerletzten Rätsel unserer Welt zu lösen. Seit etwa zweitausend Jahren
ist eine systematische Naturbeobachtung und -erforschung durch den Menschen erkennbar, und besonders in den letzten
Jahrhunderten zeigt sich das Bemühen, sämtliche Erscheinungen der physikalischen Welt und deren Ursachen in ein
einheitliches Gedankengebäude mit logischer Struktur einzuordnen.
Doch bis heute müht man sich vergeblich um diese Vereinheitlichung, sucht man nach der "Urkraft", nach einer "Weltformel",
nach dem einigenden Band, das allen bekannten physikalischen Wechselwirkungen die innere Geschlossenheit geben könnte.
Das moderne physikalische Weltbild entstand um die Jahrhundertwende. Es wurde wesentlich geprägt durch Albert Einstein, der
den zu dieser Zeit vorherrschenden Naturanschauungen mit seiner Antwort auf eine experimentelle "Frage an die Natur" eine
qualitativ neue Denkrichtung gewiesen hat. Mit einigen daraus abgeleiteten kühnen, theoretisch beeindruckenden und praktisch
nützlichen Schlußfolgerungen verlieh er seinem Weltbild einen gewissen Heiligenschein und eine scheinbare Unumstößlichkeit.
Einstein selbst gehörte auch zu den Zweiflern: "Die moderne Physik hat alle Fragen von neuem aufgerollt und auch gelöst.
Allerdings sind uns aus dem Ringen um diese Lösungen wieder neue, noch tiefgründigere Probleme erwachsen. Unser Wissen
erscheint im Vergleich zu dem der Physiker des neunzehnten Jahrhunderts beträchtlich erweitert und vertieft, doch gilt für unsere
Zweifel und Schwierigkeiten das gleiche." Es ist beachtenswert, wie die moderne Physik die offenen Fragen des alten Weltbildes
"gelöst" hat.
Die moderne Physik, d.h. das moderne physikalische Denken, entstand und entwickelte sich aus dem sogenannten
"mechanistischen" Denken. Die "Mechanisten" hätten ihre Denkart vielleicht so charakterisiert: <Jede physikalische Erscheinung
(Wirkung) hat eine eindeutige Ursache, die mit dem gesunden Menschenverstand anschaulich als direkte stoffliche
Wechselwirkung der verschiedenen Zustands- und Bewegungsformen der Materie erklärbar ist.> Zu den aktivsten Vertretern
dieser Denkrichtung zählen auch namhafte Wegbereiter unseres heutigen physikalischen Wissens: Michael Faraday (17911867), James Clerk Maxwell (1831-1879), Heinrich Hertz (1857-1894) und Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928).
Vor Zeiten war die Arbeit der Naturforscher, die sich auch Naturphilosophen nannten, zunächst wenig anwendungsorientiert.
Obwohl die sich entwickelnde Großproduktion zunehmend nach anwendungsbereiten Lösungen verlangte, hatten die
"Mechanisten" vorrangig eine erkenntnistheoretische Zielstellung: Sie suchten nach inneren Ursachen und Zusammenhängen, um
zu erkennen, was die Welt im Innersten zusammenhält.
Das moderne physikalische Denken ist dagegen hochgradig zweckorientiert, obwohl seine Fürsprecher besonders den
theoretischen, verallgemeinernden Wert hervorheben. Die moderne Theorie vergeudet weder Zeit noch Mühe zur anschaulichen
Erklärung "unerklärbarer" Erscheinungen; sie ist schon hundert Jahre voll beansprucht, sich selbst zu beweisen.
Und dies sind die methodischen Stützen des modernen Weltbildes: Einstein erklärt das Vakuum zum stofflich leeren Raum, in dem
es nun definitiv keine stofflichen Wechselwirkungen mehr zu suchen und zu erforschen gibt. Die möglicherweise daraus
resultierenden undurchschaubaren Erscheinungen werden als "unerklärbare" Erscheinungen definiert, erhalten klangvolle Namen
und werden in den Rang eines Naturgesetzes, zu einer selbständigen physikalischen Realität, erklärt. Die moderne Theorie erfaßt,
abstrahiert, modelliert und verknüpft nur die äußeren Erscheinungen (Wirkungen), die dann an mathematischen Modellen
vorzüglich mehrdimensional berechnet werden. Und was aus dieser Modellvorstellung nicht ableitbar ist, hat im physikalischen
Weltbild keine echte Daseinsberechtigung. Die Frage nach möglichen inneren Ursachen einer physikalischen Erscheinung wird
als "mechanistisch" abgewertet und gehört, wie man vernimmt, längst auf den Müllhaufen der Wissenschaftsgeschichte. Wagt es
noch jemand, wissenschaftlich querzudenken?
Unter einer physikalischen "Erklärung" wird gewöhnlich nur die Verknüpfung und Anwendung experimentell ermittelter und als
Gesetzmäßigkeit formulierter Fakten verstanden. Zur "Ursache" einer "unerklärbaren" Erscheinung wird somit ein Wort, eine
Formel oder eine den Feldlinien "zugeordnete" Eigenschaft. Es wird betont, daß Ursache-Wirkungs- Beziehungen und der
gesunde Menschenverstand in der modernen Physik nur begrenzt anwendbar seien. Ein nicht zu erklärendes Gesetz, weil
grundsätzlich "nicht erklärbar", gilt eben, wie man oft hört und liest, "weil die Welt so eingerichtet ist".
Auch die Chemie ist trotz ihrer inneren Geschlossenheit eine Experimentalwissenschaft geblieben. Man hat sich daran gewöhnt,
mit nützlichen Fakten und Begriffen zu operieren. Doch welche ursächlichen Zusammenhänge verbergen sich z.B. hinter dem
"Periodensystem", dem "Atomzerfall" und der "Wertigkeit"? Woran liegt es, daß einige Atome stabile Bindungen miteinander
eingehen und andere gar nichts voneinander wissen wollen?
So leben wir nun mit einem physikalischen Weltbild voller abstrakter Gesetze, Regeln, Rezepte, Modell-, Ersatz- und
Hilfsvorstellungen.
Man deutet die Gravitation als "Massenanziehungskraft", aber niemand vermag deren Wesen zu erklären, und überall sucht man
mühsam nach den Massen, die die Welt zusammen und in Bewegung halten sollen. Zahllose Entstehungs-, Existenz- und
Bewegungsformen von Himmelsgebilden sind durch "Massenanziehungskraft" überhaupt nicht erklärbar.
Der "tiefere Sinn" des hypothetischen "Urknalls", nach dem, mathematisch zurückgerechnet, das jetzt expandierende Weltall
ursprünglich in einem Punt konzentriert gewesen sein soll, ist wohl, (nur leicht hinkend) einer "Milchmädchenrechnung"
vergleichbar: Wenn 10 Bauarbeiter ein Haus in 100 Tagen erbauen, dann bauen 1000 Arbeiter ein Haus in einem Tag. (!?)
Derzeitige physikalische Auffassungen lassen es theoretisch zu, daß die Expansion irgendwann durch Massenanziehungskräfte
aufgehalten und in einen erneuten Verdichtungsprozeß umgelenkt werden kann.
Fast alle elektromagnetischen Erscheinungen werden heute dem gehobenen Nachwuchs aus den Maxwell'schen Gleichungen
abgeleitet oder in umschriebener Form als Fakt dargestellt, wobei man sich schlicht auf das Experiment beruft. Man hantiert mit
beeindruckenden Begriffen, Experimenten und Berechnungsmethoden und beherrscht alles bestens. Aber: Vom Professor der
theoretischen Physik bis zum Lehrling der praktischen Elektrotechnik vermag bis heute niemand zu sagen, was sich da eigentlich
wie bewegt und gegenseitig beeinflußt.
Unser modernes physikalisches Wissen ist gut geeignet, die natürliche Welt auszunutzen und zu beherrschen, was wir täglich in
allen Bereichen von Wissenschaft und Technik praktizieren. Wir können (fast) alles, wir beherrschen die Mittel zum Zweck. Aber
über innere Ursachen und Hintergründe der äußeren Erscheinungen wissen wir nichts.
Das physikalische Weltbild ist ungeeignet zum Erkennen innerer physikalischer Wahrheiten, weil es den Weg dahin grundsätzlich
versperrt. Es bleibt damit Raum für Spekulationen jeglicher Art. Die wissenschaftliche Theorie steht sprach- und ratlos daneben
und kann nicht mal ahnen, in welcher Richtung eine Lösung für die "großen Rätsel unserer Welt" zu suchen ist.
Immer mehr Physiker glauben, die Naturgesetze seien übernatürlich, von Gott geschaffen und durch Menschen überhaupt nicht
erklärbar. Die Ohnmacht der Theorie, die hier nur leicht angedeutet wurde, bietet hinreichend Anlaß und verlangt, dem
Entwicklungsweg des physikalischen Weltbildes aus neuer Sicht offen, sachlich und kritisch nachzuspüren.
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<< (1) Brauchen wir ein neues physikalisches Weltbild
>> (3.1) Materie im "herkömmlichen" und "erweiterten" Sinne
2 Über den Umgang mit wissenschaftlichen Modellen
Das wissenschaftliche Modell ist heute den Fachleuten aller Bereiche von Wissenschaft und Technik ein unentbehrliches Arbeitsund Hilfsmittel. Um eine exakte Definition des Modellbegriffes haben Fachexperten und Philosophen lange gerungen und
gestritten. Daher findet man in der Literatur Definitionen, die sich in Nuancen unterscheiden. In ihrer wesentlichen Aussage
stimmen aber alle Modelldefinitionen sinngemäß überein.
Einige charakteristische Grundaussagen sind z.B.:
Unter einem Modell versteht man eine materielle oder ideelle Struktur, die nur einen bestimmten Bereich der Wirklichkeit in
schematischer oder idealisierter Form proportional oder ähnlich nachbildet.
Nur für die nachgebildeten Eigenschaften tritt das Modell an die Stelle des Originals, ein Modell hat stets
Ausschnittscharakter.
Ein Modell ist dadurch bestimmt, wovon und wofür es Modell ist. Man schafft sich also ein Modell, um die für den
beabsichtigten Zweck unwichtigen Eigenschaften vorsätzlich zu unterschlagen. Die für den Zweck bedeutsamen
Eigenschaften werden dadurch überschaubarer, mathematisch formulierbar und experimentellen Untersuchungen zugängig.
Von Erkenntnistheoretikern wird oft ein besonderer Anspruch an die Modellfunktion hervorgehoben: "Ein Modell erfüllt dann und
deshalb eine Erkenntnisfunktion, wenn und weil es objektiv immanent solche Informationen enthält, die über die bekannten, zu
seiner Projektierung und Herstellung notwendigen Anfangserkenntnisse hinausgehen. Das Subjekt gewinnt am Modell echte neue
Informationen und schließt erst daraus auf entsprechende Eigenschaften des Originals."
Diese Definition ist gewagt, weil sie voraussetzt, daß ein Modell mehr Information enthält, als hineinmodelliert wurde. In gewissen
Grenzen mag das für Einzeleigenschaften zutreffen. Doch prinzipiell kommt es bei den Modellen, die zur Erkenntnisgewinnung
dienen sollen, darauf an, die Grenzen der Aussagefähigkkeit des Modells sehr genau einzuschätzen, sonst könnten sich die auf
das Original rückwirkend übertragenen, (vermuteten!), "echten neuen Informationen" in Wirklichkeit als verhängnisvolle
Trugschlüsse erweisen.
Man modelliert heute fast alles in Wissenschaft und Technik. Und man könnte z.B. auch einen Menschen modellieren, als
Wachsfigur, als gläserne Nachbildung des Körperbaus für medizinische Zwecke, oder auch als hochelektronisch funktionierenden
Roboter in Menschengestalt.
Es wird aber niemandem einfallen, an diesen Modellen das tiefgründige innere Wesen eines Menschen studieren und mit
mathematisch vollendeten Mitteln berechnen zu wollen, oder gar zu behaupten, daß ein Mensch in Wirklichkeit auch nur so
beschaffen sein kann und darf, wie es aus dem Modell erkennbar und mathematisch ableitbar ist. Das wäre unwissenschaftliche
Nichtbeachtung der Grenzen der Erenntnisfunktion eines Modells!
Ein Modell kann viele Eigenschaften annehmen, - wenn wir sie ihm geben. Doch ein Modell kann nie zum Original werden und
auch nicht dazu erklärt werden, denn dann verliert es seinen Modellcharakter, und es wird dabei der Bereich von Informationen
negiert, durch den sich das Modell vom Original unterscheidet. Folglich ist es unsinnig und unwissenschaftlich, eine ideelle
Struktur, auch wenn sie ihren Zweck hervorragend erfüllt, zur physikalischen Wirklichkeit zu erklären.
Auch das physikalische Weltbild ist in seiner Gesamtheit eine ideelle Struktur, eine Kombination aus verschiedenen, sich teils
sogar widersprechenden UntermodeIlen.
Max Planck über das physikalische Weltbild:
"Zu diesen beiden Welten, der Sinnenwelt und der realen Welt, kommt nun auch noch eine dritte Welt hinzu, die wohl von
ihnen zu unterscheiden ist: die Welt der physikalischen Wissenschaft oder das physikalische Weltbild. Diese Welt ist, im
Gegensatz zu jeder der beiden vorigen, eine bewußte, einem bestimmten Zweck dienende Schöpfung des menschlichen
Geistes und als solche wandelbar und einer gewissen Entwicklung unterworfen. Die Aufgabe des physikalischen Weltbildes
kann man in doppelter Weise formulieren, je nachdem man das Weltbild mit der realen Welt oder mit der Sinnenwelt in
Zusammenhang bringt. Im ersten Falle besteht die Aufgabe darin, die reale Welt möglichst vollständig zu erkennen, im zweiten
darin, die Sinnenwelt möglichst einfach zu beschreiben." <47>
Die Nutzfunktion unseres Weltbildes beherrschen wir, die Erkenntnisfunktion wurde der Nutzfunktion geopfert. Beide Funktionen,
obwohl sie sich im Erkenntnisprozeß bedingen, möchte man unterscheiden, denn die physikalische Wirklichkeit und ihre im
Modell erfaßten Einzelerscheinungen oder auch manche zweckdienliche hineinkonstruierten Behauptungen andererseits sind zwei
grundsätzlich verschiedene Dinge. Die vollständige physikalische Wahrheit muß nicht immer nützlich sein! Die nützlichste
Modellvorstellung kann nie in vollem Umfang wahr sein!
Die gängige Deutung der Gravitation als "Massenanziehungskraft" im leeren Raum ist, da man nur über Jahrhunderte den
Himmelskörpern, den realen wie den vermuteten, die ihnen gebührenden Massen "zugeordnet" hat, zu einer nützlichen
Modellvorstellung geworden. Ist aber durch die Nützlicheit dieser Auffassung bewiesen, daß da wirklich eine Massen-AnziehungsKraft zwischen den Körpern im leeren Raum wirksam ist? Dennoch wird diese Auffassung im modernen physialischen Weltbild
und unumstößliches Naturgesetz angesehen.
Der Feldbegriff wurde zu einer "eigenständigen physialischen Realität" erhoben, zu einem nicht weiter erklärbaren
Naturgeschehen, obwohl die Wegbereiter des Feldbegriffs (Faraday, Maxwell, Hertz) das "Feld" stets als Modell- bzw.
Hilfsvorstellung aufgefaßt hatten.
Es ist ganz normal, daß sich die Untermodelle des physikalischen Weltmodells teils widersprechen oder gar völlig ausschließen;
das liegt an der Haupteigenschaft eines Modells. Man nutzt eben das Modell, das dem jeweiligen Zweck am dienlichsten ist.
Besonders deutlich wird dies bei der Welle-Teilchen-Erscheinung. Doch auch hier ist man bemüht, diese peinlichen "Teilchen mit
Wellencharater" bzw. "Wellen mit Teilchencharakter" als "Welle-Teilchen-Dualismus" in den Rang der physialischen Wirklichkeit
zu erheben, zu einer "dialektischen Einheit der Natur", zum "unerklärbaren Schöpfungsakt".
Es ist eben die Tragik des modernen physikalischen Weltbildes, daß "es" einem Modell nicht seinen Modellcharakter läßt. Der
äußeren Erscheinung wird damit von vornherein das (noch unerkannte) innere Wesen aberkannt. Für grundlegende physikalische
Ursachen und Zusammenhänge, die sich unter der äußeren Erscheinung abspielen mögen, die uns verborgen sind, hat man
keine Erklärung und darf auch keine finden, weil durch geschaffene Tabuzonen und Dogmen der Erkenntnispfad verbaut und
verboten wurde.
Lassen wir also dem Modell seinen Modellcharakter! Modelldenken ist stets Nützlichkeitsdenken mit eingeschränktem Anspruch auf
Übereinstimmung mit der Wirklichkeit. Man muß sich aber strikt dagegen wenden, die Nützlicheit eines Modells als Beweis für die
Deutungen anzusehen, die mit diesem Denkmodell insgesamt vernüpft worden sind, denn das ist unwissenschaftlicher Umgang mit
wissenschaftlichen Modellen.
Wir wagen eine Schlußfolgerung, die noch ausführlicher untersucht und belegt wird: Der unwissenschaftliche Umgang mit
wissenschaftlichen Modellen behindert das Erkennen der physikalischen Wahrheit.
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<< (1) Brauchen wir ein neues physikalisches Weltbild
>> (3.1) Materie im "herkömmlichen" und "erweiterten" Sinne
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>> (3.2) Die geheimnisumwobene "latente Materie"
3 Um einen eindeutigen Materiebegriff
3.1 Materie im "herkömmlichen" und im "erweiterten" Sinne
3.2 Die geheimnisumwobene "latente Materie"
3.3 Das Wirbelprinzip der latenten Materie
3.1 Materie im "herkömmlichen" und im "erweiterten" Sinne
Kaum ein anderer Begriff ist in der Wissenschaftsentwicklung so umstritten wie der Materiebegriff. Dennoch einigte man sich
schließlich trotz philosophischer Nuancen auf eine scheinbar eindeutige Definition: Materie ist die objektive Realität, die außerhalb
des menschlichen Bewußtseins existiert und von ihm unabhängig ist.
Im ursprünglichen Sinne bedeutet "Materie" die "stoffliche Substanz". So waren bis etwa um die Jahrhundertwende die Begriffe
"Materie" und "Stoff" identisch, wobei man unter dem "Stoff" die Atome bzw. Moleküle der chemischen Elemente verstand, die als
die kleinsten Bausteine der Materie angesehen wurden. Die Gleichheit von "Stoff" und "Materie" war so selbstverständlich, daß es
im Sprachgebrauch nicht extra betont werden mußte, denn es gab keine "nichtstoffliche" Materie.
In der Physik und in den technischen Wissenschaften, wo materielles Denken und Tun unerläßlich sind, erfuhr der Materiebegriff
eine Präzisierung, die mit berechtigter Selbstverständlichkeit gehandhabt wurde: "Materiell ist alles objektiv Existierende, das
wiederholbare Wirkung zeigt und meßtechnisch nachweisbar ist." Mit der Berufung auf das Experiment, als dem höchsten
Kriterium der Wahrheit, scheint also in der Physik die Objektivität grundsätzlich gesichert zu sein.
Was aber existiert da objektiv und unabhängig von der menschlichen Vorstellungswelt? Wie ist die Materie strukturiert? Wo liegen
die Grenzen ihrer Strukturen? Bei der Suche nach Antwort auf diese Fragen unterscheiden sich die eigentlich materialistisch
orientierten Naturwissenschaftler in ihrer philosophischen Grundhaltung und Konsequenz. Da zeigt es sich, daß der (objektive)
Materiebegriff gar nicht so eindeutig ist wie es zunächst erscheint.
Mit der Entdeckung der Radioaktivität und des Atomzerfalls geriet die bis dahin anerkannte Grenze der (stofflichen) Materie ins
Wanken, und Vertreter der idealistischen Weltanschauungen frohlockten über das "Verschwinden der Materie". Um die Deutung
des Atomzerfalls lieferten sich Philosophen aller Weltanschauungen erbitterte Gefechte. Philosophie ist als weltanschauliche
Grundhaltung zunächst Ansichtssache des Einzelnen. Er muß prüfen und erfahren, wie ihn seine Grundauffassung befähigt, das
Mögliche vom Unmöglichen, das Sinnvolle vom Sinnlosen und den rechten Weg vom Irrweg zu unterscheiden.
Dabei prallten uralte Gegensätze, die seit langem unter der Oberfläche schwelten, erneut mit voller Wucht aufeinander:
Die Materie "verschwindet", aber wohin verschwindet sie? Löst sie sich in ein stoffliches "Nichts" auf oder in andere, noch
unerkannte stoffliche Strukturen? Ist ein Bereich stoffloser Materie überhaupt sinnvoll und denkbar? Ist der Raum denn leer, wie
es einst Newton annahm? Oder ist er mit einem feinen stofflichen Medium, dem Äther, ausgefüllt? Sollen die beachtlichen
Energien, die bei der Auflösung der Materie frei werden, etwa als stofflose Kräfte und Wirkungen deutbar sein? Ist die Welt
überhaupt noch erkennbar? Gibt es eine Dialektik in der Natur oder vollziehen sich die Naturvorgänge zusammenhanglos und für
den Menschen unerfaßbar nach dem Willen eines Schöpfers? Vielleicht verschwindet die Materie gar nicht? Möglicherweise geht
sie nur in einen anderen Zustand über, der den menschlichen Sinnen nicht direkt zugängig ist? Vielleicht verschwindet nur die
Grenze, bis zu der wir die Materie bisher erkannt haben?
Der beschrittene "Ausweg" war kein Weg zur physikalischen Wahrheit, es war ein Weg der begrenzten Nützlichkeit, eine aus Not
gemachte Tugend.
Seit Michael Faraday (1791-1867) bediente man sich des Feldbegriffes als Modell- und Hilfsvorstellung zur Veranschaulichung
der elektromagnetischen Erscheinungen. Aber in der modernen Physik wurde der Feldbegriff "verselbständigt", man erklärte ihn
zu einer "eigenständigen physikalischen Realität", zu einer "nicht weiter reduzierbaren Erscheinungsform der Materie". "Nicht
weiter reduzierbar", d.h. nicht weiter zerlegbar, auf nichts zurückführbar, durch nichts erklärbar. Dem Erkenntnisprozeß wird eine
willkürliche Schranke gesetzt, und ein Bereich der noch unerkannten Materie wird zu einer "Tabuzone" erklärt. Durch diese
wissenschaftliche Unart wurde eine Modell- und Hilfsvorstellung zu einer "physikalischen Wahrheit" "gemacht". Folglich gilt nun
das "Feld" als "nichtstoffliche" Strukturform der Materie.
Am objektiven Charakter der Felderscheinungen gibt es keinen Zweifel. Die Wirkungen der Felder sind meßtechnisch
nachweisbar und wurden zur Grundlage vielfältiger technischer Anwendungen. Felder sind also im Sinne der Materiedefinition in
jedem Falle eine objektive Realität. Es steht nur die Frage, ob das Feld als äußere Erscheinung einer noch unerkannten
materiellen Ursache angesehen wird oder ob man durch die Verselbständigung des Feldbegriffes die äußere Erscheinung von
ihrer Ursache loslöst und die Ursache verleugnet.
Die Not wird zur Tugend, weil für die Feldwirkungen keine ursächliche Erklärung "nötig" ist. Man hat sich mit den Tatsachen
abzufinden, und jeder macht das auf seine Weise. Der Idealist motiviert sein "Sichabfinden" notgedrungen damit, daß das Feld
ein Teil der Schöpfung sei. Der Materialist bekundet seine Verlegenheit oft mit dem Hinweis auf die Tatsache, daß das Feld eine
nachweisbare objektive Realität und damit Materie ist. Dieser unnötige Hinweis, den ohnehin niemand bezweifelt, macht weder das
Wesen des Feldes noch seine Wirkung erklärbar.
Aus einer neuzeitlichen Darstellung des Materiebegriffs, (Brockhaus):
"Die eigentlichen Träger der Materie (>Teilchen<) sind dynamische Zentren, die nur einen verschwindend geringen Raum
einnehmen. Der räumliche Hauptanteil der makro-physikalisch repräsentierten Materie >leer< im Sinne einer naiven Anschauung,
jedoch erfüllt von intensiven Kraftwirkungen. Sie bilden das Feld, das die eigentlichen Materieträger umgibt und als dessen
Erzeugnis man umgekehrt auch diese eigentliche Materie zu verstehen bemüht ist, da seit Entdeckung des Dualismus eine
scharfe Trennung zwischen den Begriffen Teilchen und Feld nicht möglich ist. Vielmehr können Teilchen mit Ruhemasse in solche
ohne Ruhemasse umgewandelt werden und umgekehrt. Beide können als 2 verschiedene Erscheinungsformen von Energie
aufgefaßt werden. Eine der Grundeigenschaften der Materie, oft fälschlich mit ihr gleichgesetzt, ist die Masse. Die Antimaterie ist
im obigen Sinn als eine andere Form von Materie aufzufassen, nicht aber als etwas von normaler Materie Wesensverschiedenes."
Nun leben wir in einer zauberhaft verrückten Welt. Nach moderner physikalischer Ansicht muß wohl der Schöpfer durch die
einheitliche Natur eine unnatürliche Scheidewand gezogen haben, wodurch die Welt in einen stofflichen und einen nichtstofflichen
Bereich getrennt wird. In jedem dieser beiden Bereiche sollen Naturgesetze auf gesonderte Art und Weise wirken. Die eine Seite
dieser Welten ist begreifbar, die andere entzieht sich unserem Vorstellungsvermögen. Beide Welten verbindet die abstrakte
Formel.
Nach moderner Deutung E = mc2 erzeugen wir Energie (nichtstoffliche Materie) aus Masse (stoffliche Materie), wissen aber
nicht, was da geschieht. Umgekehrt wird auch die Entstehung von Masse aus (stoffloser) Energie gedeutet. Eine exakte Definition
des Stoff Begriffs wird vermieden, obwohl nun zwei Strukturformen der Materie anerkannt sind. Aus der Literatur spricht die
Unvollkommenheit derzeitiger Begriffsbildungen. Man liest von der Materie im "herkömmlichen", im "physikalischen", im
"philosophischen", im "direkten", im "gewöhnlichen", im "üblichen", im "eigentlichen", im "normalen" und im "erweiterten" Sinne.
Doch die "Spaltung der Natur" ist kein Schöpferakt. Der "Gott", der sie vollzog, war Albert Einstein. Er erklärte letztendlich das
Vakuum zum stofflich leeren Raum, verselbständigte den Feldbegriff und verlieh ihm seine "Unantastbarkeit". Durch die
Relativitätstheorie "mußten" die Wirkungen einer verkannten und verleugneten Materie auf höherer Ebene abstrakt berechenbar
gemacht werden (ausführlich in Teil II).
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>> (3.2) Die geheimnisumwobene "latente Materie"
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<< (3.1) Materie im "herkömmlichen" und "erweiterten" Sinne
>> (3.3) Das Wirbelprinzip der latenten Materie
3.2 Die geheimnisumwobene "latente Materie"
Ob die Welt mit einem "Urknall" oder als "Schöpfungsakt" begann, ist Glaubenssache und kann nur bedingt Gegenstand
wissenschaftlicher Erörterung sein. Aber: Könnte man noch heute von einem etwaigen "Erstbeweger" erwarten, daß er nach so
langer Zeit noch immer alle Fäden in der Hand hält und den Ablauf seiner wichtigsten Naturgesetze, die dem menschlichen Geiste
unerklärbar sein sollen, eigenwillig lenkt? Ob das nicht auch für einen Allmächtigen auf die Dauer eine unzumutbare
Überforderung wäre? Aber sind die angeblich unerklärbaren Feldwirkungen einer angeblich stofflosen Materie nicht ein
Zugeständnis an eine mögliche mystische Komponente eines göttlichen Schöpfungsaktes? Sind sie nicht, sofern man sie zur
physikalischen Wahrheit erklärt und ernsthaft als solche ansieht, ein naturwissenschaftlicher Selbstbetrug?
Trotz einiger Widersprüche entwickelte sich das naturwissenschaftliche Denken bis zur Jahrhundertwende in sich logisch und
hoffnungsvoll. Man beachte dazu die Aussagen von Heinrich Hertz (4.12.2).
Die Einstein'sche Deutung des Michelson-Versuches mit dem nun stofflich leeren Raum entzog den elektromagnetischen
Vorgängen das tragende Medium. Um auch die Gravitation, für die Heinrich Hertz noch eine Ursache ahnt, wurde in das Reich
unerlärbarer Zauberkräfte verbannt.
Seitdem "dürfen" einige Naturvorgänge, z.B. die Gesetze der Wellenausbreitung, prinzipiell nicht miteinander vergleichbar und
durch den gesunden Menschenverstand erfaßbar sein. Die entstandenen Lücken "mußten" mit abstrakten Begriffen und mystisch
anmutenden pseudowissenschaftlichen Denweisen ausgefüllt bzw. überbrückt werden.
Wurde hierbei eine verkannte Not zur falschen Tugend gemacht? Was war das für eine "Not"? Irrten bereits die Klassiker der
vergangenen Jahrhunderte in ihrem fundamentalen Auffassungen oder haben erst die neuen "Tugenden" auf den Irrweg des
Jahrhunderts geführt?
Wenn die Natur materialistisch ist, was wir annehmen, dann muß man, um die Natur zu erkennen, auch materialistisch vorgehen.
Nutzen wir also die ungetrübte Weisheit der klassischen Naturphilosophen, und scheuen wir auch die "naive" Logik nicht; die
intelligente ließ uns den gelobten Pfad der Erkenntnis verlassen und begreift sich selbst nicht mehr.
Gleich welcher Art der erste "Anstoß" gewesen sein mag: Sieht man die Welt materialistisch (im klassischen Sinne), so muß man
annehmen:
Die Welt ist ein sich selbst regulierendes System, in dem sich die Naturvorgänge durch materielle Wechselwirkungen
gegenseitig bedingen.
Materie ist stoffliche objektive Realität. Es gibt keine stofflose Materie. Alles, was objektiv Wirkung zeigt, muß auch objektiv
aus "irgendwas" bestehen, das sich vom stofflichen Nichts abhebt.
Es gibt keinen stofflich leeren Raum.
Die Naturvorgänge vollziehen sich nach vergleichbaren Naturgesetzen.
Die Struktur- und Bewegungsformen der Materie sind grundsätzlich erkennbar. Die willkürliche und ohnehin undefinierbare
Grenze zwischen stofflicher und nichtstofflicher Materie ist gegenstandslos. Es gibt nur die Grenze, bis zu der wir die Materie
bisher erkannt haben.
Die Bewegung ist die Daseinsweise der Materie. Wer die Natur erkennen will, muß ihre Geheimnisse in der materiellen
Bewegung suchen.
Der Feldbegriff, als Modell- und Hilfsvorstellung, eignet sich weiterhin vorzüglich zur abstrakten Erfassung äußerer
Erscheinungen und Wirkungen der noch unerkannten Materie. Definiert als "eigenständige physikalische Realität" verdeckt
er Existenz und zu erwartende Vielfalt einer "latenten Materie".
Zur Begriffsbildung "latente Materie":
Mit diesem Begriff sei die stoffliche Materie bezeichnet, die durch den Feldbegriff bisher verdeckt und verboten ist, deren
Strukturen und Bewegungsformen zu erforschen sind, um die äußeren Erscheinungen der Materie in ihrem inneren ursächlichen
Zusammenhang zu erkennen.
Latent: unerkannt, verborgen, scheinbar ruhend, aufgespeichert.
Folgerichtig ist: Feste, flüssige, gasförmige, latente Materie.
Eine präzisere Namensgebung wird absichtlich vermieden, um die strukturelle und Wirkungsvielfalt der "latenten Materie" nicht
bereits von vornherein begrifflich einzuengen. Die "latente Materie" anzuerkennen und zu erforschen, ergibt sich aus prinzipiellen
philosophischen Erwägungen und aus der erkenntnistheoretischen Unfähigkeit des modernen physikalischen Weltbildes.
Wir vermuten die Lösung aller Geheimnisse der Natur in der dynamischen Wechselwirkung der "latenten Materie" mit allen
anderen materiellen Strukturformen. Existenz und Wirkungsvielfalt der "latenten Materie" zu beweisen, ist weiteres
Arbeitsprogramm.
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>> (3.3) Das Wirbelprinzip der latenten Materie
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<< (3.2) Die geheimnisumwobene "latente Materie"
>> (4) Zur Entwicklung des physikalischen Weltbildes
3.3 Das Wirbelprinzip der latenten Materie
Wir erlauben uns zunächst eine Kurzfassung von Grundaussagen der modernen Physik: Der Raum ist stofflich leer. Entstehung,
Zusammenhalt, Bewegungsabläufe und Auflösung materieller Systeme werden durch "Massenanziehungskraft" bewirkt. Die Kraft
zwischen den "Massen", gewöhnlich verstanden als die Kraft zwischen kompakten stofflichen Gebilden, wirkt unerklärt mystisch
im "leeren" Raum. Das Wort "Gravitationsfeld" ändert nichts an der Mystik dieser Kraftwirkung. Das Wirken von Naturgesetzen
wird auf undefinierbare Bewegungen freiwählbarer Bezugssysteme zurückgeführt. Die Rotation materieller Systeme um die
eigene Achse oder um ein Zentrum ist durch Massenanziehung gar nicht oder nur bedingt erklärbar. Zur Erklärung der Rotation
eines angeblich durch Massen-Anziehungs-Kraft entstandenen Himmelssystems "mußte bereits der Urmasse ein Drehimpuls in
die Wiege gelegt worden sein".
Die Grundaussage des Wirbelprinzips der latenten Materie:
Es gibt keinen stofflich leeren Raum; der Raum ist lückenlos aufgefüllt mit der (stofflichen) latenten Materie.
Die Rotation der latenten Materie in Wirbelform ist Ursache für Entstehung, Zusammenhalt, Bewegungsabläufe und
Auflösung materieller Systeme. Alles, was entsteht und zusammenhält, rotiert. Ein Wirbel der latenten Materie wirkt auf die
Bestandteile des Systems zusammenhaltend. Ein Materiewirbel ist eine Energiekonzentration.
Alle Körper sind Wirbelkombinationen der latenten Materie.
Der Wirkungsbereich der "Wirbel der latenten Materie" erstreckt sich von den unermeßlichen galaktischen Wirbeln über die
Unterwirbel Sonnensystem, Planet, Einzelkörper, Atom, Elektron bis hin zu den kurzlebigen Elementarteilchen. Es ist zu
erwarten, daß aus der Dynamik der latenten Materie und ihrer direkten stofflichen Wechselwirkung mit anderen Strukturen
das wahre innere Wesen der Gravitation, der Trägheit und aller elektromagnetischen Vorgänge erklärbar wird.
Wir vermuten in den Wirbeln der latenten Materie die Aufklärung vieler "sensationeller" Geheimnisse der Natur (Kugelblitz,
UFOs, Bermudadreieck, "Kornfeldkreise" und andere mysteriöse Dinge). Diese energiegeladenen Wirbel entstehen und
bestehen aus latenter Materie, hinterlassen eindrucksvolle Spuren und Verwüstungen und lösen sich wieder "friedlich" und
"spurlos" in latente Materie auf.
Unser Prinzip "Wirbel in Wirbeln", eine beachtenswerte Spur, soll im weiteren auf seine durchgängige Daseinsberechtigung
geprüft werden.
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<< (3.3) Das Wirbelprinzip der latenten Materie
>> (4.2) Kepler's eindeutige Wahrheit
4 Zur Entwicklung des physikalischen Weltbildes
4.1 Schleichende Irrtümer?
An der Schwelle des 20. Jahrhunderts mußten die Naturforscher erkennen, daß sich die Naturwissenschaft möglicherweise auf
einem Irrweg befand. Wann, wo und wodurch entstanden welche Irrtümer? Kamen sie schleichend, wurden sie gar gezüchtet?
Sind sie heute als Irrtümer erkannt und anerkannt, oder welchen Platz nehmen sie noch immer im modernen physikalischen
Weltbild ein?
Begeben wir uns zurück in die Vergangenheit, zu den Quellen heutiger Weisheiten, zu den Naturerforschern, deren
Denkmethoden und -ergebnisse, Experimente, Feststellungen und Deutungen zu Tragsäulen oder wesentlichen Stützen des
modernen physikalischen Weltbildes geworden sind und in ihm eine nachhaltige Spur hinterlassen haben.
Im Verlaufe der Wissenschaftsentwicklung wurden nahezu alle möglichen praktischen und auch gedanklichen Experimente zur
Erforschung der physikalischen Wahrheit ersonnen und ausgeführt. Darüber hinaus liefert das Naturgeschehen selbst ein
reichhaltiges Angebot an natürlichen Experimenten. Es kommt darauf an, alle Tatsachen und Indizien zur Kenntnis zu nehmen und
die Wahrheiten von ihren Deutungen zu unterscheiden.
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<< (4.9) Der zweiseitige Ruhm des Michael Faraday
>> (4.11) Neue Interpretation einiger "Mitführungsversuche"
4.10 Erste Vorstellungen über die Natur des Lichtes
4.10.1
4.10.2
4.10.3
4.10.4
4.10.5
Wellen- oder Undulationstheorie von Huygens
Newtons Emissionstheorie und ein duales Erbe
Fresnels verhängnisvoller elastischer Äther
Mitführungshypothese eine dehnbare Zauberformel
Stokes formuliert eine kaum beachtete Kompromißhypothese
4.10.1 Wellen- oder Undulationstheorie von Huygens
Christian Huygens (1629-1695) gilt als Begründer der Wellentheorie des Lichtes. Diese Theorie beruht im wesentlichen auf einer
weitgehenden Analogie des Lichtes mit den Schallwellen.
Bereits Descartes (1596-1650) hatte angenommen, das Licht sei eine Druckübertragung von der Strahlungsquelle aus über ein
feines Medium, den Äther, das allen Raum ausfüllt. Er hatte auch die Eigenschaften dieses Mediums beschrieben, das imstande
sein sollte, den "Lichtdruck" mit hoher Geschwindigkeit über beliebige Entfernungen zu übertragen. Descartes ging noch davon
aus, daß die Lichtgeschwindigkeit unendlich groß sei.
Huygens dagegen geht von einer endlichen Lichtgeschwindigkeit aus, die der dänische Astronom Ole Römer, (1644-1710), aus
astronomischen Beobachtungen ermittelt hatte. Die Lichtwellen sollten nun also, analog der Schallausbreitung in Luft, "Schallwellen
im Äther" sein.
Huygens: "Wenn nun, wie wir bald untersuchen werden, das Licht zu seinem Wege Zeit braucht, so folgt daraus, daß diese dem
Stoff mitgeteilte Bewegung eine allmähliche ist und darum sich ebenso wie diejenige des Schalles in kugelförmigen Flächen oder
Wellen ausbreitet; ich nenne es nämlich Wellen, wegen der Ähnlichkeit mit jenen, welche man im Wasser beim Hineinwerfen
eines Steines sich bilden sieht."
Mit der Wellen- oder Undulationstheorie konnten die optischen Erscheinungen der Interferenz, Beugung, Reflexion und Brechung
anschaulich gedeutet werden. Die Farben ließen sich durch die verschiedenen Frequenzen der Schwingungen erklären.
Dennoch war diese Theorie von vornherein unvollkommen. Huygens hing viel zu starr an der Analogie der optischen
Erscheinungen mit den akustischen. Es wurde seinerzeit angenommen, (wie im Prinzip noch heute), daß die Luftpartikeln nur
longitudinal, d.h. in der Schallausbreitungsrichtung, schwingen, und bei der Lichtausbreitung sollte nun für die Ätherpartikeln
dasselbe gelten. Mit dieser Annahme konnten manche Erscheinungen, z.B. die Polarisation des Lichtes, nicht erklärt werden.
Christian Huygens hat sich in Schlingen verfangen, die er sich mit den Vorraussetzungen zu seiner Theorie selbst gelegt hat. Man
beachte in diesem Zusammenhang auch die neuen Gedanken über die bisher ignorierte oder verkannte Art der
Schwingungsanregung und -ausbreitung in (4.14.1).
Das Für und Wider um die geheimnisvolle longitudinale Schwingungskomponente der Teilchen geistert bis heute durch die
gesamte Wellenlehre. Mit welcher Berechtigung wird eigentlich noch heute behauptet, daß die Partikeln der Luft bei der
Schallausbreitung nur longitudinal schwingen? Andererseits wurde und wird noch immer idealisiert angenommen, daß bei der
Wellenausbreitung in festen und flüssigen Körpern die Partikeln nur transversal, d.h. quer zur Ausbreitungsrichtung der Welle,
schwingen.
Hier ist jedes Teilchen (Pendel) buchstäblich an seinen Ausgangsort "gebunden", und alle Pendel sind elastisch aneinander
gekoppelt. Wird nun z.B. das line Pendel dieser Kette in oder quer zur Ausbreitungsrichtung angestoßen, so führt es
Schwingungen um seine Ruhelage aus, die durch die elastische Kopplung auf die benachbarten Pendel übertragen werden, der
Schwingungsvorgang wandert von links nach rechts.
Das sind wohl gut demonstrierbare Modellvorstellungen und Schulweisheiten, die aber mit der Wirlichkeit nicht übereinstimmen. In
Gasen und Flüssigkeiten hängt kein Teilchen elastisch an seinem Nachbarn, bei einem longitudinalen Anstoß wird kein Teilchen
brav in der Reihe bleiben, sondern zur Seite ausweichen, kein Teilchen schwingt um seine Ruhelage, und nach beendeter
Schwingung befindet sich ein Teilchen an seinem Ausgangsort. Genügt nicht bereits ein nachdenklicher Blick auf eine sich
ausbreitende Wasserwelle, um wenigstens eine Denkanregung für eine weitere, kombinierte Schwingungsart der Teilchen zu
erhalten? Wie sollte ein Tröpfchen Wasser nur auf der Stelle senkrecht schwingen können, wenn das Wasser unter ihm nicht
zusammendrückbar (inkompressibel) ist? (Siehe 4.14.1)
4.10.2 Newtons Emissionstheorie und ein duales Erbe
Für Isaac Newton (1643-1727) war, wie bereits gesagt, der Raum leer. Diesem Grundgedanken entsprach auch seine 1675
veröffentlichte Emissionstheorie des Lichtes. Danach wird das Licht als ein sehr feiner, von der Lichtquelle emittierter Stoff
aufgefaßt, der sich durch den sonst leeren Raum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.
Mit dieser Theorie konnten geradlinige Lichtausbreitung und Reflexion ohne weiteres erklärt werden. Die verschiedenen Farben
des Lichtes wurden durch die Annahme verschiedener Größe der "Lichtteilchen" erklärbar gemacht. Andere Erscheinungen, z.B.
die teilweise Reflexion und Brechung an Grenzflächen sowie die Beugung des Lichtes, konnten nicht ohne weiteres erklärt
werden.
Als Ausweg erweiterte Newton seine Lichttheorie, indem er den Korpuskeln auch Welleneigenschaften "zuschrieb". Eine seltsame,
beachtenswerte "Methode", die noch in der modernen Physik weiterlebt: Einer unerklärbaren Erscheinung wird als Ergänzung
eine zweite unerklärbare Erscheinung "zugeschrieben".
Die Vorstellung von der Doppelnatur des Lichtes bewegt seit Newton die Naturwissenschaftler und Philosophen und hat sich in
vollendeter Deutung bis heute erhalten und als "notwendig" erwiesen. Sie wird insbesondere zur Erklärung einer Kraft benötigt, die
in Ausbreitungsrichtung des Lichtes nachweisbar auftritt (Lichtdruck). Mit der Annahme, daß bei Ausbreitung einer Lichtwelle die
Teilchen nur transversal schwingen, dürfte in der Längsrichtung einer Welle keine Kraft auftreten.
Zwei Modellvorstellungen, Korpuskel und Welle, existieren nun schon einige Jahrhunderte nebeneinander, nicht immer friedlich,
aber tugendhaft. Dabei ist es beachtenswert, wie die Not, oft mit Hinweis auf unanfechtbare Experimente und Argumente, zur
Tugend "gemacht" wird.
In Deutungen zum Wesen des Lichtes werden oft leichtfertig (oder absichtlich?) zwei Dinge miteinander vermischt: Einerseits
wäre die Frage nach dem Wesen des Lichtes zu beantworten, und andererseits wäre einzugestehen, daß z.Zt. nichts anderes
möglich ist, als die Erscheinungen durch zwei gegensätzliche Modellvorstellungen auszunutzen.
"Das Wesen des Lichtes wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts im Zusammenhang mit der Entwicklung der Quantenphysik
erkannt. Seine Beschreibung erfordert die Benutzung beider Begriffe "Welle" und "Teilchen". Zur Bezeichnung dieses vom
Standpunkt der klassischen Physik unverständlichen Verhaltens von Mikroobjekten wurde der Begriff Welle-Teilchen-Dualismus
geprägt." <7>
"So müssen wir notgedrungen beide als richtig anerkennen und, ohne Rücksicht darauf, ob wir uns darunter etwas vorstellen
können oder nicht, sagen: Das Licht ist sowohl korpuskularer Natur als auch gleichzeitig eine Wellenerscheinung." <42>
Ein nicht genannt sein sollender Autor erklärt "anschaulich", und so weiß man es nun ganz genau: "Das Licht hat eine
Doppelnatur, die freilich nur schwer vorstellbar ist: Teilchen mit Wellencharakter und Wellen mit Teilchencharakter''.
An solchen und vielen ähnlichen "wissenschaftlichen'' Äußerungenüber die Natur des Lichtes wird besonders deutlich, auf
welches fragwürdige Niveau ein Teilgebiet der Wissenschaft abgesunken ist. Man fragt sich besorgt, ob manche Physiker sich
selbst oder andere "verulken" wollen?
Das Wesen des Lichtes ist bisher nicht erkannt, und der Welle-Teilchen-Dualismus ist nicht nur vom Standpunkt der klassischen
Physik unverständlich. Das Wesen eines Vorganges ist im philosophischen Sinne "das tragende, gründende Sein des Seienden,
das ihm sein bestimmtes Sosein gibt im Unterschied zum Dasein". Doch oben erfährt man, daß das Wesen des Lichtes in zwei
gegensätzlichen (man sagt "sich ergänzenden") Erscheinungen besteht. Was ist das für eine Philosophie?
Das Licht kann nur ein wahres Wesen haben! Also müßte es doch möglich sein, mal nach dem Zusammenhang dieser beiden
Erscheinungen zu fragen und beide Modelle zu einer Gesamtaussage über das Wesen des Lichtes zu vereinen. Solange beide
Modelle "benötigt" werden, um sie getrennt als Wesen des Lichtes darzustellen, kann wohl von einer Erkenntnis der wahren Natur
des Lichtes keine Rede sein.
Woher kommen eigentlich die Lichtkorpuskeln, und wohin verschwinden sie dann wieder? Ob auch das Photon letztendlich als ein
Elementarwirbel der latenten Materie aufzufassen sein wird? (4.14.5 und 4.14.6).
4.10.3 Fresnels verhängnisvoller elastischer Äther
Augustin-Jean Fresnel (1788-1827) vervollkommnete die durch Huygens begründete Wellentheorie des Lichts. Fast alle
Erscheinungen der klassischen Optik wurden von ihm nicht nur qualitativ, sondern erstmals auch quantitativ erfaßt.
Fresnel erkannte, daß einige optische Erscheinungen nicht erklärbar sind, wenn man von einer zu strengen Analogie des Lichtes
und des Schalles ausging. Bei der Untersuchung der Polarisationserscheinungen kam er zu der Annahme, das Licht bestehe
nicht aus Longitudinalwellen des Athers, wie es Huygens vermutet hatte, sondern aus Transversalwellen. So ersetzte er die von
Huygens angenommenen reinen Longitudinalwellen durch reine Transversalwellen. Damit fiel er von einem Extrem ins andere und
bereitete seiner Theorie bereits im Augenblick des Entstehens den späteren Untergang.
Transversalwellen konnten nach Fresnel's Auffassung nur in Festkörpern auftreten. Also ,,mußte" der Äther die Eigenschaften
eines festen, stischen, zähen Mediums haben. ,,Elastisch" bedeutet in diesem Sinn:
die Teilchen schwingen örtlich um ihre Ruhelage und übertragen, aneinander elastisch gebunden, ihre Bewegung auf die
benachbarten Teilchen.
Demnach müßte sich, strenggenommen, nach beendeter Schwingung jedes Teilchen wieder an seinem Platz (Ausgangsort)
befinden. Hinsichtlich der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes mußte mit dieser Auffassung der elastische Äther eine
viel größere Elastizität und Harte haben als Stahl. Diese vom Äther geforderte Eigenschaft machte ihn später zum
,,Schmerzenskind" der Physik.
Fresnel geht davon aus, daß der Äther alle Körper durchdringt, daß also dessen Dichte in jedem Körper verschieden sein muß,
wodurch auch die mechanischen Eigenschaften des Äthers verändert werden. Daraus ergibt sich die Abhängigkeit der
Lichtgeschwindigkeit in durchsichtigen Körpern von deren stofflichen Eigenschaften. Fresnel nimmt an, daß die
Lichtgeschwindigkeit im freien Äther am größten ist und sich mit zunehmender Dichte eines Körpers verringert. Damit ist auch die
Lichtbrechung anschaulich erklärbar. Eine Lichtwelle, die aus dem freien Äther in einen dichteren Stoff übergeht, wird zum Teil
reflektiert und dringt zu einem anderen Teil gebrochen in den Stoff ein.
Durch Fresnel's einseitige Orientierung auf reineTransversalwellen blieb in seiner Modellvorstellung die in Ausbreitungsrichtung
einer Lichtwelle auftretende Kraft (Lichtdruck) von vornherein unerklärbar.
Belastet mit seiner embryonalen Krankheit konnte Fresnel's Äther den Anforderungen, die ihm gestellt wurden, nicht gerecht
werden.
Die latente Materie, wie sie sich in unseren Vorstellungen abzeichnet, könnte nur einer idealen Flüssigkeit vergleichbar sein. In
der Flüssigkeit sind die Teilchen nicht fest und elastisch miteinander verbunden, und dennoch zieht jede Bewegung eines
Teilchens nach bestimmtem Wirkungsprinzip (eine Lücke kann es nicht geben) die Bewegung der anderen Teile nach sich. Bei
der Wellenbildung und -ausbreitung schwingen die Teilchen kreisförmig und haben dabei eine longitudinale und eine transversale
Komponente. Das gilt übrigens für die Medien Luft und Wasser genauso wie für das noch nicht (an)erkannte Medium, das wir
aber in der Hoch- und Höchstfrequenztechnik täglich zum Schwingen anregen.
Letzteres sei an einem einfachen, leicht überschaubaren Beispiel verdeutlicht. Frequenz f und Wellenlänge der in einem
Rechteckhohlleiter (Resonator) anregbaren hochfrequenten Schwingungen werden von den inneren Abmessungen des Hohlleiters
bestimmt.
Im dargestellten Fall entstehen bei entsprechender Anregung, (f= *c[L]), walzenförmige Wirbel. Wenn die Resonatorlänge c ein
Vielfaches der halben Hohlleiterwellenlänge /2, (des Wirbeldurchmessers!), ist, so liegt ein schwingungsfähiges Gebilde vor. Man
könnte in einem Resonator mit den gleichen Abmessungen auch eine andere Frequenz und viel kompliziertere
Schwingungsgebilde anregen. Voraussetzung ist nur, daß die obige Formelbedingung erfüllt ist. Anschaulich besagt diese Formel,
daß nur solche ,,Feldgebilde" (Wirbelkombinationen) schwingungsfähig sind, die aus ganzzahligen Wirbeln bestehen, welche sich
gegenseitig nicht behindern, sondern unterstützen. Das weiß jeder Fachmann, aber man denkt vorrangig in Formeln; und kaum
einer, weil ohnehin unzweckmäßig und "unerklärbar", denkt noch darüber nach, was hier eigentlich geschieht.
4.10.4 Mitführungshypothese eine dehnbare Zauberformel
Fresnel's Wellentheone, die den ruhenden Äther zur Grundlage hatte, mußte auch die Frage einer möglichen Mitführung des
Äthers durch bewegte Körper beantworten. Nach der Theorie des elastischen Äthers ist die Lichtgeschwindigkeit durch die
Massendichte und die Elastizität des Äthers bestimmt. Sie hat im Äther des "freien" Raumes einen festen Wert, in jedem Körper
aber einen anderen, der davon abhängt, wie der Körper den Äther in seinem Innern beeinflußt und bei seiner Bewegung mitführt.
Mit diesen Voraussetzungen folgerte Fresnel, daß alle Körper, die gegenüber dem Äther bewegt werden, den Äther mitführen,
aber nicht vollständig, sondern nur teilweise. Vergleichbar ist das z. B. mit einem weitmaschigen Sieb oder einem Fischernetz,
das durch ein "ruhendes" Gewässer bewegt wird. Fresnel konnte mit dieser Hypothese die damals bekannten optischen
Erscheinungen, die mit der Bewegung von Körpern verbunden waren, erklären.
Die von Fresnel aufgestellte "Mitführungsformel" für die Lichtgeschwindigkeit c' im "bewegten" Körper lautet:
Darin ist c die Lichtgeschwindigkeit im freien Äther, n der Brechungsindex, cm die Lichtgeschwindigkeit im betrachteten Körper,
wenn er sich gegenüber dem Äther in Ruhe befindet und v die Geschwindigkeit des Körpers gegenüber dem ringsherum ruhend
gedachten Äther in oder entgegen der Ausbreitungsrichtung des Lichtes. Würde der Körper den Äther vollständig mitführen, so
ergäbe sich aus der Sicht eines außenstehenden Beobachters n Bewegungsrichtung des Lichtes eine Lichtgeschwindigkeit c'=c/n
+ v und entgegen der Bewegungsrichtung c' = c/n - v. Da aber nur teilweise Mitführung stattfindet, muß der Einfluß der
Geschwindigkeit v durch einen Faktor F abgeschwächt werden.
Durch welche konkreten Überlegungen Fresnel zu seiner Formel gelangte, ist nicht eindeutig nachvollziehbar. Fest steht, daß
1851 durch ein Experiment von Fizeau der Mitnahmeeffekt und die Fresnel'sche Formel bestätigt wurden. Der Versuch von Fizeau
ist in (4.11.3) ausführlich dargestellt und erläutert. Man vergleiche auch diese Aussagen mit unseren Erläuterungen zum
,,Faserkreisel" in (5.7).
Anderen Experimentatoren gelang ein beabsichtigter ,,Mitführungsnachweis" nur durch gezielte Interpretation mehrdeutiger und in
fast allen Fällen wider Erwarten ausgebliebener Versuchsergebnisse oder gar nicht. Dabei war es stets Ansichtssache der
Experimentatoren und Interpreten, was denn konkret unter der Geschwindigkeit v in der Fresnel'schen Mitführungsformel zu
verstehen sei. Nach Fresnel soll v die Geschwindigkeit eines Körpers gegenüber dem Äther sein. Doch wann bewegt sich ein
Körper gegenüber dem Äther?
Bewegt sich ein Körper, der in einem erdfesten Versuchsapparat ruht, mit der Erdumlaufgeschwindigkeit v gegenüber dem
,,ruhenden" Weltäther? Oder ist die Geschwindigkeit v, die ein Körper bezüglich der erdfesten Versuchsanordnung hat, als die
von Fresnel geforderte Bewegung gegenüber dem Äther anzusehen? Dazu müßte aber der Äther relativ zur Erde ruhen, und das
wäre nach damaliger Auffassung eine vollständige Mitführung des Äthers durch die Erde. Man könnte ja auch noch in Erwägung
ziehen, daß die in der Mitführungsformel benötigten Lichtgeschwindigkeiten für "unbewegte" Körper und die dazugehörigen
Brechzahlen ebenfalls mit erdfesten Versuchsanordnungen ermittelt worden sind. Hatte die Erdumlaufgeschwindigkeit auf diese
Messungen keinen Einfluß?
Man beachte die ausführlich erläuterten Mitführungsversuche in (4.11) und (5). Der aufmerksame Leser und Mitdenker ahnt bzw.
weiß bereits die Auflösung dieses nur scheinbar so undurchsichtigen "Verwirrspiels".
Und diesen "Wirrwarr" gilt es zu überblicken und zu durchschauen:
Für Fresnel ist die Änderung der Lichtgeschwindigkeit im "bewegten" Körper ein Äthereffekt mit teilweiser Mitführung; v ist nicht
eindeutig definiert. Im Versuch von Arago (4.11.1) ist v die Erdumlaufgeschwindigkeit; das Ergebnis ist als vollständige Mitführung
des Äthers zu deuten. Der Versuch von Hoek (4.11.2) betrachtet ebenfalls v als die Erdumlaufgeschwindigkeit. Es wird
vollständige Mitführung "nachgewiesen", aber "seltsamerweise" ist aus dem Versuchsergebnis die Fresnel'sche Mitführungsformel
für teilweise Mitführung ableitbar.
Im Versuch von Fizeau (4.11.3) ist v erstmals die Geschwindigkeit eines Körpers gegenüber der erdfesten Versuchsanordnung.
Die Versuchsergebnisse sind als Beweis für die Fresnel'sche Hypothese der teilweisen Mitführung des Äthers deutbar.
Bei Lorentz (4.12.3) ist die Veränderung der Lichtgeschwindigkeit in "bewegten" Körpern ebenfalls ein Äthereffekt, aber sie ergibt
sich aus der Kontraktionshypothese, d. h. aus der Annahme, daß ein Körper bei seiner Bewegung gegenüber dem Äther seine
Abmessungen verändere.
Die moderne Physik betont, daß es sich bei dem Mitführungskoeffizienten nicht um eine "teilweise Mitführung eines
angenommenen ,,Äthers" handelt, sondern um eine Änderung der Phasengeschwindigkeit, d. h. also um eine Änderung der
Brechungszahl des Mediums. Die Bewegung hat den Einfluß, als ob das Medium seine Dichte ändert, so daß mehr oder weniger
Moleküle je Zeiteinheit von der Lichtbewegung erfaßt werden als beim ruhenden Medium. Das bewirkt aber eine Änderung der
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Phasen entsprechend der Brechungszahl." <4>
Fresnel's Hypothese von der teilweisen Mitführung des Äthers durch bewegte Körper bereitete Vorstellungsschwierigkeiten, wenn
man sie auf die Bewegung der Himmelskörper im Weltraum übertragen wollte. Demnach müßte jeder Himmelskörper, der durch
den "absolut ruhenden" Äther hindurch bewegt wird, mit einem "Ätherschweif" versehen sein. Und das bei einem Ätherwerkstoff,
der härter als Stahl sein sollte! Auch diese Äthervorstellung mußte scheitern, weil sie von der Annahme eines ruhenden Weltäthers
und seiner unerklärlichen Elastizität ausging.
Eine mögliche und notwendige Wechselwirkung, wonach ein sich in Bewegung befindlicher Äther auch Ursache der Bewegung
von Himmelskörpern sein könnte und müßte, war auch in den nachfolgenden Jahrhunderten nie Gegenstand einer ernsthaften
wissenschaftlichen Erwägung.
4.10.5 Stokes formuliert eine kaum beachtete Kompromißhypothese
Stokes formulierte 1845 eine wenig beachtete Kompromißhypothese. Er nahm an, daß die Erde den Äther im Innern vollständig
mitführt, und daß die Ätherbewegung allmählich nach außen, bis zur Ruhe des Weltäthers abnimmt. Damit könnte, nach Stokes,
erklärt werden, daß alle Lichterscheinungen auf der Erde genau so ablaufen, als wenn die Erde ruht.
Ein bemerkenswerter und leider verkannter Gedankenansatz; das wäre bereits eine Art differentieller Bewegung des Äthers. Ihm
fehlt noch der Gedankensprung zur differentiellen Rotation der Materie.
Auch der Stokes'schen Hypothese haftet der Grundgedanke vom insgesamt "ruhenden" Weltäther an, durch den sich die Erde mit
einem riesigen Schweif hindurchbewegt. Es wird ebenfalls nicht in Erwägung gezogen, daß die Erdbewegung nicht nur Ursache,
sondern auch Ergebnis einer Ätherbewegung sein könnte. Deshalb mußte auch diese Hypothese an ihrer Widersprüchlichkeit zu
anderen Naturerscheinungen scheitern.
Inhalt
<< (4.9) Der zweiseitige Ruhm des Michael Faraday
>> (4.11) Neue Interpretation einiger "Mitführungsversuche"
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (4.10) Erste Vorstellungen über die Natur des Lichtes
>> (4.12) Licht als elektromagnetische Schwingung
4.11 Neue Interpretation einiger ,,Mitführungsversuche"
4.11.1 Zum Versuch von Arago
4.11.2 Das Experiment von Hoek und ein eigenartiger Trick
4.11.3 Der Versuchsapparat von Fizeau schweigt nicht
4.11.1 Zum Versuch von Arago
Der französische Physiker und Astronom Arago (1786-1853) wollte mit diesem Experiment feststellen, ob bewegte Körper bei
ihrer Bewegung durch das "ruhende Äthermeer" den Äther "mitführen".
Dabei wurde vorausgesetzt:
Der Äther ruht im absoluten, durch die Fixsterne markierten Raum.
Die Lichtgeschwindigkeit gegenüber dem Äther ist konstant.
Die Erde bewegt sich mit v = 30 km/s um die Sonne, das ist folglich zugleich ihre Relativgeschwindigkeit zum Äther.
Es wurde erwartet:
Richtet man von der Erde ein Fernrohr auf einen Stern, auf den sich die Erde bei ihrem Umlauf um die Sonne gerade zubewegt,
so müßte, voraussetzungsgemäß, die Lichtgeschwindigkeit gegenüber dem Fernrohr den Wert c + v haben. Betrachtet man
denselben Stern ein halbes Jahr später durch das Fernrohr, dann müßte die Lichtgeschwindigkeit gegenüber dem Fernrohr den
Wert c - v haben. Da die Größe der Lichtbrechung in einer optischen Linse von der Lichtgeschwindigkeit abhängt, wäre zu
erwarten, daß der Brennpunkt der Linse in beiden Fällen eine andere Lage hat.
Versuchsdurchführung und -ergebnis:
Veranschaulichung des Versuchs von Arago
Bild 4.11.1-1: Veranschaulichung des Versuchs von Arago
Es konnte jedoch in diesem Versuch kein Unterschied in der Lage des Brennpunktes beobachtet werden. Aus diesem Ergebnis
folgerte Arago, "daß ein bewegter Körper den Ather vollständig mitführt". Man beachte diese verallgemeinerte und vieldeutige
Formulierung. Wogegen muß ein Körper "bewegt" werden, damit eine Mitführung stattfindet?
Eine neue Deutung:
Die obigen Voraussetzungen sind nicht unsere. Wir fragen nicht, ob die Erde den Äther mitführt. Wir gehen davon aus, daß sich
die Erde im Zentrum eines differentiell rotierenden Wirbels der latenten Materie befindet und von diesem mitgeführt wird, so daß
dicht über der Erdoberfläche keine Relativgeschwindigkeit zur latenten Materie zu erwarten ist. Die von dem fernen Stern
kommenden Lichtstrahlen werden, wenn sie den Sonnenwirbel und danach den Erdwirbel der latenten Materie durchlaufen, wegen
der Rotation des Mediums geringfügig abgelenkt. Wegen der hohen Lichtgeschwindigkeit, im Vergleich zur Winkelgeschwindigkeit
der Wirbel, können aber der Sonnenwirbel und der Erdwirbel in guter Näherung als ruhend angesehen werden.
Das im Versuch von Arago mit der Erde verbundene Fernrohr war ringsherum von zu ihm ruhender latenter Materie umgeben.
Folglich hatte die Lichtgeschwindigkeit gegenüber dem Fernrohr immer den gleichen Wert c. Man nahm an, es sei v = 30 km/s,
aber in diesem Versuch war v = 0 (!), was in unserem Sinne auch erwartungsgemäß bestätigt wurde.
Wir sehen in diesem Versuchsergebnis eine Bestätigung, daß der Wirbel der latenten Materie in seinem Zentrum die Erde
vollständig mitführt.
Dazu ein anschaulicher Vergleich: Man stelle sich einen großen See mit einem darin langsam rotierenden Wasserwirbel vor. Ein
Schwimmkörper rotiert im Wirbelzentrum mit. Nun bewegt sich aus größerer Entfernung eine Welle auf den Wirbel zu. Die
Wellenfront dieser Welle wird, wenn sie den Wirbel durchläuft, geringfügig aus ihrer ursprünglichen Richtung abgelenkt; die
Geschwindigkeit, mit der sie am Schwimmkörper eintrifft, wird konstant und unabhängig davon sein, ob sich der Wirbel zusätzlich
auf die Welle zu oder von ihr fortbewegt. Man beachte hierzu die "Konstanz der Lichtgeschwindigkeit" in (4.14.2).
Albert Einstein würde mit seinem "Gesetz von der Konstanz der Vakuumlichtgeschwindigkeit" unerklärbar behaupten: Die
Lichtgeschwindigkeit, die ein Beobachter (hier das Fernrohr) wahrnimmt, unabhängig davon, ob er sich auf die Lichtquelle zuoder von ihr fortbewegt, ist immer gleich c. Aber dieses ,,Gesetz" wird sich wohl als das ,,wissenschaftliche" Kuriosum des
Jahrhunderts erweisen. Ausführlich dazu in II(1.5).
4.11.2 Das Experiment von Hoek und ein eigenartiger Trick
Auch mit diesem Versuch sollte festgestellt werden, ob bewegte Körper bei ihrer Bewegung durch das ,,ruhende Äthermeer" den
Äther ,,mitführen".
Vorausgesetzte Annahmen:
Der Äther ruht im absoluten, durch die Fixsterne markierten Raum.
Die Lichtgeschwindigkeit c gegenüber dem Äther ist konstant.
Lichtgeschwindigkeit im ruhenden Wasser: ci, Brechungsindex: n = c/ci. Die Erde bewegt sich mit v = 30 kmls um die
Sonne; das soll auch ihre Relativ-geschwindigkeit gegenüber dem ,,ruhenden" Äther sein.
Versuchsaufbau, Versuchsdurchführung und Ergebnis:
Das Wasser ruht in der Versuchsanordnung, und laut Voraussetzung wird angenommen, daß es sich mit v 30 km/s durch den
"ruhenden" Äther bewegt. Von der Lichtquelle L fällt ein Lichtstrahl auf die um 45° geneigte Glasplatte, an der er geteilt wird. Ein
reflektierter Strahl 1 durchläuft die Strecke P - 51 - - S3 - P, der durchgehende Strahl 2 durchläuft denselben Weg in
entgegengesetzter Richtung und gelangt in der Optik mit dem ersten zur Interferenz. Die ganze Anordnung kann horizontal in
verschiedene Richtungen zur Erdbewegung gedreht werden.
So wurde das Versuchsanliegen sinngemäß interpretiert:
Würde der Äther vom Wasser nicht mitgeführt, dann wäre die Lichtgeschwindigkeit im Wasser relativ zum ruhenden Äther
unverändert c1 und für einen in Richtung der Erdbewegung laufenden Lichtstrahl relativ zur Erde c1-v. Würde der Äther vom
Wasser vollständig mitgeführt, vergleichbar mit Luft in einem geschlossenen Behälter, wäre die Lichtgeschwindigkeit relativ zum
ruhenden Äther c1+v und relativ zur Erde c1.
Da man aber seit Fresnel teilweise Mitführung vermutet und auch durch dieses Experiment nachzuweisen hofft, muß die erwartete
Änderung der Lichtgeschwindigkeit, ausgedrückt durch die Mitführungszahl , zwischen 0 und v liegen. Bei =0 fände keine, bei
=v vollständige Mitführung statt.
Die Geschwindigkeit des Lichtstrahls 1 in Bewegungsrichtung der Erde relativ zum Äther wird also als c1+ erwartet, relativ zur
Erde c1+ -v. Für den entgegenlaufenden Strahl 2 wird eine Lichtgeschwindigkeit relativ zum Weltäther von c1- und relativ zur
Erde von c1- +v erwartet.
Ist l die Länge des Wasserrohres, so benötigt Strahl 1 zum Durchlaufen des Rohres die Zeit l/(c1+ -v), wenn die Erde sich in
Richtung von S1 nach S2 bewegt; er benötigt zum Durchlaufen der Luftstrecke zwischen S3 und P die Zeit I/(v+c). Der Strahl 1
braucht also zum Durchlaufen der gleichlangen Wege die Zeit t1 = l/(c1+ -v) + I/(c+v).
Der Strahl 2 durchläuft die Luftstrecke in der Zeit I/(c-v) und danach die Wasserstrecke in der Zeit I/(c1- +v). Insgesamt braucht
also der Strahl 2 auf den beiden gleichlangen Wegen in Luft und Wasser die Zeit t2 = I/(c-v) + l/(c1- +v). Der erwartete
Mitführungseffekt müßte zu einem auswertbaren Laufzeitunterschied der beiden Lichtstrahlen führen.
Das Experiment zeigt aber, daß die Interferenzen sich nicht im geringsten ändern, wenn die Versuchsanordnung in die
entgegengesetzte oder in eine beliebige Richtung zur Erdgeschwindigkeit gedreht wird.
Daraus folgt, daß die Lichtstrahlen 1 und 2 unabhängig von der Richtung der Versuchsanordnung zur Erdbahn gleiche Zeiten
brauchen, daß also t1=t2, d.h.:
Dieses unerwartete Ergebnis bereitete Verwunderung: An der Exaktheit der in der Gleichung auftretenden Lichtgeschwindigkeiten
c und c1 gab es keinen Zweifel, und v war die vorausgesetzte Primärgröße, an der man nicht zweifeln wollte . Folglich kommt
auch = 0 nicht in Frage, weil dadurch, wie man sieht, die Gleichung auch nicht erfüllt wird.
So blieb nur eine Fragestellung: Wie groß muß, bei Anerkennung aller anderen Gleichungsgrößen, die Mitführung
der Laufzeitunterschied der beiden Lichtstrahlen gerade Null ist?
Mit geringer Mühe erhält man durch Umstellen:
sein, damit
Dividiert man zielgerichtet durch c(2;1) und vernachlässigt zugleich die Terme 1 und 3, ergibt sich:
Daraus folgt die Fresnel'sche Mitführungsformel:
Dieses "Ergebnis" kann nur als zufällige Übereinstimmung gewertet werden. Im Sinne damaliger Deutungen häffe ja auch eine
vollständige Mifführung des Äthers durch die Erde, also v=0, angenommen werden können.
Demnach ist es verwunderlich, wie aus einer vermutbaren vollständigen Mitführung eine Formel zur Berechnung der teilweisen
Mifführung abgeleitet werden kann. Die Verwunderung wird vollständig, wenn man diesen Versuch mit dem Versuch von Fizeau
vergleicht (4.11.3). Fizeau bestätigt durch konkrete Meßergebnisse, die nicht aus dem "Schweigen" des Versuchsapparates
heraus-gedeutet werden, die Fresnel'sche Mitführungsformel. Aber bei ihm ist v die sehr, sehr viel kleinere Geschwindigkeit einer
strömenden Flüssigkeit bezüglich der Versuchsanordnung!! Das ist ein gewaltiger und prinzipieller Unterschied!
Das Experiment von Hoek, das theoretisch die Bedingung v = 30 km/s voraussetzt, ist aber praktisch nicht unter dieser Bedingung
durchgeführt worden. Der Erdwirbel der latenten Materie führt die Erde vollständig mit. Und weil das Versuchsobjekt keine
Geschwindigkeit v gegenüber der Erdoberfläche und gegenüber der latenten Materie haffe, gab es in diesem Versuch auch keine
Mifführung.
In vorstehender Formel (S.65) wurde praktisch mit v = 0 und
= 0 ,,bewiesen", daß
.
Der "eigenartige Trick" bei der Deutung dieses Versuchsergebnisses besteht darin, daß hier mehrdeutige Versuchsbedingungen
und -ergebnisse, die gar nicht zueinander gehören, miteinander verknüpft worden sind. Auch dieser Versuch bestätigt unsere
Auffassung vom Wirbelprinzip der latenten Materie.
4.11.3 Der Versuchsapparat von Fizeau schweigt nicht
Der französische Physiker Armand Louis Hippolyte Fizeau (1819-1896) hat die Formel zur Fresnel'schen Mitführungs-Hypothese,
die ursprünglich mehr spekulativen Charakter hatte, erstmals experimentell bestätigt. Der Aufbau seiner Versuchsanordnung
ähnelt der von Hoek (4.11.2), es sind aber beide Lichtwege mit wassergefüllten Röhren versehen.
Der Versuch von Fizeau hat bereits hinsichtlich seiner Voraussetzungen eine einmalige Besonderheit gegenüber allen anderen
"Äthernachweis-Versuchen": Durch die Röhren strömt das Wasser, und zwar so, daß der Lichtstrahl 1 in Richtung des
strömenden Wassers, der Lichtstrahl 2 gegen das strömende Wasser verläuft.
In Ermangelung konkreter überlieferter Aussagen seien die für diesen Versuch gemachten Vorausannahmen kurz
nachempfunden:
Fizeau dürfte vorausgesetzt haben, daß die Erde den Äther vollständig mitführt, daß also an der Erdoberfläche eine
gewisse "Ätherwindstille" herrscht; denn nur so hat es Sinn, den Einfluß des hier gegenüber der Erde strömenden
Wassers zu überprüfen. Das entspricht auch unserer Auffassung, nur mit dem "kleinen" Unterschied, daß die Erde von
der rotierenden latenten Materie mitgeführt wird.
Die Lichtgeschwindigkeit c gegenüber dem Äther ist konstant.
Lichtgeschwindigkeit im ruhenden Wasser: c1=c/n; n: Brechungsindex.
v ist hier die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers gegenüber der erdfesten Versuchsanordnung, also gegenüber dem
bezüglich der Erde ruhenden Äther und nicht , wie in anderen Versuchen, die Erdumlaufgeschwindigkeit um die Sonne.
So ist zu erwarten, daß ein Laufzeitunterschied beider Lichtstrahlen nur durch die Strömung des Wassers, nicht aber
durch die Drehung der Versuchsanordnung gegenüber der Erde verursacht wird.
Wir formulieren in Anlehnung an (4.11.2):
Würde der Äther vom Wasser nicht mitgeführt, dann wäre die Lichtgeschwindigkeit im strömenden Wasser gegenüber der
erdfesten Versuchsanordnung unverändert c1. Würde der Äther vom Wasser vollständig mitgeführt, dann wäre die
Lichtgeschwindigkeit im strömenden Wasser gegenüber der erdfesten Versuchsanordnung c1+v bzw. c1-v.
Die Geschwindigkeit des Lichtstrahls 1 bezüglich der Versuchsanordnung in Bewegungsrichtung des Wassers wird also als c1+
erwartet, für den entgegenlaufenden Strahl 2 als c1- .
Ist l die Länge der Wasserstrecke, dann benötigt Strahl 1 zum Durchlaufen dieser Strecke die Zeit t1 = l/(c1+ ), der Strahl 2
benötigt zum Durchlaufen derselben Strecke die Zeit t2 = l/(c1- ). Kurz also: t < t2. Der erwartete Mitführungseffekt müßte zu
einem auswertbaren Laufzeitunterschied der beiden Lichtstrahlen führen.
Fizeau prüfte, ob durch das strömende Wasser das Licht "mitgeführt" wird, indem er beobachtete, ob sich die Interferenzen in
Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Wassers verschoben. Und es trat ein, was unter diesen Versuchsbedingungen erwartet
werden muß:
Der Versuchsapparat antwortete, er zeigte eine deutliche Verschiebung der Interferenzen, einen Laufzeitunterschied der beiden
Lichtstrahlen und somit eine Bestätigung der Fresnel'schen Mitführungsformel.
Bei allen anderen "Ätherversuchen" ruht das Versuchsobjekt gegenüber der Erdoberfläche, und man geht davon aus, daß sich
Erde und Versuchsobjekt mit v = 30 km/s durch den "ruhenden" Weltäther bewegen. Infolge dieses schwerwiegenden Irrtums, der
bereits in den Versuchsvoraussetzungen steckt, schweigen alle anderen Ätherversuche.
Die Auswertung dieser "Versuchsergebnisse" war und ist immer nur eine "Deutung des Schweigens". Das gilt auch für den
Michelson-Versuch, der experimentellen Grundlage der Relativitätstheorie, einschließlich seiner verfeinerten Varianten und für den
oft zitierten Versuch von Trouton und Noble, die in (5.1 bis 5.6) ausführlich dargestellt sind.
Die Geschwindigkeit, mit der sich die Erde durch das Weltall bewegt, bleibt im Versuch von Fizeau völlig unberücksichtigt. Hier
wird festgestellt, welche Bewegung der Versuchskörper gegenüber seiner "hautnahen" Umgebung hat und welche direkte
stoffliche Wechselwirkung damit verbunden ist. Siehe auch (4.7).
Der "Faserkreisel" zur Messung kleinster Drehzahlen, siehe in (5.7), ist dem Versuch von Fizeau direkt vergleichbar. Die Rolle
des strömenden Wassers übernimmt ein langes Glasfaserkabel, das auf eine Trommel gewickelt ist, die gegenüber dem
lichttragenden Medium bewegt wird.
Inhalt
<< (4.10) Erste Vorstellungen über die Natur des Lichtes
>> (4.12) Licht als elektromagnetische Schwingung
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (4.11) Neue Interpretation einiger "Mitführungsversuche"
>> (4.13) "Ätherwidersprüche" ?
4.12 Licht als elektromagnetische Schwingung
4.12.1 Elektromagnetische Lichttheorie von Maxwell
4.12.2 Heinrich Hertz vervollkommnet die Maxwell'sche Theorie
4.12.3 Elektronentheorie von Lorentz
4.12.1 Elektromagnetische Lichttheorie von Maxwell
James Clerk Maxwell (1831-1879) erfaßte und ergänzte die Erkenntnisse Faraday's über die Erscheinungen des
elektromagnetischen Feldes zu den berühmten ,,Maxwell'schen Gleichungen". Diese Gleichungen verbinden die Elektrizität, den
Magnetismus und die Optik zu einem einheitlichen Gan-zen; daher spricht man auch von Maxwell's elektromagnetischer Lichttheorie, oder von der Faraday-Maxwell'schen Theorie.
Maxwell's bedeut-same Schlußfolgerung 1864: ,,Wenn sich ein elektromagnetisches Feld wie eine Lichtwelle ausbreitet, dann ist
das Licht nichts anderes als eine elektromagnetische Welle, dann ist das Licht elektromagnetischer Natur und folgt
elektromagnetischen Gesetzen."
Über seinen Anteil an der daraus erwachsenen Theorie der Elektrodynamik äußerte sich Maxwell: ,,Ich habe dieses Werk speziell
mit der Hoffnung unternommen, daß es mir gelingen könnte, seinen (d.h.Faraday's) Ideen und Methoden mathematischen
Ausdruck zu verleihen." <59>
Die Maxwell'schen Gleichungen werden durch viele Autoren als so vollkommen und allgemeingültig hingestellt, als ob aus ihnen die
tatsächliche Beschaffenheit der Welt abzuleiten sei. Ihre Rechtfertigung beruht jedoch wie bei allen Modellvorstellungen und
empirisch gewonnenen Gesetzen darin, daß sie die Erscheinungen nur in einem begrenzten Geltungsbereich erfassen und
vorhersagen können.
Insbesondere wird Maxwell unterstellt, daß er die Trennung der stofflichen von der nichtstofflichen Materie in die Wissenschaft
eingeführt habe. Maxwell wird heute als Geburtshelfer der ,,Verselbständigung" des Feldbegriffs bezeichnet. Es wird behauptet,
die Maxwell'schen Gleichungen würden beweisen, daß die elektromagnetischen Wellen?selbständig existieren können, in ihnen
gäbe es keine stofflichen Merkmale, keine Spur von einem Träger der elektromagnetischen Wellen, der ,,Äther" sei ,,vor der Tür
der Maxwell'schen Gleichungen stehengeblieben".
Eine eigenartige Logik wird zur ,,wissenschaftlichen Tugend": Mit der mathematischen Modellierung eines materiellen Vorganges
wird die Materie überflüssig, das Modell selbst wird zur unerklärbaren Materie.
Manche Theoretiker sehen sich durch Maxwell vom ,,Erklärungsnotstand" befreit. ,,Die Vorgänge werden", wie man hört, ,,durch
die Maxwell'schen Gleichungen gut verstanden und erfordern keine nähere Erklärung."
Sind Maxwell's Gleichungen und Aussagen wirklich nicht näher erklärbar oder wurde ihnen ihre wahre Natur nur nachträglich
,,abgesprochen"? Was Maxwell selbst gewollt hat, muß man deutlich trennen von dem, was seine Nachfolger aus
unterschiedlichen Motiven daraus gemacht haben.
Für Maxwell waren die durch das elektromagnetische Feld beschriebenen Erscheinungen, die er durch sein abstraktmathematisches Modell erfaßt hatte, besondere Zustände des stofflichen Äthers. Er verstand den Feldbegriff als Modell- und
Hilfsvorstellung zur Veranschaulichung der äußeren, meßbaren Erscheinungen. Maxwell selbst hat mechanische Modelle für
denkbare Bewegungsvorgänge im Äther angegeben und angewendet. In einem seiner Modelle werden z. B. sechseckige
,,Molekularwirbel" durch ,,Leiträdchen" in Bewegung gesetzt.
Noch sieben Jahre nach Ausarbeitung seiner Theorie schrieb Maxwell:
,,Ich werde alles daran setzen, um die Wechselbeziehungen zwischen der mathematischen Form dieser Theorie und der
mathematischen Form der fundamentalen Wissenschaft von der Dynamik so klar wie nur möglich darzustellen, damit wir uns
einigermaßen für die Auswahl jener dynamischen Modelle vorbereiten, mit deren Hilfe wir die elektromagnetischen Erscheinungen
illustrieren und zu erklären suchen." <49>
Weil sich Maxwell (so primitiv!) als Erfinder von mechanischen Modellen des elektromagnetischen Feldes betätigte, wird auch
behauptet, er habe seinen Beitrag zur Entwicklung einer neuen wissenschaftlichen Methode selbst gar nicht als solchen begriffen.
Doch die Verselbständigung des Feldbegriffs, d. h. dessen Loslösung von der stofflichen Materie, war nie Maxwell's Absicht. Das
,,Verdienst" der Verselbständigung des Feldbegriffs wird allein Albert Einstein vorbehalten sein.
Maxwell wirkte zu einer Zeit, in der sich die Wissenschaften und die Produktionsweisen stürmisch entwickelten. Die Theorie
strebte nach vereinheitlichenden Erkenntnissen, und die Praxis verlangte nach anwendbaren Ergebnissen. Die Frage nach der
wirklichen Beschaffenheit der Natur wurde zunehmend verdrängt von der viel ,,ökonomischeren" Frage:
Wie kann man die Gesetze der Natur auf einfachste Weise zu höchstem Nutzen anwenden?
Aus dieser ,,Not" erklärt sich auch die zunehmende Bereitschaft zur Anerkennung von Modellen jeglicher Art. Dieser Umgang mit
der Natur ist allgemein üblich und nützlich, und prinzipiell ist dagegen nichts einzuwenden, solange man das Modell nicht
nachträglich und rückwirkend zur physikalischen Wirklichkeit erklärt.
Was ist nun eigentlich neu an der ,,elektromagnetischen Lichttheorie" Maxwell's gegenüber der Theorie des ,,elastischen" Äthers?
Dazu Max Born: ,,Was nun die mehr geometrischen Gesetze der Optik anbelangt, Reflexion und Brechung, Doppelbrechung und
Polarisation in Kristallen usw., so verschwinden in der elektromagnetischen Lichttheorie alle die Schwierigkeiten, die für die
Theorien vom elastischen Äther schier unüberwindlich waren. Dort war es vor allem die Existenz longitudinaler Wellen, die beim
Durchgang des Lichts durch die Grenzfläche zwischen zwei Medien zum Vorschein kamen und nur durch ganz
unwahrscheinliche Hypothesen über die Konstitution des Äthers beseitigt werden konnten. Die elektromagnetischen Wellen sind
immer streng transversal. Damit fällt diese Schwierigkeit fort." <12>
Einspruch! Bei Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle schwingen die ,,Teilchen" in Wirklichkeit nicht streng transversal,
aber in den Maxwell'schen Gleichungen werden sie zugunsten einer eleganten mathe-matischen Erfassung als streng transversal
angenommen.
Gemäß der in (4.10.3) und (4.14.1) vorgestellten Anregungsart haben die ,,Teilchen" eine transversale und eine longitudinale
Komponente.
Die Theorie des ,,elastischen" Äthers (4.10.3) kann die transversale Komponente nicht erklären, und in den Maxwell'schen
Gleichungen wird die longitudinale Schwingungskomponente unterschlagen. Poynting machte dieses ,,Versäumnis" später wieder
gut. Mit Hilfe eines von ihm 1884 zuerst formulierten Satzes folgt aus den Maxwell'schen Gleichungen die zusätzliche Aussage,
daß eine Lichtwelle, die auf einen absorbierenden Körper auftrifft, auf diesen einen Druck (Strahlungsdruck) ausübt.
Weiter Max Born: ,,Maxwell hat seinen Betrachtungen den Begriff der Verschiebung zugrunde gelegt. Er wurde anschaulich so
gedeutet, daß in den kleinsten Teilchen der Molekeln des Äthers geradeso wie in den Molekeln der Materie eine wirkliche
Verschiebung und Scheidung der elektrischen (oder magnetischen) Fluida eintritt. Diese Vorstellung ist, soweit sie den Vorgang
der elektrischen Polarisation der Materie betrifft, sehr gut begründet; denn daß die Materie molekular konstituiert ist und daß jede
Molekel verschiebbare Ladungen trägt, ist durch zahllose Erfahrungen sichergestellt. Aber für den freien Ather ist das keineswegs
so; hier ist der Maxwellsche Begriff der Verschiebung rein hypothetisch und hat nur den Wert, die abstrakten Gesetze des Feldes
zu veranschaulichen. Diese Gesetze besagen, daß mit jeder zeitlich veränderlichen Verschiebung die Entstehung eines
elektromagnetischen Kraftfeldes ringsum verknüpft ist."
,,Kann man sich von diesem Zusammenhang ein mechanisches Bild machen? Besonders erfinderisch in dieser Richtung war
William Thomson (Lord Kelvin), der unablässig bemüht war, die elektromagnetischen Erscheinungen als Wirkungen verborgener
mechanischer Bewegungen und Kräfte zu verstehen. Der rotatorische Charakter des Zusammenhangs zwischen elektrischem
Strom und magnetischem Feld und umgekehrt legt es nahe, den elektrischen Zustand des Äthers als lineare Verschiebung, den
magnetischen als Drehung um eine Achse aufzufassen, oder umgekehrt." (Max Born: Die Relativitätstheorie Einsteins). <12>
Was möge sich Maxwell wohl gedacht haben, als er für den ,,freien Äther" den Begriff der ,,Verschiebung" einführte? Sollte er es
nicht für möglich gehalten haben, daß dort wirkliche Verschiebungen von Materie-zuständen ablaufen? Was möge sich Max Born
wohl gedacht haben, wenn er so überzeugt formuliert ,,für den freien Äther ist das keineswegs so"?
Vom Wesen der ,,elektrischen und magnetischen Fluida" haben wir keine Ahnung. Weshalb sollten sich die kleinsten Molekeln
einer lichttragenden latenten Materie nicht zueinander verschieben können und Druckunterschiede und Strömungen und Wirbel
erzeugen? Vielleicht liegt gerade darin das Geheimnis der ,,elektrischen und magnetischen Fluida"?
Zur Aussage der Maxwell'schen Gleichungen:
Integralform
1)
2)
3)
4)
Differentialform
zu Jede zeitliche Änderung der Magnetflußdichte (magnetische Verschiebung) bewirkt in der Umrandung der durchsetzten
1): Fläche eine dem Sinn der Rechtsschraube entgegengerichtete elektrische Spannung.
Der Vektorpfeil B/ t ist Achse eines Wirbels der elektrischen Feldlinien. (lnduktionsgesetz).
zu Jeder elektrische Strom, ( Leitungs- oder Verschiebungsstrom), verursacht in der Umrandung der von ihm durchsetzten
2): Fläche eine in Rechtsschraubenrichtung wirkende magnetische Ringspannung. Der Vektorpfeil C ist Achse eines Wirbeis
magnetischer Feldlinien. (Durchflutungssatz).
zu Der Gesamtmagnetfluß durch eine geschlossene Fläche ist Null. D. h.: Durch jede geschlossene Fläche tritt ebensoviel
3): magnetische Verschiebung ein wie aus; das magnetische Feld ist quellenfrei, die magnetischen Feldlinien sind in sich
geschlossen, es gibt keine freien magnetischen Pole.
zu Der Verschiebungsfluß, der zu einem gegebenen Zeitpunkt eine geschlos-sene Fläche durchsetzt, ist gleich der zu diesem
4): Zeitpunkt von der Fläche eingeschlossenen Ladung. Die D-Linien beginnen und enden auf Ladungen.
Manche Beziehungen zwischen den elektromagnetischen Erscheinungen können zweckmäßig durch den ,,Stokes'schen Satz"
bzw. ,,Gauß'schen Satz" mathematisch erfaßt werden.
Stokes'scher Satz: Das Linienintegral eines Vektors über eine geschlossene Kurve ist gleich dem Fluß des Vektors durch alle in
diese Kurve eingespannten Teilflächen. Mathematisch bedeutet der Stokes'sche Satz:
Umwandlung eines Flächenintegrals in ein Linienintegral und umgekehrt.
Für die magnetische Feldstärke gilt z. B.:
Physikalisch kann man sich darunter z.B. das Magnetfeld um parallele stromdurchflossene Leiter vorstellen, (Wirbelkombination
aus Einzelwirbeln).
Gauß'scher Satz: Der Fluß eines Vektors durch eine geschlossene Fläche ist gleich dem Integral der Divergenz des Vektors
über das ganze von dieser Fläche umhüllte Volumen. Mathematisch bedeutet der Gauß'sche Satz:
Umwandlung eines Raumintegrals in ein Flächenintegral und umgekehrt.
Für die Verschiebungsdichte gilt z. B.:
Hier bedeuten: div D die ,,Quelldichte" (differentielle Ladungsdichte), die linke Gleichungsseite die Gesamtladung des betrachteten
Volumens, die rechte Seite der aus dem Volumen austretende Verschiebungsfluß.
Materialeigenschaften: Die 5 Feldvektoren E, D, G, B und H sind durch drei Materialkenngrößen verknüpft.
Die Leitfähigkeit kennzeichnet den Zusammenhang zwischen der ohmschen Leitungsstromdichte und der elektrischen
Feldstärke:
.
Die Dielektrizitätskonstante kennzeichnet den Zusammenhang zwischen der dielektrischen Verschiebung und der
elektrischen Feldstärke:
.
Die magnetische Leitfähigkeit µ kennzeichnet die Abhängigkeit der Magnetfluß-dichte B von der magnetischen Feldstärke H:
Das Vakuum, der als ,,stoffuch leer" angenommene Raum, (nicht bei Maxwell!), hat die ,,Materialeigenschaft"
und
Man bezeichnet tugendhaft µ0 und o auch als Feldkonstanten des ,,leeren" oder ,,freien" Raumes. Es sei noch erwähnt, daß
auch der Feldwellenwiderstand des ,,freien" Raumes Z und die ,,Vakuumlichtgeschwindigkeit" c aus µo und 0 bestimmbar sind:
Es ist bemerkenswert, daß die dielektrische ,,Verschiebung" der Materie und die ,,Materialkonstanten" direkt oder verborgen in
der Aussage jeder Gleichung enthalten sind. Aber heute befinden wir uns in der mißlichen Lage, nicht angeben zu können (und
zu dürfen!), was sich hierbei eigentlich verschiebt. ,,Wir wissen es nicht", sagen in gewohnter, leicht peinlicher Verlegenheit die
einen; ,,ein Zustand verschiebt sich", sagen andere; ,,es ändern sich die Kenngrößen des nichtstofflichen, selbständigen, nicht
weiter reduzierbaren elektromagnetischen Feldes", sagen die Erhabenen.
Wir finden bestätigt, daß die Maxwell'schen Gleichungen in dem ihnen als Modell zugeordneten Geltungsbereich nur äußere
Erscheinungen bzw. sekundäre Wirkungen der latenten Materie mathematisch erfassen und beschreiben. Die ,,Naturkonstanten"
µo und 0 sind stoffliche Merkmale der latenten Materie. Nicht die stoffliche Welt oder der ,,Äther" sind ,,vor der Tür" der
Maxwell'schen Gleichungen stehengeblieben, sondern es blieben zunächst die noch nicht erkannten physikalischen Hintergründe
der in den Gleichungen erfaßten Erscheinungen unberücksichtigt.
Diejenigen, die heute eine elektromagnetische Erscheinung allein dadurch hinreichend ,,begründet" sehen, daß sie aus einem
nützlichen Formelsystem ableitbar ist, möchten dennoch nicht verkennen, durch welche Motive, Erkenntnisse und Vermutungen
Maxwell und andere Denker seiner Zeit zu diesem idealisierten Formelsystem gelangt sind.
4.12.2 Heinrich Hertz vervollkommnet die Maxwell'sche Theorie
Heinrich Hertz (1857-1894) hat die durch Maxwell vorausgesagten elektromagnetischen Wellen 1887 experimentell nachgewiesen.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen entsprach der Lichtgeschwindigkeit. Hertz konnte auch die geradlinige
Wellenausbreitung, die Reflexion, die Brechung und die Polarisation nachweisen. Er gab der Maxwell'schen Theorie die
endgültige mathematische Form, weshalb diese gelegentlich auch als Theorie von Maxwell und Hertz bezeichnet wird.
Faraday (1791-1867), Maxwell (1831-1879) und Hertz (1857-1894) stellen eine gewisse ,,Dreieinigkeit" dar: Faraday, der
bahnbrechende Experimentator, der zur Formulierung seiner Erkenntnisse nie eine mathematische Formel benutzte; Maxwell, ein
mathematisches Genie, der die Erkenntnisse Faradays in Formeln kleidete und dabei zu einigen verallgemeinernden
Schlußfolgerungen gelangte und schließlich Heinrich Hertz, der dieses Gemeinschaftswerk weiter experimentell bestätigte und
theoretisch vervollkommnete.
In ihrem Denken und Tun waren Faraday, Maxwell und Hertz durch einen Grundgedanken verbunden: Sie waren Anhänger der
damals anerkannten und verbreiteten Ätherauffassungen und bedienten sich des Feldbegriffs als Hilfsvorstellung zur
Veranschaulichung der äußeren Erscheinungen noch zu erkennender Ätherwirkungen.
In neuzeitlichen Verlautbarungen wird diese Wahrheit entweder völlig unterschlagen, weil sie nicht in das moderne Weltbild paßt,
oder man gesteht Faraday, Maxwell und Hertz nachsichtig zu, daß sie sich selbst und ihre wissenschaftliche Großleistung gar
nicht begriffen haben.
Max Born zur Hertz'schen Theorie: ,,Heinrich Hertz hat die Hypothese von der vollständigen Mitführung des Äthers auf die
Maxwellschen Gleichungen übertragen. Seine Theorie kennt nur relative Bewegungen der Körper, wobei der Äther ebenfalls ein
Körper ist. In einem translatorisch bewegten System laufen nach Hertz alle Vorgänge genau so ab, als wenn es ruhte." <12>
Das sind wieder unzutreffende Verallgemeinerungen, mit denen die Widersprüche vorprogrammiert sind. Heinrich Hertz meint
natürlich, daß die Erde den Äther vollständig mitführt. Und diese irrige Annahme wird dann sogleich allgemein auf ,,ein
translatorisch bewegtes System" über-tragen; wodurch die Versuche mit erwiesener teilweiser Mitführung, bei denen sich das
Versuchsobjekt an der Erdoberfläche gegenüber einer erdfesten Versuchsapparatur bewegt, wieder nicht erklärbar wären.
Wir können konkreter und widerspruchsfrei formulieren: Nach der Wirbelauffassung wird die Erde im Zentrum eines differentiell
rotierenden Wirbels vollständig mitgeführt. Eine an der Erdoberfläche ruhende Versuchsanordnung mit dem in ihr ruhenden
Versuchskörper wird von der latenten Materie vollständig mitgeführt; der an der Erdoberfläche gegenüber der Erde bewegte
Versuchskörper führt die latente Materie teilweise mit.
Auch die Hertz'sche Theorie mußte scheitern, weil Heinrich Hertz mit der Ruhe und Bewegung ,,seines" Äthers konkret nichts
anzufangen wußte. Es wurde ,,vollständige Mitführung" des Äthers angenommen, ohne genau zu wissen und zu definieren, unter
welchen konkreten Umweltbedingungen diese ,,Mitführung" auftreten sollte. So konnte auch diese Theorie die scheinbaren
Widersprüche zwischen vollständiger und teilweiser Mitführung nicht erklären oder überbrücken.
Dennoch war Heinrich Hertz der vermeintlichen physikalischen Wahrheit sehr nahe, zumindest befand er sich wohl auf der
richtigen Spur, weil er die Lösung der Widersprüche in ihren inneren, materiellen Ursachen suchte. Einige Gedanken aus einem
Vortrag, den Heinrich Hertz vor der 62. Versammlung deutscher Naturforscher und Ärzte 1889 in Heidelberg gehalten hat,
verdeutlichen das Hertz'sche Denken und die damalige Situation in der Physik in besonders eindrucksvoller Weise und seien in
Teilen vorgestellt:
,,Die Wellentheone des Lichts ist, menschlich gesprochen, Gewißheit; was aus derselben mit Notwendigkeit folgt, ist ebenfalls
Gewißheit. Es ist also auch gewiß, daß aller Raum, von dem wir Kunde haben, nicht leer ist, sondern erfüllt von einem Stoffe,
welcher fähig ist, Wellen zu schlagen, dem Äther."
,,Aber so bestimmt auch unsere Kenntnisse von den geometrischen Verhältnissen der Vorgänge in diesem Stoffe sind, so unklar
sind noch unsere Vorstellungen von der physikalischen Natur dieser Vorgänge, so widerspruchsvoll zum Teil unsere Annahmen
über die Eigenschaften des Stoffes selbst."
,,Naiv und unbefangen hatte man von vornherein die Wellen des Lichtes, sie mit denen des Schalles vergleichend, als elastische
Wellen angesehen und behandelt. Nun sind aber elastische Wellen in Flüssigkeiten nur in der Form von Longitudinalwellen
bekannt. Elastische Transversalwellen in Flüssigkeiten sind nicht bekannt; die sind nicht einmal möglich; sie widersprechen der
Natur des flüssigen Zustandes."
,,Also war man zu der Behauptung gezwungen, der raumerfüllende Äther verhalte sich wie ein fester Körper. Betrachtete man
dann aber den ungestörten Lauf der Gestirne und suchte sich Rechenschaft von der Möglichkeit desselben zu geben, so war
wiederum die Behauptung nicht zu umgehen, der Äther verhalte sich wie eine vollkommene Flüssigkeit. Nebeneinander bildeten
beide Behauptungen einen für den Verstand schmerzhaften Widerspruch, welcher die schön entwickelte Optik entstellte."
Heinrich Hertz sucht und ahnt den inneren Zusammenhang;
,,Da liegt nahe vor uns die Frage nach den unvermittelten Femwirkungen überhaupt. Gibt es solche? Von vielen, welche wir zu
besitzen glaubten, bleibt uns nur noch eine, die Gravitation. Täuscht uns auch diese? Das Gesetz, nach welchem sie wirkt, macht
sie schon verdächtig. In anderer Richtung liegt nicht ferne die Frage nach dem Wesen der Elektrizität. Von hier gesehen, verbirgt
sie sich hinter der bestimmteren Frage nach dem Wesen der elektrischen und magnetischen Kräfte im Raume. Und unmittelbar
an diese anschließend erhebt sich die gewaltige Hauptfrage nach dem Wesen, nach den Eigenschaften des raumerfüllenden
Mittels, des Äthers, nach seiner Struktur, seiner Ruhe oder Bewegung, seiner Unendlichkeit oder Begrenztheit. Immer mehr
gewinnt es den Anschein, als überrage diese Frage alle übrigen, als müsse die Kenntnis des Äthers uns nicht allein das Wesen
der ehemaligen Imponderabilien offenbaren, sondern auch das Wesen der alten Materie selbst und ihrer innersten Eigenschaften,
der Schwere und der Trägheit.
Der heutigen Physik liegt die Frage nicht mehr ferne, ob nicht etwa alles, was ist, aus dem Äther geschaffen sei."
,,Nehmt aus der Welt die Elektrizität, und das Licht verschwindet; nehmt aus der Welt den lichttragenden Äther, und die
elektrischen und magnetischen Kräfte können nicht mehr den Raum überschreiten. Dies ist unsere Behauptung."
(Heinrich Hertz: Über die Beziehungen zwischen Licht und Elektrizität; Alfred Körner Verlag, Leipzig 1923).
4.12.3 Elektronentheorie von Lorentz
Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928) vereinigte die elektromagnetische Lichttheorie Maxwell's mit den damaligen Auffassungen
über die Elektronen. Nach der Elektronentheorie bestehen alle elektromagnetischen Vorgänge aus der Wechselwirkung von
Elektronen mit dem Äther. Dabei rufen die elektromagnetischen Wellen die Bewegungen der Elektronen hervor, andererseits
werden die elektromagnetischen Wellen durch die Bewegungen der Elektronen verursacht.
Auch für Lorentz sind also die elektromagnetischen Wellen ein Schwingungsvorgang in einem stofflichen Medium, dem Ather. Er
nahm an, daß der Äther an der Bewegung der Körper nicht teilnimmt und daß die Teile des Äthers auch keine (großräumige)
Relativbewegung zueinander haben. Der Äther erscheint somit als Verkörperung eines absolut ruhenden Raumes. Das ist wieder
ein Rückschritt gegenüber den Auffassungen von Heinrich Hertz, der die Vermutung aussprach, die Lösung der Geheimnisse der
Welt in den Bewegungseigenschaften des Äthers zu finden.
Bei Fresnel wird der Äther im Innern bewegter Körper teilweise mitgeführt, was durch Fizeau bestätigt wurde (4.11.3); Heinrich
Hertz nimmt vollständige Mitführung an, weil auch einige Tatsachen dafür sprechen; bei Lorentz gibt es gar keine Mitführung des
Äthers. Aber jeder kann auf seine Weise, Unpassendes wird ignoriert, ausgewählte elektromagnetische Erscheinungen
beschreiben, weil ja, wie wir nun wissen, in Abhängigkeit von den konkreten Versuchsbedingungen, alle drei Varianten auftreten
können; man darf sie nur nicht bedingungslos verallgemeinern.
Lorentz zeigte, daß die Elektronentheorie in Einklang mit den Maxwell'schen Gesetzen steht und darüber hinaus die Erklärung
weiterer Erscheinungen ermöglichte. Dazu gehören u.a. die Farbenzerstreuung, die magnetische Drehung der
Polarisationsebene, die Bestimmung der Brechungsindizes transparenter Körper und die Aufspaltung der Spektrallinien unter
Einwirkung magnetischer Felder (Zeemann-Effekt). Das Experiment von Fizeau, wonach eine strömende Flüssigkeit den Äther
teilweise mitführt, erklärte Lorentz als eine Rückwirkung der Elektronen des bewegten Wassers auf die Lichtgeschwindigkeit.
Die Elektronentheorie trägt von vornherein den prinzipiellen Widerspruch in sich, daß sie einerseits die Wechselwirkung zwischen
dem Äther und den Körpern (Elektronen) grundsätzlich als ihr Fundament voraussetzt, andererseits aber jegliche Mitführung
ausschließt.
Lorentz untersuchte die Kraftwirkung auf bewegte Ladungen im Magnetfeld. Er erkannte und formulierte einen bedeutsamen
Zusammenhang, die später nach ihm benannte "Lorentzkraft":
Auch die Formel E = mc2 wurde bereits von Lorentz abgeleitet, der sie jedoch als beiderseitige stoffliche Umwandlung verstand
und darin einen "Beweis" für die Existenz "seines" Äthers sah. II(1.6.7).
Die Lorentz'sche Elektronentheorie fand am Ende des 19. Jahrhunderts wegen ihrer außergewöhnlichen Erfolge allgemeine
Anerkennung. Sie bestach durch ihr scheinbar vollkommenes Weltbild.
"Als die Elektronentheorie um die Wende des Jahrhunderts ihren Höchststand erreicht hatte, schien die Möglichkeit eines
einheitlichen physikalischen Weltbildes nahegerückt, das alle Formen der Energie einschließlich der mechanischen Trägheit auf
dieselbe Wurzel zurückführt: das elektromagnetische Feld im Äther. Eine einzige Energie stand noch außerhalb des Systems, die
Gravitation; doch durfte man hoffen, daß auch diese sich werde als Atherwirkung verstehen lassen." <12>
Die "Elektronentheorie" und die zauberhafte "Lorentzkraft", ohne die in der Elektrotechnik und Elektronik nichts funktionieren
würde, haben sich bei aller Nützlichkeit noch immer hartnäckig ein paar Geheimnisse bewahrt. Bis heute weiß niemand, was das
ist: ein Elektron. Die mystische Kraftwirkung "erklären" wir mit der Zauberformel "Lorentzkraft", die allerdings auch nur,
mathematisch idealisiert, die äußere Erscheinung zum Ausdruck bringt.
Und wenn wir eines Tages erklären können, weshalb das bewegte "Ding", das wir "negative Ladung" nennen, in dem gewissen
"Etwas", das wir "Magnetfeld" nennen, seitwärts abgelenkt wird und die "positive Ladung" in entgegengesetzter Richtung und
weshalb die seitliche Ablenkkraft von der Geschwindigkeit der Ladung abhängt, wird man der wahren Natur elektromagnetischer
Wirkungen wesentlich näher sein. Doch bis dahin (und so weit ausreichend und nützlich auch darüber hinaus), bedienen wir uns
der abstrakten "Lorentzkraft".
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<< (4.11) Neue Interpretation einiger "Mitführungsversuche"
>> (4.13) "Ätherwidersprüche" ?
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (4.12) Licht als elektromagnetische Schwingung
>> (4.14) "Verqueres" über Schwingungserzeugung und -ausbreitung
4.13 "Ätherwidersprüche"?
Man gewinnt den Eindruck, daß alle bisherigen Theorien zum physikalischen Weltbild am ,,Äther" und seinen ,,unerklärbaren"
Eigenschaften gescheitert sind. Auch an den Beteuerungen zum modernen physikalischen Weltbild ist mitunter peinlich spürbar,
daß da etwas sein müßte oder mal gewesen sein sollte, das aber nicht sein kann, weil es nicht sein darf.
Sollte im Laufe der Wissenschaftsgeschichte noch niemand ernsthaft dem Gedanken nachgegangen sein, dem vermuteten
stofflichen Medium auch eine aktive Rolle zuzugestehen und die vielen brauchbaren Mosaiksteinchen sinnvoll zu einem
unverklemmten Weltbild zusammenzufügen?
,,Der Äther war eine überaus brauchbare Hypothese, mit der sich mühelos alle optischen Erscheinungen klären ließen. Bis in
unser Jahrhundert hinein wurde sie von den meisten Physikern rückhaltlos akzeptiert. Andererseits war es aber in keiner Weise
möglich, diese geheimnisvolle Substanz irgendwie nachzuweisen. Es entstand die heikle Frage, durch welchen Mechanismus die
in den Lichtwellen enthaltene Energie weitergegeben wird, wenn das übertragende Medium selbst fehlt. Ganz offensichtlich haben
wir hier ein sehr ernst zu nehmendes Grundproblem der Physik vor uns, das wir nicht aus dem Auge verlieren dürfen. Wenn es
den Äther wirklich gäbe und seine Teilchen das Licht in einer ähnlichen Art verbreiten würden wie die Luft die Wellen des Schalls,
. .wäre es möglich, das physikalische Weltbild gewaltig zu vereinfachen." <41>
Einstein über die Lorentzsche Elektronentheorie: ,,Trotz aller dieser schönen Erfolge war der Stand der Theorie doch nicht voll
befriedigend. Die klassische Mechanik lehrt die Gleichwertigkeit aller Inertialsysteme (bzw. lnertialräume) für die Formulierung der
Naturgesetze. Die elektromagnetischen und optischen Experimente lehrten dasselbe mit erheblicher Genauigkeit. Aber das
Fundament der elektromagnetischen Theorie lehrte die Bevorzugung eines besonderen lnertialsystems, nämlich das des ruhenden
Lichtäthers. Diese Auffassung des theoretischen Fundaments war gar zu unbefriedigend." <20>
,,Ein Einwand gegen die elastische Lichttheorie ist der, daß ein den Weltenraum erfüllender Äther von der großen Steifigkeit, die
er als Träger der Lichtschwingungen haben muß, der Bewegung der Himmelskörper, besonders der Planeten, einen Widerstand
entgegensetzen müßte. Bei elastischen Festkörpern tritt neben zwei transversalen Wellen immer auch eine longitudinale auf.
Diese wirkte seinerzeit störend, man mühte sich, sie wegzudiskutieren." <12>
1907 schrieb der französische Physiker Poincare in ,,Moderne Physik":
,,Dieser Lichtäther müßte natürlich, da er auch im sogenannten leeren Raum vorhanden ist, als unwägbar angesehen werden;
man könnte ihn mit einer Flüssigkeit vergleichen, deren Masse vernachlässigt werden darf, weil sie der Bewegung der Gestirne
keinen merkbaren Widerstand entgegensetzt, die aber außerordentlich elastisch ist, weil sie das Licht sehr schnell fortbewegt, die
ferner alle durchsichtigen Körper durchdringen kann und dabei unverändert elastisch bleibt, sich aber zugleich verdichtet, weil ja
die Lichtgeschwindigkeit in den Körpern geringer ist als im leeren Raum." <9>
,,Der Äther, den man sich als ein feines, unwägbares Gas dachte, sollte alle Körper durchdringen, ohne an ihrer Bewegung
teilzunehmen. Wenn er eine Ausbreitung des Lichtes in Form von Querwellen ermöglichen sollte, so muß-te der Äther zugleich die
Eigenschaften eines festelastischen Körpers haben. Bei äußerst geringer Dichte mußte er härter sein als Stahl und Diamant.
Außerdem mußte er über eine ideale Durchdringlichkeit verfügen, damit sich die Himmelskörper so reibungslos und
verzögerungsfrei durch ihn bewegen konnten, wie sie es offensichtlich taten. Dem Äther mußte eine träge Masse zugeschrieben
werden, aber er durfte keine schwere Masse haben." <27>
,,Niemand konnte die Longitudinalwellen im Äther entdecken oder auch beweisen, daß es sie nicht gab. M.an mußte daher auf
Treu und Glauben hinnehmen, daß solche Wellen im Ather überhaupt existieren. Falls sie existierten, traten sie mit gewöhnlichen
Körpern nicht in Wechselwirkung. Man konnte sie deshalb also nicht beobachten. Die große Lichtgeschwindigkeit zwang zu der
Annahme, der Äther müsse außerordentlich elastisch sein. Seine Teilchen mußten ja mit sehr hoher Frequenz im Takt mit der
Lichtgeschwindigkeit schwingen. Deshalb mußte angenommen werden, der Äther sei fast hunderttausendmal elastischer als Stahl.
Der Äther mußte gleichzeitig Körperlosigkeit wie ein Spukgebilde besitzen.
Man konnte ja ungehindert durch ihn hindurchgehen, und auch er mußte alle festen Körper, ja die unterschiedlichsten Stoffe,
ohne eine Spur zu hinterlassen, passieren." <49>
Der Absolutheit der folgenden Aussagen und Behauptungen muß man in jedem Punkte widersprechen:
1. ,,Der Äther müßte masselos sein (unwägbar). Im entgegengesetzten Falle würde er, der ja den Weltraum ausfüllen müßte,
auch Gravitationswirkungen ausüben, die sich in der Bewegung der Planeten und Monde bemerkbar machen müßte. Solche
Wirkungen wurden niemals festgestellt.
2. Der Äther darf die Bewegungen der Himmelskörper nicht beeinflussen, etwa infolge eines Reibungswiderstandes. Es wären
sonst Veränderungen in der Bewegung der kosmischen Objekte die Folge, was aber nicht festgestellt werden konnte.
3.
3. Der Äther müßte ein fester Körper sein (Widerspruch zu 1.). Die Lichtwellen, die z. B. aus dem Kosmos auf die Erde
gelangen, sind transversale Wellen, solche gibt es nur in festen Stoffen." <43>
Zart anklingende Töne über eine mögliche Dynamik des Äthers:
,,Man kommt so auf Vorstellungen, die Mac Cullagh's Athertheone verwandt sind. Bei dieser sollte der Äther nicht elastische
Widerstände gegen Verzerrungen im gewöhnlichen Sinne entwickeln, sondern Widerstand gegen die absolute Rotation
seiner Volumenelemente." (!).
,,Es würde viel zu weit führen, die zahlreichen, oft sehr phantastischen Hypothesen über die Konstitution des Äthers
aufzuzählen. Wollte man sie wörtlich nehmen, so wäre der Äther eine fürchterliche Maschinerie von unsichtbaren
Zahnrädern, kreiseln und Getrieben, die in der verwickeltsten Weise ineinandergreifen, und von all dem Wust wäre nichts zu
bemerken als einige relativ einfache Kräfte, die als elektromagnetisches Feld in Erscheinung treten."
,,Es gibt auch feinere, oft sehr geistreiche Theorien, bei denen der Äther eine Flüssigkeit ist, deren
Strömungsgeschwindigkeit etwa das elektrische, deren Wirbel das magnetische Feld darstellen. Bjerknes hat eine Theorie
entworfen, bei der die elektrischen Ladungen als pulsierende Kugeln in der Ätherflüssigkeit vorgestellt werden, und er hat
gezeigt, daß solche Kugeln Kräfte aufeinander ausüben, die mit den elektromagnetischen eine große Ähnlichkeit zeigen."
<12>
Und das ist unser grundsätzlicher Standpunkt:
Gemäß unseren Ausführungen in (4.6) und (4.7) ist ein Inertialsystem ein Wechselwirkungssystem, das gegenüber der latenten
Materie, von der es unmittelbar umgeben ist, ruht oder eine so geringe gleichförmige Geschwindigkeit hat, daß sich der
Strömungswiderstand noch nicht bemerkbar macht. Lehren die elektromagnetischen und optischen Experimente die Gleichheit der
Inertialsysteme? Woran liegt es, daß sie dafür unter bestimmten Bedingungen den Anschein erwecken? Alle elektromagnetischen
und optischen Experimente lehren widerspruchsfrei, daß die Erde ein Inertialsystem im Sinne von (4.6) und (4.7) ist. Sie
beweisen, daß es auf der Erdoberfläche keine Relativgeschwindigkeit zwischen der Erde und dem (differential rotierenden)
Wirbel der latenten Materie gibt. Das ist, unter Beachtung der konkreten Bedingungen, eine örtlich vollständige Mitführung.
Jede tatsächliche Bewegung eines Körpers gegenüber der latenten Materie, (nicht die irrtümlich angenommene!), ist mit einer
teilweisen Mitführung verbunden. Der Doppler-Effekt, sofern er keine Sonderdefinition für das Licht erfährt, bestätigt
widerspruchsfrei die Anwesenheit eines lichttragenden Mediums. Man beachte dazu (4.14.3).
Der Äther erscheint deshalb als masselos und unwägbar, weil die Eigenschaft der Körper, die man als Masse bzw. Schwere
bezeichnet, aus der Wechselwirkung der Körper mit der latenten Materie entsteht. Diese Art der Wechselwirkung haben die Teile
der latenten Materie nicht untereinander. Vergleich: Der Auftrieb eines Körpers in einer Flüssigkeit ist Wechselwirkung zwischen
den Flüssigkeitsteilchen und dem betreffenden Körper. Eine solche Art der Wechselwirkung haben die Flüssigkeitsteilchen nicht
untereinander. Ein Wassertröpfchen erfährt im Wasser keinen Auftrieb. (!)
Die Bewegung der Himmelskörper wird nicht durch Massenwirkung des ,,Äthers" im Sinne einer Massenanziehungskraft, die er
auf die Körper ausüben soll, beeinflußt, sondern durch
die Druck- und Strömungsverhältnisse in den Wirbeln der latenten Materie. Der geringe Reibungswiderstand, den die
Himmelskörper bei ihrer Bewegung erfahren, wird dadurch verständlich, daß die latente Materie einer idealen Flüssigkeit
vergleichbar ist (4.6) und die Himmelskörper innerhalb des Materiewirbels in der Regel nur eine sehr kleine oder gar keine
Relativgeschwindigkeit gegenüber der latenten Materie haben.
Konnten wirklich noch keine Veränderungen in der Bewegung der kosmischen Objekte festgestellt werden? Gibt es sie etwa nicht,
die Expansion des Weltalls, die Perihelverschiebungen, die Veränderung der Umlaufzeiten von Planeten sowie recht- und
rückläufiger Satelliten?
Vielleicht sucht man die Ursachen für diese Tatsachen nur mit der falschen Brille, am falschen Ort, in falschen Wirkprinzipien und
in der unzutreffenden Formel?
Das Kernproblem konzentriert sich offenbar auf die dem ,,Äther" zuzuschreibenden Ausbreitungseigenschaften der
elektromagnetischen Wellen, und hier sind die Aussagen offensichtlich widersprüchlich. Hat nun die elektromagnetische Welle im
,,Äther" eine Longitudinalkomponente, die man gern übersehen und unterschlagen möchte, oder ist man (angeblich) ergebnislos
bemüht, eine solche zu entdecken und nachzuweisen?
Die Längskomponente einer elektromagnetischen Schwingung ist längst erwiesene Tatsache. Praktisch kann sie spätestens seit
der Entdeckung des Compton-Effekts (Strahlungsdruck) als experimentell gesichert angesehen werden, und theoretisch folgt sie
nun, da Poynting den praktischen Sachverhalt mathematisch erfaßte, mit Hilfe des ,,Poynting'schen Vektors" aus den
Maxwell'schen Gleichungen.
Das ,,Problem" der elastischen Transversalschwingungen, die angeblich nur in Festkörpern möglich sein sollen, und der daraus
gefolgerten Superhärte des Äthers klärt sich auf, wenn man die ,,Elastizität" nicht als Zugkraft zwischen benachbarten Teilchen
des Mediums sieht, sondern als Volumenverformbarkeit eines idealen Mediums und den Teilchen eine kreisende Bewegung
zugesteht (siehe 4.14.1).
Vielleicht sollte man in diesem Zusammenhang das Wort ,,Elastizität" ganz vermeiden, denn es suggeriert den Gedanken, daß ein
schwingendes Teilchen an seinen Ausgangsort zurückgezogen wird. Das ist aber weder in schwingenden Gasen noch in
schwingenden Flüssigkeiten der Fall. In diesem Sinne folgen wir einem Grundgedanken aus Mac Cullagh's Äthertheone:
Elastischer Widerstand des Äthers gegen die Rotation seiner Volumenelemente.
Auch den Hinweis Max Borns auf die ,,fürchterliche Maschinerie" sollten wir nicht mit einem Lächeln abtun, sondern voll
unterstützen und in den Mittelpunkt unserer Aufmerksamkeit rücken. Zahllose Erscheinungen, experimentelle Tatsachen und
technische Anwendungen zeugen davon, daß jedes Atom, auch der Atomkern und alles, was da ist, aus vielfältigen
Wirbelanordnungen und Wirbelkombinationen besteht. Alles rotiert um sich selbst und umeinander!
So liegt der Gedanke nahe, daß sich im Sinne des Stokes'schen Satzes (4.12.1) Einzelwirbel zu flächenhaften oder auch
räumlichen Wirbelgebilden zusammenschließen. Es ist denkbar, daß sich in den Lücken zwischen größeren Wirbeln auch Kleinoder Kleinstwirbel ausbilden, von denen be-kannt ist, daß sie nicht selbständig existieren können. Die kurzlebigen
Elementarteilchen leben bei Zertrümmerung ihres Großwirbels als selbständige Miniwirbel nur Bruchteile von Sekunden.
Der feste Zusammenhalt einer Wirbelkombination, von den Galaxien bis zum Atom, liegt anscheinend darin begründet, daß
einzelne Wirbel ihren Rotationsfluß zu einem sie umgebenden Gesamtfluß vereinigen. Es ist zu vermuten, daß damit auch das
Wesen der Kernkräfte erklärbar ist.
Sind wir uns immer bewußt, daß uns die Funk- und Fernsehwellen, als ,,Wellensalat im Äther", täglich umschwirren und daß die
elektromagnetischen Vorgänge durch die ,,doppelte Wirbelverkopplung" zwischen dem elektrischen und dem magnetischen Feld
miteinander verknüpft sind?
So müssen wir wohl oder übel eingestehen: Wir befinden uns inmitten einer ,,fürchterlichen Maschinerie von unsichtbaren
Zahnrädern, Kreiseln und Getrieben, die in der verwickeltsten Weise ineinandergreifen", und auch wir selbst stellen hinsichtlich
Körperbau und Lebensfunktionen eine solche ,,Maschinerie" dar.
Doch man muß ja nicht in jedem Falle in alle Details dieser ,,Maschinerie" eindringen, man kann sich auch mit ihren äußeren
Erscheinungen, mit einer nützlichen Modellvorstellung, begnügen. Man möchte dabei nur beachten, daß durch die vereinfachte
Vorstellung, die man sich von einem verwickelten Vorgang macht, die Innerei nicht überflüssig wird.
Was kümmert den lmker die Psyche einer einzelnen Biene, wenn er es nur auf den Honig abgesehen hat? Bestimmt läßt sich
statistisch ermitteln, wie viele Bienen an welchen Tagen welche Blüten besuchen und wieviel Honig sie heimbringen und welche
Art Blütenfelder für den Erfolg benötigt werden. Garantiert befindet sich auch jede einzelne Biene zu einer ganz bestimmten Zeit
an einem ganz bestimmten Ort.
Aber muß man unbedingt wissen, welche Biene sich wann an welchem Ort befindet und was sie psychisch zu ihrem Tun bewegt?
Das ist übrigens ein kleines bißchen Quantenmechanik. Doch die Quantenmechanik behauptet in moderner Denk- und Redensart
von sich und über die ,,Bienchen": Unterhalb des ,,Netzes" der statistisch erfaßten äußeren Erscheinungen ist nichts erklärbar,
dort gibt es keine Ursache-Wirkungs-Beziehung mehr. Wozu braucht der Imker eigentlich noch die Bienen, wenn er den Honig
aus einer Formel berechnen kann?
Ob wir dieses oder jenes tun bzw. wissen wollen oder müssen, hängt immer davon ab, ob wir unsere Welt erkennen oder sie auf
einfache Art beschreiben oder sie auf ökonomischste Weise ausnutzen wollen.
Die scheinbaren ,,Ätherwidersprüche" löst man nicht, indem man das verzwickte Forschungsobjekt aus der Welt schafft. Diese
,,Widersprüche" sind lösbar! Die latente Materie hat diese ,,Widersprüche" nicht.
Inhalt
<< (4.12) Licht als elektromagnetische Schwingung
>> (4.14) "Verqueres" über Schwingungserzeugung und -ausbreitung
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (4.13) "Ätherwidersprüche" ?
>> (5) Die große "Frage an die Natur": Michelson-Experiment
4.14 ,,Verqueres" über Schwingungserzeugung und - ausbreitung
4.14.1
4.14.2
4.14.3
4.14.4
4.14.5
4.14.6
Eine ,,verkannte" Art der Schwingungsanregung?
Zur Konstanz der Ausbreitungsgeschwindigkeit
Zweierlei Doppler-Effekt?
Stoffliche und nichtstoffliche Wärme?
Was verbirgt sich hinter dem ,,Strahlungsquant"?
Materiewellen Wellen welcher Materie?
4.14.1 Eine ,,verkannte" Art der Schwingungsanregung?
Schwingungen und Wellen gehören zu unseren täglichen Selbstverständlichkeiten. Ohne sie würde uns Hören und Sehen
vergehen, und wir bekämen nichts von den wärmenden Strahlen der Sonne zu spüren. Aber was schwingt da? Woraus bestehen
die Schwingungen, wie entstehen sie, und wodurch pflanzen sie sich wellenartig fort?
An den derzeitigen Auffassungen über Schwingungen und Wellen werden die Zerrissenheit des physikalischen Weltbildes und die
willkürliche Zerteilung der Natur in eine stoffliche und eine nichtstoffliche Materie sehr deutlich. Wellen werden als Ausbreitung
einmaliger oder sich periodisch wiederholender Störungen der Teilchen eines Mediums oder der Feldgrößen physikalischer
Felder innerhalb eines Mediums oder des Vakuums angesehen. Es wird hervorgehoben, daß sich auch ohne Beteiligung eines
Stoffes, z. B. im Vakuum, Wellenfelder ausbilden können.
In der Fachliteratur geht man zur anschaulichen Erklärung der Wellenausbreitung oft in Analogie zu einer aufgehängten
Pendelreihe davon aus, daß die Teilchen entweder längs (longitudinal) oder quer (transversal) zur Ausbreitungsrichtung der Welle
örtlich um ihre Ruhelage schwingen und ihre Bewegung durch Stoß, Reibung oder Elastizitätskräfte auf die benachbarten
Teilchen übertragen, die dadurch zu ebensolchen lokalen Schwingungen angeregt werden.
Es wird betont, obwohl es unlogisch ist: Die Teilchen selbst bewegen sich nicht mit der Welle fort, sondern übertragen nur die
Energie an das jeweils benachbarte Teilchen; und das sei bei allen Wellen so, die wir in stofflichen Medien beobachten. Schon
ein Blick auf eine Wasserwelle läßt uns jedoch das Gegenteil erkennen.
Die Ansichten und Aussagen darüber, ob sich in einem bestimmten Medium eine Schwingung transversal oder longitudinal
ausbreitet, wurden zu einem ,,entscheidenden Argument" in der Wissenschaftsentwicklung und sind oft bedarfsgerecht idealisiert
und zweckorientiert dargestellt.
Zur Erklärung der Erscheinungen, die mit der Schallausbreitung verbunden sind, kommt man mit der Annahme reiner
Longitudinaiwellen gut zurecht. Anderswo läßt man sie völlig unberücksichtigt. Für die Entstehung mechanischer Transversalwellen
wird die Möglichkeit quer zur Ausbreitungsrichtung wirkender Kräfte vorausgesetzt. Man nimmt deshalb an, daß reine
Transversalwellen nur in Festkörpern auftreten können.
Eine kombinierte Bewegungsart, bei der die Teilchen längs und quer zur Ausbreitungsrichtung der Welle schwingen, wird lediglich
den Oberflächenwellen von Flüssigkeiten (z. B. Wasserwellen) zugestanden, bei denen die Teilohenbahnen kreis- oder
ellipsenähnlich sind.
Die elektromagnetischen Wellen, (Funk- und Radiowellen, Lichtwellen, Wärmestrahlen, ,,Materiewellen"), sind auf diese Weise
nicht erklärbar. Sie sind definitionsgemäß ,,nichtstoffliche" Materie und ,,dürfen" somit nicht als Schwingung der Teilchen oder
Zustandsgrößen eines ,,Mediums" aufgefaßt werden. Derartige Wellen haben aber, praktisch nachweisbar, eine transversale und
eine longitudinale Schwingungskomponente.
So hat nun die moderne Physik überhaupt keine Erklärung für die Entstehung und Ausbreitung ihrer ,,nichtstofflichen"
Wellenerscheinungen.
Einziges ,,Argument" sind die meßbaren Wirkungen und die abstrakte Formel. Die Unfähigkeit der modernen Physik, das
gesamte Wellengeschehen nach einheitlichen Wirkungsprinzipien zu erklären, macht deutlich, wie weit wir noch davon entfernt
sind, die natürliche Welt als ein in sich geschlossenes Ganzes zu sehen und zu verstehen.
Wir bleiben dabei: Für uns ist die latente Materie ein stoffliches Medium, und bis jetzt wurde in allen betrachteten Versuchen ihre
angenommene Existenz voll bestätigt. Diese latente Materie, verglichen mit einer idealen Flüssigkeit, müßte nahezu inkompressibel
sein und eine sehr geringe innere Reibung aufweisen. Man beachte, daß eine Flüssigkeit inkompressibel und dennoch höchst
verformbar sein kann.
Ein Gedankenexperiment soll das verdeutlichen:
In einem großen Gefäß mit inkompressibler Flüssigkeit soll eine Kugel langsam vom Flüssigkeitsspiegel zum Gefäßboden
hinabsinken. Man stelle sich dabei einmal in Zeitlupe die Bewegung der einzelnen Flüssigkeitsteilchen vor. Davon, daß die
herabsinkende Kugel ihre Bewegung durch Reibung, Stoß oder Elastizitätskräfte auf benachbarte Teilchen gleichsinnig überträgt,
kann wohl keine Rede sein. Die der herabsinkenden Kugel benachbarten Teilchen steigen, der Bewegung der Kugel
entgegengesetzt, nach oben. An der dabei auftretenden inneren ,,Verformung" des Mediums ist der gesamte Gefäßinhalt beteiligt.
Die Bewegung der Flüssigkeit insgesamt ist dadurch gekennzeichnet, den Raum auszufüllen, den die Kugel gerade verlassen hat;
denn einen leeren Raum kann es nicht geben. Zum Schluß entsprechen Dichte und Druck in jedem Volumenelement wieder dem
Ausgangszustand, aber kein Teilchen befindet sich an seinem Ausgangsort.
An unserem Gedankenexperiment, das man mit wenig Mühe auch praktisch ausführen kann, ist leicht vorstellbar, daß bei
schneller Auf- und Abwärtsbewegung der Kugel und geeigneten Abmessungen des ,,Gefäßes" das Medium zu wirbelförmigen
Schwingungen angeregt wird, die sich nach dem gleichen Wirkungsmechanismus wellenartig fortpflanzen. Ein einzelnes
Flüssigkeitsteilchen wird dabei eine longitudinale und eine transversale Schwingungskomponente haben.
Durch dieses ,,Experiment" möge anschaulich werden, daß die innere Verformbarkeit eines Mediums und eine mögliche
Schwingungsanregung nicht durch elastische Zugkräfte zwischen benachbarten Teilchen, (die örtlich auf der Stelle schwingen
sollen), bestimmt wird, sondern von den Zustandsbedingungen und der inneren Dynamik des gesamten Mediums.
Die Behauptungen, daß in flüssigen und gasförmigen Medien nur Longitudinalwellen möglich seien und daß bei einer Schwingung
die beteiligten Teilchen ortsfest um ihre Ruhelage schwingen, erscheinen fragwürdig und sollten nicht, wie bisher, verallgemeinert
werden. Wir neigen zu der Auffassung, daß allgemein jede Schwingung in jedem Medium durch kreis- oder ellipsenähnliche
Teilchenbahnen gekennzeichnet ist.
In unserem, sicher naturgemäßen, Analogiebestreben erachten wir es als gerechtfertigt und zwingend geboten, den angedeuteten
Mechanismus der Schwingungsanregung und -ausbreitung auch für die latente Materie anzuerkennen. Daß er stattfindet, ist wohl
eindeutig bewiesen. Er ist seit Jahrzehnten durch die Gestaltung der Antennen und Hohlraumresonatoren der Hoch- und
Höchstfrequenztechnik praktisch erprobt und angewendet und in geeigneten Modellvorstellungen und Formelsystemen
mathematisch erfaßt. Die erprobte Theorie hat nur einen Schönheitsfehler: obwohl sie nicht ohne die ,,Materialkonstanten"
auskommt, die später in ,,Feldkonstanten" umbenannt wurden (4.12.1), weiß niemand zu sagen, wessen Material das ist und was
sich da bewegt.
Das Anregungsprinzip, von dem angenommen werden muß, daß es bisher in seiner Bedeutung verkannt oder ignoriert wurde,
lautet kurz gefaßt:
Schwingungsanregung durch Wirbelbildung in einem Medium, das durch die innere Verformbarkeit seines Volumens bestrebt
ist, den Raum lückenlos auszufüllen, wobei die Teilchen eine kreisende Bewegung ausführen, die deshalb grundsätzlich eine
Längs- und eine Querkomponente zur Ausbreitungsrichtung der Welle hat.
Können also transversale Wellen nur in festen Körpern auftreten?
Ein lichttragendes Medium ,,mußte" nicht an dieser Forderung ,,sterben".
4.14.2 Zur Konstanz der Ausbreitungsgeschwindigkeit
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle in einem Medium ist von inneren und äußeren Bedingungen abhängig. Dazu
gehören: Art und Zusammensetzung des Mediums, Materialeigenschaften, Druck, Temperatur, Dichte. Unter konstanten
Bedingungen ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle gegenüber dem Stoff, in dem sie sich ausbreitet, konstant.
Mit anderen Worten: Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle ist in jedem Medium unabhängig von Richtung und
Geschwindigkeit der Quelle, die diese Schwingung ausgelöst (angeregt) hat.
Das sei noch an einigen selbstverständlichen Weisheiten verdeutlicht:
Der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Wasserwelle ist nicht anzu-merken, ob die Schwingung durch einen senkrecht
herabgefallenen Stein (ruhende Quelle) oder durch einen dahinfahrenden Kahn (bewegte Quelle) angeregt wurde. Die Welle
breitet sich in beiden Fällen in alle Richtungen mit der gleichen Geschwindigkeit aus.
Ein Schiff mit der Geschwindigkeit v, (ruhendes Gewässer), und eine Wasserwelle mit der Geschwindigkeit c, die sich
aufeinander zubewegen, haben die Relativgeschwindigkeit v +c. Eilt das Schiff einer ihm hinterherlaufenden Welle davon,
besteht zwischen beiden die Relativgeschwindigkeit v - c.
Zwei Wasserwellen, die sich aufeinander zu- oder voneinander fortbewegen, haben die Relativgeschwindigkeit 2c.
Wegen der Konstanz der Schallgeschwindigkeit in Luft, unabhängig von der Bewegung der Quelle, ist ein Uberschallflugzeug
in der Lage, die Schallwellen, die es selbst erzeugt, hinter sich zu lassen.
Ein Flugzeug mit der Geschwindigkeit v (in ruhend angenommener Luft) und eine Schallwelle mit der Geschwindigkeit c, die
sich aufeinander zu- oder voneinander fortbewegen,
haben die Relativgeschwindigkeit v+c. Eilt das Flugzeug der hinter ihm herlaufenden Welle davon, dann besteht zwischen
beiden die Relativgeschwindigkeit v-c. Zwei Schallwellen, die sich aufeinander zu- oder voneinander fortbewegen, haben die
Relativgeschwindigkeit 2c.
Wir setzen fort, obwohl dies noch ,,streng verboten" ist:
Eine Lichtwelle mit der Geschwindigkeit c (in ruhender latenter Materie) und ein ,,Beobachter" mit der Geschwindigkeit v, die
sich aufeinander zubewegen, sollten eigentlich ebenfalls zueinander die Relativgeschwindigkeit v+c haben ,,dürfen". Zwei
Lichtwellen, die sich aufeinander zubewegen, sollten eigentlich auch die Relativgeschwindigkeit 2c haben dürfen. Ausführlich
darüber in II(1.5 und 1.6.5).
Wie einfach und einheitlich wäre doch die Natur zu deuten und zu handhaben, wenn sich auch ein lichttragendes Medium finden
und nachweisen und anerkennen ließe! Wir erkennen dieses Medium, die latente Materie, das sich stets erneut als
existenznotwendig erweist, grundsätzlich an und übertragen in wissentlich ,,verquerer" Denkweise das dargestellte
Wirkungsprinzip auch auf Entstehung und Ausbreitung der Lichtwellen.
Doch nach modernen physikalischen Auffassungen soll für die Lichtausbreitung alles ganz anders sein. Die moderne Physik ist
zu eigenartigen Verrenkungen gezwungen, weil für die Lichtausbreitung nicht gelten ,,darf", was für die Schallausbreitung in Luft
und für die Ausbreitung der Wasserwellen selbstverständlich ist. Das Kurioseste an den modernen Vorstellungen vom Licht ist das
,,Gesetz von der Konstanz der Vakuumlichtgeschwindigkeit". Man muß hier zwei ähnlich klingende Formulierungen mit völlig
unterschiedlichem Hintergrund gut auseinanderhalten:
Bereits in klassischen Vorstellungen ging man in Analogie zur Schallausbreitung in Luft davon aus, daß auch die
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes in einem lichttragenden Medium konstant und unabhängig von der Bewegung der
Lichtquelle ist. So war schon seit jeher nicht zu erwarten, daß die Geschwindigkeit des Lichtes, das von einem Stern zu uns
gelangt, davon abhängt, ob sich diese Lichtquelle auf uns zubewegt oder sich von uns entfernt. Das zu betonen ist notwendig,
weil man diese Konstanz der Lichtgeschwindigkeit nicht mit der Einstein'schen ,,Konstanz der Vakuumlichtgeschwindigkeit"
verwechseln oder gar als deren Bestätigung auffassen darf.
Nach Einstein gibt es kein lichttragendes Medium, und die Lichtgeschwindigkeit ist, unabhängig von der
Relativgeschwindigkeit der Bezugssysteme zueinander, immer konstant.
Also: Ein Raumschiff mit der Geschwindigkeit v und eine Lichtwelle mit der Geschwindigkeit c, die sich aufeinander zu- oder
voneinander fortbewegen, haben zueinander die Relativgeschwindigkeit c (!). Bewegen sich Raumschiff und Lichtwelle in
gleicher Richtung, haben sie zueinander die Geschwindigkeit c (!). Zwei Lichtwellen, die sich aufeinander zu- oder
voneinander fortbewegen, haben zueinander die Relativgeschwindigkeit c (!). Man beruft sich dabei auf ,,objektive
Beobachtungstatsachen". Uber Ursprung, Motive und Konsequenzen dieses wissenschaftlichen Scherzes ausführlich in
II(1.1 bis 1.9).
Wir bleiben bei der natürlichen, naheliegenden Grundauffassung: Die Konstanz der Ausbreitungsgeschwindigkeit ist für Wasser-,
Schall- und Lichtwellen einheitlich nach vergleichbaren Wirkprinzipien erklärbar.
4.14.3 Zweierlei Doppler-Effekt?
1842 entdeckte der österreichische Physiker Christian Doppler den später nach ihm benannten ,,Doppler-Effekt", den er so
verstand:
Scheinbare Frequenzänderung einer Wellenstrahlung bei einer Relativbewegung der Strahlungsquelle oder des Empfängers
(Beobachters) gegenüber dem Medium, in dem sich die Welle ausbreitet.
Der akustische Doppler-Effekt äußert sich z. B. dadurch, daß der Ton einer Schallquelle bei~ihrer Annäherung an den
Beobachter höher beim Entfernen vom Beobachter tiefer erscheint, als es der tatsächlichen Schallfrequenz der Quelle entspricht.
Das plötzliche Umschlagen der Tonfrequenz vernimmt der Beobachter sehr deutlich beim Herannahen und Davonsausen eines
Rennautos.
Der optische Doppler-Effekt spielt vor allem in der Astronomie eine Rolle. Bei Annäherung einer Lichtquelle an einen Beobachter
erscheint die ausgestrahlte Frequenz höher, was einer Verschiebung des Spektrums nach der violetten Seite entspricht. Entfernt
sich die Lichtquelle, so beobachtet man niedrigere Frequenzen als ausgestrahlt werden, was sich im Spektrum als sogenannte
Rotverschiebung äußert.
Ursprünglich sah man keinen prinzipiellen Unterschied zwischen dem akustischen und dem optischen Doppler-Effekt; es wurde in
beiden Fällen ein tragendes Medium, für die Schallausbreitung die Luft, für die Lichtausbreitung der Äther, vorausgesetzt.
Erst die moderne Physik, die kein lichttragendes Medium erkennt und anerkennt, mußte für den optischen Doppler-Effekt neue
,,Begründungen" finden. Das ist faktisch ein Ausweichen in unklare Worte und abstrakte Formelgebilde, die es wie üblich
ermöglichen, die Erscheinung mathematisch zu erfassen, die aber das Wesen der Erscheinung nicht erklärbar machen. Durch
einen Blick in die einschlägige Literatur kann man sich leicht davon überzeugen, wie kompliziert und unverständlich sich doch der
moderne optische Dopplereffekt darstellen läßt.
Dabei ist der Doppler-Effekt ein sehr anschaulicher, vergleichbarer und verständlicher Naturvorgang, der prinzipiell nicht in einen
akustischen und einen optischen Doppler-Effekt getrennt werden muß.
Sollte der ,,Schöpfer" etwa zwei Naturgesetze, deren Erscheinungen sich so auffallend ähneln, mit völlig unterschiedlichen und
unvergleichbaren Wirkungsprinzipien ausgestattet haben?
Wer die Dialektik der Natur anerkennt und erkennen will, sollte zuerst die Sperrzäune beseitigen, die durch Menschenhirn
errichtet worden sind.
Verdeutlichen wir uns den Doppler-Effekt am Beispiel der Schallausbreitung in Luft.
Voraussetzung: Der Schall breitet sich gegenüber der als ruhend angenommenen Luft, unabhängig von der Bewegung der Quelle
und des Beobachters (!), mit der konstanten Schallgeschwindigkeit c aus.
Die Schallquelle nähere sich dem ruhenden Beobachter mit der Geschwindigkeit v:
Laut Voraussetzung ist v die Geschwindigkeit der Quelle gegenüber der Luft. Periodendauer einer einzelnen Schwingung: T=1/f.
In dieser Zeit bewegt sich die Welle um das Wegstück =c/f = cT auf den Beobachter zu, die Schallquelle um das Wegstück vT.
Da die Schallquelle den Wellen, die sie angeregt hat, hinterherläuft, liegen in Bewegungsrichtung der Quelle die Wellen dichter
beieinander, in entgegengesetzter Richtung sind sie weiter auseinandergerückt.
Der Empfänger (Beobachter) registriert die Wellenlänge:
Die Wellenlänge in der Luft ist kleiner, die Frequenz der Quelle erscheint dem Beobachter größer, der Ton also höher.
Der Beobachter registriert f' = c/ ' Schwingungen pro Zeiteinheit:
Für eine sich vom Beobachter entfernende Schallquelle ist +v durch -v zu ersetzen,
also
d. h. die vom Beobachter wahrgenommene Frequenz ist kleiner.
Die Schallquelle ruht, der Beobachter nähere sich ihr mit der Geschwindigkeit v:
In diesem Falle haben die Schallwellen in der Luft in jeder Richtung die gleiche Wellenlänge. Der sich auf die Schallquelle
zubewegende Beobachter registriert eine größere Anzahl von Schwingungen pro Zeiteinheit:
Entfernt sich der Beobachter von der Schallquelle, so registriert er eine geringere Anzahl von Schwingungen je Zeiteinheit; in
umseitiger Formel ist wieder +v durch -v zu ersetzen:
Es sei hervorgehoben, daß die Bewegung des Beobachters nicht den geringsten Einfluß auf die sich in der Luft vollziehende
Wellenausbreitung hat. In den betrachteten Einzelfällen ist v die Geschwindigkeit der Schallquelle bzw. des Beobachters
gegenüber der Luft.
Bewegen sich Quelle und Beobachter aufeinander zu, dann addieren sich die beiden, hier einzeln betrachteten, Frequenzanteile.
Man könnte dann zur Vereinfachung auch nur eine Formel benutzen und als v die Geschwindigkeit einsetzen, die Quelle und
Beobachter zueinander haben. Um die Betrachtung weiter zu vereinfachen, könnte man sich sogar noch die Luft wegdenken und
im Sinne einer Modellvorstellung annehmen, der akustische Doppler-Effekt hinge nur so, ohne erklärbaren
Wirkungsmechanismus, von der Relativgeschwindigkeit zwischen Schallquelle und Beobachter ab. Das berechnete und
experimentell nachweisbare Ergebnis wäre in jedem Falle dasselbe. Ein (un)möglicher ,,Beweis", daß der Schall auch ohne Luft
auskommt?
Bis jetzt gibt es keine Veranlassung, an dem einheitlichen Wirkungs-prinzip des Doppler-Effekts zu zweifeln. Wir beabsichtigen
grundsätzlich, die für die Schallausbreitung und den akustischen Doppler-Effekt gültigen Gesetzmäßigkeiten ohne Einschränkung
auch auf den optischen Doppler-Effekt zu übertragen. Aus dieser Auffassung ergeben sich keine Schwierigkeiten, im Gegenteil:
bestehende werden beseitigt. Die Annahme ,,ruhender" Luft und ,,ruhender" latenter Materie ist gerechtfertigt, weil sowohl die
Schall- als auch die Lichtgeschwindigkeit sehr viel größer sind als die großräumige Bewegungsgeschwindigkeit der betreffenden
Medien.
Im Sinne einer vereinfachten Modellvorstellung ist es wohl erlaubt, auch das lichttragende Medium als nichtexistent anzunehmen ;
das ändert, wie oben gezeigt, nichts am Ergebnis und beweist gar nichts.
Die moderne Physik erklärt aber die Nichtexistenz eines lichttragenden Mediums zur physikalischen Wirklichkeit und hat
andererseits für ihren optischen Doppler-Effekt keine anschauliche physikalische Erklärung. Der optische Doppler-Effekt wirkt
trotzdem. Ihm schadet das kaum, wohl aber dem Erkennen der physikalischen Wirklichkeit.
4.14.4 Stoffliche und nichtstoffliche Wärme?
Wärme als Bewegung der Moleküle:
Durch Erfahrung und Experiment seit Jahrhunderten sicher erprobt und bestätigt, gilt als Ausgangspunkt der heutigen allgemeinen
kinetischen Wärmetheone noch immer der Grundsatz:
<Wärme ist Bewegungsenergie der Moleküle>. Diese Wärmeenergie ist zweifellos an einen stofflichen Träger gebunden, denn
Moleküle sind Bausteine der Stoffe.
Man nennt zwei Arten der stofflichen Wärmeausbreitung:
Wärmeströmung: Stoffliche Teilchen verändern ihre Lage und führen dabei die Wärme in Form ihrer Bewegungsenergie mit
sich fort. (Mischung verschieden erwärmter Flüssigkeiten, Luftmischung, Meeresströmungen).
Wärmeleitung: Die örtlich beweglichen Teilchen eines sich in Ruhe befindlichen Körpers übertragen Energie durch Stoß oder
Reibung an benachbarte Teilchen. (Wärmeleitung in Metallen).
Die Formulierung ,,Bewegungsenergie der Moleküle" hat sich erhalten, obwohl sie nicht dem modernen Kenntnisstand entspricht.
Moleküle sind aus Atomen zusammengesetzt; diese wieder bestehen aus dem Atomkern und den Elektronen, die ihn in großem
Abstand umkreisen. Man müßte sich somit bei der Definition des Wärmebegriffs auch auf die Bewegung jener ~Teilchen
orientieren, die vermutlich zwischen Atomkern und Elektronenhülle existieren. Dabei gerät man aber wieder an die
,,nichtstoffliche" Materie und ihre undefinierbare Grenze zur stofflichen Materie oder in das Niemandsland zwischen diesen
beiden Begriffen.
Wärmestrahlung ("nichtstoffliche" Wärmeübertragung):
Die Deutung der Wärme als ,,Bewegungsenergie der Moleküle" würde in dem als stofflich leer aufgefaßten Raum, dem Vakuum,
in dem es keine Moleküle geben kann, eine Wärmeübertragung unmöglich machen. Nun gelangt aber die Sonnenwärme über den
,,leeren Raum" zur Erde. Wie geht das vor sich? Wodurch und wie sollte die Bewegung der Sonnenmoleküle ohne Vermittler auf
die (stofflichen) Moleküle der Erde übertragen werden? Zur ,,Erklärung" dieses unerklärbaren Vorgangs bedient man sich der
Zauberwörter ,,Strahlung" bzw. ,,Wärmestrahlung".
Durch technische Anwendungen und unmittelbare Alltagserfahrung ist hinreichend bewiesen, daß diese Wärmeübertragung über
den als leer gedeuteten Raum hinweg stattfindet. Wie das jedoch vor sich gehen soll, ist Deutung und Glaubenssache.
Die ,,Wärmestrahlung" und die ,,Strahlung" überhaupt wie auch all die anderen Begriffe, mit denen der ,,leere Raum" überbrückt
werden ,,muß", sind nicht eindeutig definiert und ungeeignet, das mögliche natürliche Wesen dieses übertragungsvorganges
anschaulich zu erklären.
Allgemein versteht man ,,Strahlung" als allseitige Energieausbreitung (Strömung) aus einer ,,Strahlungsquelle". Die Sonne
,,strahlt", eine Anten-ne, der Ofen, eine Kerze oder das radioaktive Material. Ein ,,Strahl" wird dagegen gewöhnlich als
konzentrierter, gerichteter Energiestrom verstan-den (Wasser-, Luft-, Wärme-, Radar-, Laserstrahl). Es wäre ,,nur" exakt zu
klären, was ,,Energie" überhaupt ist und ob sie in jedem Falle an einen stofflichen Träger gebunden ist und wie der Mechanismus
der (stofflosen) Energieübertragung von Molekül zu Molekül funktionieren soll.
Modern definiert als ,,elektromagnetischer Vorgang", benötigt die Wärme-strahlung keinen stofflichen Träger. Doch wie
übertragen die stofflichen Moleküle (der Sonne) ihre Bewegungsenergie an die ,,stofflose" Strahlung und was bewegt sich wie bei
der Energieübertragung im ,,stofflosen" Raum und w i e wird die ,,stofflose" Strahlungsenergie dann wieder zur
Bewegungsenergie der stofflichen Moleküle der Erde? Fliegen da irgendwelche ,,Teilchen" durch den Raum, die durch ihre
Anfangsenergie andere Teilchen vor sich herschieben oder ihnen nur ihre Energie übertragen? Oder regen die ,,Teilchen" einen
dynamischen Vorgang in einem (nichtvorhandenen) Medium an? Und löst sich bei einer Strahlung etwas Stoffliches auf, in etwas,
das keine stoffliche Materie ist? Möglicherweise stehen die Moleküle beim Energieaustausch doch in Wechselwirkung mit einer
stofflichen latenten Materie, die man bisher nicht zur Kenntnis nehmen möchte?
Aus moderner Sicht gehört die elektromagnetische Strahlung, wie alle elektromagnetischen Vorgänge, zu den Felderscheinungen.
Und das ,,Feld" bedarf als ,,eigenständige physikalische Realität" keiner weiteren Erläuterung. Damit ist der Kreis geschlossen
und die ,,Beweislage" wieder ,,eindeutig": Ich trinke gern Bier, weil ich gern Bier trinke.
Die Wärmestrahlung ist unumstritten ein Schwingungsvorgang. Hinsichtlich der Wellenlänge ( =cf) wird der Bereich von 10-3 m
bis 10-6 m als Bereich der Wärmewellen bzw. der Wärmestrahlung angesehen.
Naheliegend und verlockend wäre da schon der Gedanke von einem energietragenden Medium, das die Vorgänge und
Erscheinungen verbindet, das die Körper durchsetzt und mit ihnen schwingt. Und lediglich von der Frequenz hinge es ab, ob wir
mit unseren ,,Sensoren" die Schwingung dieses Mediums als Seekrankheit, Schall, Wärme oder Licht wahrnehmen.
4.14.5 Was verbirgt sich hinter dem ,,Strahlungsquant"?
Meßbare Tatsache ist: Jeder Körper strahlt in Abhängigkeit von seiner Temperatur, d. h. also in Abhängigkeit von der
Bewegungsenergie seiner Teilchen, ein Spektrum verschiedenster Wellenlängen aus. Meßtechnisch läßt sich eindeutig
nachweisen, mit welcher Intensität eine bestimmte Frequenz in diesem Spektrum enthalten ist.
Die Gesamtenergie der Strahlung einer bestimmten Frequenz bzw. Wellenlänge setzt sich aus einer ganzzahligen Anzahl
kleinster, unteilbarer Energiequanten (Strahlungsquanten) zusammen. Das gilt für alle Strahlungsarten, von der relativ langweIligen
Wärmestrahlung über das sichtbare Licht mit dem Photon als Strahlungsquant, bis hin zu der äußerst kurzwelligen
Röntgenstrahlung.
An der Tatsache selbst gibt es keinen Zweifel, die ist durch unzählige Experimente und technische Anwendungen bewiesen. Man
hat nur keinerlei Vorstellung davon, was sich hier eigentlich unter der Oberfläche der äußeren Erscheinungen und Wirkungen
abspielt.
Max Planck bot zur Erklärung dieser Erscheinungen eine Modellvorstellung an, nach der die Strahlung durch kleinste Oszillatoren,
d. h. atomare schwingende Gebilde, erzeugt werden soll. Jeder dieser Oszillatoren soll mit einer ganz bestimmten Frequenz
schwingen. Die kleinste Energiemenge, die ein solcher Oszillator abgeben kann, die also für eine Strahlungsart bestimmter
Frequenz bzw. Wellenlänge möglich ist, nennt man ein Elementarquantum oder ein Quant.
Max Planck erkannte und formulierte den Zusammenhang:
Elementares Energiequantum: W' = hf = h/T
Planck'sches Wirkungsquantum: h = 6,626 * 10-34 Ws2
Die Gesamtenergie einer Strahlung ergibt sich demnach als ganzzahliges Vielfaches des von der Frequenz kontinuierlich
abhängigen elementaren Energiequantums, also:
W = n W' = n h f = n h/T; (n = 1, 2,3...).
Welcher physikalische Vorgang verbirgt sich hinter den hierfür auch verwendeten Bezeichnungen ,,frequenzabhängiges
Wellenpaket" oder ,,Energiepaket"? Kann man sich von den Planck'schen ,,Minioszillatoren" eine physikalisch reale Vorstellung
machen? Betont sei nochmals die Tatsache, daß das elementare Energiequantum frequenzabhängig ist.
Die Frequenz einer Schwingung ist bekanntlich stetig veränderlich, sie kann also beliebige, (nicht nur ganzzahlige), Werte
annehmen. Folglich sind auch die frequenzabhängigen Elementarquanten kontinuierlich auf jeden Energiewert einstellbar.
Gelegentlich, weil zweckmäßig, schreibt man:
Das heißt: Das elementare Energiequantum ist von einer Winkelgeschwindigkeit abhängig. Wessen Winkelgeschwindigkeit ist
das?
Unsere Deutung:
Durch das Planck'sche Wirkungsquantum und das elementare Energiequantum wird das Wirbelprinzip der latenten Materie
vorzüglich bestätigt. Nach der Wirbelauffassung sind die Planck'schen Oszillatoren Elementarwirbel der latenten Materie. Das
elementare Energiequant ist vorstellbar als die Rotationsenergie eines Elementarwirbels. Die im Elementarwirbel enthaltene
Rotationsenergie ist kontinuierlich frequenz- bzw. winkelgeschwindigkeitsabhängig. Mit Zunahme der Winkelgeschwindigkeit
(Rotationsfrequenz) des Wirbels vergrößert sich selbstverständlich die in einem Wirbel enthaltene Rotationsenergie. Diese
Aussage folgt auch aus dem so hingeschriebenen Wirkungsquantum:
h = W'T = W'/f = konstant.
Das Wirkungsquantum ist keine allgemeine Naturkonstante, sondern eine spezifische, die latente Materie charakterisierende
Materialkonstante. Ein Materiewirbel ist konzentrierte Energie und wirkt zusammenhaltend. Das elementare Energiequant des
Wirbels einer bestimmten Frequenz ist nicht mehr teilbar, weil ein Wirbel entweder ganz oder nicht existieren kann. Ein halber
Wirbel ist nicht existenzfähig.
4.14.6 Materiewellen Wellen welcher Materie?
Die Mikroobjekte (Photonen, Elektronen, Protonen, Neutronen, Atome, kurzlebige Elementarteilchen, u. a.) zeigen experimentelle
Erscheinungen, die sich nicht mit einem einzigen Modell beschreiben lassen. Das liegt gewiß an unserem unzureichenden
Wissen über das wahre physikalische Wesen der Mikroobjekte und ihrer Wechselwirkungen mit anderen Strukturformen der
Materie. Man verlagert aber die subjektiven Schwierigkeiten auf das Objekt und umschreibt einen unerkannten Sachverhalt mit der
wohlklingenden Bezeichnung ,,Welle-Teilchen-Dualismus".
Der ,,Welle-Teilchen-Dualismus" bezeichnet die Tatsache, daß die Mikroobjekte experimentell unter bestimmten Bedingungen eine
Wellenerscheinung zeigen (hervorrufen), unter anderen Bedingungen aber wie ein konzentriertes Teilchen wirken. Ein Teil dieser
Erscheinungen ist nur im Wellenmodell, der andere nur im Teilohenmodell zu beschreiben. Die Benutzung beider Modelle für das
gleiche Objekt erlaubt getrennte Aussagen zu ,,seinen" insgesamt unerklärbaren Eigenschaften.
Die Verwirrung entsteht dadurch, daß man einem Mikroobjekt die Erscheinungen, die es in seiner Umwelt hervorruft, ihm selbst
als ihm innewohnende Eigenschaften ,,zuschreiben" möchte oder ,,muß". Und das mangels ersichtlicher Umwelt; denn in welchem
Medium sollte denn ein Mikroobjekt eine Welle hervorrufen? Daraus erwuchs eine nahezu peinliche, groteske Situation, die ahnen
läßt, daß dringend etwas geschehen muß, mit unserem physikalischen Weltbild.
Offiziell, z. B. in der physikalisch-pädagogischen Fachliteratur, in der man gewöhnlich die Darstellung eines ,,runden" Weltbildes
anstrebt, wird stets von ,,Eigenschaften des Mikroobjektes" gesprochen, die es ,,hat", oder die man ihm ,,zuschreibt" oder
,,zuordnet", z. B. in <8>:
,,Mikroobjekte weisen bei Wechselwirkungen mit anderen Körpern oder Meßanordnungen widersprüchliche, scheinbar einander
ausschließende Eigenschaften auf. Welche Eigenschaften ein Mikroobjekt aufweist und auf welche Weise diese in Erscheinung
treten, hängt sowohl von der eigenen spezifischen Beschaffenheit der Mikroobjekte als auch von der Art der Wechselwirkung mit
Meßanordnungen und von der Beschaffenheit derselben ab. Das Elektron z. B. scheint, je nach der Untersuchungsmethode,
einmal Teilohencharakter und ein anderes Mal Wellencharakter zu besitzen, obwohl sich beide Eigenschaften nach den
klassischen Vorstellungen gegenseitig ausschließen. Auf diesem Welle-Teilohen-Dualis-mus beruht die prinzipielle
Unanschaulichkeit mikrophysikalischer Objekte, die sich nur mathematisch umfassend beschreiben lassen."
Auch den im Atom an den Kern gebundenen Elektronen ,,ordnet" man Materiewellen zu: ,,Der Umfang der n-ten Bahn muß ein
ganzzahliges Vielfaches der Materiewellenlänge des Elektrons betragen. Dann kommt die Welle mit sich selbst zur Interferenz und
bildet eine stehende Materiewelle aus. Würde diese Bedingung nicht eingehalten, müßte Auslöschung eintreten. Dies käme einem
Verschwinden des Elektrons gleich."
Materiewellen sind die nach der Theorie von de Broglie (1924) jedem Teilchenstrom ,,zugeordneten" Wellen der Wellenlänge .
Diese ist mit der Impulsmasse m des Teilchens, dessen Geschwindigkeit v und dem Wirkungsquantum h durch die Relation
verknüpft:
Oft wird ausdrücklich betont: Das Teilchen hat diese Wellenlänge, es erzeugt sie nicht, wie etwa ein ins Wasser geworfener Stein
eine Welle erzeugt. Die Erklärung dafür liege in der ,,dem Teilchen innewohnenden" Eigenschaft ,,Welle-Teilchen-Dualismus"
begründet.
Solche überzeugt klingenden Äußerungen sollen offensichtlich den beruhigenden Eindruck erwecken, es wüßte jemand, was sich
hier abspielt.
Was wissen wir eigentlich wirklich über das Wesen der Mikroobjekte und ihrer Wechselwirkungen mit anderen Strukturformen der
Materie? Die folgenden Auszüge aus Äußerungen kompetenter Personen sollen verbreitete Grundhaltungen und Zweifel andeuten
und verdeutlichen, daß es noch sehr viel Veranlassung gibt, über unser Weltbild nachzudenken.
Was ist ein Atom?:
,,Aus der Gesamtheit von Tatsachen, Begriffen und Formeln hat man sich ein gewisses Bild vom Atom geschaffen. Da jedoch
keinerlei unabhängiges Verfahren zur Prüfung dieses Bildes existiert, entsteht die natürliche Frage: Könnte man vielleicht ein
anderes Bild des Atoms ausdenken, das trotzdem zu den gleichen beobachtbaren Folgen führt?"
,,Kein einziger Anhänger des Atommodells, das dem Planetensystem ähnelt, vermochte das Grundproblem zu lösen, nämlich die
Stabilität eines Systems zu erklären, das aus einem positiven Kern sowie aus negativ geladenen Elektronen besteht, die den Kern
umkreisen. Entsprechend den Gesetzen der klassischen Elektrodynamik strahlt ein Elektron, das sich auf einer Kreisbahn bewegt,
Energie ab. Bei der auftretenden Beschleunigung muß die Strahlung so intensiv sein, daß das Elektron schon nach Bruchteilen
von Sekunden in den positiven Kern hineinstürzt. Das Planetensystem des Atoms hört damit zu existieren auf."
Der Durchmesser eines Atomkerns ist dem eines einzelnen Protons oder Neutrons sehr nahe. Man sagt, daß im Kern des Atoms
Uran-238 92 Protonen und 146 Neutronen enthalten sind. Können sie tatsächlich darin enthalten sein, wenn das Volumen des
Kerns zweihundert mal kleiner ist als die Größe, die sich beim einfachen Addieren der Ausdehnungen der Teilchen ergibt? Ist es
nicht richtiger, anzunehmen, daß im Kern keine individuellen Teilchen vorhanden sind und daß der Kern nur einer der Zustände
der starke Wechselwirkungen eingehenden Materie ist?"
,,Welche Kräfte sind es, die den Zusammenhalt eines Atoms bewirken? Mit Hilfe der Gravitationskräfte könnte man die Protonen
und Neutronen nicht in den Kernen festhalten, dafür sind ihre Massen zu klein. Auch mit den elektromagnetischen Kräften läßt
sich diese ,,Rolle" nicht besetzen. Die gleichnamig geladenen Protonen würden nach allen Himmelsrichtungen auseinanderfliegen.
Aber was hält dann die Neutronen an ihrem Platz? Versuche ergaben: Der Raum in einer Entfernung von 10-15 m um den
Atomkern wird von den Kernkräften kontrolliert, die weder mit der elektrostatischen noch mit anderen bekannten Kräften
zusammenhängen. Die Kernkräfte sind 1OOO-fach intensiver als die elektromagnetischen Kräfte. Man bezeichnete die
neuentdeckten Kräfte als Kernkräfte. Die physikalische Natur der Kernkräfte ist bis heute unbekannt"
,,Wäre es vielleicht wenigstens möglich, sich eine Vorstellung vom Wirkungsmechanismus der Kernkräfte zu machen? Doch wie
wollte man versuchen, eine neue Erscheinung innerhalb der Mikrowelt zu beschreiben, solange es weder eine Theorie noch
experimentelle Ergebnisse gibt?"
,,Welche Größe besitzt ein Elektron? Bis heute können wir diese Frage nicht beantworten. Wir wissen nicht einmal, ob diese
Fragestellung überhaupt einen klaren Sinn besitzt. Die Eigenschaften des Elektrons erkennen wir aus dem Studium seiner
Wechselwirkungen mit anderen Partikeln und Feldern. Es kann nicht ausgeschlossen werden, daß die Elektronen die Eigenschaft
,,Größe" überhaupt nicht besitzen."
Zur Materiewellengleichung von de Broglie: ,,Wie soll die Gleichung zu verstehen sein? Seit wann sind Elektronen und Protonen
mit Wellen zu vergleichen? Sind zumal Protonen als Bestandteile der Atomkerne nicht noch viel kompakter als die Atome selbst?
Wenn es irgend etwas in der Welt gibt, was als fest und massiv gelten kann, sind sie es!"
,,So zeigen sowohl das Teilchen- als auch das Wellenbild jeweils einen bestimmten Teilkomplex von Tatsachen auf. Die Frage, wie
ein einzelnes Atom ,,aussieht", läßt sich demnach gar nicht beantworten. Man kann nur ein kombiniertes Teilchen - Wellen Modell konstruieren, das beiden Gesichtspunkten recht und schlecht Rechnung trägt."
,,Die Alternative ,,Welle oder Teilchen" gibt es nicht, denn ein atomares Objekt ist Welle und Teilchen zugleich."
,,Das ,,atomare Objekt" ist weder ein Teilchen noch eine Welle und auch nicht Welle und Teilchen zugleich; es ist etwas anderes
als die Summe der Wellen- und Teilcheneigenschaften. Dieses atomare ,,Etwas" ist der Wahr nehmung durch unsere Sinne
unzugänglich und dennoch existiert es. Die Physiker sind ganz und gar nicht davon überzeugt, daß das heutige Abbild vom Atom
der Wirklichkeit entspricht."
,,Als das wellenmechanische Bild neu war, hat es viele Erörterungen gegeben, was die geheimnisvolle Psi-Funktion wohl für einen
physikalischen Sinn haben könnte. Schrödinger sprach noch von ,,verschmierten Elektronen", deren Ladung .... pulverisiert und
in den Schwingungsbäuchen verteilt ist. Selbst noch in jüngster Zeit kann man von ,,Ladungswolken" lesen oder gar, daß ,,wir
noch nicht wissen, was da schwingt in den Wellen". Aber schon von Anfang an wurde gezeigt, daß diese Wellen statistisch
gedeutet werden müssen. Sie bestehen selbst nicht aus irgendwelcher Materie, sondern sind mathematische Ausdrücke, nach
denen sich die Verteilung der Elektronen im Raum richtet."
,,Die Quantenmechanik ist ein mathematisches Schema, das uns gestattet, die physikalisch meßbaren Charakteristika atornarer
Erscheinungen (statistisch) zu berechnen. Wenn die Aufgabe der Physik allein darin bestünde, könnte man die Mechanik des
Atoms als abgeschlossen ansehen. Die Physik ist jedoch dazu berufen, uns mehr zu geben: ein rationales Weltbild. Dieses
Programm läßt sich nicht allein mit Formeln und Zahlen verwirklichen; darüber hinaus ist es notwendig, Abbilder zu finden und
Begriffe zu formulieren, die diesen Abbildern entsprechen."
,,Liegt nicht im Innern der Mikrowelt, unter dem quantenmechanischen Niveau der Teilchenbewegung, ein noch tieferes jind
subtileres Niveau des Materiedaseins? Und finden nicht dort, in der noch unerforschten Tiefe, eindeutig kausale Ereignisse staft,
die die Wahrscheinlichkeitsgesetze der Mikrowelt bestimmen?"
Was ist ein Elementarteilchen?:
,,Man kann als längst noch nicht gelöste Hauptaufgabe der Mikrophysik die Schaffung einer Theorie ansehen, die es zumindest
im Prinzip erlauben würde, die Massen und alle anderen Parameter der existierenden Teilchen zu berechnen. Der Einfachheit
halber nennt man dieses Problem häufig auch die Aufgabe der Bestimmung des Massenspektrums. Zur Zeit hat das Problem des
Massenspektrums zumindest schon ein empirisches Fundament. Aber in der Theorie kann man nicht über irgend einen echten
Erfolg sprechen, weil Errungenschaften vom Typ der Systematik und Klassifikation der Teilchen, wie wichtig sie auch sein mögen,
noch keinen fundamentalen Charakter haben."
,,Immer mehr Angaben zeugen davon, daß es unmöglich ist, sich mit Hilfe der existierenden Theorien im Bereich der
Elementarteilchen zurechtzufinden. Eine neue Revolution in der Physik ist notwendig, neues Gedankengut ist erforderlich."
,,Die Physiker waren auf die Begegnung mit der Welt der Elementarteilchen so wenig vorbereitet, daß sie sich anfangs der
Anerkennung jeder neuen Partikel verzweifelt widersetzten."
,,Nun werden immer neue Partikeln in großer Zahl angeboten. Die Leute ver öffentlichen mit größter Bereitschaft Beweise für die
Existenz eines neuen Teil chens, unabhängig davon, ob diese Beweise experimentell gewonnen wurden oder einer noch
mangelhaft begründeten theoretischen Idee entstammen."
,,Eine derartige Situation ist einfach deshalb möglich, weil die gegenwärtige Theorie nicht vorhersagen kann, wann man endlich
einen Schlußstrich unter die Liste der Elementarteilchen zu ziehen hat. Es gibt einige hundert verschiedene Arten! Das klingt nicht
gut. Darum versuchen die Physiker schon seit langem zu erkennen, welche davon wirklich elementar sind und welche nur so tun,
als ob. Von der Theorie ist keinerlei Hilfe zu erwarten. Woher sollte sie auch kommen, wenn selbst die Theoretiker nicht wissen,
was das Wort ,,elementar" in der Mikrowelt eigentlich bedeutet."
,,Die Physiker haben das Gefühl, daß alle Unklarheiten in der Mikrowelt irgendwann einmal zu einer Revolution der theoretischen
Grundlagen und zu einer einschneidenden Revision aller Vorstellungen und Begriffe führen werden."
,,Jahrzehnte bemühen sich die Physiker schon, hinter die besondere ,,Begabung" des µ-Mesons zu kommen, doch alle
Anstrengungen waren vor läufig vergebens. Bekannt ist nur, daß es in der ,,Rolle" eines Elektrons mit etwa 200-facher
Elektronenmasse auftritt. Sein Rätsel ist bis heute ungelöst."
,,Rätselhaft ist der Zerfall der K-Mesonen. Die Frage, warum langlebige K-Mesonen in zwei
-Mesonen zerfallen, bleibt die
Kardinalfrage der modernen Physik. Das Wesen dieser Erscheinung ist unverständlich. Doch diese Erscheinung beinhaltet eine
so radikale Änderung unserer An sichten, daß ich glaube, hieraus werden sich irgendwann einmal weit reichende Folgen für das
Gesamtgebäude der Physik ergeben."
,,Meine Ansicht besteht darin, daß wir vom Verständnis der Natur der Elementarteilchen ebensoweit entfernt sind, wie Newtons
Nachfolger von der Quantentheorie entfernt waren. Es könnte durchaus geschehen, daß eines Tages alle Versuche gemacht sein
werden, die an Beschleunigern durch Zusammenstoß verschiedener Partikeln möglich sind, alle derartigen Versuche, die man
sich nur denken kann; alle Ergebnisse werden sorgfältig protokolliert und gesammelt sein, und trotzdem werden wir keinerlei
Begriff davon haben, was eigentlich geschieht."
,,Unter uns gesagt, unter uns theoretischen Physikern, wie benutzen wir denn eigentlich die Ergebnisse dieser Untersuchungen?
Überhaupt nicht. Dabei kann es sein, daß uns die Versuchsergebnisse einige idiotische Überraschungen servieren, die dann
irgendein Einfaltspinsel aus einer ganz elementaren Regel abzuleiten imstande ist."
,,Vorläufig geben ganze Berge von experimentellem Material tatsächlich keinerlei ernstzunehmenden Hinweis darauf, in welcher
Richtung die zukünftige Theorie zu suchen wäre."
Zur Frage, was eigentlich der Entwicklung einer neuen Theorie der Elementarteilchen im Wege stünde: ,,Uns fällt es heute schwer
zu entscheiden, wo der eigentliche Grund liegt: Fehlt es unserem Verständnis der Erscheinungen an Tiefe, fehlt jene Idee, die
Licht in diesen ganzen ungeheuren Komplex von Tatsachen bringen könnte, oder fehlen uns die Tatsachen selbst? Wenn
irgendwelche tiefgreifenden Widersprüche zur Relativitätstheorie oder zur Quantenmechanik entdeckt werden würden, dann
könnte dieses Ereignis ein Anstoß von ungeheurer Kraft zu neuen Ideen sein."
,,Noch bemüht man sich vergeblich um eine einheitliche Erklärung der vier Typen von Wechselwirkungen. Wir wissen noch nicht
einmal, ob ein derartiges universelles Naturgesetz überhaupt existiert. So zieht sich im mer noch ein gewaltiger Riß quer durch
das Gesamtgebiet der Physik, die dadurch in zwei getrennte Bereiche auseinanderfällt. Denn von der anderen Seite her gesehen,
weiß man ebenfalls noch nicht, welche Rolle man der Gravitation in der Welt der Mikroteilchen zuweisen soll."
In jüngerer Zeit wird versucht, die ,,Vereinigung" der Gravitationskraft, der elektromagnetischen Kraft, der schwachen Kernkraft
und der starken Kernkraft durch die Annahme spezieller Bindeteilchen zu ,,verwirklichen". Die Kraftwirkungen werden als Folge
eines Energieaustausches, des ständigen Hin- und Herfliegens der Bindeteilchen, beschrieben. Mit riesigem Aufwand bemüht
man sich in Großversuchen darum, die Existenz solcher äußerst kurzlebiger Bindeteilchen, die etwa 100 mal so schwer wie das
Proton sein sollen, nachzuweisen. Ein sehr aufwendiges: aber vermutlich aussichtsloses Unterfangen.
,,Zur Erklärung der Diskrepanz zwischen der Leere und der in Sternen konzentrierten Materie erfand man die Hypothese von der
Existenz der Neutrinos. Von der Theorie in die Wissenschaft eingeführt, erwies es sich zur Klärung vieler Prozesse als notwendig.
Die Neutrinohypothese ist eine der schönsten und verrücktesten Ideen der modernen Physik. Und kommt uns etwa die Idee, daß
wir in einer Welt leben, die von einem unsichtbaren Medium erfüllt ist, nicht tatsächlich unsinnig vor?"
,,Die dem Anschein nach nebensächlichsten aller Teilchen sind die Neutrinos. Wir haben sie bis jetzt als eine Art Abfallprodukt
kennengelernt, das bei den verschiedensten Zerfallsprozessen auftritt. Weder im Atomkern noch sonstwo spielen sie eine aktive
Rolle. Und dennoch ist da einiges, was sie ebenso rätselhaft wie unheimlich macht. Der Umgang mit Neutrinos ist deswegen so
schwierig, weil die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung mit anderen Teilchen verschwindend gering ist. Mehrere Milliarden
Neutrinos könnten völlig ungehindert den gesamten Erdball, das sind an die 13000 km fester Substanz, durchfliegen, ehe ein
einziges davon absorbiert wird. Von der Sonne kommend, triftt ein gewaltiger Strom von mehr als 1 Million Neutrinos in der
Sekunde auf einen Quadratzentimeter Erdoberfläche. Um wegen des geringen Wirkungsquerschnitts wenigstens einige davon
nachzuweisen, müssen die übrigen Teilchen der kosmischen Strahlung abgeschirmt werden. Daher wurden riesige
Strahlendetektoren in tiefen Bergwerken aufgebaut und viele Monate lang beobachtet. Lediglich einige in der Erdatmosphäre
gebildete Neutrinos konnten bis jetzt registriert werden."
,,Sobald wir in die Welt atomarer Erscheinungen eintreten, ergeht es uns wie den Blinden. Uns geht ,,atomares Sehen" völlig ab;
so sind wir gezwungen, uns tastend in einer ungewohnten Welt vorwärtszubewegen. Die Zahl derartiger Analogien kann leicht
vervielfacht werden und jede von ihnen lehrt die Physiker größere Bescheidenheit. Im 19. Jahrhundert träumte man noch davon,
die Natur vollständig zu erklären. Im 20. Jahrhundert bereitet es große Mühe, sie zu beschreiben."
Der ausführlichen Darstellung kurzgefaßter Sinn:
Man weiß nicht, was das ist: ein Mikroobjekt. Man weiß nicht, was eine Materiewelle ist und welcher ursächliche Zusammenhang
zwischen beiden Begriffen besteht. Aber jedes bewegte Mikroobjekt ,,hat", wie es heißt, seine Materiewellenlänge, die, ohne
spezielle Wirkungsbedingungen zu beachten, also scheinbar allgemeingültig, konkret aus der de Broglie'schen Gleichung =
h/mv berechnet werden kann.
Es ist völlig unklar, woraus die Mikroobjekte entstehen und bestehen und wohin sie wieder verschwinden. Dazu ist zu beachten,
daß die kurzlebigen Elementarteilchen, die so voller Rätsel sind, nur eine Lebensdauer in der Größenordnung 10-6 bis 10-16 s (!)
haben.
Die möglicherweise von einem Mikroobjekt hervorgerufenen Wirkungen, (Sekundärwirbel, Wellenerzeug ung,
Schwingungsanregung), werden dem Mikroobjekt als immanente Eigenschaft ,,zugeschlagen". Das ,,muß" so sein, weil gemäß
der Theorie kein Medium existieren darf, in dem das Mikroobjekt eine Welle anregen oder eine andere Wirkung auslösen könnte.
Oft werden bestimmte Erscheinungen, die nur unter speziellen Versuchsbedingungen feststellbar sind, unzulässig verallgemeinert
und auf Geltungsbereiche übertragen, mit denen sie überhaupt nichts zu tun haben.
Ob die rätselhaften Neutrinos nur benötigt werden, um den undefinierbaren Äther und seine Wirkungen durch ein anderes
undefinierbares ,,Etwas" zu ersetzen?
Man sieht keinen Ausweg und weiß auch nicht, wo man ihn suchen soll.
Ist wirklich kein Ausweg denkbar?
Weshalb zwingt man sich den Gedanken und die Formulierungen auf, daß die Mikroobjekte Teilchen und Welle zugleich sein
sollen bzw, Teilchen- und Wellencharakter haben sollen? Wer soll denn nun konkret die Eigenschaft ,,Welle" haben : das
Teilchen oder der Teilchenstrom ?
Zu der im Experiment nachweisbaren sogenannten ,,Elektronenbeugung", die oft als Beispiel für den Doppelcharakter des
Elektrons genannt wird, ist immer ein ,,Beugungsgitter", ein Hindernis, erforderlich.
Nehmen wir dieses Wort mal wörtlich. Was wird bei der ,,Elektronenbeugung" eigentlich gebeugt? Sind es die Elektronen selbst?
Oder ihre Bahn? Oder ist es die Ausbreitungsrichtung einer Welle, die von den Elektronen angeregt wird? Warum sollte man nicht
den Gedanken zulassen, daß ein Elektron unmittelbar oder an einem ,,Hindernis" eine Schwingung anregt, die sich in einem
Medium wellenförmig ausbreitet?
Vielleicht kann ein Gedankenexperiment einen Ausweg andeuten?:
Stellen Sie sich bitte (gedanklich) in Wurfweite vor einen großen ,,Klangkörper", etwa eine ruhig hängende Glocke. Sie nehmen
nun einen Stein und werfen den aus geraumer Entfernung gegen die Glocke.
Haben Sie alles hellhörig ,,belauscht"? In der Flugphase des Balles hören wir die Schallwellen, die das ,,Geschoß" in der Luft
erzeugt.
Die Wellenlänge des Schalls in und entgegen der Bewegungsrichtung des Flugkörpers ist durch den Dopplereffekt (4.14.3)
erklärbar. In der Bewegungsrichtung entspricht die Wellenlänge außerdem der Aussage der Materiewellengleichung von de
Broglie: ~ 1/v.
Frequenz und Lautstärke der wahrnehmbaren Schallwellen werden von vielen Faktoren beeinflußt; z. B. von der Geschwindigkeit,
Größe und Oberflächenbeschaffenheit des Geschosses, von der Richtung, aus der wir das fliegende Geschoß belauschen und
davon, ob es auch noch mit gewissem Drall um sich selbst rotiert, oder ob ein weitmaschiges Geschoß von der Luft durchströmt
wird; ein Federball ,,rauscht" durch die Luft.
Beim Aufprall des Geschosses auf die Glocke klirrt ,,es" zunächst. Das sind Oberwellen, ,,Tonspritzer". Nach vollzogenem
Einschwingvorgang wird der Klang nur von den systembedingten Eigenschaften der Glocke, des ,,Beugungsgitters", bestimmt.
Durch die kinetische Energie des Geschos ses wurde die Glocke zu ,,Eigenschwingungen" angeregt, die jetzt ihrer seits die Luft
zum Erzittern bringen. Nun hören wir das ,,Gitter" schwingen, vom Geschoß hören wir nichts mehr. (!)
So verstehen wir prinzipiell den ,,Dualismus von Welle und Teilchen".
Nun stellen Sie sich vor, es kommt jemand und behauptet: ,,Es gibt dort gar keine Luft; der Schall, den wir hören, ist immanente
Eigenschaft des Geschosses. Dieses Geschoß selbst ist Teilchen und Schallwelle zu gleich, es hat Teilchen- und
Welleneigenschaften, denn das ist, als Naturgesetz, der Dualismus von Welle und Teilchen."
Was sagen Sie nun? Was sagen Sie dem, der solchen Unsinn behauptet?
Selbstverständlich übertragen wir alle obigen Gedankengänge und Formulierungen auch auf die Wellenlänge der Wellen, die in
der latenten Materie direkt durch die Bewegung der Mikroobjekte oder indirekt durch die sekundär in Schwingung versetzten
Oszillatoren (Resonatoren) angeregt werden.
Demnach sind die Mikroobjekte Elementarwirbel oder Wirbelkombinationen der latenten Materie. Sie rotieren (schwingen) um sich
selbst bzw. um ein Wirbelzentrum. Sie werden von der latenten Materie angeregt und regen umgekehrt diese zu Schwingungen
an, die sich wellenartig ausbreiten.
Ein Körper, (Gitter, Wirbelkombination, Oszillator, Resonator), oszilliert bei entsprechender Anregung mit seiner systembedingten
Eigenfrequenz. Die Schwingungsanregung kann durch Bestrahlung (Beschuß) mit Mikroobjekten erfolgen.
Die Farben des Lichtes sind folglich Schwingungen unterschiedlicher Frequenz der latenten Materie. Die rote Rose erhält ihr Rot
nicht aus der Ferne. Bei entsprechender Anregung schwingen die Oszillatoren der Rose mit ihrer Eigenfrequenz ,,Rot". Zur
Anregung eines Oszillators genügt, wie man weiß, eine im Spektrum enthaltene Resonanzfrequenz.
Eigentlich ist das alles sehr logisch, natürlich und wahrheitsverdächtig. Zudem war man bereits vor hundert Jahren einer solchen
Lösung sehr nahe. Es erhebt sich daraus nur eine Problemfrage: Warum muß man nach 100 Jahren erneut auf diese trivialen
,,Weisheiten" verweisen? Wer oder was hat das wissenschaftliche Denken aus dieser Richtung gelenkt?
Inhalt
<< (4.13) "Ätherwidersprüche" ?
>> (5) Die große "Frage an die Natur": Michelson-Experiment
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (4.1) Schleichende Irrtümer?
>> (4.3) Newton's Gravitationsgesetz mit folgenschweren Deutungen
4.2 Keplers eindeutige Wahrheiten
Johannes Kepler (1571-1630) wertete Beobachtungen von Tycho Brahe über die Planetenbewegung aus und formulierte die drei
Kepler'schen Gesetze:
Diese Gesetze sind "nur" Feststellungen und mathematische Formulierungen von Beobachtungstatsachen. Sie enthalten keinerlei
Hinweis auf die Ursache der Planetenbewegung oder auf das Wesen wirkender Kräfte. Kepler begnügte sich mit der Feststellung,
wie sich die Planeten bewegen. Aber man stößt in der Literatur auf Bemühungen, den Kepler'schen Gesetzen nachträgliche
Deutungen zu unterstellen, z.B. Kepler begründete mit diesen Gesetzen die Himmelsphysik und führte die Bewegung der Planeten
auf die Schwerkraft und die Trägheitskraft zurück.
Nein, eine solche Deutung gab Kepler seinen Gesetzen nicht! Und Newton lebte etwa einhundert Jahre später! Die Anwendung
von Kepler's Gesetzen ist also keine Erklärung der Ursache eines physikalischen Geschehens, sondern zunächst schlicht die
Nutzung einer noch unerklärten, mathematisch erfaßten Beobachtungstatsache (Erscheinung).
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (4.2) Kepler's eindeutige Wahrheit
>> (4.4) Kant verstrickt sich in den "Newton'schen Grundsätzen"
4.3 Newtons Gravitationsgesetz mit folgenschweren Deutungen
Isaac Newton (1643-1727) hinterließ uns das scheinbar "selbstverständlichste", aber wohl folgenschwerste "Naturgesetz": Gesetz
der "Massen-Anziehungs-Kraft".
Die Schwere eines Gegenstandes nehmen wir direkt mit dem Gefühl wahr, und seit jeher fragt der Mensch nach der Ursache
dieser Kraftwirkung. Die Legende berichtet, Newton habe, auf einer Wiese ruhend, einen fallenden Apfel beobachtet und sei
dadurch zum Nachdenken angeregt worden: "Warum fällt der Apfel zu Erde? Zieht nur die Erde den Apfel an, oder hat auch
dieser, vielleicht gar jeder Körper eine solche Anziehungskraft?" Ist diese Frage bereits ein verhängnisvoller Trugschluß?
Zum Gravitationsgesetz gelangte Newton durch Anwendung und Deutung der Kepler'schen Aussagen über die Planetenbewegung.
Zur Vereinfachung kann man davon ausgehen, daß alle Planetenbahnen nahezu kreisförmig sind, d.h. die Bahngeschwindigkeit
eines Planeten ist konstant.
Bei der Kreisbewegung wirkt auf einen Körper, der vom Rotationszentrum den Abstand r hat, eine Beschleunigung rechtwinklig
zur Bewegungsrichtung, also zum Mittelpunkt hin, und sie hat den Wert:
Angewendet auf das Sonnensystem, ist
die Bahngeschwindigkeit eines Planeten, r sein Abstand von der Sonnenmitte, T
die Umlaufzeit des Planeten um die Sonne. Die Konstante
hat nach dem 3. Keplerschen Gesetz für alle Planeten den
gleichen Wert und ist zunächst nur eine unerklärte Beobachtungstatsache. So ist festzustellen, daß die im Abstand r wirksame
Beschleunigung völlig unabhängig von den Eigenschaften eines dort vorhandenen Planeten ist, und es bleibt vorerst auch
unerklärt, ob diese Beschleunigung durch die Sonnenmasse oder eine andere himmlische Größe verursacht wird.
Erst mit der willkürlichen, aber zielgerichteten Setzung
, was mathematisch durchaus korrekt ist, wird die Masse M
der Sonne in Verbindung mit der Gravitationskonstanten G für die wirkende Beschleunigung verantwortlich "gemacht". Auf den
Planeten mit der Masse m wirkt nun eine "Anziehungskraft":
Die Verallgemeinerung dieses Formelausdrucks auf die Kraftwirkung zwischen zwei beliebigen Körpern überhaupt, unabhängig
von ihren Umweltbedingungen, erhebt ihn zum "Gesetz der allgemeinen Gravitation".
Auch die Gravitationskonstante , durch irdische Laborexperimente ermittelt, wird mit dem gleichen "Recht" zu einer
allgemeingültigen Naturgröße. Durch diese festgelegte Allgemeingültigkeit ist man "berechtigt", mit Hilfe des Gravitationsgesetzes
die Massen der anderen Himmelskörper zu berechnen. So wurde im Laufe der Zeit die Gravitationskonstante immer genauer
bestimmt, und die Massen der Himmelskörper wurden systematisch der Theorie immer besser angepaßt.
Man schreibt den Himmelskörpern die Massen zu, die sie haben "müssen", damit sich mit dem Gravitationsgesetz die
Bewegungsabläufe so berechnen lassen, wie wir sie aus den Beobachtungsergebnissen kennen. Dabei ist es möglich, daß einem
masselosen oder massearmen Himmelsgebilde eine Masse "zugeordnet" werden "muß", die es in Wirklichkeit gar nicht hat. Und
nun sucht man nach den Massen, die es vielleicht nicht gibt, und man muß erklären, wodurch es ihnen gelingt, sich so hartnäckig
zu verstecken. Der Himmel hängt voller Denkanregungen und Beweise.
In "Philosophiae naturalis principia mathematica" nennt Newton seine Absicht mit den Worten: "Alle Schwierigkeit der Physik
besteht nämlich dem Anschein nach darin, aus den Erscheinungen der Bewegung die Kräfte der Natur zu erforschen und hieraus
durch diese Kräfte die übrigen Erscheinungen zu erklären... möchte es gestattet sein, die übrigen Erscheinungen der Natur auf
dieselbe Weise aus mathematischen Prinzipien abzuleiten!"
Die Absicht klingt gut, doch was ist letztendlich daraus geworden?: Man schafft sich ein Modell, macht es zum allgemeinen Leitbild
und leitet daraus mathematisch ab, wie der Rest der Welt beschaffen sein darf. Diesen Umgang mit einem Modell lehnen wir
entschieden ab, siehe (2)!
An anderer Stelle im gleichen Werk sagt Newton: "lch habe nicht dahin gelangen können, aus den Erscheinungen die Ursache
dieser Erscheinungen der Schwerkraft abzuleiten, und Hypothesen erdenke ich nicht. Alles nämlich, was nicht aus den
Erscheinungen selbst folgt, ist eine Hypothese; und Hypothesen, seien sie nun metaphysische oder physische, mechanische oder
diejenigen der verborgenen Eigenschaften, dürfen nicht in die Experimentalphysik aufgenommen werden."
Dem ist zuzustimmen! Stellt aber die Behauptung, die an den Körpern wirkende Kraft ist eine Massen-Anziehungs-Kraft, keine
Hypothese dar? Schaltet sie nicht sogar durch ihren überbetonten Wahrheitsanspruch die Möglichkeit anderer Ursachen aus?
Auf den betonten Grundsätzlichkeits- und Wahrheitsanspruch des Gravitationsgesetzes stößt man häufig in der Fachliteratur: "Das
Gravitationsgesetz läßt sich nicht aus anderen Gesetzen reduzieren und könnte als das vierte Newtonsche Axiom bezeichnet
werden." Oder: "Das Gravitationsgesetz existiert, weil die Welt so eingerichtet ist, und nur wenn man es akzeptiert, lassen sich mit
seiner Hilfe auch andere Naturerscheinungen erklären."
Für Newton ist das Weltall ein stofflich leerer Raum, durch den sich die kompakten Himmelskörper bewegen. Unter dieser
Voraussetzung muß die Kraftwirkung zwischen zwei Körpern irgendwie aus sich selbst oder aus himmlischen, mystischen
Ursachen erklärbar gemacht werden. So war und ist die Newton'sche "Massen-Anziehungs-Kraft" eine durch ein stoffliches Nichts
vermittelte Fernwirkungskraft zwischen zwei Körpern.
Doch der leidige "gesunde Menschenverstand" verlangt, trotz aller Demütigung, hin und wieder mal nach einer anschaulichen
Darstellung dieser so geheimnisvoll wirkenden Kräfte. Die Kraft, die z.B. nach üblichen Auffassungen als "Zugkraft" zwischen
Sonne und Erde wirken müßte, läßt sich in Näherung mühelos berechnen:
Damit errechnet man als Zugkraft:
Wollte man (gedanklich!) diese "Zugkraft" durch ein aus handelsüblichem Stahl bestehendes Seil mit einer Zugfestigkeit von 850
N/mm2 übertragen, so müßte dieses "Seil", wenn es nicht zerreißen soll, einen Radius von 3677 km haben. Das ist etwa der 0,6fache Erdradius! Vergleichsweise wäre das die Erde in Fußballgröße an einem stählernen Laternenmast. (!)
Deutet man die Gravitation als Massenanziehung, so müßte die wirkende Kraft zum Mittelpunkt der Massen gerichtet sein. Der
Himmel ist jedoch voller Beweise, daß sich die "angezogenen" Körper nicht in gerader Linie auf den "anziehenden" Körper
hinbewegen, sondern diesen umkreisen, oder zumindest eine Ablenkung erfahren. Auch ein aus großer Höhe auf die Erde
fallender Körper wird in Rotationsrichtung der Erde abgelenkt.
Die Eigenrotation der beiden Massen, die vermutlich in irgendeinem Zusammenhang mit diesem Bahnverlauf steht, findet im
Gravitationsgesetz keine Beachtung. Die Rotation der Materie um ein Rotationszentrum und um sich selbst scheint aber ein
Wesensmerkmal der Natur zu sein, gültig für die Galaxien über die Sonnensysteme bis hin zum Atom und dem Elektronenspin.
Aber für das Gravitationsgesetz, dem vermeintlichen Quell weiterer Naturgesetzgebung und -weisheit, ist jegliche Rotation der
Materie eine überflüssige, nicht zu beachtende Begleiterscheinung. Anlaß und Grund genug, die Allgemeingültigkeit dieses
Gesetzes und die Deutung der Gravitation als "Massen-Anziehungs-Kraft" zu bezweifeln.
Dieses "Naturgesetz" möge als bewährtes Denkmodell bei Beachtung der Grenzen seiner Anwendbarkeit weiterhin gut geeignet
sein. Als physikalische Wahrheit und als Modell zum Erkennen weiterer physikalischer Wahrheiten kann man die Prämissen des
"Gesetzes" nicht anerkennen. So, wie es das Gravitationsgesetz aussagt und vorschreibt, kann unsere Welt wohl doch nicht
eingerichtet sein, und durch Festhalten an Dogmen werden wir nicht erfahren, wie sie in Wirklichkeit beschaffen ist.
Was aber ist die "Wahrheit", in welcher Richtung könnte sie zu suchen sein? Vielleicht kann eine simple, kleine Denkanregung
weiterhelfen, erkennbar am rotierenden Inhalt einer Kaffeetasse oder Waschschüssel:
Die Flüssigkeit rotiert differentiell, d.h. sie wird von außen nach innen abgebremst, innere Teilchen bewegen sich schneller
als äußere.
Für zwei, das Rotationszentrum umlaufende, Teilchen gilt wie für die Planeten des Sonnensystems das 3. Keplersche
Gesetz:
= const.
Etwas Pulver, Schaum oder farbige Tusche in die rotierende FLüssigkeit gebracht, führt zu spiralförmigen Gebilden, die sich
optisch nicht von den zauberhaften Himmelsspiralen unterscheiden lassen.
Im Rotationszentrum konzentrieren sich die Stoffe, (wenn vorhanden). Es ist bekannt, daß in Luft- und Wasserwirbeln,
besonders in Nähe des Zentrums, beachtliche Kraftwirkungen zum Mittelpunkt hin wirksam sind.
Sollte sich ein Teilchen, aus beliebigem Anlaß, vom Rand in Richtung Zentrum bewegen wollen, wird es in Rotationsrichtung
abgelenkt.
Obwohl man weiß, daß im Zentrum dieses Materiewirbels kein Massekern vorhanden ist könnte man z.B. auch hier
errechnen, welche "Masse" im Rotationszentrum erforderlich wäre, damit für einen Körper, der im Abstand r das Zentrum
umläuft, das Gravitationsgesetz erfüllt ist.
Zufällige Übereinstimmungen? Ob auch die Planeten des Sonnensystems und die Bestandteile der Galaxien in einer rotierenden
Materie "schwimmen"? Ob sich vielleicht der Schlüssel für das Wesen der Gravitation aus dem rotierenden Inhalt einer
Kaffeetasse erkennen und ableiten läßt?
Damit ergeben sich fundamentale Fragen:
Gibt es im Kosmos ebenfalls ein vergleichbares rotierendes Medium?
Sollte man die allgemein bekannte Weisheit, daß in jedem rotierenden Medium (Wirbel) ein zum Wirbelzentrum gerichteter
Druckradient auftritt, nicht auch auf den Kosmos übertragen können?
Mit welchem Recht wird behauptet, das Vakuum sei ein stofflich leerer Raum?
Mit welchem Recht darf man der Natur und ihrer Erkennbarkeit eine willkürliche Schranke setzen, hinter der es nichts mehr
zu suchen und zu erforschen geben soll?
Wir sehen hier einen berechtigten Hinweis auf die vermutete Existenz der "latenten Materie"und gehen nun im weiteren davon
aus, daß unser Sonnensystem und darüber hinaus der überschaubare Kosmos ein riesiges Wirbelsystem der "latenten Materie"
ist, in dem sich die Himmelssysteme bewegen wie Unterwirbel in einer rotierenden idealen Flüssigkeit?
Am "Äther" alter Prägung blieb unbegreiflich, weshalb er für die Bewegung der Himmelskörper kein Hindernis darstellt. Wir gehen
aber grundsätzlich davon aus, daß die "latente Materie" an der Bewegung der Himmelskörper ursächlich beteiligt ist.
Bild 4.3-1: Galaxie? Waschschüssel? Hurrikan? Kaffeetasse?
Inhalt
<< (4.2) Kepler's eindeutige Wahrheit
>> (4.4) Kant verstrickt sich in den "Newton'schen Grundsätzen"
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (4.3) Newton's Gravitationsgesetz mit folgenschweren Deutungen
>> (4.5) Was steckt da in dem Raume drin?
4.4 Kant verstrickt sich in den "Newton'schen Grundsätzen"
Von der Mitte des 15. bis zur Mitte des 18. Jahrhunderts galt in der Naturanschauung die Welt als absolut unveränderlich: einmal
zustande gekommen, wodurch auch immer, sie blieb, wie sie war, solange sie bestand.
Für Immanuel Kant (1724-1804) war dagegen das Sonnensystem nicht schlagartig gemacht worden, sondern es hatte sich in der
Zeit entwickelt. Doch mit seiner progressiven Absicht, die Entwicklung des Weltgebäudes nach Newton'schen Grundsätzen zu
erklären, legte Kant sich und seiner Nachwelt zugleich dauerhafte Fesseln an.
1755 erschien Kants Frühwerk: "Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels, oder Versuch von der Verfassung und
dem mechanischen Ursprünge des ganzen Weltgebäudes, nach Newtonischen Grundsätzen abgehandelt." Kant geht also, wie
Newton, davon aus, daß der Raum zwischen der Sonne und den Planeten leer ist. Er sieht "keine materialische Ursache, die
durch ihre Erstreckung in dem Raume des Planetengebäudes die Gemeinschaft der Bewegungen unterhalten sollte". "Dieser
Raum ist vollkommen leer...; also muß er ehemals anders beschaffen und mit genügsam vermögender Materie erfüllet gewesen
sein." Trugschluß und progressives Entwicklungsdenken in einem Satz?
Die einfachste der möglichen Vorstellungen ist nach Kant das als Ausgangszustand angenommene Chaos. Aus zufälligen
Dichteschwankungen im insgesamt homogenen, in kleinen Raumbezirken jedoch inhomogenen Chaos wird ein sich entwickelnder
Verdichtungsprozeß gefolgert. Als wesentlich sieht Kant ein Wechselspiel von Attraktion und Repulsion, welches "die zu ihren
Anziehungspunkten sinkende Elemente durcheinander und von ihrer geradlinichten Bewegung seitwärts gelenket" hat, wobei
Wirbel und schließlich die Kreisbewegung um das sich herausbildende Schwerezentrum entstanden sein sollen.
Nach Kants Darstellung versucht man im Prinzip bis heute, die Entstehung der Galaxien, Sonnensysteme und Einzelsterne zu
erklären. Bei aller Würdigung des inzwischen angehäuften Tatsachenmaterials ist noch immer nüchtern festzustellen, daß die
Stern- und Planetenforschung in ihren anfänglichen, unvollkommenen Grundsätzen steckengeblieben ist:
Allein durch Massenanziehungskräfte lassen sich die extrem hohe Verdichtung der Materie und die in den Sternen und
Planetensystemen gespeicherte Energie in Form von Wärme und Drehimpuls nicht erklären.
Zur Erklärung der Rotationsenergie, die in einem System steckt, ist man genötigt, dem kosmischen Urnebel einen
Anfangsdrehimpuls zuzuordnen, aber es bleibt offen, wodurch der Urnebel im stofflich leeren Raum den erforderlichen
Drehimpuls erhalten hat und wodurch dieser auf die Bestandteile des Systems übertragen und verteilt wird.
Eine umfassende und in sich geschlossene Theorie über den Ursprung der Planeten gibt es noch nicht. Alle diesbezüglichen
theoretischen Konzeptionen der vergangenen 300 Jahre scheiterten letztlich an der Tatsache, daß die Summe der
Bahndrehimpulse aller Planeten etwa 200 mal so groß wie der Drehimpuls der Sonne ist. Wer hat wem wodurch welche
Energie übertragen?
Geheimnisvoll bleiben die Ursachen für die Stabilität der Himmelssysteme, für die Gesetzmäßigkeit von Bewegungsabläufen
und die Formenvielfalt der Gebilde bei zugleich gestochen scharfer Abgrenzung zauberhafter Erscheinungen, wie z.B. der
Saturnringe.
Einschlägige wissenschaftliche und populärwissenschaftliche Darstellungen erzeugen oft ein Gefühl peinlicher Gerührtheit
und künden von der inneren "Not" ihrer Autoren.
Alle Himmelssysteme rotieren. Welche ursächliche, fundamentale Bedeutung kommt der Rotation in den kosmologischen
Erklärungen zu? Nach Kant ist es prinzipiell möglich, daß der Urnebel, aus dem das Sonnensystem entstanden sein soll, entweder
bereits vorher rotierte oder daß die Rotation erst im Verlaufe der Kontraktion entstanden ist.
Rotation und Wirbelbildung, sowie deren mögliche Ursachen und Auswirkungen, werden auch in neuzeitlichen Erklärungen über
die Entstehung kosmischer Systeme oft als sekundäre, überflüssige, fast lästige Erscheinungen behandelt, die man nach Belieben
und Bedarf erwähnt oder unterschlägt.
Bei der allgemeinen Erklärung der Sternentstehung wird in der einschlägigen Fachliteratur die Rotation gar nicht erwähnt.
Weshalb sollte man sie auch erwähnen? Die Newton'schen Grundsätze erfordern das nicht. Ihnen zufolge ist die Sternentstehung
nur ein durch "Massenanziehung" verursachter Verdichtungsprozeß. Theoretisch wäre es danach möglich, daß aus einer
nichtrotierenden Urwolke ein nichtrotierender Stern entsteht. Die Entstehung eines rotierenden Sterns aus einer nichtrotierenden
Urwolke wäre möglich, seine Rotation aber nur als zufällige Nebenwirkung erklärbar. Zur Anwendung der Newton'schen
Grundsätze kann der Urnebel rotieren, er muß es aber nicht.
Man erkennt auch hier: Die Rotation der Materie, eine auffällige und bemerkenswerte physikalische Realität, bleibt vom
Gravitationsgesetz unberührt und unbeachtet.
Die Rotation aller Stern- und Nebelsysteme gilt als Tatsache. An der Exaktheit der Meßmethoden und -ergebnisse ist nicht zu
zweifeln. Für die Oberfläche von Sternen wurden Rotationsgeschwindigkeiten von 200 bis 400 km/s gemessen. Die kosmischen
Nebelgebilde tragen entweder bereits äußere Merkmale von Rotationserscheinungen, oder sie zeigen in Spezialaufnahmen
Spuren großräumiger oder örtlicher Wirbelvorgänge.
Die Pulsare werden aufgrund ihrer meßbaren Erscheinungen als außerordentlich rasch rotierende Sterne aufgefaßt, deren
Rotationsperioden nur einige Sekunden bis zu Bruchteilen von Sekunden betragen. Bei diesen hohen Rotationsgeschwindigkeiten
ist man allerdings "gezwungen", den Pulsaren eine sehr hohe Masse "zuzuschreiben", und so bezeichnet man sie auch als
massereiche Neutronensterne.
Es darf aber bezweifelt werden, daß die Neutronensterne die Masse, die man ihnen theoretisch zuschreibt, tatsächlich haben.
Fast unbezweifelt gilt noch immer die verallgemeinerte Auffassung: Jede Rotation erzeugt Fliehkräfte, durch die die Bestandteile
des rotierenden Systems nach außen getrieben werden, wenn sie nicht durch eine nach innen gerichtete Kraft an das
Rotationszentrum gebunden werden. Nach innen gerichtet, d.h. zusammenhaltend, ist nach Newton die Massenanziehungskraft.
Also, so folgert man, muß "selbstverständlich" ein schnell rotierendes System in seinem Innern eine sehr hohe Masse enthalten
und im Extremfall total verbergen. Das ist die Tragik der Newton'schen Grundsätze!
Schnell rotierende Luft- und Wasserwirbel verdeutlichen das Gegenteil: Je größer die Rotationsgeschwindigkeit, (je größer die
Rotationsenergie des Wirbels), desto größer ist die Kraftwirkung nach innen. In diesen Wirbeln besteht durch ein starkes
Druckgefälle eine große "Sogwirkung", und durch die differentielle Rotation des Mediums werden alle vom Wirbel erfaßten
Gegenstände förmlich zum Mittelpunkt des Wirbels "hingeschraubt". Von innen her "zieht" keine konzentrierte Masse die Körper
zu sich an. Ein schnell rotierender Wasserwirbel bildet einen Trichter, und ein Korken, der gewöhnlich auf dem Wasser
schwimmt, wird dabei nicht durch eine Fliehkraft nach außen gedrängt, sondern er verschwindet im Trichter. Ein "schwarzes
Loch"? Das wird man noch sehr gründlich bedenken müssen.
Die "großen" Dinge dieser Welt erkennt man gewöhnlich an den "kleinen" Dingen dieser Welt: Ein Materiewirbel ist eine
"Energiekonzentration" und wirkt zusammenhaltend auf die Bestandteile des Wirbelsystems! Ist das "verrückt" genug, um wahr
sein zu "dürfen"?
Das "Wirbelprinzip" deutet bereits hier eine weit größere Aussagekraft und einen höheren Wahrheitsgehalt an als die
"Massenanziehungskraft":
Nach diesem Prinzip ist die Rotation der latenten Materie Voraussetzung jeglichen Zusammenhalts. Ein Stern muß rotieren
und Zentrum eines Wirbels der latenten Materie sein, und er kann nur durch einen wirbelartig rotierenden Urnebel entstehen
bzw. entstanden sein.
Es können auch Wirbel der latenten Materie entstehen, existieren und wirken, ohne daß in ihnen kompakte "Massen"
vorhanden sind. Die Suche nach den "Massen" der "Schwarzen Löcher" könnte überflüssig werden.
Das Problem der Energieübertragung und -verteilung innerhalb eines rotierenden Planetensystems reduziert sich darauf, daß
die Bestandteile des Systems bei seiner Entstehung eine gemeinsame Ursache hatten .
Die Ursache für die Entstehung der Großwirbel ist in der kosmosweiten Dynamik der latenten Materie zu suchen. Die
Expansion des Weltalls wäre als eine kosmosweite Wirbelauflösung zu deuten, die durch Massenanziehung niemals wieder
aufzuhalten und rückgängig zu machen ist.
Diese Schlußfolgerungen sind besonders beachtenswert, weil sie in völligem Gegensatz zu bisher gültigen Auffassungen stehen,
aber doch sehr wahrheitsverdächtig sind. Sie verdeutlichen andererseits erneut die begrenzte und verklemmte Aussagefähigkeit
des derzeitigen physikalischen Weltbildes.
Eine fundamentale theoretische Grundauffassung mit so weitreichender Bedeutung wie das "Gesetz der Massenanziehung", die
zu dem allgemeingültigen Naturgesetz und zur tragenden Säule der "Allgemeinen Relativitätstheorie'' wurde, sollte uns doch
zumindest und als erstes dazu befähigen, das Mögliche vom Unmöglichen zu unterscheiden.
Frühe Zeichnung der Spiralgalaxie M51
Bild 4.4-3: Galaxie - "Schwarzes Loch" -rotierendes "Nichts"?
Inhalt
<< (4.3) Newton's Gravitationsgesetz mit folgenschweren Deutungen
>> (4.5) Was steckt da in dem Raume drin?
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (4.4) Kant verstrickt sich in den "Newton'schen Grundsätzen"
>> (4.6) Das undefinierbare "lnertialsystem" und die Ursache der Trägheit
4.5 Was steckt da in dem Raume drin?
Wir erkennen, daß jegliches physikalische Geschehen untrennbar mit dem Raum, seinem Inhalt und "seinen" Wirkungen
verbunden ist. Die Fragen nach der Beschaffenheit des Raumes bewegten seit alter Zeit die Philosophen und
Naturwissenschaftler: Ist der Raum nun stofferfüllt oder stofflich leer? Ist ein leerer Raum überhaupt denkbar und physikalisch
möglich? Wirkt der Raum allein durch seine bloße Existenz oder durch seinen Inhalt? Wirkt er durch die Ruhe oder die Bewegung
seines Inhalts? Kann die Übertragung von Kräften nur auf Nahwirkung beruhen, oder sind Fernwirkungen zwischen den räumlich
fernen Körpern denkbar und physikalisch sinnvoll? Wodurch könnten Fernwirkungen, so es sie gibt, zwischen den Körpern
übertragen werden? Wirken ferne Körper augenblicklich aufeinander ein, oder hat die Ausbreitungsgeschwindigkeit der
Wirkungen einen endlichen Wert?
Viele Fragen, viele Meinungen. Viele Antworten, viele Irrungen?:
"Es ist schon eine harte Zumutung", schreibt Albert Einstein, "daß man dem Raum überhaupt physikalische Realität zuschreiben
soll, insbesondere dem leeren Raume. Die Philosophen haben seit den ältesten Zeiten immer wieder gegen eine solche Zumutung
sich gesträubt."
Renè Descartes (1596-1650) glaubte, wie viele Forscher des Altertums, nur an eine Kraftübertragung durch unmittelbaren
Kontakt. Er negierte die Möglichkeit jeglicher Fernwirkung und ging davon aus, daß alle Wirkung direkt durch Druck oder Stoß
übertragen wird. Descartes hatte der Materie "seIbstschöpferische" Kraft verliehen, mit anderen Worten: er suchte die Wirkungen
in der Bewegung der Materie. Ein Vakuum, ein stofflich leerer Weltraum, war für Descartes unvorstellbar. Um die Wissenschaft
von der mystischen Fernwirkung zu befreien, bediente er sich des Äthers, eines fiktiven feinsten Stoffes, der den Raum ausfüllen
sollte.
Otto von Guericke (1602-1686) befaßte sich ebenfalls mit der Frage, ob der Weltraum von feinstem Stoff angefüllt sei, oder ob es
dort das umstrittene Vakuum doch gäbe. In seinem berühmten Experiment hatte er mit Hilfe einer Luftpumpe ein Vakuum
hergestellt. Er schrieb über seine Versuche und Erkenntnisse 1672 ein Buch: "Die neuen Magdeburger Experimente mit dem
leeren Raum." Die Begriffe "Vakuum" und "leerer Raum" sollte man überlegter wählen. Guericke hatte einen " luftverdünnten"
Raum hergestellt. Er hatte keinen luftleeren und schon gar nicht einen "leeren" Raum erzeugt. Ist denn ein luftleerer Raum bereits
ein leerer Raum? Zumindest wäre eine solche Behauptung voreilig und unwissenschaftlich.
Der Gedanke mit einer Luftpumpe einen stofflich leeren Raum erzeugen zu können, dürfte ein fundamentaler wissenschaftlicher
Irrtum sein; er hat sich, durch Einstein "geheiligt", bis heute erhalten. Hier steht man wieder vor der durch Menschen definierten
und errichteten Tabuzone: Im luftleeren Raum sind keine stofflichen Vorgänge mehr zu erforschen.
Auch Torricelli (1608-1647) war überzeugt, daß er in seiner berühmten Versuchsanordnung, dem Vorgänger des Barometers,
einen leeren Raum, die sogenannte "Torricellische Leere", erzeugt hatte.
Blaise Pascal (1623-1662) äußerte zum Versuch von Torricelli: "Eher erträgt die Natur ihren Untergang, als den kleinsten leeren
Raum."
Isaac Newton (1643-1727) setzte sich über die Sorgen seiner Vorgänger und Zeitgenossen hinweg. Mit ihm verschwand vorerst
die Frage nach dem möglichen feinsten Stoff, dem Äther, der alle Körper durchdringen sollte. Für Newton war der absolute,
ruhende, stofflich leere Raum der Hintergrund, gewissermaßen der Rahmen allen physikalischen Geschehens. Die Schwerkraft
war für ihn eine sich unendlich schnell übertragende Fernwirkung. Dabei blieb unverständlich und unerklärt, wie die durch den
leeren Raum getrennten Körper ohne jeglichen Vermittler aufeinander einwirken sollen.
Zu Zeiten Newtons drängte sich die Frage nach den gleichberechtigten und bevorzugten Bezugssystemen verstärkt in die Deutung
der Naturvorgänge. Newton sah "seinen" "absoluten Raum" als das bevorzugte Bezugssystem an. Und dieser Gedanke hat
durchaus eine gewisse Daseinsberechtigung. Die in einem beschleunigten System auftretenden Trägheitskräfte beweisen uns
täglich, daß es keine Ansichtssache ist, welches System man gegenüber welchem anderen als beschleunigt betrachten darf.
Wenn sich ein Fahrzeug mit zunehmender Geschwindigkeit auf ein stillstehendes Fahrzeug zubewegt, haben beide die gleiche
Beschleunigung zueinander, und jedes Fahrzeug könnte theoretisch gleichberechtigt als Bezugssystem betrachtet werden, obwohl
die Insassen des stillstehenden Fahrzeuges von "ihrer" Beschleunigung nichts verspüren.
Eine plausible Ursache für das Auftreten der Trägheitskräfte konnte Newton im "leeren" Raum nicht entdecken. Folglich "mußte"
die Ursache der Trägheit der Körper dem absoluten Raum selbst "zugeschrieben" werden oder aber mit der Bewegung der Körper
gegenüber dem absoluten Raum in Verbindung gebracht werden. Damit ist nach Newtons Auffassung der absolute Raum als
bevorzugtes Bezugssystem "bewiesen".
Besonders deutlich treten die Trägheitskräfte in rotierenden Bezugssystemen in Form der Fliehkräfte auf. Verwiesen sei auf den
von Newton beschriebenen "Eimerversuch": Ein mit Wasser gefüllter Eimer wird, an einem Seil hängend, in Rotation versetzt.
Dabei rotiert das Wasser zunächst nicht mit dem Eimer mit. Unverkennbar besteht zwischen Gefäß und Flüssigkeit eine
Relativgeschwindigkeit, auf die das Wasser nicht reagiert. Der Eimer, als ein seine Gleichberechtigung beanspruchendes
Bezugssystem, könnte beleidigt sein. Erst wenn die Flüssigkeit mit dem Eimer rotiert, ist die Wirkung einer Fliehkraft erkennbar,
indem das Wasser an der Gefäßwand emporsteigt. Das Beispiel zeigt, daß die Relativbewegung des Wassers gegenüber dem
Gefäß keine Ursache der Fliehkraft sein kann. Für Newton gilt das als Beweis der Existenz des absoluten Raumes und seiner
Wirkung als bevorzugtes Bezugssystem.
Später (um 1850) wurde auch der "Foucault'sche Pendelversuch" im Newton'schen Sinne gedeutet: Ein schwingendes Pendel
muß nach Newtons Auffassung seine Schwingungsebene im absoluten Raum beibehalten, wenn alle Störeinflüsse ausgeschlossen
werden. Wenn man das Pendel am Nordpol aufstellt, bewegt sich die Erdkugel unter ihm fort, und der Beobachter auf der Erde
stellt eine Drehung der Schwingungsebene des Pendels entgegen der Erdrotation fest. Wäre die Erde ein gleichberechtigtes
Bezugssystem, dürfte sich die Schwingungsebene des Pendels nicht gegen die Erde drehen. Da sie sich aber dreht, und das ist
auch in unseren Breitengraden nachweisbar, "beweist" sie die absolute Rotation der Erde gegenüber dem absoluten Raum als
dem bevorzugten Bezugssystem.
1675 veröffentlichte Newton seine "Emissionstheorie des Lichtes". Danach ist das Licht ein Strom sehr kleiner, von der Lichtquelle
emittierter Teilchen. Newton sah keinen Zusammenhang zwischen den Lichtteilchen und der Gravitation. So war sein Raum, ganz
nach Bedarf, mit stofflichen Lichtteilchen angefüllt oder stofflich leer. Wegen der Autorität Newtons waren seine Vorstellungen
über den absoluten Raum und die Emissionstheorie im 18. Jahrhundert vorherrschend, wurden aber um die Mitte des 19.
Jahrhunderts in Frage gestellt.
Augustin Jean Fresnel (1788-1827) führte zur Erklärung der Welleneigenschaften des Lichtes wieder den Äther ein. Er erklärt das
Licht als eine wellenförmige Schwingung des elastischen Äthers (4.10.3).
Ernst Mach (1838-1916) geht davon aus, daß angesichts der allgemeinen Dynamik des Weltalls nur relative Orte und
Bewegungen physikalisch feststellbar und wirklich sein können. Darum könnten Newton's angebliche Beweise für die Existenz des
absoluten Raumes nur "Scheinbeweise" sein. Die Ursache der Fliehkräfte ist nach Newton der absolute Raum, nach Mach sind es
die "fernen Massen", die sich zwar zueinander bewegen, die aber in einer "Momentaufnahme" als markante Punkte des Weltalls
aufzufassen sind und durch ihre "Massenanziehungskraft" im stofflich leeren Raum bei gleichfalls mystischer Fernwirkung ein
großräumiges Wirkungsfeld "aufspannen". Ernst Mach ist mit diesem Gedankengang ein Wegbereiter der allgemeinen
Relativitätstheorie, die lediglich mit dem Feldbegriff die Fernwirkung der Massen zu einer Nahwirkung macht.
"Was tritt an die Stelle der Begriffe vom absoluten Raum und von der absoluten Zeit, ohne die nach den Newtonschen Prinzipien
schon die einfachsten Tatsachen, wie das Verhalten des Foucaultschen Pendels, die Trägheits- und Fliehkräfte und dergleichen
nicht erklärt werden können? An die Stelle des absoluten Raumes als fiktiver Ursache von physikalischen Vorgängen haben jetzt
ferne Massen als wirkliche Ursachen zu treten. Der Kosmos als ganzer, das Heer der Gestirne, erzeugt an jeder Stelle und zu
jeder Zeit ein bestimmtes metrisches Feld oder Gravitationsfeld. Wie dieses im Großen beschaffen ist, kann nur eine Spekulation
kosmologischer Art lehren. Im Kleinen aber muß bei geeigneter Wahl des Bezugssystems das metrische Feld "euklidisch" sein,
d.h. die Trägheitsbahnen und Lichtstrahlen sind gerade Weltlinien. Man muß immer daran denken, daß die Schwingungsebene
des Foucaultschen Pendels nicht gegen den absoluten Raum, sondern gegen das System der fernen Massen feststeht, daß die
Fliehkräfte nicht bei absoluten Rotationen, sondern bei Rotationen gegen die fernen Massen auftreten." <12>
Zu Machs Zeiten, als das "Feld" noch nicht seine heutige Deutung und Selbständigkeit erlangt hatte, faßte man den Einfluß der
fernen Massen noch als unvermittelte Fernwirkung auf. Doch die als Massenanziehung gedeutete Fernwirkung der fernen Massen
ist nicht weniger mystisch als die Wirkung des Newton'schen leeren Raumes. Wo liegt da eigentlich ein Unterschied? Gegenüber
der Newton'schen Behauptung vom absoluten Raum haben wir qualitativ nicht mehr "gewonnen", als daß sich nun die "Eckpunkte"
des Raumes fast unmerklich im Weltall bewegen.
So lebten zwei prinzipiell unversöhnliche Grundauffassungen über einen längeren Zeitraum relativ friedlich nebeneinander und
fanden doch nicht zueinander: Die Äthertheorie, die den Raum als stofferfüllt annahm und die Gravitationstheorie, für die der
Raum stofflich leer war.
Der diesbezügliche Meinungsstreit mancher Wissenschaftler war dadurch gekennzeichnet, daß jeder die Welt nach seiner
Modellvorstellung, die er aber nicht als solche ansah, eingerichtet wissen wollte.
Die Anhänger der Äthertheorie schritten von Erfolg zu Erfolg bei der Deutung und Nutzung der elektromagnetischen
Erscheinungen. Zur Erklärung der Gravitation wußten sie jedoch mit ihrem ruhenden, passiven, widersprüchlichen Medium (4.13)
nichts anzufangen, so daß am Ende des 19. Jahrhunderts Heinrich Hertz nur die Hoffnung aussprechen konnte, daß der Äther
auch "das Wesen der Materie selbst und ihrer innersten Eigenschaften, der Schwere und Trägheit", offenbaren werde (4.12.2).
Es sei an dieser Stelle nochmals bemerkt: Die "latente Materie" unterscheided sich vom "Äther" prinzipiell dadurch, daß der
"Äther" im absoluten Raum ruhen sollte, die "latente Materie" aber durch ihre Dynamik und Wechselwirkungen ursächlich und
sekundär an jeglichem Naturgeschehen beteiligt ist.
Einstein "beseitigt" zu Beginn des 20. Jahrhunderts den "Äther" und verwendet später die Mach'sche Idee von der Wirkung der
fernen Massen als wesentliche Grundlage der Allgemeinen Relativitätstheorie. Mit der Verselbständigung des Feldbegriffes wurde
aus der unvermittelten Fernwirkung der fernen Massen nun eine durch das Feld vermittelte Nahwirkung. Das "Feld" ist damit nur
ein anderes Wort zur unerklärbaren Umschreibung bisher und weiterhin unerklärbarer Erscheinungen.
Einstein beruft sich auf Descartes: "Descartes argumentierte etwa so: Raum ist wesensgleich mit Ausdehnung. Ausdehnung aber
ist an Körper gebunden. Also kein Raum ohne Körper, d.h. kein leerer Raum. Wir werden sehen, daß die Allgemeine
Relativitätstheorie Descartes' Auffassung auf einem Umwege bestätigt. Einen leeren Raum, d.h. einen Raum ohne Feld gibt es
nicht. Descartes hatte demnach nicht so unrecht, wenn er die Existenz eines leeren Raumes ausschließen zu müssen glaubte.
Erst die Idee des Feldes... in Verbindung mit dem allgemeinen Relativitätsprinzip zeigt den wahren Kern von Descartes Idee: es
gibt keinen "feldleeren" Raum." <20>
Das ist verfälschender und verwischender Mißbrauch von Autoritäten! So hatte Descartes es nicht gemeint! Descartes meinte,
daß es keinen stofflich leeren Raum geben kann. Im Einsteinschen Sinne ist das Feld aber eine stofflose Materie. Das ist ein
gewaltiger Unterschied!
Trotz "Allgemeiner Relativitätstheorie'' ist das wahre Wesen der Gravitation, der elektromagnetischen Erscheinungen, der Trägheit
weiterhin ungeklärt. Es bleibt unverständlich, was die "fernen Massen" damit zu tun haben sollen, wenn in einem Omnibus
während einer scharf gefahrenen Kurve die Insassen durcheinanderpurzeln. Um dies als "Wirkung der fernen Massen" zu
berechnen, könnte man allerdings noch Generationen von Mathematikern intensiv, aber kaum sinnvoll, beschäftigen.
Bis zum heutigen Tage ist man gezwungen, diese Not zur Tugend zu machen. Daß die unerklärten Geheimnisse des Raumes das
gesamte Naturgeschehen grundlegend bestimmen, ist eine unbestreitbare Tatsache. Man begnügt sich oft mit der Feststellung, die
Naturgesetze sind durch den "Zustand des Raumes" begründet. Vorrangig sind es immer wieder die Erscheinungen der Trägheit,
die uns veranlassen, einem "bestimmten" Raum dennoch eine gewisse Vorrangstellung einzuräumen. Woran liegt das?
Inhalt
<< (4.4) Kant verstrickt sich in den "Newton'schen Grundsätzen"
>> (4.6) Das undefinierbare "lnertialsystem" und die Ursache der Trägheit
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (4.5) Was steckt da in dem Raume drin?
>> (4.7) "Wechselwirkungsprinzip" und "Wechselwirkungssystem"
4.6 Das undefinierbare "Inertialsystem" und die Ursache der Trägheit
Mit dem Begriff "Inertialsystem" verbindet sich die Absicht, die Trägheit und ihre vermeintliche Ursache allgemein zu definieren
und zu erfassen. Doch dieser Begriff ist so wirklichkeitsfern und in sich so widersprüchlich und selbsttötend, daß er gar nicht
allgemein anwendbar ist und faktisch nur durch irreführendes Wortspiel das Wesen der Trägheit verschleiert.
Die Eigenschaft "Trägheit" zeigt ein Körper erfahrungsgemäß bei einer sogenannten "beschleunigten" Bewegung. Was aber ist
eine beschleunigte Bewegung? Gegen welches Bezugssystem muß ein Körper beschleunigt werden, damit er "träge" wirkt? Worin
besteht das wahre physikalische Wesen der Trägheit eines Körpers?
Kurzdefiniert sagt man: Ein Inertialsystem ist ein gleichförmig geradlinig bewegtes Bezugssystem, in dem das Trägheitsgesetz so
wirkt, als ob das System ruht, (als sei es der ruhende Mittelpunkt der Welt).
Und so kann man sich das "Inertialsystem" idealisiert vorstellen:
Setzen wir uns gedanklich in das Abteil eines mit "gleichförmiger, geradliniger Geschwindigkeit" (bezüglich der Erde)
dahinfahrenden Eisenbahnwagens. Eine herumsummende Fliege, der aufsteigende Zigarrenrauch, das aus dem Gepäcknetz
herabhängende Pendel, der im Becher rotierende Kaffee, der innere Mechanismus einer empfindlichen Uhr und selbst die
Fahrgäste bewegen sich, als stünde der Eisenbahnwagen still. Der Wagen ist das Bezugssystem, dessen Geschwindigkeit keinen
Einfluß auf sich darin abspielende Vorgänge haben soll. Dieses Bezugssystem heißt Trägheits- oder Inertialsystem, weil hier das
Trägheitsgesetz, wie man so sagt, uneingeschränkte Gültigkeit hat.
Unsere Erfahrungen bestätigen, daß auf der Erde und sicher auch auf anderen Himmelskörpern unendlich viele derartige
Inertialsysteme denkbar und praktisch wirksam sind.
Als unhaltbar betrachten wir die allgemein übliche Behauptung, daß die Geschwindigkeit des "Inertialsystems" keinen Einfluß auf
die sich in ihm abspielenden Vorgänge hat. Möglicherweise sind die Einflüsse so klein, daß man sie nicht zur Kenntnis nehmen
kann, muß oder möchte. Es ist in diesem Zusammenhang bereits hier darauf verwiesen, daß auch die "Abhängigkeit der Masse
von der (gleichförmig geradlinigen) Geschwindigkeit" als "Trägheitseigenschaft" erklärbar sein wird, II(1.6.6)
"Brockhaus abc Astronomie" definiert und erläutert den Begriff "lnertialsystem" ausführlich so:
"Inertialsystem, ein Koordinatensystem, in dem das Trägheitsgesetz gilt, nach dem jeder Körper, der keinen äußeren Kräften
unterworfen ist, in Bezug auf das Inertialsystem im Zustand der Ruhe verharrt oder sich in geradliniger, gleichförmiger Bewegung
befindet. Jedes andere Koordinatensystem, das gegen ein Inertialsystem eine geradlinige, gleichförmige Bewegung ausführt, ist
ebenfalls ein Inertialsystem, hingegen sind gegen die Inertialsysteme rotierende Systeme selbst keine Inertialsysteme. Eine recht
gute Annäherung an ein Inertialsystem stellt das System der Fundamentalsterne dar. Im strengen Sinne ist es aber kein
Inertialsystem, da die Fundamentalsterne an der Rotation des Milchstraßensystems teilnehmen und damit auch das von ihnen
gebildete Koordinatensystem eine Rotation besitzt. In neuerer Zeit versucht man, durch Anschluß der Fundamentalsterne an
extragalaktische Sternsysteme ein Inertialsystem festzulegen, in dem man die Gesamtheit der extragalaktischen Sternsysteme als
im Raum ruhend ansieht und relativ zu ihnen die Positionen der Fundamentalsterne bestimmt."
Aus dieser Definition spricht das Bemühen um ein übergeordnetes Koordinatensystem mit grundlegender Raumorientierung. Ein
solches "bevorzugtes" Bezugssystem ist "erforderlich", weil ja die fernen Massen für die Trägheit der Körper verantwortlich sein
sollen. Somit "muß" auch aus dieser Sicht beurteilt werden, welche Bewegungsart ein anderes System hat und ob es also
ebenfalls ein Inertialsystem ist oder nicht.
Doch die Natur hält sich nicht einmal näherungsweise an diese Definition. Alles rotiert im System der Fixsterne, sogar das System
selbst. Die laut Definition für ein Inertialsystem geforderte geradlinige, gleichförmige Bewegung findet in der Natur nicht statt. Das
Sonnensystem z.B., als Bestandteil der Galaxis, umläuft das galaktische Zentrum mit einer Geschwindigkeit von 250 km/s. Die
Erde bewegt sich dabei zusätzlich mit einer Bahngeschwindigkeit von 30 km/s um die Sonne und dreht sich außerdem täglich
einmal um sich selbst.
Gesteht man nun einem Eisenbahnwagen, gegenüber der Erde als Bezugssystem, eine geradlinige, gleichförmige Bewegung zu,
so führt dennoch das Bezugssystem Eisenbahnwagen im Bezugssystem des "erhöhten" Beobachters eine sehr krummlinige und
ungleichförmige Bewegung aus. Strenggenommen wird laut Definition nur einem einzigen Inertialsystem ein Daseinsrecht
zuerkannt, theoretisch dürfte es kein zweites geben.
Einige Trägheitserscheinungen lassen sich durch die Annahme eines quasi absoluten Inertialsystems erklären. Dazu gehören z.B
der Newton'sche Eimerversuch und das Foucaultsche Pendel, die räumliche Stabilität schnell rotierender Kreisel und die
scheinbare Trägheitskraft auf bewegte Körper in rotierenden Bezugssystemen (Corioliskraft).
Doch gegenüber welchem Bezugssystem bleibt die Raumorientierung dieser Körper erhalten? Man weiß, daß sie gegenüber der
rotierenden Erde eine Abweichung erfährt. Aber die Lage eines vollkardanischen Kreisels ist auch nicht gegenüber dem System
der Fixsterne stabil.
So nimmt man, durch die Umstände genötigt, das "lnertialsystem" so großzügig wie man es braucht und interpretiert nach
Belieben <7>:
"Die Experimente zeigen, daß ein System, in dem die Sonne ruht, zumindest in ausgezeichneter Näherung ein Inertialsystem
darstellt. Ein mit der Erde fest verbundenes Bezugssystem ist vor allem wegen der Rotation der Erde um ihre eigene Achse kein
Inertialsystem; jedoch kann man häufìg auch von den dadurch bewirkten Effekten absehen. Die Erfahrung zeigt, daß alle
gleichförmig, d.h. mit konstanter Relativgeschwindigkeit der Bezugskörper, gegeneinander bewegten Bezugssysteme völlig
gleichwertig sind. Ist eins von ihnen ein Inertialsystem, so sind daher alle Inertialsysteme. Inertialsysteme sind Bezugssysteme, in
denen alle Orte, Richtungen und Zeiten physikalisch gleichwertig sind. Man sagt dann, der Raum sei homogen und isotrop, die
Zeit homogen. Die Existenz solcher Systeme ist eine Erfahrungstatsache und keine Selbstverständlichkeit."
Es ergeben sich grundsätzliche Fragen: Wo liegen die Ursachen dafür, daß manche Trägheitserscheinungen durch die Annahme
eines absoluten Raumes erklärbar sind? Wodurch wird ein Kreisel aus seiner "stabilen" Raumorientierung abgelenkt? Wodurch ist
erklärbar, daß unendlich viele Bezugssysteme wie ein Inertialsystem wirken, obwohl sie laut Definition gar kein Inertialsystem
sind?
Liegt die Ursache der Trägheit überhaupt in der Bewegungsart der Körper gegenüber dem absoluten Raum, oder den Fixsternen,
oder den fernen Massen, oder einem sich irgendwie bewegenden undefinierbaren Inertialsystem? Soll die Trägheit tatsächlich als
eine durch das "Feld" vermittelte nichtstoffliche Wirkung zwischen dem Körper und den fernen Massen verstanden werden?
Vielleicht ist das Wesen der Trägheit durch die Bewegung der Körper gegenüber der latenten Materie, die ebenfalls bewegt ist, als
direkte stoffliche Wechselwirkung (Nahwirkung) erklärbar?
Wir wollen nun versuchen, das "lnertialsystem" und seine undefinierbaren Wirkungen mit dem "Wirbelprinzip" (3.3) erklärbar zu
machen. Vielleicht ist dazu zunächst ein kleines Gedankenexperiment nützlich:
Man stelle sich ein sehr weitmaschiges Sieb vor und bewege es durch eine Flüssigkeit. Oder umgekehrt, weil es sich technisch
besser auswerten läßt: wir befestigen dieses Sieb in einem Strömungskanal und messen die Kraft, die infolge der stofflichen
Wechselwirkung zwischen Flüssigkeit und Sieb in Abhängigkeit von der gleichförmigen (!) Bewegung auftritt.
Wir formulieren die mit Sicherheit zu erwartenden Erkenntnisse:
Das weitmaschige Sieb wird von der Flüssigkeit durch- und umströmt.
Die Kraftwirkung (Strömungswiderstand) ist vom Quadrat der Relativgeschwindigkeit des strömenden Mediums gegenüber
dem Sieb abhängig. Bei geringer Geschwindigkeit ist der Strömungswiderstand unmerklich klein, mit zunehmender
Geschwindigkeit wird er beachtlich ansteigen.
Jede Relativgeschwindigkeit hat ihren Durch- und Umströmungszustand.
Der größere Anstieg der Kraftwirkung bei höherer Strömungsgeschwindigkeit läßt sich als Folge eines vergrößerten
Strömungswiderstandes durch entstehende Wirbel oder andere Turbulenzen anschaulich deuten.
Während der Geschwindigkeitsänderungen (Beschleunigungen) werden wesentlich größere Kraftwirkungen meßbar sein als
bei gleichförmiger, konstanter Relativgeschwindigkeit. (Kraft = Masse x Beschleunigung).
Mögliche Erklärung: Beim Übergang zu einer anderen Geschwindigkeit muß sich der Durch- und Umströmungszustand neu
formieren, auftretende Turbulenzen vergrößern nur zeitweilig den Strömungswiderstand.
Diese simplen Alltagserkenntnisse sind hier nicht ganz ohne Absicht so ausführlich dargestellt worden, denn es ergibt sich die
Frage: Lassen sich diese Erkenntnisse auch auf die Wechselwirkung der Körper mit der latenten Materie anwenden?
Für die Wechselwirkung mit der latenten Materie ist der atomare Aufbau der Körper mit einem außerordentlich weitmaschigen
Sieb vergleichbar. Die Ausmaße eines Atomkerns betragen 10-13 bis 10-12 cm, die Elektronen umkreisen den Kern in einer
Entfernung von etwa 10-8 cm. Wählt man zum Vergleich den Kernradius 5 mm, dann hätte das Elektron einen Durchmesser von 1
mm und die Elektronenbahn den Durchmesser 100 m (!). Zwischen dem Atomkern und den Elektronen, die ihn umkreisen, gibt es
so unvorstellbar viel Platz, daß z.B. die Lichtwellen den kristallinen Aufbau des Glases und die kurzwelligeren Röntgenstrahlen alle
anderen Körper fast ungehindert durchdringen können.
Die latente Materie ist mit einer idealen Flüssigkeit vergleichbar. Die Strömungstheorie für ideale Flüssigkeiten besagt, daß ein
Körper, der sich gleichförmig durch eine unendlich ausgedehnte Flüssigkeit bewegt, keinen Widerstand erfährt. (d' Alembertsches
Paradoxon).
Nun stellen wir uns nach dem Prinzip "Wirbel in Wirbeln" (3.3) die Erde im Zentrum eines differentiell rotierenden Wirbels der
latenten Materie vor. Dieser Wirbel wird allseitig von außen nach innen gebremst, so daß die Erde schneller rotiert als die
äußeren Bestandteile des Wirbels. Die nördliche Hälfte des latenten Wirbels wird dadurch gegenüber der Erdoberfläche
rechtsherum verdrillt, die südliche linksherum. An der Erdoberfläche dürfte nur eine sehr geringe oder gar keine Relativbewegung
der latenten Materie gegenüber der Erde nachweisbar sein; die Erde wird im Zentrum des Wirbels "mitgeführt", weil sich die
Erdrotation im Laufe der Zeit der rotierenden Materie angeglichen hat.
Aus unserem Analogiebestreben ergeben sich grundsätzliche Folgerungen:
Das Wesen der Trägheit besteht in der direkten, hautnahen, stofflichen Wechselwirkung der Körper mit der sie umgebenden
und durchdringenden latenten Materie.
Das "Inertialsystem" ist ein Bezugssystem, in dem das Trägheitsgesetz so wirkt, als ob das System gegenüber der
(bewegten) latenten Materie (annähernd) ruht oder sich ihr gegenüber (annähernd) gleichförmig und geradlinig mit einer
Geschwindigkeit bewegt, bei welcher der verursachte Strömungswiderstand noch nicht spürbar wird.
Die mysteriöse "Abhängigkeit der Masse von der (gleichförmigen) Geschwindigkeit" wird sich als Strömungswiderstand
erweisen II(1.6.6).
Wegen der großräumigen differentiellen Rotation der latenten Materie ist das "Inertialsystem" grundsätzlich an einen
begrenzten Wirkungsraum und an spezielle örtliche Wirkungsbedingungen gebunden.
Auch die Trägheitserscheinungen in rotierenden Bezugssystemen sind von der Bewegungsart der Körper gegenüber der sie
unmittelbar umgebenden und durchsetzenden latenten Materie abhängig.
Die fernen Massen haben mit den irdischen Trägheitserscheinungen direkt nichts zu tun. Sie sind nur indirekt daran
"mitbeteiligt", weil sie ebenfalls Bestandteil des ineinandergreifenden gesamtkosmischen Wirbelsystems und sicher selbst
Zentrum eines Materiewirbels sind.
Speziell auf irdische Erscheinungen angewendet, bedeutet das z.B.:
Für einen aus großer Höhe auf die Erde herabfallenden Körper ist die Erde wegen der differentiellen Rotation der latenten
Materie kein Inertialsystem; denn der Körper wird in Rotationsrichtung der Erde und des Wirbels abgelenkt. Aus irdischer
Sicht wirkt im Bezugssystem "rotierende Erde" das Trägheitsgesetz in größerer Höhe nicht so, als ob das System ruht.
Für einen aus geringer Höhe herabfallenden Körper kann die Erde in guter Näherung als Inertialsystem angesehen werden;
denn die dabei ebenfalls auftretende Ostablenkung ist vernachlässigbar klein.
Jedes gegenüber der Erde ruhende Bezugssystem mit erdnahem Wirkungsraum ist Inertialsystem; denn dieser Raum hat
keine Bewegung gegenüber der latenten Materie.
Für ein erdfestes, aber erhöhtes Bezugssystem, (z.B. Labor auf sehr hoher Gebirgsspitze), könnte der Wirkungsraum
bereits einer Bewegung der latenten Materie ausgesetzt und eine Relativbewegung, ein leichter "Ätherwind" spürbar sein.
Ein zur Erdoberfläche gleichförmig, geradlinig und horizontalbewegtes System ist bei entsprechend kleinem Wirkungsraumes
ein Inertialsystem; denn bei gleichförmiger Bewegung und kleiner Geschwindigkeit ist der verursachte Strömungswiderstand
noch nicht bemerkbar.
Für das am Nordpol oder auf der Nordhalbkugel aufgestellte Foucault'sche Pendel ist die Erde kein Inertialsystem. Die Erde
dreht sich unter der Schwingungsebene des Pendels hinweg. Würde die Schwingungsebene ihre Lage raumbezogen
beibehalten, müßte sie sich, da der Sonnentag run 4 min länger, als der Sterntag ist, in 24 Stunden um 361deg. entgegen
der Erddrehung "bewegt" haben. Die tatsächliche Drehung würde jedoch < 361deg. sein, weil das Pendel durch die
rotierende latente Materie eine geringere Mitführung in Drehrichtung des Erdwirbels erfährt.
Für ein am Erdäquator aufgestelltes Pendel wirkt die Erde dagegen wie ein Inertialsystem; die Schwingungsebene erfährt
keine Drehung.
Ein offenes (weitmaschiges) rotierendes Bezugssystem ist auf kleinem Wirkungsraum faktisch von ruhender latenter Materie
umgeben; denn es hat nur eine sehr kleine Wechselwirung mit der latenten Materie.
Bei sehr schnell rotierenden geschlossenen (engmaschigen) Bezugssystemem (massereiche Kreisel und Flüssigkeiten) sind
Mitnahmeeffekte und damit ein Einfluß auf die umgebende Materie nicht auszuschließen.
Alle Körper, die sich im Erdwirbel der latenten Materie großräumig bewegen, z.B. Geschosse, ballistische Flugkörper, Luftund Meeresströmungen, werden, infolge der unterschiedlichen Verdrillung beider Wirbelhälften, auf der Nordhalbkugel nach
rechts, auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt.
Diese Erscheinung, längst erkannt aber bisher gedeutet als eine durch den Raum oder die fernen Massen bewirkte Trägheitskraft,
wurde nach ihrem Entdecker benannt: Corioliskraft. Ausführlich in II(3.5)
Fazit: Der Begriff "lnertialsystem" entstand aus dem Zwang, Beobachtungstatsachen und vermeintliche Ursachen der Trägheit auf
einen allgemeinen Nenner zu bringen. Dabei war man "gezwungen", weil keine anderen Ursachen im Weltgebäude ersichtlich
waren, allein die Bewegung beliebiger Bezugssysteme untereinander für die Trägheit verantwortlich zu machen. Weil unter diesen
Voraussetzungen das "Inertialsystem" undefinierbar ist, sind bisherige "Erklärungen" nur Aufzählung zusammenhangloser Fakten.
Die Ursache der Trägheit ist nicht durch die Bewegung beliebiger Bezugssysteme unter sich definierbar, sondern nur als
stoffliche Wechselwirkung der gegenüber der latenten Materie bewegten Körper bei Beachtung aller konkreten örtlichen
Wechselwirkungsbedingungen.
Inhalt
<< (4.5) Was steckt da in dem Raume drin?
>> (4.7) "Wechselwirkungsprinzip" und "Wechselwirkungssystem"
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (4.6) Das undefinierbare "lnertialsystem" und die Ursache der Trägheit
>> (4.8) Sie bauen am Fundament - und wissen nicht, was sie tun
4.7 "Wechselwirkungsprinzip" und "Wechselwirkungssystem"
Der Zusammenhang Inertialsystem/Trägheitsursache verdient noch eine verallgemeinernde Zusatzbetrachtung, denn der bis heute
gepflegte Umgang mit den Bezugssystemen erweckt mitunter den Anschein einer naturwissenschaftlichen Schildbürgerei.
Es ist seit alter Zeit selbstverständlich, daß jede Bewegung nur als relative Bewegung gedacht und verstanden werden kann.
Darüber gab und gibt es überhaupt keine Mißverständnisse. Die Relativität der Bewegung wurde nicht von Albert Einstein
entdeckt. Wenn es nur um den relativen Bewegungsablauf geht, steht jedem Beobachter in jedem beliebigen Bezugssystem die
uneingeschränkte Behauptung zu, daß sich das andere Bezugssystem ihm gegenüber bewegt. Das ist reine Ansichtssache.
Aus der Sicht der Erdbewohner dreht sich die Sonne um die Erde. Wenn wir sagen "die Sonne geht unter", so ist diese Ansicht
einfach zweckmäßiger, als wenn wir sagen "die Erde hat sich bezüglich der Fixsterne so weit um die eigene Achse und um die
Sonne bewegt, daß wir nun hinter dem Horizont verschwinden". Zu anderen Zwecken begeben wir uns gedanklich auf einen
Standpunkt außerhalb des Sonnensystems und beobachten die Rotation der Erde und der anderen Planeten um sich selbst und
um die Sonne. Doch durch diese oder jene Betrachtungsweise ändern wir nicht das geringste an den Vorgängen, die sich auf der
Sonne abspielen. Von der Ansicht eines Beobachters hängt das physikalische Geschehen in dem beobachteten Bezugssystem
nicht ab.
Verhängnisvoll wird der Umgang mit den Bezugssystemen erst, wenn das Wirken "der Naturgesetze" im beobachteten
Bezugssystem von der Bewegung abhängig gemacht wird, die zwei beliebig wählbare Bezugssysteme zueinander haben.
Dadurch wird der Eindruck erweckt, es hinge das Wirken "der Naturgesetze" vom Standpunkt des Beobachters ab und sei eine
manipulierbare Ansichtssache.
"Wechselwirkungsprinzip": Das Wirken jedes Naturvorganges bzw. Naturgesetzes ist an sehr konkrete örtliche
Wirkungsbedingungen gebunden. Es ist direkte materielle (stoffliche) Wechselwirkung eines Körpers oder Teilchens mit seiner
hautnahen Umgebung. Folglich läßt sich das Wirken der Naturgesetze besonders anschaulich und einfach erfassen und
formulieren, wenn die stofflichen Strukturen, die im jeweiligen Naturgesetz vorrangig miteinander wechselwirken, auch als
Bezugssystem betrachtet werden. Dieses System verdient dann die Bezeichnung "bevorzugtes Bezugssystem" oder
"Wechselwirkungssystem".
Man beachte den Unterschied: Als bevorzugtes System betrachtete Newton den absoluten Raum im Sinne übergeordneter
Orientierung und Wirkung. Als bevorzugte Bezugssysteme werden mitunter die "Inertialsysteme" angesehen im Sinne von "durch
die Natur mit bevorzugten Eigenschaften versehen". Das Inertialsystem zeigt das "bevorzugte" Verhalten. Es zeigt dieses
Verhalten aber nicht durch die ihm zudefinierten Bewegungseigenschaften, die hat es nämlich gar nicht, sondern durch ein bisher
unerkanntes Wirkungsprinzip. Bevorzugt in unserem Sinne bedeutet: vorteilhaft anwendbar zur Erfassung der jeweiligen
Wechselwirkung.
Zwei Aspekte sind grundsätzlich beim Umgang mit den Bezugssystemen zu unterscheiden:
Wie können die Bewegungsvorgänge, die an beliebigem Ort in einem beliebigen System ablaufen, aus der Sicht eines
anderen Systems zweckmäßig erkannt, beschrieben und mathematisch erfaßt werden?
Wodurch wird das Wirken der Naturgesetze und Naturvorgänge als Wechselwirkung bestimmt oder beeinflußt, und in bzw.
aus welchem Bezugssystem (Wechselwirkungssystem) kann es vorteilhaft beschrieben und mathematisch erfaßt werden?
Verdeutlichen wir uns eine ernsthafte "Scherzaufgabe": Unser Sonnensystem bewegt sich mit der Geschwindigkeit 250 km/s um
das Zentrum der Galaxis (aus der Sicht der fernen Massen). Die Bahngeschwindigkeit der Erde um die Sonne aus der Sicht eines
Bezugsystems, das im (rotierenden) Sonnenmittelpunkt ruhend gedacht ist, beträgt 30 km/s. Die Erde rotiert außerdem um sich
selbst und hat dabei am Äquator eine Umfangsgeschwindigkeit von etwa 0,5 km/s. In einer Höhe von 2000 m über der
Erdoberfläche und 30deg. nördlicher Breite bewege sich eine Luftströmung mit einer Geschwindigkeit von 30 m/s von West nach
Ost (aus der Sicht eines erdfesten Beobachters). In gleicher Höhe (2000 m) bewege sich ein Flugzeug auf Westkurs mit einer
Geschwindigkeit von 1300 km/h (aus der Sicht eines Ballons, der in der Luftströmung "schwimmt").
Hieraus ließen sich gewiß sehr interessante und komplizierte mathematische Aufgaben zur Aufstellung der Bewegungsgleichung
des Flugzeuges aus der Sicht der Beobachter in den einzelnen Bezugssystemen formulieren, um daraus (un)möglicherweise die
Flugeigenschaften des Flugzeuges zu erkennen und zu berechnen. Aber hängen die Flugeigenschaften eines irdischen
Flugzeuges von dessen Bewegungsart gegenüber einem weit entfernten Stern ab?
Wir wollen es kurzfassen: Unabhängig von allen denkbaren Betrachtungsweisen werden die Flugeigenschaften des Flugzeuges
von seiner Relativgeschwindigkeit gegenüber der Luft, der Luftdichte und seinen aerodynamischen Merkmalen bestimmt. Zur
Erzeugung der Auftriebskräfte an den Tragflächen und der Steuerkräfte an den Ruderorganen ist die Luft das bevorzugte
Bezugsystem, das Wechselwirkungssystem. Für diese Wechselwirkung ist es völlig unbedeutend, welche Bewegungsart das
Flugzeug gegenüber den anderen Bezugssystemen ausführt.
Bei plötzlichen Erschütterungen des Flugzeuges wird eine zusätzliche Wechselwirkung mit der örtlichen latenten Materie wirksam,
(Trägheit). Jedes physikalische Wirkungsprinzip hat sein eigenes bevorzugtes Bezugssystem, sein Wechselwirkungssystem.
Einstein benutzte, um die "Gleichwertigkeit der Bezugssysteme" für das Wirken der Naturgesetze zu erläutern, einen
Eisenbahnwagen, der gegenüber dem Bahndamm bewegt wird: "lm Falle der Bevorzugung eines Bezugssystems müßten für das
Wirken der Naturgesetze Größe und Richtung der Fahrgeschwindigkeit des Wagens eine Rolle spielen."
Und ohne Angabe konkreter Versuchs- und Umweltbedingungen, z.B. ob hier ein offener oder geschlossener Wagen betrachtet
wird, heißt es weiter: "Es wäre z.B. zu erwarten, daß der Ton einer Orgelpfeife ein anderer wäre, wenn diese mit ihrer Achse
parallel zur Fahrtrichtung gestellt wird, als wenn sie mit ihrer Achse senkrecht zu dieser Richtung gestellt wird. Nun ist aber unsere
Erde wegen ihrer Bahnbewegung um die Sonne einem mit etwa 30 km in der Sekunde Geschwindigkeit fahrenden Wagen
vergleichbar. Es wäre daher im Falle der Ungültigkeit des Relativitätsprinzips zu erwarten, daß die momentane Bewegungsrichtung
der Erde in die Naturgesetze eingehe, daß also die physikalischen Systeme in ihrem Verhalten von der räumlichen Orientierung
gegen die Erde abhängen sollten." <20>
Für das Wirken des Schallgesetzes, das den Ton einer Orgelpfeife bestimmt, ist eine Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden
stofflichen Strukturen Luft und Orgelpfeife erforderlich. Dabei ist es wohl völlig belanglos, welche Geschwindigkeit der Wagen
gegen den Bahndamm oder die Fixsterne hat. Die Orgelpfeife gibt, wie jeder weiß, auch einen Ton von sich, wenn z.B. der
Wagen steht und sich die Luft gegenüber dem Bahndamm bewegt. Dieses Beispiel mit der Orgelpfeife mag durch Einstein nicht
sehr glücklich gewählt worden sein. Es zeigt aber sehr typisch das Bestreben, das Wirken von Naturgesetzen, ohne Beachtung
der konkreten örtlichen Wirkungsbedingungen, mit der Bewegung inkompetenter Bezugssysteme in Verbindung zu bringen.
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<< (4.6) Das undefinierbare "lnertialsystem" und die Ursache der Trägheit
>> (4.8) Sie bauen am Fundament - und wissen nicht, was sie tun
Spur eines Jahrhundertirrtums
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<< (4.7) "Wechselwirkungsprinzip" und "Wechselwirkungssystem"
>> (4.9) Der zweiseitige Ruhm des Michael Faraday
4.8 Sie bauen am Fundament - und wissen nicht, was sie tun
Den eigentlichen Beginn des "elektromagnetischen" Denkens vermag heute niemand genau anzugeben. Es steht nur fest, daß wir,
die Modernen, trotz allen Wissens und Könnens, die Anfangshürden zwar übersprungen, aber noch nicht beiseite geräumt haben.
Obwohl elektrische und magnetische Erscheinungen schon seit der Antike bekannt sind, so z.B. die Kraftwirkung zwischen
geriebenen Körpern (statische Aufladungen), die Nutzung der magnetischen Kraftwirkung (Kompaßnadel) u.a., begannen
systematische Untersuchungen erst im 16. Jahrhundert.
Man empfinde die Situation: Die elektromagnetischen Erscheinungen haben äußerlich nichts Greifbares. Meßgeräte gab es nicht,
deren Prinzipien mußten erst noch erkannt werden. Der Begriff " Elektron" wurde erst ganz am Ende des 19. und zu Beginn des
20. Jahrhunderts geprägt. Was verbirgt sich hinter den Erscheinungen, und wie sind sie nutzbar?
William Gilbert (1544-1603) hielt die elektrische Ladung der Körper für ein "Fluidum", etwas Einfließendes. Die magnetische
Wirkung eines Dauermagneten und der Erde betrachtete er als ausströmendes Fluidum.
Otto von Guericke (1603-1684) folgerte, daß die elektrische Anziehung bzw. Abstoßung von den gleichen Kräften komme, welche
die Erdanziehung bewirken und den Lauf der Planeten bestimmen; es müsse also eine einzige, überall wirksame "tragende Kraft"
geben.
Robert Boyle (1627-1691), Isaac Newton (1643-1727) und der englische Physiker Stephan Gray (1670-1736) hielten die
Elektrizität für ein Fluidum.
Der Franzose Charles Dufay (1698-1737) sprach als erster von zwei Arten der Elektrizität. Es müsse zwei verschiedene
Elektrizitäten geben, die sich wie Pole eines Magneten verhielten: gleiche stoßen einander ab, verschiedene ziehen einander an.
Er nannte seine zwei verschiedenen Arten von Fluidum "Glaselektrizität" und "Harzelektrizität".
Benjamin Franklin (1706-1790), Erfinder des Blitzableiters, war ein Vertreter des Einfluidumdenkens. Er meinte, ein Körper, der
mit dem elektrischen Fluidum gerade ausgefüllt sei, wirke elektrisch neutral. Ein Überschuß an Fluidum mache ihn "plus", ein
Mangel "minus" elektrisch. Eine Gewitterwolke sei plus und die Erde minus elektrisch; die Wolke sei also geladen und bereit, ihren
Überschuß an die Erde abzugeben. Die elektrische Materie bestehe aus äußerst feinen Partikeln, denn sie könne die gewöhnliche
Materie durchdringen, sogar die dichtesten Metalle, und zwar so leicht und ungehindert, daß man keinen fühlbaren Widerstand
nachweisen kann.
Georg Christoph Lichtenberg (1742-1799) entdeckte die nach ihm benannten Figuren. Bei seinen Versuchen mit elektrischen
Ladungen fand er strahlenförmige "Sonnen" aus positiver und ringförmige "Möndchen" aus negativer Ladung. Darin sah er einen
Beweis für das Vorhandensein zweier verschiedener Fluida und nannte die pluselektrischen positiv, die anderen negativ.
Charles-Augustin Coulomb (1736-1806) baute das erste Elektrometer. Er fand mit seiner Drehwaage das nach ihm benannte
Coulomb'sche Gesetz: Der Betrag der Kraft zwischen zwei Punktladungen Q1 und Q2 ist den Ladungen direkt, dem Quadrat ihres
Abstandes umgeehrt proportional:
Luigi Galvani (1737-1798) entdeckte im Froschschenkelversuch Erscheinungen, die er auf elektrische Vorgänge im tierischen
Körper zurückführte und stand mit anderen Forschern zu der Verallgemeinerung: Alle Muskelbewegungen zeigen elektrische
Erscheinungen, und alle Lebewesen haben eine spezielle Art der festgestellten "tierischen Elektrizität". Er vertrat sogar die
Meinung, die Elektrizität sei die Ursache aller Lebenserscheinungen. Verschiedene Gelehrte, darunter auch Alexander von
Humboldt, stimmten ihm zu.
Es gab weiteren Anlaß, elektrische und biologische Erscheinungen in Verbindung zu bringen. 1773 fand Walsh bei der Zerlegung
eines Zitterrochens ein elektrisches Organ aus über tausend winzigen, organischen galvanischen Elementen. John Hunter
entdeckte im selben Jahr eine noch stärkere "Batterie" in einem Zitteraal, die etwa ein Drittel von dessen Körpergewicht
ausmachte.
Alessandro Volta (1745-1827) drückte Galvanis Theorie etwa so aus: Nerven und Muskeln enthalten stets Elektrizität, befinden sich
aber im Gleichgewicht. Dieses Gleichgewicht würde durch Berühren mit Metall gestört und danach durch eine Entladung wieder
hergestellt. Volta glaubte ebenfalls an den besonderen Stoff, das strömende elektrische Fluidum. Mit seinen Entdeckungen und
Experimenten legte er einen bedeutenden Grundstein für die Elektrodynamik. Ihm verdanken wir die "Volta'sche Spannungsreihe"
und das Galvanische Element. Er prägte die Begriffe Spannung, Strom und Kapazität.
Hans Christian Oersted (1777-1851) wies die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes durch die abgelenkte Magnetnadel
um einen stromdurchflossenen Leiter nach.
Georg Simon Ohm (1787-1854) and 1826 das nach ihm benannte Gesetz, den Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und
Widerstand.
André Marie Ampère, (1775-1836), führte die Arbeiten Oersteds erfolgreich weiter. Seine wichtigste Entdeckung war das
Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule, der Elektromagnet. Den Erdmagnetismus führte Ampère auf viele in sich
geschlossene elektrische Ströme im Innern der Erde zurück, die so zusammenwirkten wie ein großer, von Ost nach West um die
ganze Erde fließender Strom. Verallgemeinernd faßte Ampère grundsätzlich den elektrischen Strom, einschließlich der
Molekularströme, als Ursache aller magnetischen Erscheinungen auf.
Jean Baptiste Biot (1774-1862) und Felix Savart (1791-1841) entdeckten und formulierten das nach ihnen benannte "Gesetz von
Biot-Savart", mit dem man exakt berechnen kann, welchen Anteil an magnetischer Feldstärke eine bewegte Ladung in jedem
Punkte ihrer Umgebung bewirkt. (!) Bemerkenswert ist die auffallende Übereinstimmung mit einem ebenfalls von Biot und Savart
gefundenen Wirbelgesetz für die Strömungslehre, das den Zusammenhang zwischen einem Wirbelfaden und seinem induzierten
Geschwindigkeitsfeld ausdrückt. Siehe auch II(3.8).
Franz Maria Ulrich Theodor Äpinus (1724-1802) äußerte den beachtenswerten Standpunkt: "Wir sehen, daß die Ähnlichkeit der
elektrischen mit den magnetischen Erscheinungen so groß ist, daß sie fast nicht größer sein kann. Was hindert uns also, nicht
auch ähnliche Ursachen beider Kräfte anzunehmen, da es doch wahrscheinlich ist, daß die Natur ähnliche Erscheinungen auf
ähnliche Weise hervorbringt?" <14>
Wichtige Stützen heutigen Wissens wurden also schon früh erkannt und haben noch immer ihre volle Gültigkeit. Und dennoch:
Obwohl man heute mit den Begriffen erfolgreich operiert, haben wir keine eindeutige Vorstellung vom physikalischen Hintergrund
der Begriffe Ladung, Strom, Spannung, elektrische und magnetische Feldstärke. Gelegentlich sucht man Analogien zu
strömenden Flüssigkeiten, aber das ist ja eigentlich gar nicht erlaubt. Niemand kann erklären, wodurch eine bewegte elektrische
Ladung um sich eine gerichtete magnetische Wirkung erzeugt. Eine Denkrichtung zu den Hintergründen der elektromagnetischen
der Erscheinungen ist in II (3.8) zusammenhängend dargestellt
Man möchte an dieser Stelle auch auf die herausragenden, grundlegenden Forschungsergebnisse eines Michael Faraday (17911867) verweisen. An ihm scheiden sich die Geister zweier physikalischer Grundhaltungen, deshalb soll sein Beitrag zum
physikalischen Weltbild anschließend in einen größeren Zusammenhang gestellt werden.
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>> (4.9) Der zweiseitige Ruhm des Michael Faraday
Spur eines Jahrhundertirrtums
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>> (4.10) Erste Vorstellungen über die Natur des Lichtes
4.9 Der zweiseitige Ruhm des Michael Faraday
Michael Faraday (1791-1867) gilt als der hervorragende Experimentator seiner Zeit. Durch seine Experimente hat er bedeutsame
Beziehungen zwischen den elektrischen und magnetischen Erscheinungen praktisch erkannt und formuliert. Faraday wird
gelegentlich in etwas überschwenglicher Art als Totengräber der klassischen Elektrizitätslehre und Begründer der modernen
physikalischen Auffassungen bezeichnet. Was hat Faraday eigentlich selbst gewollt, und was haben seine Nachfolger daraus
gemacht?
Für die Zeit, in der Faraday lebte und wirkte, ist charakteristisch:
Viele elektrische und magnetische Erscheinungen sind bereits entdeckt; zu deren möglichen Ursachen und Zusammenhängen
gibt es sehr wirre und widersprüchliche naturphilosophische Deutungen. Es gibt zwei Lichttheorien, die sich grundlegend
widersprechen: Newtons Emissionstheorie, die den Raum als leer und das Licht als Strom kleinster Teilchen ansieht und die
Äthertheorie, die den Raum als mit feinstem Stoff erfüllt betrachtet. Die sich entwickelnde Industrie erwartet von den
Naturforschern anwendbare Lösungen. Die Frage nach der praktischen Anwendbarkeit von theoretischen Auffassungen drängt
sich zunehmend in den Vordergrund.
Faradays Forschungsergebnisse sind unumstritten, sie fanden und finden stets höchste Anerkennung und praktische Anwendung.
Seine größten Entdeckungen waren die elektromagnetische Induktion und die gegenseitige Wirbelverkopplung der elektrischen
und magnetischen Vorgänge.
Und Faraday hat einen sehr nützlichen, methodischen Schritt getan: Er hat den Begriff des elektrischen und magnetischen Feldes
als Modellvorstellung in die Wissenschaft eingeführt und durch Kraftlinien veranschaulicht. Hier scheiden sich bereits die Geister.
Ein anderer Geist hätte an dieser Stelle z.B. formuliert: Faraday hat mit der Einführung des Feldbegriffs einen höchst
wissenschaftstheoretischen Beitrag zur Herausbildung einer neuen, stofflosen Kategorie der Materie und zur Entwicklung des
modernen physikalischen Denkens geleistet.
Zwei prinzipiell gegensätzliche Grundhaltungen zum Feldbegriff lassen sich seit Faraday erkennen:
1. Das Feld als Modellvorstellung (Hilfsvorstellung) zur effektiven, zweckmäßigen Erklärung, Beschreibung und Ausnutzung der
physikalischen Erscheinungen.
2. Das Feld als eigenständige, nicht weiter reduzierbare physikalische Realität.
Zwischen beiden Grundhaltungen besteht ein gewaltiger Unterschied: Die Vertreter der ersten Gruppe sind der Meinung, daß es
hinter den äußeren Erscheinungen noch unerkannte Ursachen gibt, während die Vertreter der zweiten Gruppe definitiv
behaupten, hinter den äußeren Erscheinungen, die nun einen neuen Namen (Feld) erhalten haben, gäbe es nichts mehr zu
suchen, zu erforschen und zu erklären. Wir sagten schon an anderer Stelle und wiederholen: Letzteres ist unwissenschaftlicher
Umgang mit wissenschaftlichen Modellen, und der behindert das Erkennen der physikalischen Wahrheit (2).
Faraday selbst war ein Vertreter der Äthertheoríe und verstand seine Kraftlinien, entgegen allen anders klingenden Behauptungen,
stets als Hilfsvorstellung. Er räumte die Möglichkeit ein, daß die von ihm gedachten Kraftlinien besondere Zustände des Äthers
seien. Er hat also mit der Einführung seines Feldbegriffs nicht auf eine latente Materie verzichtet, sondern diese in Form des
Äthers anerkannt. Im Gegensatz zu der damals noch verbreiteten Ansicht, daß die elektrischen und magnetischen Kräfte
zwischen den beteiligten Körpern unmittelbar durch den stofflich leeren Raum hindurch als Fernkräfte wirkten, hat Faraday dem
stofferfüllten Raum eine entscheidende Rolle zugesprochen und die Kräfte als Wechselwirkung der Körper mit den Kraftlinien des
Äthers auf mittelbare Nahwirkung zurückgeführt.
Deutlicher und überzeugender als Heinrich Hertz kann man Faradays Denken und Anliegen kaum ausdrücken:
"Faraday wurde gelehrt, daß die Kräfte den Raum einfach übersprängen; aber er sah, daß es von größtem Einflüsse auf die
Kräfte war, mit welchem Stoff der angeblich übersprungene Raum erfüllt war... Die Kraftlinien, wie er die selbständig gedachten
Kräfte nannte, standen vor seinem geistigen Auge im Raume als Zustand desselben, als Spannungen, als Wirbel, als Strömungen,
als was auch immer -das vermochte er selbst nicht anzugeben- aber da standen sie, beeinflußten einander, schoben und
drängten die Körper hin und her und breiteten sich aus, von Punkt zu Punkt einander die Erregung mitteilend. Auf den Einwand,
wie denn im leeren Raume andere Zustände als vollkommene Ruhe möglich seien, konnte er antworten: Ist denn der Raum leer?
Zwingt uns nicht schon das Licht, ihn als erfüllt zu denken? Könnte nicht der Äther, welcher die Wellen des Lichtes leitet, auch
fähig sein, Änderungen aufzunehmen, welche wir als elektrische und magnetische Kräfte bezeichnen? Wäre nicht sogar ein
Zusammenhang zwischen diesen Änderungen und jenen Wellen denkbar? Könnten nicht die Wellen des Lichtes etwas wie
Erzitterung solcher Kraftlinien sein?" <29>
Darf man diese durch Heinrich Hertz am Ende des 19. Jahrhunderts geäußerten Gedanken achtlos überhören und verwerfen?
Im Lager der anderen Grundhaltung gibt es solche Logik nicht. Dort beruft man sich meist sachlich leise auf das Experiment, auf
die objektive Realität dieser Erscheinungen, die noch immer als höchstes Kriterium der Wahrheit gilt, und die ohnehin niemand
bezweifelt (3.1).
Oder man überspielt seine inneren Zweifel durch lautstarke Darstellungen mit unverkennbar euphorischem Einschlag:
"Der Newtonsche Raum war der passive Aufenthaltsraum von Körpern und Ladungen. Der Raum Faradays dagegen war das
Zentrum der Erscheinungen, die Quelle und der Überträger von Kräften, die auf Körper und Ladungen wirken. Und nun folgte der
für die Erforschung und Unterwerfung des Lichtes in der ganzen bisherigen Wissenschaftsgeschichte wichtigste Schritt: ein von
Kraftlinien durchzogener Raum macht den Begriff des Äthers überflüssig. Überflüssig! Man kann sich vorstellen, daß das Licht
nichts anderes ist als ein Vibrieren von Kraftlinien."
(Ein namhafter Verfasser; es geht hier aber nur um die exemplarische Grundaussage).
In den Strömungskanälen für Luft- und Wasserprofile und in der Wetterkunde bedient man sich z.B. auch erfolgreich des
Feldbegriffs sowie der Strömungs- und Kraftlinien. Könnte man dort nicht auch gleich auf das Medium verzichten?
Im Sinne des Umgangs mit einem wissenschaftlichen Modell (2) sei an dieser Stelle nochmals hervorgehoben:
Es geht in der Naturwissenschaft entweder darum, die reale Welt möglichst vollständig zu erkennen oder ihr Abbild möglichst
einfach zu beschreiben und die physikalischen Erscheinungen und Gesetze unkompliziert auszunutzen und anzuwenden. Will
man ersteres, dann darf dem Erkenntnisprozeß keine Grenze gesetzt werden, dann darf der Weg zur vermeintlichen Wahrheit
nicht durch starre Definitionen verbaut und verboten werden. Will man letzteres, dann kann man sich mit der Erscheinung
begnügen und zweckmäßig so tun, als hätte die Erscheinung gar keine tiefere Ursache. In diesem Falle heißt das, man könnte
zweckmäßig so tun, als ob es keine latente Materie, keinen Äther, gäbe.
So wollen wir Michael Faraday verstehen. Das Motiv für die unwissenschaftliche Verselbständigung des Feldbegriffes, für die
Loslösung der Erscheinung von ihrer Ursache, werden wir woanders suchen - und finden. Michael Faraday ist an der
"Verselbständigung des Feldbegriffs" völlig unschuldig.
Inhalt
<< (4.8) Sie bauen am Fundament - und wissen nicht, was sie tun
>> (4.10) Erste Vorstellungen über die Natur des Lichtes
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (4.14) "Verqueres" über Schwingungserzeugung und -ausbreitung
>> (5.2) Herkömmliche Deutungen des Versuchsergebnisses
5 Die große "Frage an die Natur": Michelson - Experiment
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
Versuchsanliegen, -aufbau und -durchführung
Herkömmliche Deutungen des Versuchsergebnisses
Ursprung und "Nützlichkeit" der Kontraktions-Hypothese
Neue Deutung des Michelsonversuchs
Nachträglich durchgeführte Versuchsvarianten
Wie man den Michelson-Versuch durchführen muß
Der "Faserkreisel" ersetzt den Michelson-Versuch
5.1 Versuchsanliegen, -aufbau und -durchführung
Das Michelson-Experiment, (genauer: dessen Deutung), war der Zusammenbruch eines alten und Fundament des neuen
Weltbildes. Dieser Versuch, das berühmteste und folgenschwerste Experiment in der Geschichte der Physik, wurde zum
Fundamental-Versuch für die Relativitätstheorie. Von Einstein und anderen Persönlichkeiten wurde dies Experiment als "Frage an
die Natur" bezeichnet. Das Michelson-Experiment gilt als Beweis für das ,,Gesetz von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit im
leeren Raum", das die Menschen seit fast einem Jahrhundert je nach beruflicher und charakterlicher Veranlagung entzückt oder
zur Verzweiflung bringt.
Schauen wir uns das Experiment und sein Ergebnis, das nach geläufiger moderner Sprechart "als experimentelle
Erfahrungstatsache" "keiner Interpretation bedarf", doch nochmals etwas genauer an.
Zur Problemstellung des Versuches:
In der Lorentz'schen Elektronentheorie galt der Äther als unbeweglich (4.12.3). Demnach müßte sich die Bewegung der
Himmelskörper (auch der Erde) gegenüber dem als ruhend gedachten Äther in Form eines mögli chen Einflusses auf Mitführung
und Lichtgeschwindigkeit nachweisen las sen. Den Vorstellungen über den Äther fehlte noch der direkte Nachweis seiner Existenz
durch das entscheidende große Experiment.
"Der direkte Nachweis der Existenz des Äthers wäre in der Tat die Krönung des Werkes gewesen, das die besten Köpfe der
Physik in 200 jähriger Arbeit geschaffen hatten." <41>
Auf welchen Annahmen und Erwartungen beruht nun dieses Experiment?:
Man geht grundsätzlich davon aus, daß für die Ausbreitung der Lichtwellen im Äther prinzipiell dasselbe gilt wie für die
Schallwellen in der Luft. Zur Erinnerung: Die Schallgeschwindigkeit gegenüber Luft ist konstant c, d. h. unabhängig von der
Bewegung der Schallquelle (4.14.2). Gegenüber einem Flugkörper, der sich relativ zur Luft in Ausbreitungsrichtung des Schalls
mit der Geschwindigkeit v bewegt, hat die Schallwelle die Geschwindigkeit c-v. Gegenüber dem Flugkörper, der sich mit v (relativ
zur Luft) auf eine Schallwelle zubewegt, ist die Schallgeschwindigkeit c+v. Analog wurde für die Lichtausbreitung angenommen:
Die Lichtgeschwindigkeit ist gegenüber dem Äther konstant und unabhängig von der Bewegung der anregenden Lichtquelle und
des Beobachters.
Diese Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist nicht Ergebnis des Michelson Versuches; sie war eine Vorausannahme, deren
Bestätigung vom Ausgang des Experiments erwartet wurde.
Einsteins "Konstanz der Lichtgeschwindig keit im Vakuum" ist da etwas grundsätzlich anderes. Von zahlreichen Autoren wird
dieser Unterschied fahrlässig oder irreführend verwischt II(1.5).
Unter den angenommenen Voraussetzungen müßte sich die Erde, wenn die Fixsterne als Markierungen des absoluten Raumes
angesehen werden, mit mindestens ihrer Umlaufgeschwindigkeit um die Sonne v 30 km/s gegen über dem ruhend angenommenen
Äther bewegen. Ein von der Erde in ihrer Bewegungsrichtung ausgesandter Lichtstrahl sollte demnach eine Geschwindigkeit c-v
(gegenüber der Erde) und ein entgegengesetzt gerichteter Licht strahl die Geschwindigkeit c+v (gegenüber der Erde) haben.
Versuchsanordnung:
Die gesamte Versuchsanordnung ruht gegenüber der Erdoberfläche, und es wird angenommen, daß sie sich mit der
Geschwindigkeit v 30 km/s mit der Erde relativ zum ,,ruhenden" Weltäther bewegt.
Von der Lichtquelle kommend, gelangt der Lichtstrahl zur halbdurchlässigen Glasplatte, die den Teilstrahl (1) zum Spiegel 1
durchläßt und einen an deren Teilstrahl (2) zum Spiegel 2 reflektiert. Nach der Spiegelung an S1 bzw. S2 interferieren beide
Teilstrahlen. Die Interferenz kann in einer Anzeigeoptik beobachtet oder auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden.
Gefragt ist nach dem Laufzeitunterschied, den die beiden Teilstrahlen bei ihrer Vereinigung haben ( t = t1 - t2 ).
Teilstrahl 1:
Die Zeit, in der sich der Teilstrahl 1 von der halbdurchlässigen Platte zum Spiegel Si und zurück bewegt: t1 = t1H +t1R .
Hinlauf: Der Strahl bewegt sich im Äther mit der konstanten Geschwindig keit c auf sein Ziel (Spiegel 1) zu, das ihm mit der
Geschwindigkeit v ,,davonläuft". Er hat bis zum Erreichen seines Zieles den zusätzlichen Weg l = v t1H zurückzulegen.
Dauer des Hinlaufes:
Daraus erhält man:
Das heißt: Der Lichtstrahl hat gegenüber dem Äther die Geschwindigkeit c und legt durch die Bewegung der Versuchsanordnung
die Strecke l + l zurück. Zur einfacheren Berechnung kann man das auch so auffassen, als ob der Lichtstrahl lediglich die
Strecke l1 , aber mit kleinerer Geschwindigkeit c-v durchläuft. Beide Betrachtungsweisen, die auf zwei völlig unterschiedlichen
Sachverhalten beruhen, führen, wie es im Modelldenken nicht ungewöhnlich ist, zum gleichen Ergebnis.
Rücklauf: Der Teilstrahl bewegt sich auf sein Ziel (die halbdurchlässige Platte) zu, das ihm mit der Geschwindigkeit v
entgegenkommt. Er hat also bis zum Erreichen dieses Zieles nur die Strecke l1 - l zurückzulegen.
Dauer des Rücklaufes:
Durch einfaches Umstellen erhält man:
Das heißt: Der Lichtstrahl hat in Wirklichkeit gegenüber seinem Medium die Geschwindigkeit c und hat im Äther, infolge der
Bewegung der Versuchsanordnung, die Strecke l1- I zurückzulegen. Die gleiche Zeit errechnet man auch, wenn man so tut, als
ob der Lichtstrahl die volle Strecke l1 mit der größeren Geschwindigkeit c + v durchläuft.
Somit ergibt sich die Gesamtlaufzeit für den Teilstrahl 1:
Teilstrahl 2:
t2 ist die Zeit, in der der Teilstrahl 2 von der halbdurchlässigen Platte zum Spiegel 2 und zurück läuft. Dabei ist zu beachten, daß
sich die Versuchsanordnung in der Zeit t2 um die Strecke vt2 weiterbewegt hat und der Teilstrahl 2 infolge dieser Bewegung,
,,absolut" gesehen, den dargestellten Weg nimmt.
Bild 5.1.-2:Weg des Teilstrahles 2 infolge der Bewegung der Versuchsanordnung
Voraussetzungsgemäß benötigt der Teilstrahl 2 für den zurückzulegenden Weg (2lx) die Zeit t2 = 2lx/c. Damit und aus der
Darstellung 5.1.-2 ergibt sich:
daraus
Für den Laufzeitunterschied der beiden Teilstrahlen, der für die Interferenz entscheidend ist, folgt mit l1 = l2 :
Wegen v « c entfallen die höheren Glieder der entsprechenden Taylorreihe, und es gilt die Näherung:
Für v ungleich 0, und es wurde ja vorausgesetzt, daß sich die Erde mit der Geschwindigkeit v durch den ruhenden Äther bewegt,
müßte auch t ungleich 0 sein.
Bei v = 30 km/s und c = 300000 km/s war aber der erwartete sehr kleine Laufzeitunterschied mit damaligen Mitteln kaum direkt
meßbar; er hätte jedoch bei Drehung der
Versuchsapparatur zu einer sichtbaren Verschiebung der lnterferenzstreifen führen müssen. Bei Drehung der
Versuchsanordnung um 90° wären beide Lichtwege vertauscht, und die Interferenzstreifen müßten um den gleichen Betrag nach
der entgegengesetzten Seite verschoben sein. Die maximale Verschiebung der Interferenzstreifen zu einander müßte somit
insgesamt dem doppelten Laufzeitunterschied <2 t) entsprechen.
Außerdem hängt, wie nachweisbar und einzusehen ist, die Verschiebung der lnterferenzstreifen, also die Empfindlichkeit der
Versuchseinrichtung, von der Periodendauer bzw. der Wellenlänge des verwendeten Lichtes ab. Es gilt also:
D. h.: Die bei Drehung der Anordnung zu erwartende Verschiebung der lnterferenzstreifen ist durch die konstruktive Größe l und
durch die Wellenlänge beeinflußbar.
Versuchsdurchführung:
Der erste Versuch, den Michelson 1880 in Berlin im Physikalischen Institut der Universität durchführte, scheiterte, wie berichtet
wird, an den Erschütterungen durch den Straßenverkehr.
Das zeugt zumindest davon, wie empfindlich die Versuchseinrichtung auf äußere Einwirkungen reagierte.
Michelson wiederholte daher 1881 seine Versuche in Potsdam. Er konnte dabei keinen Laufzeitunterschied feststellen. Das führte
man darauf zurück, daß der Lichtweg l in diesem Versuchsapparat nur etwa 1 m betrug, die Anordnung also relativ unempfindlich
war.
1887 führte Michelson zusammen mit Morley den Versuch mit einem wesentlich präzisierten Versuchsaufbau in Cleveland (USA)
erneut durch. Der Lichtweg war durch umlenkende Spiegel auf die Länge von 11 m vergrößert worden. Die ganze Anordnung
war, um sie möglichst erschütterungsfrei drehen zu können, auf einer Stemplatte montiert, die in Quecksilber schwamm. An der
technischen Eignung und Leistungsfähigkeit dieser Versuchsanordnung gibt es also nicht den geringsten Zweifel.
Aber auch diesmal entsprach das Resultat keinesfalls den Erwartungen. Die lnterferenzstreifen zeigten nur ganz geringfügige,
apparativ bedingte Schwankungen. Den Berichten zufolge ergab sich manchmal ein als Ätherwind deutbarer Meßwert, manchmal
nicht. In keinem Falle aber stimmten die gemessenen Werte auch nur annähernd mit den nach der Theorie erwarteten überein.
Der Versuch erfolgte mehrmals zu verschiedenen Jahreszeiten, also an verschiedenen Orten der Erde auf ihrer Bahn um die
Sonne. Er wurde später mit zunehmender Genauigkeit wiederholt.
Durch eine verbesserte Variante von Joos (1930 in Jena) hätte, wie man berichtett, ein Effekt gemessen werden können, der
einer Relativgeschwindigkeit von v = 2 km/h (!) entspricht.
Das erwartete und vorausberechnete Ergebnis war nie nachweisbar. Keiner der Versuche ergab eine ausreichende
Verschiebung der Interferenzstreifen und damit die beabsichtigte Bestätigung der Existenz des (ruhenden) Lichtäthers.
Der aufmerksame Leser und Mitdenker weiß inzwischen längst, daß der Michelson-Versuch, genauso wie auch die bereits in
(4.11) besprochenen ,,Mitführungsversuche', unter diesen gedachten Versuchsbedingungen einer Schildbürgerei ähnelt und das
erhoffte Ergebnis überhaupt nicht erbringen konnte.
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<< (4.14) "Verqueres" über Schwingungserzeugung und -ausbreitung
>> (5.2) Herkömmliche Deutungen des Versuchsergebnisses
Spur eines Jahrhundertirrtums
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<< (5.1) Versuchsanliegen, -aufbau und -durchführung
>> (5.3) Ursprung und "Nützlichkeit" der Kontraktions-Hypothese
5.2 Herkömmliche Deutungen des Versuchsergebnisses
Folgen wir zunächst einigen herkömmlichen Deutungen, die exemplarisch die Problemvielfalt und das verbreitete
Meinungsspektrum verdeutlichen.
,,Das Versuchsergebnis t = 0 wäre erklärbar, wenn die Erde im absolut ruhenden Äther ruhte; dann wäre v = 0 und folglich t =
0. Das aber ist ein sehr eigentümlicher Sachverhalt; denn es ist nicht zu verstehen, wieso ausgerechnet das willkürlich gewählte
Koordinatensystem mit der Erde als Bezugspunkt, die sich einerseits um die Sonne dreht und sich andererseits mit der Sonne im
galaktischen System der Fixsterne bewegt, eine so fundamentale Bedeutung haben soll, daß der Äther der elektromagnetischen
Wellen gerade in diesem System ruht. Die Erklärung, daß der Äther im Erdsystem ruhen solt, ist daher unbefriedigend." <67>
,,Es ist eine allgemein erwiesene Tatsache, daß die Erde nicht ruht und daß somit bei Annahme eines ruhenden Äthers v ungleich
0 sein muß. Das Ergebnis t = 0 erfordert also andere Deutungen. Eine andere Deutung bestand in der Abkehr von der absoluten
Ruhe des Äthers. Mit der Annahme, daß die sich bewegenden Körper den Äther in ihrer Umgebung mitführen, war es schon nicht
mehr möglich, die Geschwindigkeit des Körpers relativ zum Äther zu messen. Michelson und Morley nahmen an, daß der Äther
von der bewegten Erde vollständig mitgeführt werde, wie es auch der elastischen Theorie von Stokes und der elektromagnetischen
Theorie von Hertz entspricht. Michelson untersuchte, ob sich ein Unterschied der Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Höhen
über dem Erdboden feststellen lasse, aber ohne positives Ergebnis. Er folgerte daraus, daß sich die Bewegung des von der Erde
mitgenommenen Äthers in sehr große Höhen über der Erdoberfläche erstrecken müsse. Dann würde also der Äther von einem
bewegten Körper auf beträchtliche Entfernungen beeinflußt." <12>
Als weiteres Argument gegen die vollständige Mitführung wurden die Experimente benutzt, deren Ergebnis als Beweis für eine
teilweise Mitführung gedeutet werden kann. Hierzu gehören z. B. der Mitführungsversuch von Fizeau (4.11.3) wie überhaupt alle
Experimente mit bewegten (!) Versuchskörpem der Elektrodynamik und Optik.
An einer Aussage von Max Born wird das entstandene ,,Dilemma" besonders deutlich: ,,Alle diese Bemühungen", (zur Erklärung
der vollständigen Mitführung), ,,erscheinen fast überflüssig, denn hätten sie selbst zu einer einwandfreien Erklärung des
Michelson-Versuches geführt, so bliebe die ganze übrige Elektrodynamik und Optik bewegter Körper unerklärbar, die durchweg
für teilweise M itführung spricht." <12>
Max Born spricht hier allgemein von der Elektrodynamik bewegter Körper ohne aber zu wissen und zu beachten, auf welche
Bewegung es in diesem Falle ankommt.
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<< (5.2) Herkömmliche Deutungen des Versuchsergebnisses
>> (5.4) Neue Deutung des Michelsonversuchs
5.3 Ursprung und ,,Nützlichkeit" der Kontraktionshypothese
Der irische Physiker Fitzgerald veröffentlichte 1892 eine Hypothese, die Lorentz, um "seinen" ruhenden Äther zu retten, sofort
annahm und ausbaute.
Lorentz ,,erklärte" das unerwartete Ergebnis des Michelson-Versuches durch einen mysteriösen bis heute unerklärlichen
Vorgang: Der in Bewegungsrichtung der Erde liegende Arm
der Michelson1schen Versuchsapparatur soll sich verkürzen, wodurch der erwartete Laufzeitunterschied der beiden Lichtstrahlen
gerade kompensiert wird.
Für die erwartete Zeitdifterenz
muß für t = 0 erfüllt sein:
Daraus folgt durch elementare Umstellung:
Da ursprünglich l1 = l2 angenommen war, stimmt diese Gleichung nur, wenn sich l1 gegenüber der angenommenen "Ruhelänge"
verkürzt hat.
Und Lorentz verallgemeinert: Alle Körper und Maßstäbe verkürzen sich in einem gegenüber dem ruhenden Äther mit der
Geschwindigkeit v bewegten Koordinatensystem um den
Verkürzungsfaktor
.
Damit soll nun verallgemeinert gelten:
Darin ist l0 die Länge des ruhend gedachten Stabes, l' die durch die Bewegung verkürzte Länge. Durch die nun angenommene
Verkürzung des Armes ergeben sich wunschgemäß gleiche
Laufzeiten der beiden Teustrahlen, t1 = t2 .
Lorentz erklärt die Kontraktion als Wirkung des ruhenden Äthers auf den bewegten Körper. Das mag etwa mit der Deformierung
eines Schwammes vergleichbar sein, der durch eine
,,ruhende" Flüssigkeit bewegt wird. Ein derartiger ,,Schwamm" dürfte aber nur wenn er geschoben wird, eine Kontraktion
erfahren; wenn er gezogen wird, müßte er gedehnt werden.
Nach der Lorentz'schen Kontraktionshypothese sind alle Körper, unabhängig von ihrer Beschaffenheit, im selben Maße verkürzt ,
wenn sie sich mit gleicher Geschwindigkeit
gegenüber dem Äther bewegen.
Trotz aller Ungereimtheiten: Der Lorentz´sche absolut ruhende Äther und damit die Elektronentheorie waren zunächst gerettet. Mit
der Kontraktionshypothese "beweist" Lorentz die
Existenz des Äthers. Einstein "beweist" mit dieser Hypothese die Nichtexistenz des Äthers II(1.6).
Entgegen irreführenden Formulierungen, denen man begegnet, sei betont, daß die Kontraktionshypothese nicht aus den
Lorentz'schen Transfor mationsgleichungen sondern aus einem
speziellen Versuchsaufbau zur Erklärung eines erwarteten, aber nicht eingetretenen Ergebnisses hervorgegangen ist. Andere
Versuchsaufbauten, die mit gleicher Absicht verwendet
wurden, führen nicht zu der "Erkenntnis", daß sich Längen in Bewegungsrichtung des Systems verkürzen müßten; wohl aber zur
Er kenntnis v = 0, die aus allen anderen Versuchen zum
beabsichtigten Äthernachweis hervorgeht und die auch unserer Auffassung entspricht.
Die Lorentz'sche Lorentztransformation
Die seltsame Überschrift soll darauf aufmerksam machen, daß man heute unter dem Begriff ,,Lorentztransformation" etwas
anderes versteht, als es Lorentz seinerzeit gemeint hat. Die
Lorentz'schen Gedanken zur Entstehung seiner Transformationsgleichungen lassen sich leicht nachvoll ziehen. Man möchte diese
Gedanken und Absichten verstehen, um sie nicht mit
der späteren Nutzung und Deutung der "Lorentztransformation" durch Einstein zu verwechseln, II(1.6). Einstein nutzt die gleiche
Formel, was im Modelldenken durchaus üblich ist.
Wenn aber das Modell die physikalische Wahrheit zu repräsentieren beansprucht, möchte man sehr hell hörig auf die dem
Formelsystem unterschobenen Deutungen lauschen.
Nach der Galilei-Transformation lassen sich die Koordinaten eines ruhenden Systems (S) in die eines bewegten Systems (S')
umrechnen und umgekehrt. Dies sei einleitend gezeigt,
wobei zur Anschaulichkeit die Betrachtung nur für die x-Koordinate durchgeführt werden soll:
Bild 5.3.-1: Galilei-Transformation
Lorentz ergänzte mit seinen Auffassungen die Galilei-Transformation so, daß im System S' eine Verkürzung der Maßstäbe
gegenüber dem gedachten Ruhezustand zum Ausdruck
kommt:
Bild 5.3-2: Lorentztransformation
Im System S' ist der Abstand x'0 , mit den Maßstäben des ,,unverkürzten" Systems S gemessen, auf den Wert x' verkürzt worden,
was in S' wegen der gleichzeitig verkürzten Maßstäbe
nicht verspürt wird.
Mit den Maßstäben des Systems S wird der Abstand x' als
gemessen, also:
bzw.
Ein in x = 0 zur Zeit t = 0 ausgelöster Lichtblitz hat zur Zeit t in S den Weg x ct und in S' den Weg
zurückgelegt. An den geschrumpften Maßstäben in S' ist folglich ein größerer Meßwert,
ablesbar.
Nach Lorentz ist die Lichtgeschwindigkeit c gegenüber dem lichttragenden Äther (S) konstant und unabhängig von der Bewegung
der Quelle. Deshalb hat das Licht in S nach der Zeit t die Strecke x = ct zurückgelegt, und deshalb hat es gegenüber dem
bewegten System S' die Relativgeschwindigkeit c-v bzw. c+v. Hier wird die Lichtausbreitung im Äther noch analog zur
Schallausbreitung in Luft aufgefaßt und behandelt.
Lorentz kann folglich keinesfalls als Wegbereiter der Relativitätstheorie angesehen und verdächtigt werden. Er ,,benötigte" den
ruhenden Äther als Fundament seiner anerkannten Elektronentheorie. Ihm genügte es, eine Möglichkeit gefunden zu haben, mit
der sich das Ergebnis des Michelson Versuches und der ruhende Äther in Einklang bringen ließen.
Lorentz verteidigte bis zuletzt, (gegen die Auffassungen Einsteins), die hypothetische Möglichkeit des absolut ruhenden Äthers
und einer absoluten Zeit. Noch 1913 äußerte er: "Wie dem auch sei, aber diese Theorie - (die Theorie des unbeweglichen Äthers)
- ist in ausreichendem Grade hoffnungsvoll und befriedigt mich völlig, denn sie zwingt nicht zu einer radikalen Überprüfung
unserer Vorstellungen." <17>
Trotz ihrer inneren Widersprüche und Halbheiten zeichnet sich die Kontraktionshypothese durch einige bemerkenswerte
Besonderheiten aus, die diese Hypothese und den in ihr enthaltenen Verkürzungsfaktor nahezu in den Rang einer ,,Zauberformel"
erheben. Fassen wir die ,,zauberhaften" Eigenschaften der Kontraktionshypothese abschließend kurz zusammen:
1. Die Kontraktionshypothese "erklärt" das Ergebnis des Michelson-Versuches und ,,beweist" damit (für Lorentz) die Existenz
des ruhenden Äthers.
2. Die Kontraktionshypothese mit ihren ,,neuen" Umrechnungsbeziehungen zwischen den Systemkoordinaten ändert an der
Galilei-Transformation bei üblichen Geschwindigkeiten überhaupt nichts. Beträgt v ,,nur" 10 % der Lichtgeschwindigkeit, das
sind 30000 km/s oder 108 Mill. km/h, so erhält man den Verkürzungsfaktor von 0,995.
Beim heutigen Stand der Technik und seinen kühnsten Entwicklungsprognosen dürften Fahrzeuge mit derartigen
Geschwindigkeiten, ja selbst Geschosse, ins Reich der Utopie gehören. Für einen Raumflugkörper, der z. B. mit v = 10 km/s
die Erde umkreist, ist die errechenbare Verkürzung praktisch nicht bemerkbar und nicht bemerkenswert. Bei 50 % der
Lichtgeschwindigkeit wäre der Verkürzungsfaktor 0,866.
Man kann daher mit Berechtigung sagen, daß die Kontraktionshypothese faktisch nicht störend wirkt und keiner
Berücksichtigung bedarf.
3. Die hypothetische Längenkontraktion muß als nicht nachweisbar angesehen werden. Da sich in einem bewegten System die
mitbewegten Maßstäbe ebenfalls verkürzen sollen, ist die Verkürzung in einfacher Form nicht feststellbar, so daß kaum
Widersprüche mit der Erfahrung zu erwarten sind. Die Hypothese wurde zur Rechtfertigung der Ergebnisse des MichelsonVersuches geschaffen, sie kann durch ähnliche Versuche nicht widerlegt, sondern nur bestätigt und bei entsprechen der
Deutung ,,bewiesen" werden.
4. Mit der Kontraktionshypothese läßt sich vieles behaupten und deuten, aber nichts beweisen. Sie bietet sich somit als
Ausgangspunkt für neue unbeweisbare Theorien an. Dabei gab es beim Michelson-Versuch, dem Ursprung dieser
Hypothese, sicherlich gar keine Relativgeschwindigkeit v und folglich überhaupt keine Kontraktion.
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<< (5.2) Herkömmliche Deutungen des Versuchsergebnisses
>> (5.4) Neue Deutung des Michelsonversuchs
Spur eines Jahrhundertirrtums
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<< (5.3) Ursprung und "Nützlichkeit" der Kontraktions-Hypothese
>> (5.5) Nachträglich durchgeführte Versuchsvarianten
5.4 Neue Deutung des Michelson-Versuches
Es zeigt sich erneut, daß das Problem der vollständigen oder teilweisen Mitführung des Athers durch bewegte Körper eine
Schlüsselstellung für das Erkennen der physikalischen Wahrheit einnimmt. An dieser Frage, die sich wie ein roter Faden durch
die Entwicklungsgeschichte der Natur wissenschaft zieht, scheiterten, wie wir schon verfolgen konnten, zahlreiche
entwicklungsträchtige Gedankengänge und Theorien.
Die scheinbaren Widersprüche der ,,teilweisen bzw. vollständigen Mitführung" können nicht erkannt und gelöst werden, solange
man nur von ,,bewegten Körpern" schlechthin spricht, das jeweils spezifische Wechselwirkungsprinzip mißachtet (4.7) und dabei
stillschweigend voraussetzt, daß jede Bewegung eines Körpers Bewegung gegenüber dem Äther ist.
Man nahm irrtümlich an, daß alle bewegten Körper unter allen Bedingungen, unbeachtet der konkreten Umwelt in der sie sich
bewegen, das selbe tun: den Ather teilweise oder vollständig mitführen. Es waren immer nur die Körper, die den Äther mitführen
sollen; von der Möglichkeit, daß die Körper vom bewegten Äther mitgeführt werden, ist nie die Rede. Der Äther war allzeit nur
dazu da, etwas mit sich machen zu lassen. Wir haben dagegen der latenten Materie auch eine aktive Rolle zugestanden, wodurch
sich viele ,,unerklärbare" Dinge
wie von selbst auflösen.
Auch die Lösung des ,,Problems" der teilweisen und vollständigen Mitführung wird dadurch so unglaublich einfach: Jede
Bewegung eines Kör pers gegenüber der ihn umgebenden und durchsetzenden latenten Materie ist mit einer teilweisen Mitführung
der latenten Materie verbunden. Bewegte latente Materie kann den Körper, den sie durchsetzt, vollständig oder nahezu vollständig
mitführen.
Zum Beispiel:
Es kann eine (mit einem groben Sieb vergleichbare) Körperanordnung, die in bewegter Flüssigkeit schwimmt oder schwebt,
vollständig von der Flüssigkeit mitgeführt werden; der Körper hat dabei keine Relativgeschwindigkeit zu der ihn umgebenden
und durchsetzenden Flüssigkeit. Bewegt man aber den Körper gegenüber der Flüssigkeit, so wird er auf die Flüssigkeit eine
(teilweise) mitführende Wirkung ausüben.
Ein weitmaschiger Körper, der sich im Rotationszentrum einer (differenziell) rotierenden Flüssigkeit befindet und mitroüert,
wird u. U. von der Flüssigkeit vollständig mitgeführt, d. h. es gibt keine Relativgeschwindigkeit zwischen seiner Oberfläche
und der ihn ,,hautnah" umgebenden Flüssigkeit.
,,Die Vorstellung von der vollständigen Mitführung des Äthers schien aber vielen eine allzu gekünstelte Hypothese zu sein. Der
Äther verwandelte sich auf diese Weise aus einem festen Körper in eine seltsame Sülze, die eine ungeheure Elastizität und eine
unbegrenzte Zähigkeit in sich vereinen mußte. Sterne und Planeten müßten Ätherschweife hinter sich ziehen. Auch alle anderen
bewegten Körper hätten entsprechend ihrer Größe Ätherschweife besitzen müssen. Man hätte ja nun auch noch erklären müssen,
wie die Ätherströmungen, die durch die Bewegung verschiedener Körper verursacht werden, in Wechselwirkung treten, wie sich
die Lichtwellen im sich bewegenden Äther und in den Zonen ausbreiten, wo die Ätherströmungen allmählich abflauend in das
unbewegliche Äthermeer übergehen." <49>
Zur ,,seltsamen Sülze" ist zu bemerken, daß die Weltmeere mit ihren un ermeßlichen Wassermassen und die Luftmassen der
Atmosphäre auch so eine ,,seltsame Sülze" darstellen. Diese Massen befinden sich, wie alle wissen, und was niemand als
unerklärbar und folglich als abschaffungs würdig hinstellt, in unaufhörlicher Bewegung und Wechselwirkung, wobei seit ewigen
Zeiten Strömungen, Wirbel und Gebiete relativer Ruhe turbulent oder allmählich abflauend ineinander übergehen. Und die Schallund Wasserwellen breiten sich dennoch aus. Wir werden uns wohl auch noch an rotierend abflauende Schweife gewöhnen und
diese mit Selbstverständlichkeit jedem Medium zugestehen müssen.
Stellen wir nun den Michelson-Versuch in seinen größeren Zusammenhang:
Unsere Galaxis, ein ,,winziger" Bestandteil des gesamten Weltalls, ist ein diskusförmiger, differentiell rotierender Wirbel der
latenten Materie. Die Sonne umläuft das Galaxiszentrum ein Mal in 250 Millionen (!) Jahren. Scheinbar leben wir im
"Stillstand", denn in den 2000 Jahren, in denen der Mensch bewußt das Weltall verfolgt, hat sich die Sonne um etwa 20
Winkelsekunden (!) weiterbewegt.
Aber dennoch, wegen seiner riesigen Entfernung vom galaktischen Zentrum, (10000 pc), (1 pc = 3,0856.1013 km 3,2615
Lichtjahre), bewegt sich das Sonnensystem mit einer Bahngeschwindigkeit (absolut?) von 250 km/s im galaktischen Wirbel.
Angesichts dieser Tatsache erhebt sich die Frage, weshalb die Projektanten des Michelson-Versuches und die Fürsprecher
des absoluten Raumes nicht diese Geschwindigkeit als mutmaßliche Geschwindigkeit der Erde gegenüber dem als absolut
ruhend angenommenen Ather voraussetzten. Für unsere Deutung, das sei betont, hat diese Geschwindigkeit keinerlei Einfluß
auf den Ausgang des Michelson-Versuches.
Der differentiell rotierende Sonnenwirbel der latenten Materie, mit etwa den räumlichen Abmessungen des Sonnensystems, in
dessen Rotationszentrum sich die Sonne befindet, hat die Bahngeschwindigkeit 250 km/s und macht die Vorgänge, die sich
innerhalb des Wirbels abspielen, von bestimmten direkten äußeren Einwirkungen unabhängig.
Die Sonne selbst, da sie kein fester Körper ist, rotiert differentiell und hat, zumindest in ihren äußeren Bereichen, eine
Relativbewegung gegenüber der latenten Materie.
Der Erdwirbel, als Unterwirbel des Sonnenwirbels, umläuft die Sonne im Sonnenwirbel mit der Geschwindigkeit v = 30 km/s.
Die Erde befindet sich im Rotationszentrum des differentiell rotieren den Erdwirbels der latenten Materie und hat, da sie ein
hochverdichteter fester Körper ist, vermutlich gar keine oder nur eine sehr geringe Relativgeschwindigkeit gegenüber der sie
,,hautnah" umgebenden latenten Materie.
Der Michelson'sche Versuchsapparat war stets von ,,ruhender" latenter Materie umgeben. Das bedeutet: v = 0 und 8 t = 0
Die Frage nach vollständiger oder teilweiser Mitführung des Äthers durch schlechthin gesagt ,,bewegte Körper" konnte unter
den falschen Voraussetzungen (5.1) bei der gewählten Meßmethode auch durch diesen hochpräzisen Versuchsapparat nicht
beantwortet werden, denn es gab keine Bewegung gegenüber der latenten Materie. Die Erde mit dem Versuchsapparat
wurde im Mittelpunkt des Erdwirbels der latenten Materie vollständig mitgeführt.
Die Berichte und Informationen über Ergebnisse auch der nachträglich durchgeführten Versuchsvarianten sind deshalb
äußerst kritisch und aufmerksam zu prüfen. Man erwartete stets ein Versuchsergebnis, das etwa als v = 30 km/s gedeutet
werden konnte. Die tatsächlichen Ergebnisse wurden möglicherweise oft als apparativ bedingte oder durch die Umwelt
verursachte Schwankungen verworfen, denn "niemals aber stimmten die gemessenen Werte auch nur annähernd mit den
nach der Theorie zu erwartenden überein".
Wir erwarten ein Meßergebnis, das etwa als v = 0 und folglich t = 0 gedeutet werden kann, denn nach unserer Auffassung,
die nun bereits zur Überzeugung gereift ist, gibt es an der Erdoberfläche keinen "Ätherwind", sondern bestenfalls ein leichtes
,,Athersäuseln"
Man beachte die nachträglich durchgeführten Versuchsvarianten (5.5).
Inhalt
<< (5.3) Ursprung und "Nützlichkeit" der Kontraktions-Hypothese
>> (5.5) Nachträglich durchgeführte Versuchsvarianten
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
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>> (5.6) Wie man den Michelson-Versuch durchführen muß
5.5 Nachträglich durchgeführte Versuchsvarianten
5.5.1 Versuche in "größeren" Höhen
5.5.2 Versuch von Trouton und Noble
5.5.3 Versuch von Champeney
5.5.1 Versuche in "größeren" Höhen
Das Ergebnis des Michelson-Versuches erweckte den Anschein, daß die Erde den Äther vollständig mitführt. Man nahm nun an,
daß vielleicht von der durch den Weltraum rasenden Erdkugel eine mehr oder weniger dicke Ätherschicht mitgerissen wird, so
daß sich ein ,,Ätherwind" erst in größeren Höhen bemerkbar macht. Genannt werden in dem Zusammenhang ein 1925
durchgeführter Versuch im 1742 m ,,hoch" gelegenen Mount-Wilson- Observatorium und ein 1927 in ,,großen" Höhen
durchgeführter Ballonversuch. Was kann von solchen Versuchen in unserem Sinne eigentlich erwartet werden?
Was sind in diesem Zusammenhang ,,größere" Höhen? Die Frage lautet auch: Welche quantitativen Bewegungen führt die latente
Materie im Innern des Erdwirbels aus, und in welchen Höhen sind überhaupt meßbare Unterschiede dieser Bewegung zu
erwarten?
Das ist allgemein die grundsätzliche Frage nach der Bewegung der Materie im Innern eines diskusförmigen Materiewirbels, der
allseitig von außen nach innen abgebremst wird und folglich differentiell rotiert. Exakte Aussagen zu dieser Wirbelbewegung, die
auch für die Luft- und Wasserwirbel noch zu erforschen sind, werden erst nach umfassenden Untersuchungen und Messungen
möglich sein. Eine exakte mathematische Erfassung derartiger Bewegungsvorgänge wird einen ungerechtfertigt hohen Aufwand
erfordern, folglich wird man sich auf zweckgerichtete Näherungen einzustellen haben (6). Wir begnügen uns deshalb zunächst im
folgenden mit groben Näherungen und legen vorrangig Wert auf eine qualitative Aussage. Verwendete Zahlenwerte sollen nur die
qualitative Aussage verdeutlichen helfen.
Der Wirkungsradius der Erde, in dem noch ,,Erdanziehungskräfte" nachweisbar sein sollen, wird mit etwa 900000 km angegeben.
Diesen Radius wollen wir auch als Wirkungsradius des Erdwirbels der latenten Materie ansehen. Die genannten ,,größeren"
Höhen liegen so gesehen noch immer ganz in der ,,Nähe" der Erdoberfläche. Über die Bewegung der latenten Materie im Innern
des Erdwirbels lassen sich zunächst nur grobe Vermutungen anstellen. Die Natur beschert uns aber eine große Anzahl
beachtenswerter natürlicher Experimente.
So bewegen sich z.B. alle Körper unseres Sonnensystems, mit wenigen Ausnahmen, in einer flachen Ebene, (Wirbel-ÄquatorEbene), um die Sonne.
Es ist denkbar, daß die Bahnen der Himmelskörper bereits seit ihrer Entstehung in dieser Ebene liegen, aber auch, daß sie erst
im Verlaufe von Milliarden Jahren in diese Ebene hineingedreht worden sind. Es scheint so, daß alles, was im Bereich dieser
einheitlichen Ebene geschieht, relativ beständig und gesetzmäßig abläuft.
Nach unserer Auffassung ist, wie schon mehrmals betont, die latente Materie an Entstehung und Bewegung der Himmelskörper
und auch an der Aufrechterhaltung einer ihnen erteilten Bewegung aktiv und ursächlich beteiligt. Deshalb muß zwischen der
Bewegung der Planeten und der latenten Materie um die Sonne ebenso ein gesetzmäßiger Zusammenhang bestehen wie
zwischen der Bewegung der Satelliten und der latenten Materie um die Erde.
Aus dem Gravitationsparameter µ = Gm, wobei G die Gravitationskon stante und m die Masse der Sonne bzw. der Erde ist (4.3),
ergibt sich die erforderliche Kreisbahngeschwindigkeit für einen Planeten bzw. Satelliten zu
. Dann ist r die Entfernung vom Rotationszentrum des Wirbels.
Der Gravitationsparameter µ wird seit Newton als eine Größe aufgefaßt, die die ,,Massenanziehungskraft" eines Himmelskörpers
charakterisiert. In unserem Sinne ist µ eine Zustandsgröße des Wirbels der latenten Materie, die unabhängig davon ist, ob sich im
Wirbelzentrurn eine kompakte Masse befindet oder nicht.
Man hat dem Wirbelzentrum eine Masse der Größe "zugeschrieben", die zur Übereinstimmung der berechneten
Bewegungsabläufe mit den Beobachtungstatsachen erforderlich ist (4.3). Für die Erde bzw. für den Erdwirbel der latenten Materie
errechnet man den Gravitationsparameter:
Damit lassen sich die erforderlichen Bahngeschwindigkeiten für einen Körper, der die Erde umläuft, in Abhängigkeit von seiner
Entfernung r zum Erdmittelpunkt bzw. zum Wirbelzentrum berechnen.
Folgende Tabelle und die Darstellung 5.5.1-1 sollen auf die orientieren, die in ,,Nähe" der Erdoberfläche zu erwarten sind.
r in km v in km/s r in km v in km/s h in km
800 000 0,706
6978 7,558
600
700 000 0,755
6878 7,613
500
600 000 0,815
6778 7,669
400
500 000 0,893
6678 7,726
300
400 000 0,998
6578 7,784
200
300 000 1,153
6478 7,844
100
200 000 1,412
6388 7,89926 10
100 000 1,996
6387 7,89988 9
90 000 2,104
6386 7,90050 8
80 000 2,232
6385 7,90111 7
70 000 2,386
6384 7,90173 6
60 000 2,577
6383 7,90235 5
50 000 2,823
6382 7,90297 4
40 000 3,157
6381 7,90359 3
30 000 3,654
6380 7,90421 2
20 000 4,464
6379 7,90483 1
10 000 6,313
6378 7,90545 0
9 000 6,655
6000 8,151
8 000 7,059
5000 8,929
Tabelle 5.5.1-1: Die für einen Erd-Satelliten (theoretisch) erforderliche Kreisbahngeschwindigkeit.
Für die Berechnung des theoretischen Kurvenverlaufes wird die Masse der Erde als punktförmig angenommen, was für große
Entfernungen unbedeutend ist. Aber auch für die ,,Erdnähe" wird der theoretische Kurvenverlauf durch die tatsächliche
Bewegung künstlicher Himmelskörper noch gut bestätigt.
Ein Beispiel aus dem umfangreichen Tatsachenmaterial: Für einen Flugkörper auf nahezu kreisförmiger Bahn in einer Höhe von
500 km wird bei einem Neigungswinkel von 2,99" eine
Umlaufpenode von 94,49 min angegeben. Die Bahnebene des Satelliten liegt also nahe der Äquatorebene, und seine ,,Flughöhe"
über der Erdoberfläche beträgt bei dem in der Darstellung 5.5.1-1 verwendeten Maßstab nur einen Millimeter. Für diese Höhe
errechnet sich mit dem Radius r = 6878 km eine theoretische Bahngeschwindigkeit VK = 7,613 km/s. Für die wirkliche
Bahngeschwindigkeit erhält man:
.
Dadurch wird der theoretische Kurvenverlauf vorzüglich bestätigt (!).
Mit h ist in der Tabelle zusätzlich die Höhe über dem Erdäquator angegeben. (Erdradius am Äquator: 6378 km). In der Raumfahrt
wird meistens die Höhe über dem mittleren Erdradius (6371km) genannt. Damit ergäbe sich z. B. in ,,Höhe" der Erdoberfläche
eine Geschwindigkeit v 7,91 km/s und für eine Parkbahn in etwa 200 km Höhe v = 7,79 km/s.
Die Darstellung 5.5.1-1 enthält nur einen winzigen Ausschnitt1 knapp ein Hundertstel, der Ausdehnung des Erdwirbels. Um nur
noch den Mond in der Darstellung unterzubringen, müßte die r - Achse bei dem gewählten Maßstab etwa 50-fach verlängert
werden. Wir befinden uns also mit unserem Ausschnitt ganz in Erdnähe. Erstaunlich nur, wie das Krümchen Erde seinen
"Massenanziehungsbereich" beherrscht. Man beachte in die sem Zusammenhang auch das erstaunliche Rechenexempel in (4.3).
Bild 5.5.1-1: Darstellung vK f(r) und vL f(r) für den Erdwirbel
Wir stellen fest:
Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, ändert sich vK in Erdnähe auf 1 km Höhenunterschied um 62 cm/s.
Die Umfangsgeschwindigkeit der Erde am Äquator beträgt bei der Rotationsperiode von 23 h, 56 min, 4s: vE =
rE = 2
nrE = 0,4648 km/s.
Die Erdoberfläche hat keine bemerkbare oder bemerkenswerte Relativgeschwindigkeit zu der sie umgebenden latenten
Materie, das hat der Michelson-Versuch bewiesen.
Für einen bestimmten Radius r ist folglich die Geschwindigkeit der latenten Materie bekannt: an der Erdoberfläche, bei h = 0,
r= 6378 km, ist vE=vL .
Damit ergibt sich ein Verhältnis:
Läßt sich daraus auf die Bewegung der latenten Materie schließen?:
Zunächst wären drei grundsätzliche Möglichkeiten in Erwägung zu ziehen: Die latente Materie im Abstand r vom
Wirbelzentrum bewegt sich entweder mit größerer oder mit gleich großer oder mit kleinerer Geschwindigkeit als die durch sie
,,angetriebenen" Himmeiskörper.
Bei den zwei erstgenannten Möglichkeiten müßte die Geschwindigkeit der latenten Materie sprunghaft vom Wert VE = VL =
0,4648 km/s auf mindestens VK = 7,9 km/s ansteigen. Das ist aber unwahrscheinlich.
So liegt der Gedanke nahe, daß die latente Wirbelmatene langsamer rotiert als die durch sie ,,angetriebenen" Körper. Dies
kann zunächst als ungewöhnlich empfunden werden, aber es gibt keine Veranlassung, daran zu zweifeln. Die Kraftwirkungen
des Wirbels auf kompakte Körper sind nicht nur als ,,Strömungswiderstand" deutbar; sonst könnte es keine gegenläufige
Bewegung geben. Erklärbar ist die Kraftwirkung im Wirbelinnern als Folge der Entstehung eines tangentialen und radialen
Druckgefälles durch die differentielle Rotation des Wirbels.
Man möge diese Erscheinung mit dem Auftrieb in Flüssigkeiten und in Luft vergleichen: Sogar im ruhenden (!) Medium
erfährt ein Körper durch das vorhandene Druckgefälle eine Kraftwirkung (Auftrieb).
Wir gehen also davon aus, daß der Geschwindigkeitsverlauf vL = f(r) der latenten Materie über der Erdoberfläche qualitativ
dem Geschwindigkeitsverlauf der umkreisenden Himmelskörper vK = f(r) vergleichbar ist. Dividiert man alle Werte der Kurve
vK = f(r) durch 17, wobei hier dennoch nur die qualitative Aussage betont sei, erhält man die in Bild 5.5.1-1 ebenfalls
dargestellte Kurve vL = f(r).
Demnach ändert sich in Erdnähe am Äquator die Geschwindigkeit der latenten Materie auf 1 km Höhenunterschied um
etwa 3,6 cm/s (!).
So gesehen waren die eingangs erwähnten Versuche in einer ,,Höhe" von 1742 m und in Ballonhöhe, (10-20) km, bei denen man
bestrebt war, eine Relativgeschwindigkeit von 30 km/s nachzuweisen, völlig aussichtslos. Bemerkenswert ist ein von Miller 1925
auf dem Mount Wilson durchgeführter Versuch. Im Gegensatz zu den üblichen Mitteilungen, daß keiner der Ätherversuche eine
Relativgeschwindigkeit zum Äther nachgewiesen habe, berichtet Delokarow, daß bei einer Wiederholung des MichelsonVersuches auf dem Mount Wilson eine lnterferenzverschiebung gemessen wurde, die einer Relativgeschwindigkeit der Erde zum
Äther von etwa 10 km/s entspricht. Die Gegner Millers hätten ihn jedoch verhöhnt und die wissenschaftliche Bedeutung seiner
Versuche in Frage gestellt. Vavilow soll dazu geäußert haben: ,,In den Versuchen Millers muß man die Beobachtung von ihrer
Interpretation unterscheiden. Miller interpretierte den Effekt als Resultat der Bewegung des ganzen Sonnensysterns. Das rief
Zweifel hervor." <17>
Sicherlich ist bei derartigen Versuchen die Möglichkeit örtlicher Anomalien in der Bewegung der latenten Materie nicht
auszuschließen. Diese wären als Ergebnis verschiedenster materieller Wechselwirkungen, vergleichbar mit Luft- und
Meeresströmungen, durchaus erklärbar.
Zweifeln muß man an der wissenschaftlichen Lauterkeit derjenigen, die solche gemessenen Tatsachen negieren, weil diese nicht
der Erwartung entsprechen oder nicht in eine vorherrschende Theorie einzuordnen sind.
5.5.2 Versuch von Trouton und Noble
Versuchsanliegen:
In der Elektronentheorie (4.12.3) deutet Lorentz, gestützt auf experimentelle Tatsachen, alle grundlegenden Erscheinungen der
Elektrodynamik als Ätherwirkung. Wenn es den absolut ruhenden Ather gibt, wie es Lorentz annahm, und wenn die
elektromagnetischen Erscheinungen Ätherwirkungen sind, müßte ein elektrischer Dipol (geladener Kondensator), wenn er sich mit
konstanter Geschwindigkeit und geradlinig gegenüber dem Äther bewegt, auf sich selbst ein Drehmoment ausüben. Somit sollte
zugleich die Bewegung der Erde gegenüber dem ruhend angenommenen Äther nachgewiesen werden. Der Versuch ist im
Grundanliegen dem Michelson-Versuch vergleichbar und wird ebenfalls als Fundamentalversuch der Relativitätstheorie bezeichnet,
der speziell die Gültigkeit des Relativitätsprinzips für die Kombination Mechanik/Elektrodynamik nachweist.
Versuchsanordnung (Draufsicht):
Bild 5.5.2-1: Trouton-Noble-Versuch
Versuchsprinzip:
Die Versuchsanordnung ist im Aufhängepunkt drehbar, aber ruhend gegenüber der Erde, aufgehangen. Sie bewegt sich, wie
(irrtümlich) angenommen wurde, gemeinsam mit der Erde und v=30 km/s durch das ruhende ,,Äthermeer'. Die
Versuchsanordnung ist um den Winkel ß gegenüber der (vermeintlichen) Bewegungsrichtung gedreht.
Gemäß dem Gesetz von Biot-Savart
erzeugt die ,,bewegte" positive Punktladung, (sofern sie sich tatsächlich in ihrem Wechselwirkungssystem bewegt), am Ort der
negativen Ladung die magnetische Feldstärke
.
Die Richtung der erzeugten magnetischen Feldstärke entspricht für die bewegte positive Ladung dem Bewegungssinn der
Rechtsschraube.
Gleichermaßen bewirkt die bewegte negative Punktladung am Ort der positiven Ladung eine magnetische Feldstärke von gleichem
Betrag. Für die bewegte negative Ladung ist die erzeugte magnetische Feldstärke dem Rechtsschraubensinn entgegengerichtet.
An beiden Orten durchsetzen also die magnetischen Feldlinien in der Darstellung 5.5.2-1 die Ebene gleichsinnig (von oben nach
unten).
Auf eine im Magnetfeld bewegte Ladung wirkt die Lorentzkraft:
; Betragsform: F = Q v B sin .
Diese Kraft wirkt, wie in der Formel erfaßt und im Bild dargestellt, recht winklig zur Bewegungsrichtung der Anordnung.
Da v und B stets senkrecht aufeinanderstehen, ( = 90° und sin = 1), gilt folglich F =Q v B = Q v µ0 H.
Somit ergibt sich für die beiden gleich großen Kräfte:
Jede der beiden Kräfte bewirkt, von oben gesehen, ein linksdrehendes Drehmoment um den Punkt P:
Gesamtdrehmoment: Mges = 2 M = F l cosß =
Mit a = 180° -ß , sin(180°- ß) = sin ß und sinß cosß = ½sin(2ß)
folgt:
Versuchsergebnis:
Es konnte mit dieser Versuchsanordnung unter den genannten Annahmen und Versuchsbedingungen kein Drehmoment
nachgewiesen werden, obwohl das"Gesetz von Biot-Savart" und die "Lorentzkraft" durch andere Versuche der Elektrodynamik
vorzüglich bestätigt werden und in Anwendung sind.
Das war ein Duell Lorentz gegen Lorentz! Entweder sind die elektrornagnetischen Vorgänge keine Atherwirkung, oder es gibt gar
keinen Ather, oder es gibt keinen absolut ruhenden Äther.
Das Versuchsergebnis ist nicht verwunderlich! In anderen elektrodynamischen Versuchen und Anwendungen bewegen sich
elektrische Ladungen tatsächlich in ihrer unmittelbaren stofflichen Umwelt. Bei diesem Versuch aber, wie bei den anderen
Äthernachweis-Versuchen, hatte die Versuchseinrichtung keine Bewegung gegenüber dem Äther bzw. der latenten Materie. Es
war v = 0 ! Damit ergibt sich praktisch und in obiger Formel kein Drehmoment.
In moderner Deutung sieht man in diesem Versuchsergebnis eine Bestätigung des "lnertialsystems" und des ,,Speziellen
Relativitätsprinzips" (Gleichwertigkeit der Bezugssysteme), bei denen die Ursache einer Erscheinung nicht in der stofflichen
Wechselwirkung, sondern "schlechthin' in einer beliebig wählbaren Relativbewegung gesehen wird.
5.5.3 Versuch von Champeney
Dieses Experiment ist eine 1963 durchgeführte Variante des Michelson Versuches.
Versuchsanordnung:
Bild 5.5.3-1: Versuchsaufbau von Champeney
Versuchsprinzip:
Laufzeitunterschiede der Signale des Senders von 5 nach A, die bei der Bewegung der Anordnung gegen den Äther auftreten
würden, führen zu Frequenzänderungen fA und wären in D registrierbar.
Laufzeit der Signale von S nach A:
Mit den Voraussetzungen zum Michelson-Versuch (5.1, S.108) ergibt sich:
;
(Näherung für v/c « 1).
Die Laufzeit der Signale hätte demnach, statisch betrachtet, für jede Winkeleinstellung
Rotieren S, A und D mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
einen anderen Wert.
, ergibt sich eine zeitabhängige Laufzeit der Signale:
Bei Rotation der Anlage müßte sich folglich die Laufzeit der Signale, d. h. ihr zeitlicher Signalabstand, ändern, und die in A durch
D beobachtbare Frequenzänderung wäre der Laufzeit proportional.
Laufzeitänderung:
Frequenz der in A eintreffenden Impulse:
Damit ergibt eich ein zu erwartendes Frequenzverhältnis:
Diese Frequenzänderung wird in der Versuchsanordnung durch Ausnutzung des Mößbauereffektes im Detektor zur Anzeige
gebracht. Der Mößbauereffekt hat für das Prinzip des Versuches keine Bedeutung. Er dient hier lediglich als Mittel zum Zweck der
Anzeige des erwarteten Ergebnisses, weil er insbesondere zur Messung sehr kleiner Frequenzänderungen vorzüglich geeignet ist.
Für diese Versuchsanordnung wurde ein Verhältnis v/c = 10-10 noch als nachweisbar angesehen.
Versuchsergebnis:
Es konnte in diesem Versuch keine Frequenzänderung und folglich auch kein Laufzeitunterschied festgestellt werden. Durch die
Längenkontraktion allein ist das Ergebnis nicht erklärbar. Das Versuchsergebnis gilt heute neben dem Michelson-Versuch als
Bestätigung der Einstein'schen Hypothese von der ,,Konstanz der Vakuumlichtgeschwindigkeit".
In unserer Deutung besagt auch dieses Versuchsergebnis, daß es am Ver suchsort keine Relativgeschwindigkeit zwischen der
Versuchseinrichtung und der latenten Materie gegeben hat. In obiger Formel war in Wirklichkeit v = 0! Das ist ausführlich
erläutert in (4.11) u. (5.4). In diesem Versuch wurde nur ,,bewiesen", daß bei v=0 auch fA=fS ist.
Damit sei die Betrachtung der Versuche beendet, deren vielfältige Deutung stets nur Interpretation ihres ,,Schweigens" war und
ist. Ob es nicht doch eine Möglichkeit gibt, diese stummen, hochpräzisierten Versuchsapparaturen zu einer aktiven Antwort auf
die durch sie an die Natur gerichteten Anfragen zu bewegen ?
Inhalt
<< (5.4) Neue Deutung des Michelsonversuchs
>> (5.6) Wie man den Michelson-Versuch durchführen muß
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (5.5) Nachträglich durchgeführte Versuchsvarianten
>> (5.7) Der "Faserkreisel" ersetzt den Michelson-Versuch
5.6 Wie man den Michelson- Versuch durchführen muß
Der Michelson - Versuch ist die experimentelle Hauptstütze der Relativitätstheorie. In ihm sieht man den Beweis dafür, daß es kein
lichftragendes Medium gibt und der Raum folglich stoffiich leer ist, daß alle Bezugssysteme gleichberechtigt sind (spezielles
Relativitatsprinzip) und das Wirken der Naturgesetze durch die Relativbewegung der Bezugssysteme zueinander bestimmt wird,
daß die Lichtgeschwindigkeit im nun leeren Raum, unabhängig von der Relativgeschwindigkeit der Bezugssysterne zueinander,
immer konstant ist und daß alle daraus abgeleiteten Folgerungen ebenfalls bewiesen sind. Ausführlich in II(1.3 bis 1.6).
Wir stellen die Prämissen der Relativitätstheorie in Frage und behaupten das Gegenteil: Das Existenzprinzip einer latenten Materie
(3.2), das Wirbelprinzip der latenten Materie (3.3), das Wechselwirkungsprinzip (4.7) und das Prinzip der Konstanz der
Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle im jeweils tragenden Medium (4.14.2).
Beide Auffassungen schließen sich völlig einander aus. Nur eine dieser beiden kann der Wirklichkeit entsprechen. Da liegt es
nahe, den Michelson-Versuch oder eine seiner nachträglichen Varianten erneut als ,,Schiedsrichter" zwischen beiden
unversöhnlichen Grundauffassungen anzurufen.
Nach unserer Auffassung wird das Wirken eines Naturgesetzes nicht dadurch bestimmt, welche Bewegung ein Bezugssystem
(Versuchsobjekt) gegenüber dem absoluten Raum, oder den Fixsternen, oder den fernen Massen, oder irgendeinem sich
irgendwie bewegenden Inertialsystem hat. Man beachte hierzu die ausführlichen Darlegungen in (4.6) und (4.7).
Nach dem Wechselwirkungsprinzip ist das Wirken eines Naturgesetzes direkte Wechselwirkung materieller Strukturen. Das
Naturgesetz, das Entstehung, Ausbreitung und den Empfang der Lichtwellen bewirkt, beruht auf direkter stofflicher
Wechselwirkung des "Senders" bzw. des "Empfängers" mit der latenten Materie.
Alle Äther-Nachweisversuche, die von der Annahme ausgehen, daß sich die Erde mit der Geschwindigkeit v = 30 km/s durch den
absolut ruhenden Äther hindurchbewegt, sie sind in diesem Sinne alle als Varianten des Michelson-Versuches anzusehen, haben
ergeben, daß die Erdoberfläche keine Relativbewegung zum "Äther" bzw. der latenten Materie hat.
So ergibt sich wohl eine sehr triviale Lösung: Will man die Relativgeschwindigkeit einer Versuchsanordnung gegenüber dem
"Äther" messen, dann muß diese Versuchsanordnung entweder schon eine Relativgeschwindigkeit gegenüber dem "Äther"
haben,oder man muß ihr eine geben.(!)
Bei Beachtung aller bisherigen "Versuchsergebnisse" heißt das:
Eine Versuchsanordnung, mit der an der Erdoberfläche eine Wechselwirkung mit der latenten Materie nachgewiesen werden soll,
muß eine meßbare Bewegung gegenüber der Erdoberfläche haben. Ein einziger klassischer Versuch hat das bereits früher
gezeigt: der Mitführungsversuch von Fizeau. In diesem Versuch hafte das Versuchsobjekt, das Wasser, eine Bewegung
gegenüber der Erdoberfläche (4.11.3). Die elektrodynamischen Vorgänge beweisen es täglich!
Die Auflösung des ,Problems" klingt scherzhaft einfach. Doch sie ist wohl die schlichte Wahrheit zur Klarstellung eines ernsthaften
"Scherzes", den sich die Wissenschaft schon über 100 Jahre geleistet hat.
Wie könnte der praktische Beweis im Prinzip ausgeführt werden?:
Für den Versuchsaufbau von Champeney wird ein Verhältnis v/c = 10-10 als noch nachweisbar genannt. Das entspricht einer
Geschwindigkeit der Versuchsanordnung gegenüber der Erdoberfläche von 3 cm/s (!). Das ist ,,Schleichbewegung", die sich
bereits mit einem langsam fahrenden Spezialfahrzeug oder auf dem Rand eines langsam rotierenden Spezialkarussels, allerdings
nicht erschüfterungsfrei, realisieren ließe.
Für die ,,klassische" Variante des Michelson-Apparates wurde ein Verhältnis v/c = 10-7,5 als noch nachweisbar genannt; das
entspricht einer erforderlichen Geschwindigkeit von etwa 10 mis (36 krn/h) gegenüber der Erdoberfläche. Moderne Geräte, die
gelegentlich in physikalischen Laboratorien vorrangig noch zu Lehr- und Ausstellungszwecken gefertigt werden, stehen ihren
Vorgängern in der Empfindlichkeit nicht nach und sind zudem wesentlich kleiner und leichter. Die erforderliche Geschwindigkeit
wäre aber nicht erschüllerungsfrei zu verwirklichen.
Möglicherweise dürfte schon mit Luftschiffen, die wieder zunehmend unseren Himmel beleben, eine Geschwindigkeit v = 40 km/h
erschütterungsarm realisierbar sein. Auf diese Weise wären allerdings nur örtliche Untersuchungen und Messungen möglich.
Unser Vorschlag:
Durchführung des Michelson-Versuches als erneuerte ,,Anfrage an die Natur" in einer Raumstation als Weltraumexperiment. In
diesem Falle kann der Versuch mit einer hochempfindlichen Apparatur und erschütterungsfrei ausgeführt werden, und er
ermöglicht großräumige, globale Meßergebnisse und qualitative Aussagen.
Nach der Wirbelauffassung wird der Erdwirbel der latenten Materie allseitig von außen nach innen abgebremst, und er rotiert
differentiell. Aufgrund der in (5.5.1) dargestellten Erkenntnisse und Schlußfolgerungen kann davon ausgegangen werden, daß die
Kreisbahn-Geschwindigkeit eines Raumflugkörpers schon in Nähe der Äquatorebene der Erde beachtlich größer ist als die
Geschwindigkeit der latenten Materie des Erdwirbels im Abstand r. Dieser Sachverhalt müßte sich meßtechnisch eindeutig und
überzeugend nachweisen lassen.
Schon für ein Raumschiff mit geringer Bahnneigung, das die Erde von West nach Ost umrundet, dürften in (500-600) km Höhe
bei einer Bahngeschwindigkeit von (8-10) km/s etwa 90% dieser Geschwindigkeit als Relativgeschwindigkeit gegenüber der
latenten Materie meßbar sein. Diese quantitative Aussage sei zunächst, wie bereits in (5.5.1) betont, nur als grober Richtwert
aufgefaßt.
Diese Unsicherheit entfällt, wenn für die Versuchsdurchführung eine Flugbahn mit möglichst großem Bahnneigungswinkel gewählt
wird. Mit zunehmen dem Bahnneigungswinkel dürfte sich die meßbare Relativgeschwindigkeit der Bahngeschwindigkeit der
Raumstation annähern. Derzeitige bemannte Raumstationen haben bei etwa 50° bis 60° Bahnneigung eine Bahngeschwindigkeit
von (8-10) km/s. Bei dieser Bahnneigung bzw. -geschwindigkeit dürfte die Relativgeschwindigkeit zur latenten Materie sogar so
groß sein, daß es möglich sein wird, eine Versuchsapparatur geringerer Empfindlichkeit einzusetzen.
Die wegen der differentiellen Rotation unterschiedliche Horizontalgeschwindigkeit der latenten Materie im Erdwirbel, (längs der
Breitenkreise), die nach Bild 5.5.1-1 für die Äquatorebene bei etwa 450 m/s liegt, die eine breitenkreisabhängige
Querkomponente zur Bahn der Raumstation hat, dürfte die Messung nicht beeinflussen, weil sie sehr viel kleiner als die
Lichtgeschwindigkeit ist.
Der wissenschaftliche Wert dieses Versuches ist unbestreitbar:
Er wäre, wenn er das erwartete Ergebnis beweist, schlicht gesagt, der Zusammenbruch des bisherigen und der Beginn eines
neuen physikalischen Weltbildes, die Bestätigung der Existenz der latenten Materie, ihres Wirbel- und Wechselwirkungsprinzips
und des Prinzips einer "allgemeingültigen" Konstanz der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit.
Der ökonomische Aufwand für den Versuch ist nicht genau abschätzbar. Er wird aber sehr viel kleiner sein als der Aufwand, den
man bisher zum erhofften Nachweis der Schwarzen Löcher, der Neutrinos, der Antimaterie, der Braunen Zwerge, bestimmter
Elementar- und Bindeteilchen und anderer Stützen des derzeitigen physikalischen Weltbildes betrieben hat.
Inhalt
<< (5.5) Nachträglich durchgeführte Versuchsvarianten
>> (5.7) Der "Faserkreisel" ersetzt den Michelson-Versuch
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (5.6) Wie man den Michelson-Versuch durchführen muß
>> (6) Um eine qualitativ neue Deutung der "Gravitation"
5.7 Der Faserkreisel ersetzt den Michelson-Versuch
Den riesigen Aufwand zur Wiederholung des Michelson-Versuches kann man sich ersparen, wenn man den "Faserkreisel", ein
präzises Meßverfahren, als ausreichenden Beweis gegen die Hauptstütze der Relativitätstheorie erkennt und anerkennt.
Der ,,Faserkreisel" offenbart meßbare Tatsachen. Andererseits ist aber festzustellen, daß man über das Funktionsprinzip dieses
Gerätes keine eindeutige Erklärung findet. Spärliche Funktionshinweise sind dehnbare Worthülsen und Phrasen, in denen das
Prinzip des "Faserkreisels" gar allgemein als "Effekt der Relativitätstheorie" bezeichnet wird.
Von der Industrie und in der einschlägigen Literatur wird der ,,Faserkreisel" als Präzisionsverfahren zur Messung extrem
langsamer Drehzahlen angeboten:
Bild 5.7-1: Versuchsaufbau des Faserkreises
Beim Faserkreisel nutzt man ein langes Glasfaserkabel, (100-2000) m, das auf eine Trommel aufgewickelt ist. Licht von einer
Laserdiode wird in zwei Teilstrahlen aufgespalten und in beide Enden des Kabels eingespeist. Nach dem Durchlauf werden die
Teilstrahlen wieder zusammengeführt. Bei Stillstand der Trommel sind die Laufzeiten in beiden Richtungen gleich. Rotiert die
Trommel jedoch um ihre Achse, dann braucht die LichtwelIe zum Durchlaufen des Glasfaserkabels in Rotationsrichtung etwas
mehr Zeit als in der entgegengesetzten Richtung. Die Laufzeitdifferenz wird gemessen und zur Anzeige gebracht.
An der technischen Exaktheit dieser Meßanordnung besteht kein Zweifel. Das Gerät funktioniert einwandfrei in allen Lagen der
Trommel bezüglich der Erdoberfläche. Mit ihm sollen kleinste Winkelgeschwindigkeiten bis zu etwa 15°/h gemessen werden
können, was der Rotation der Erde um ihre Achse entspricht. Im Vergleich dazu dreht sich der kleine Zeiger einer Uhr mit 30°/h.
Nun hört und liest man: "Dieses Verfahren ist so empfindlich, daß sich damit sogar die Erdrotation nachweisen läßt". (Eine
unüberlegte, mehr auf Werbewirksamkeit bedachte Formulierung?)
Wir behaupten: Mit dem "Faserkreisel', der sogar kleinere Winkelgeschwindigkeiten als die der Erde anzeigen kann, wird man
dennoch die Rotation der Erde nicht nachweisen können. Zur obigen Vermutung kann nur gelangen, wer das wahre Wirkprinzip
dieses Meßvorganges und die dazu notwendigen Umweltbedingungen nicht erkennen kann und "darf".
Man kontrolliere sich selbst:
1. Worin besteht das echte physikalische Prinzip des ,,Faserkreisels"?
2. Weshalb zeigt dieses Gerät kleinste Drehbewegungen gegenüber der Erdoberfläche an, und warum hat die (u. U. größere)
Erdrotation darauf keinen Einfluß?
3. Weshalb reagiert das Gerät nicht, wenn die Trommel beispielsweise am Nordpol senkrecht aufgestellt wird, oder auch
waagerecht quer zum Erdäquator, wobei sie doch in beiden Fällen in 24 Stunden eine volle Drehung um ihre Längsachse
ausführt?
4. 4) Man könnte auch in die Enden eines zur Trommel gewickelten Kabels einen Schallimpuls einspeisen. Die beiden Impulse
haben garantiert keinen Laufzeitunterschied durch das Kabel, unabhängig davon, ob sich die Trommel dreht oder nicht. Wo
liegt da der Unterschied?
In unserem Sinne ist der Faserkreisel direkt vergleichbar mit dem Versuch von Fizeau (4.11.3). Das (bei Fizeau) gegenüber der
Erdoberfläche strömende Wasser ist hier durch das gegenüber der Erdoberfläche (gegenüber der lichttragenden Materie)
rotierende Glasfaserkabel ersetzt In beiden Fällen erfolgt durch das bewegte Versuchsobjekt (Wasser, Glas) eine teilweise
Mifführung der lichftragenden latenten Materie.
Der erdfeste Faserkreisel wird weder die "absolute" Bewegung der Erde gegenüber den Fixstemen noch eine beliebige relative
Bewegung der Erde (z. B. gegenüber dem Mond) anzeigen. Und auch dem Michelson-Versuch wird die Natur auf die an sie
gerichtete Frage antworten, wenn der Versuchsaufbau gegenüber dem lichttragenden Medium bewegt wird.
Inhalt
<< (5.6) Wie man den Michelson-Versuch durchführen muß
>> (6) Um eine qualitativ neue Deutung der "Gravitation"
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (5.7) Der "Faserkreisel" ersetzt den Michelson-Versuch
>> Nachwort: Irrungen eines "Ballonfahrers"
6 Um eine qualitativ neue Deutung der ,,Gravitation"
Das Wort "Gravitation" aus dem Lateinischen heißt ,,Schwere" und enthält, wörtlich genommen, zunächst keinerlei Hinweis auf
eine mögliche Ursache der Erscheinung, die wir täglich zu spüren bekommen. Doch heute ist es selbstverständlich, man liest es
in jedem Lexikon, daß die ,,Gravitation" als ,,Massen-Anziehungs-Kraft" zu verstehen ist. Der Ursprung dieser
Begriffsverschmelzung wurde in (4.3) dargestellt.
Die Wirbelauffassung sieht die "Gravitation" nicht als Massenanziehungskraft". Und so ist es naheliegend und verlockend, die
Druck- und Kraftwirkungen in differentiell rotierenden Wirbeln der latenten Materie, die nach dem Wirbelprinzip Ursache der
Gravitation sind, auch mathematisch zu erfassen.
Mit der Vielfalt von Wirbeln und der Berechnungsmöglichkeiten ihrer Erscheinungsformen und Wirkungen befaßt man sich seit
einigen hundert Jahren. Eine allgemeingültige Wirbeltheone wäre ein undurchschaubares Gewirr partieller Differentialgleichungen
mit vielen Zusatzbedingungen und praktisch nicht zu gebrauchen, so daß man von vornherein nach vereinfachten und
anwendbaren Modellen fragt. Zudem verbindet sich mit dem Begriff ,,Wirbel", vielfach berechtigt, ein scheinbar chaotisches,
unerfaßbares Durcheinander, in dem ohnehin Theorie und Wirklichkeit nicht in Übereinstimmung zu bringen sind. Wer berechnet
schon das Wettergeschehen oder die im Innern eines Tornados oder Wasserstrudels auftretenden Wirkungen? So entstanden
spezielle Wirbeltheorien, die unter ganz bestimmten Prämissen gelten und für den Einzelfall zurecht gemacht sind.
Für unseren diskusförmigen Wirbel, der rings von Materie umgeben ist und der zudem als Wirbel in Wirbeln dem Einfluß eines
übergeordneten Wirbelsystems unterliegt, gibt es keine vorgefertigte Lösung. In der Ebene des Wirbeläquators unseres
Sonnensystems geht es jedoch auffallend gesetzmäßig zu. Deshalb seien an diesem Beispiel wenigstens unsere gute Absicht und
die Unzulänglichkeit derartiger Bemühungen und Ergebnisse als Denkanregung angedeutet. Das hier verfolgte Grundanliegen sei
an einer vereinfachten, noch überschaubaren Betrachtungsweise dargestellt, die unserem Spezialfall zumindest prinzipiell
nahekommt.
Es wurde bereits betont, daß ein Wirbel der latenten Materie, der rings um von "ruhender" Materie umgeben ist, allseitig von
außen nach innen abgebremst werden muß. Der Wirbel ist in dem Sinne vergleichbar mit der in der Literatur definierten
"Drehströmung über festem Grund".
Zur Drehströmung über festem Grund:
"Bei den in großen Abständen von der Wand (vom festen Grund) umlaufenden Teilchen besteht Gleichgewicht zwischen der
Zentrifugalkraft und dem radialen Druckgradienten. Die in Wandnähe in ihrer Geschwindigkeit abgebremsten Teilchen stehen
unter dem gleichen nach innen gerichteten radialen Druckgrad ienten, während ihre Zentrifugalkraft wesentlich abgemindert ist.
Auf diese Weise ergibt sich also in Bodennähe eine radiale Einwärtsströmung und aus Kontinuitätsgründen in axialer Richtung
eine aufsteigende Strömung. Eine solche in der Grenzschicht entstehende Strömung, deren Richtung von derjenigen der
Außenströmung abweicht, wird allgemein als Sekundärströmung bezeichnet. Die geschilderte Sekundärströmung bei der
Strömung über festem Grund kann man sehr deutlich in jeder Teetasse beobachten: nachdem man die Drehströmung durch star
kes Rühren erzeugt hat und dann die Strömung sich selbst überläßt, bildet sich nach kurzer Zeit in Bodennähe eine radiale
Einwärtsströmung aus. Dieses erkennt man aus dem Ansammeln der Teeblättchen in der Mitte des Bodens der Teetasse." <58>
Bei der mathematischen Behandlung wird in <58> davon ausgegangen, daß die Flüssigkeit in großem Abstand von der Wand
(von festem Grund) wie ein starrer (1) Körper mit der Winkelgeschwindigkeit
Wirbel zunächst eine wesentliche Eigenschaft unterschlagen wird.
rotiert, womit unserem differentiell rotierenden
Durch Ableitung aus den Navier-Stokes'schen Gleichungen erhält man den radialen Druckgradienten für die in großem Abstand
vorhandene reibungslose Strömung:
"Im Rahmen der Grenzschichttheorie nimmt man an , daß dieser Druckgradient auch in der von der Reibung beeinflußten Schicht
in Wandnähe vorhanden ist." <58>
Bezogen auf den latenten Materiewirbel ist der ,,feste Grund" der Außenbereich der nördlichen bzw. südlichen Wirbelhälfte, in
dem die rotierende in die relativ ruhende latente Materie übergeht; als ,,großer Abstand von der Wand" ist die Ebene des
Wirbeläquators anzusehen. Dazu steile man sich den Wirbel am Äquator ·aufgeschnitten" und die Wirbelhälfte gewissermaßen
als Gefäß vor, in dem die Materie rotiert.
v ist in unserem Falle die Kreisbahngeschwindigkeit der latenten Materie im Abstand r vom Wirbelzentrum, die wir mit vk,L
bezeichnen möchten.
In der Ebene des Wirbeläquators bewegen sich die Planeten und andere Himmelskörper differentiell mit einer theoretischen
Kreisbahngeschwindigkeit vk gemäß der Beziehung
G - Gravitationskonstante
M - Masse der Sonne
r - Bahnradius
Die "Sonnenmasse" M ist für die Wirbelauffassung nur eine Rechengröße, die im Newton'schen Denksystem der Sonne
"zweckmäßig" zugeschrieben wurde und praktisch durch die Himmelsmechanik erwiesen ist.
Bisherige Erkenntnisse führten zu der Annahme, daß die Umlaufgeschwindigkeit der latenten Materie vk,L kleiner ist als die der
durch sie beeinflußten Körper.
Es ist anzunehmen, daß F1 keine Konstante ist; bisher gibt es keine sichere Aussage über die Geschwindigkeit der Wirbelmatene
in der Entfernung r vom Wirbelzentrum sowie über deren Einfluß auf einen tangentialen Druckgradienten in Rotationsrichtung.
Somiterhält man:
Nur zur besseren Übersichtlichkeit in der weiteren Darstellung wurde hier gesetzt: F3 = F2 G M und F2 =
F1 2 .
ist, formell übertragen, die Dichte der latenten Materie. Es wäre zu er gründen, ob es physikalisch sinnvoll ist, eine solche
Größe zu definieren oder ob erst die Kombination verschiedener Faktoren zu einer physikalisch sinnvollen Aussage führt.
Die zum Wirbelzentrum gerichtete Radialbeschleunigung a der Himmelskörper ist folglich proportional dem ebenfalls zum Zentrum
gerichteten radialen Druckgradienten dp/dr:
Integration ergibt qualitativ den Verlauf des Druckes im Wirbel der latenten Materie als Funktion der Entfernung vom
Wirbelzentrum:
K ist deutbar als Druck der relativ ruhenden latenten Materie, der außerhalb des Wirbels vorhanden ist.
Die folgende Darstellung zeigt vk = f(r) des Sonnenwirbels (auszugsweise), den Verlauf der Radialbeschleunigung a, der qualitativ
auch dem des radialen Druckgradienten dp/dr entspricht und qualitativ den Verlauf des Druckes, der mit dem Radius ansteigt und
schließlich in einen Wert des Umgebungsdruckes übergehen muß.
Man beachte, daß der Wirkungsradius des diskusförmigen Sonnenwirbels in der Ebene des Wirbeläquators mit mindestens 50
AE angenommen werden kann. In Richtung der Pole werden seine Wirkungen oder eine behauptete ,,Massenanziehungskraft"
der Sonne schon in sehr viel geringerer Entfernung vom Zentrum nicht mehr wahrgenommen.
Bild 6-1: kenngrößen des Sonnenwirbeis zur Erklärung der Gravitation
Nun verfügen wir über drei Modellvorstellungen zur ,,Gravitation":
1. 1. Der zum Wirbelzentrum gerichtete Druckgradient bewirkt auf einen im Wirbel befindlichen Körper eine zum Wirbelzentrum
gerichtete Kraft. In dieser Denkweise ist nur die Ebene des Wirbeläquators ein stabiler Wirkungsbereich. Allgemein werden
Kraftwirkungen auf den Körper nicht nur durch seinen Abstand vom Wirbelzentrum bestimmt, sondern auch durch seine
Richtung zum Wirbelzentrum. Pluto umkreist in der Ebene des Wirbeläquators das Zentrum mit dem Bahnradius 35 AE; in
einer Bahnebene mit 900 Neigung wird kein Himmelskörper aus dieser Entfernung dem Einfluß des Sonnenwirbels
unterliegen. Nur in der "Nähe" des Wirbelzentrums werden die Wirkungen aus lokalen "Kontinuitätsgründen" annähernd
richtungsunabhängig sein. Eine Kontinuität der Wirkungen über den gesamten Innenbereich des Wir bels ist gar nicht zu
erwarten. Gesteht man dem Außenbereich des flachen Wirbels ringsum etwa den gleichen Umgebungsdruck zu, so ist leicht
einzusehen, daß der Ubergang in den Umgebungsdruck in Nord- Süd-Richtung auf sehr viel kürzerem Wege stattfindet und
somit hier der radiale Druckgradient größer sein muß als in der Äquatorebene. Dann ist noch zu beachten, daß real keine
punktförmigen ,,Massen" untereinander in Wechselwirkung stehen. Hier wechselwirken Wirbel noch unbekannter Ausmaße
innerhalb übergeordneter Wirbel.
Eine exakte mathematische Erfassung dieser Wirbelwirkungen wäre, obwohl diese Denkart der Wirklichkeit vermutlich am
weitesten nahekommt, sehr aufwendig bis unmöglich, das dazu erforderliche Formelwerk praktisch nicht zu gebrauchen, also
ungerechtfertigt. Das bedeutsamste Merkmal dieser Denkweise: Die Gravitation wird von der physikalischen Ursache her
gesehen und erfaßt. Die Kraftwirkung hat ihre Ursache in der Wirbelrotation, sie benötigt keinen Zentralkörper des Wirbels,
keine Masse, von der eine andere Masse zum Mittelpunkt des Wirbels ,,hingezogen" werden müßte.
2. Die zweite Vorstellung, eine Zwischenlösung, sieht die Gravitation durch eine ihrer Erscheinungen. In F = ma = m 4
2 C/r2 , siehe (4.3), ist die Radialbeschleunigung a, die sich mit dem 3. Kepler'schen Gesetz nur als ,,Beobachtungstatsache"
ergibt, noch unabhängig von den Eigenschaften der Sonne oder eines Planeten. Die Ursache dieser Erscheinung blieb
zunächst ungeklärt. Erst Newton ,,macht" für die Radialbeschleunigung die Sonne verantwortlich. So hat man die Ursache
der Erscheinung ,,Radialbeschleunigung" der Sonne ,,zugeordnet", weil weit und breit im leeren Raum keine andere Ursache
zu erkennen war.
3. Die geläufigste Modellvorstellung über die Gravitation als "Massen- Anziehungs-Kraft" ist
Über Entstehung, Besonderheiten und Unzulänglichkeiten dieses "allgemeinen Gravitationsgesetzes" siehe (4.3)!
Das ,,Gesetz der Massenanziehungskraft" im leeren Raum ist Fundament der Allgemeinen Relativitätstheorie und des
modernen physikalischen Weltbildes. Seine folgenschwere Besonderheit liegt noch darin, daß man die
"Massenanziehungskraft" nicht als Modell, sondern als physikalische Realität ansieht. Die irreführenden Illusionen, die sich
so ergeben und an deren vermeintlicher Erkenntnisfunktion sich viele berauschen, muß man zertrümmern: Die Welt wird
nicht durch sich anziehende Massen zusammengehalten und reguliert, sondern durch Wirbel der latenten Materie.
Die ,,Massenanziehungskraft" mag als Modellvorstellung, da man nun über Jahrhunderte den himmlischen Wirbelzentren die
,,zweckerfüllenden" Massen zugeordnet hat, weiter die nützlichste sein und bleiben. Als Modell muß diese Auffassung jedoch
von vielen Theoretikern erst noch anerkannt und gehandhabt werden, denn erster und wichtigster Grundsatz des
Modelldenkens und des wissenschaft lichen Umgangs mit wissenschaftlichen Modellen ist:
Obwohl und weil wir wissen, daß die Wirklichkeit ganz anders und viel komplizierter ist, tun wir zweckmäßigso , als ob ...
und beachten dabei aber die Grenzen der Aussagefähigkeit des Modells.
Womit wir wieder am Ausgangspunkt der "Spur ..." angelangt wären, aber um eine wesentliche Erkenntnis reicher sind.
Inhalt
<< (5.7) Der "Faserkreisel" ersetzt den Michelson-Versuch
>> Nachwort: Irrungen eines "Ballonfahrers"
SPUR eines
JAHRHUNDERTIRRTUMS
Die folgenden Seiten sind die HTML-Version eines Buches, das im Spur-Verlag Dresden
erschienen ist: "Spur eines Jahrhundertirrtums" (ISBN 3-9803360-4-2). Der Autor befaßt sich
mit dem Fundament unseres heutigen physikalischen Weltbildes und zeigt dessen
Widersprüche zur Einstein'schen Relativitätstheorie auf. Dabei "reist" er durch 500 Jahre
europäische Physik und bietet eine beweisbare Alternative an.
Kurze Vorbemerkung
Vorwort zur Erstausgabe
Vorwort zur 3. Auflage
1 Brauchen wir ein neues physikalisches Weltbild?
2 Über den Umgang mit wissenschaftlichen Modellen
3 Um einen eindeutigen Materiebegriff
3.1 Materie im "herkömmlichen" und "erweiterten" Sinne
3.2 Die geheimnisumwobene "latente Materie"
3.3 Das Wirbelprinzip der latenten Materie
4 Zur Entwicklung des physikalischen Weltbildes
4.1 Schleichende Irrtümer?
4.2 Kepler's eindeutige Wahrheit
4.3 Newton's Gravitationsgesetz mit folgenschweren Deutungen
4.4 Kant verstrickt sich in den "Newton'schen Grundsätzen"
4.5 Was steckt da in dem Raume drin?
4.6 Das undefinierbare "lnertialsystem" und die Ursache der Trägheit
4.7 "Wechselwirkungsprinzip" und "Wechselwirkungssystem"
4.8 Sie bauen am Fundament - und wissen nicht, was sie tun
4.9 Der zweiseitige Ruhm des Michael Faraday
4.10 Erste Vorstellungen über die Natur des Lichtes
4.10.1 Wellen- oder Undulationstheorie von Huygens
4.10.2 Newton's Emissionstheorie und ein duales Erbe
4.10.3 Fresnel's verhängnisvoller "elastischer" Äther
4.10.4 Mitführungshypothese - eine dehnbare Zauberformel
4.10.5 Stokes formuliert eine kaum beachtete Kompromißhypothese
4.11 Neue Interpretation einiger "Mitführungsversuche"
4.11.1 Zum Versuch von Arago
4.11.2 Das Experiment von Hoek und ein eigenartiger Trick
4.11.3 Der Versuchsapparat von Fizeau schweigt nicht
4.12 Licht als elektromagnetische Schwingung
4.12.1 Elektromagnetische Lichttheorie von Maxwell
4.12.2 Heinrich Hertz vervollkommnet die Maxwell'sche Theorie
4.12.3 Elektronentheorie von Lorentz
4.13 "Ätherwidersprüche" ?
4.14 "Verqueres" über Schwingungserzeugung und -ausbreitung
4.14.1 Eine "verkannte" Art der Schwingungsanregung?
4.14.2 Zur Konstanz der Ausbreitungsgeschwindigkeit
4.14.3 Zweierlei Doppler-Effekt?
4.14.4 Stoffliche und nichtstoffliche Wärme?
4.14.5 Was verbirgt sich hinter dem "Strahlungsquant"?
4.14.6 Materiewellen - Wellen w e l c h e r Materie?
5 Die große "Frage an die Natur": Michelson-Experiment
5.1 Versuchsanliegen, -aufbau und -durchführung
5.2 Herkömmliche Deutungen des Versuchsergebnisses
5.3 Ursprung und "Nützlichkeit" der Kontraktions-Hypothese
5.4 Neue Deutung des Michelsonversuchs
5.5 Nachträglich durchgeführte Versuchsvarianten
5.5.1 Versuche in "größeren" Höhen
5.5.2 Versuch von Trouton und Noble
5.5.3 Versuch von Champeney
5.6 Wie man den Michelson-Versuch durchführen muß
5.7 Der "Faserkreisel" ersetzt den Michelson-Versuch
6 Um eine qualitativ neue Deutung der "Gravitation"
Nachwort: Irrungen eines "Ballonfahrers"
Literatur
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Spur eines Jahrhundertirrtums
Literatur
1. H.-E. Albrecht
Zur Funktion der Modellmethode bei der Hypothesenbildung;
Rostocker Philosophische Manuskripte 7/70
2. Werner Albring
Elementarvorgänge fluider Wirbelbewegungen;
Akademie-Verlag Berlin 1981
3. Isaac Asimov
Die exakten Geheimnisse unserer Welt;
Droemersche Verlagsanstalt München 1988
4. Autorenkollektiv
Brockhaus abc Physik;
F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1972
5. Autorenkollektiv
Führer durch das Zentralinstitut für Astrophysik 1979
6. Autorenkollektiv
Der Halleysche Komet im Jahre 1910
Zentralantiquariat der DDR, Leipzig 1985
7. Autorenkollektiv
Kleine Enzyklopädie der Struktur der Materie;
Bibliographisches Institut Leipzig 1982
8. Autorenkollektiv
Wissensspeicher Physik;
Verlag Volk und Wissen Berlin 1982
9. Hans Backe
Rund um die Physik;
Kinderbuchverlag Berlin 1973
10. Charles Berlitz
Die ungelösten Geheimnisse dieser Welt
Paul Zsolnay Verlag Wien/Hamburg 1975
11. Willi Bohl
Technische Strömungslehre;
Vogel-Buchverlag Würzburg 1984
12. Max Born
Die Relativitätstheorie Einsteins;
Springerverlag Berlin Göttingen Heidelberg 1964
13. W. Braginski/A. Polnarjow
Der Schwerkraft auf der Spur;
BSB B.G. Teubner Verlagsgesellschaft Leipzig 1989
14. Walter Conrad
Physiker im Kreuzverhör;
VEB Fachbuchverlag Leipzig 1977
15. Danin
Blick ins Unsichtbare;
Verlag Kultur und Fortschritt Berlin 1963
16. Georg Dautcourt
Was sind Pulsare?
BSB Teubner Verlagsgesellschaft 1981
17. K. Ch. Delokarow
Relativitätstheorie und Materialismus;
Akademieverlag Berlin 1977
18. Johann Dorschner:
Planeten - Geschwister der Erde?
Urania-Verlag Leipzig Jena Berlin 1977
19. Albert Einstein:
Grundzüge der Relativitätstheorie;
Akkademieverlag Berlin 1977
20. Albert Einstein:
Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie;
Akademieverlag Berlin 1977
21. Albert Einstein/Leopold
Infeld:
Die Evolution der Physik;
Weltbildverlag Augsburg 1991
22. Friedrich Engels:
Dialektik der Natur;
Dietz Verlag Berlin 1976
23. Harald Fritzsch:
Eine Formel verändert die Welt;
Serie Piper, Band 1325, München Zürich 1990
24. W. L. Ginsburg:
Über Physik und Astrophysik;
Akademieverlag Berlin 1977
25. Nina Hager:
Modelle in der Physik;
WTB Akademieverlag Berlin 1982
26. Bernard Hauck:
Das Genfer photometrische System;
Wissenschaft und Menschheit 1983
27. Friedrich Herneck:
Einstein und sein Weltbild;
Buchverlag Der Morgen Berlin 1976
28. Freidrich Herneck:
29. Heinrich Hertz:
30. Immunuel Kant:
Einige Bemerkungen zu Einsteis Gutachten über das Menuskript "Dialektik
der Natur";
Humbold-Universität zu Berlin Heft 2/1, 1978
Über die Beziehung zwischen Licht und Elektrizität;
Alfred Körner Verlag Leipzig 1923
Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels (1755);
"Frühschriften" 1. Band;
Akademieverlag Berlin 1961
31. S. Karamamolis:
Albert Einstein;
Karamanolis Verlag München 1984
32. Doris Kiekeben:
Mit der Trägheit durch Raum und Zeit;
Urania-Verlag Leipzig Jena Berlin 1990
33. Viktor Komarow:
Rätselhaftes Weltall;
Verlag neues Leben Berlin 1985
34. Georg Klaus/ Manfred
Buhr:
Philosophisches Wörterbuch;
Bibliographisches Institut Leipzig 1974y
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
<< (6) Um eine qualitativ neue Deutung der "Gravitation"
Nachwort: Irrungen eines "Ballonfahrers"
Verfolgen wir abschließend einen ,,wundersamen" Erkenntnisweg in eine fiktive Traumwelt:
Versetzen wir uns in die Gedankenwelt eines von Wissensdrang beseelten Naturforschers. Durch hinreichend bestätigte
Messungen ist ihm bekannt, daß die Schallgeschwindigkeit gegenüber ruhend angenommener Luft einen konstanten Wert c hat.
Er will nun die Existenz der Luft nachweisen, indem er folgerichtig annimmt, daß er, wenn er sich mit der Geschwindigkeit v auf
eine Schallwelle zubewegt, ihr gegenüber die Geschwindigkeit c + v und wenn er sich von ihr fortbewegt, zu ihr die
Geschwindigkeit c - v haben müsse. Ihm steht zu dem Zweck ein über jeden Zweifel erhabenes Meßgerät zur Verfügung, das jede
Bewegung gegen über der Luft korrekt anzeigen würde. Mit diesem Meßgerät besteigt er die Gondel eines Luftballons. Er verkennt
oder negiert dabei die Tatsache, daß der Luftballon, obwohl er sich zweifellos "bewegt", keine Relativgeschwindigkeit gegenüber
der ebenfalls bewegten Luft hat. Für ihn ist die Bewegung des Luftballons eine Relativbewegung gegenüber der vermeintlich
ruhenden Luft. Diese Bewegung hofft er nun dadurch nachzu weisen, daß das Meßgerät auf die Relativgeschwindigkeit c + v bzw.
c - v reagiert. Er wird natürlich nicht das erwartete Ergebnis feststellen, weil der Luftballon in Wirklichkeit mit der Luft
dahinschwebt und es gar keine Relativgeschwindigkeit des objektiven Meßgerätes zur umgebenden Luft gibt. Er zieht daraus
irrtümlich den kühnen Schluß, daß die Schallgeschwindigkeit, unabhängig davon, ob sich das Meßsystem auf eine Schallwelle
zubewegt oder von ihr fortbewegt, ihm gegenüber immer konstant sei.
Ein Zeitgenosse des Ballonforschers, der auch annimmt, daß sich der Ballon durch ruhende Luft hindurchbewegte, erklärt das
unerwartete Ergebnis durch eine Kontraktionshypothese, wonach durch die Relativbewegung des Meßgerätes gegenüber der Luft
das Gerät zusammenschrumpft. Demnach soll der Schall mit der konstanten Geschwindigkeit c (gegenüber ruhend
angenommener Luft) und mit der vermeintlichen Relativgeschwindigkeit zum Ballon (c + v) bzw. (c - v) in der Zeit t die nun
verkürzte Strecke des Meßgerätes x' (c + v)t bzw. x' = (c - v)t durchlaufen.
Auch unser Ballonforscher bedient sich aus zweifelbehaftetem Motiv der Kontraktions-Hypothese. Da für ihn aber die
Schallgeschwindigkeit, unabhängig von der Bewegung gegenüber der Schallwelle, immer konstant ist, bleibt ihm nichts anderes
übrig, als im "bewegten" System einen veränderten Zeitablauf für den nichtgemessenen Sachverhalt verantwortlich zu machen.
Nach seiner Auffassung durchläuft also der Schall im bewegten Ballonsystem mit der konstanten Geschwindigkeit c in der Zeit t'
die verkürzte Strecke x' = c t'.
Und um dem ganzen Ärger zu entgehen, den man schon immer mit dieser Luft hatte, schafft er auch gleich noch die Luft ab und
behauptet, der Schall könne auch ohne Luft existieren, man brauche überhaupt nicht danach zu fragen, welche Bewegung ein
Bezugssystem gegenüber der Luft hat, denn die Relativgeschwindigkeit des Schalls zu einem bewegten System hänge ja ohnehin,
nun experimentell bewiesen(!), nicht von der Bewegung gegenüber der Luft ab. Kurz: Die Schallgeschwindigkeit ist also immer
konstant, und verantwortlich für die Naturerscheinungen in den gleichberechtigten bewegten Bezugssystemen sind damit die
Kontraktion und ein veränderter Zeitablauf. Es läßt sich nun sogar exakt "nachweisen", daß die Schallgeschwindigkeit eine
Naturkonstante und die höchste in der Natur erreichbare Geschwindigkeit ist.
Zu unserem Glück hat der Versuch mit diesen Deutungen nie stattgefunden; es gäbe keine Luft mehr. Doch für die
Lichtausbreitung hat es im direkt übertragenen Sinn genau den Versuch mit genau diesen Deutungen gegeben. Das ,,Ergebnis"
hat sich seit 1905 zur gediegenen Wissenschaft entwickelt. Spur eines Jahrhundertirrtums?
Über weitere Erkenntnisse dieser wundersamen Irrtahrt und ihre Folgen berichten wir im Teil II: "Logik eines Jahrhundertirrtums".
Inhalt
<< (6) Um eine qualitativ neue Deutung der "Gravitation"
Spur eines Jahrhundertirrtums
Inhalt
>> (1) Brauchen wir ein neues physikalisches Weltbild?
Vorwort zur Erstausgabe
Ein Motiv: Da steh ich nun, ich armer Tor! Und bin so klug als
wie zuvor. Und sehe, daß wir nichts wissen können! Das will
mir schier das Herz verbrennen.
Ein Ziel: Daß ich erkenne, was die Welt im Innersten
zusammenhält, schau alle Wirkungskraft und Samen und tu
nicht mehr in Worten kramen.
Das Hauptmotiv dieses Buch zu schreiben, ist die nüchterne Tatsache, daß wir, die naturwissenschaftlich Tätigen, mit Hilfe
erkannter Naturgesetze recht gut in der Lage sind, die Natur auszunutzen, aber oft im Grunde gar nicht wissen, worüber wir
eigentlich reden, was wir berechnen, womit wir dennoch so erfolgreich hantieren, und wie es doch immer wieder gelingt, unsere
Schüler herauf, herab und quer und krumm schon viele Jahrzehnte an der Nase herumzuziehen. Dieses Buch ist ein
Erfahrungsbericht über die Suche nach der physikalischen Wahrheit.
Der Autor hatte ursprünglich gar nicht die Absicht, sich "bewährten" Theorien zu widersetzen. Ihm widerstrebte es aber, so viele
elementare "Gesetze" und "Selbstverständlichkeiten" nur rezeptiv anwenden zu können; er wollte deren tieferen Sinn und inneren
Zusammenhang verstehen. So hatte er bereits in seinem jugendlichen Leichtsinn die Absicht, die Relativitätstheorie zu begreifen
und mußte später zu der bedrückenden Erkenntnis gelangen, daß diese Theorie niemals zu den inneren Zusammenhängen und
auf den tiefen Grund der äußeren Erscheinungen führen kann, sondern durch ihre Prämissen und Folgerungen den Weg dahin
versperrt. Muß jemand nicht "verrückt" sein, eine so "bewährte" Theorie anzuzweifeln? Und ist es "verrückt" genug, sogar die
allgemein als selbstverständlich angesehene "Massenanziehungskraft" in Frage zu stellen?
Die Grundaussagen dieses Buches können deshalb nicht nur ein bißchen wahr oder falsch sein, sie sind entweder grundsätzlich
zutreffend oder völlig verwerflich. Über Details läßt sich bestimmt eine vollkommenere Aussage erreichen. Der einzige Kompromiß
zwischen diesen Grundaussagen und denen der Relativitätstheorie ist die Modellvorstellung. Darum begleitet das Modelldenken
unser Anliegen als durchgehender Leitfaden. Die wohl bedeutsamste Kernfrage des Buches ist, wie lange wir es uns noch leisten
wollen und können, das Vakuum als stofflich leeren Raum aufzufassen. Ein berühmtes Experiment, das als Fundamentalversuch
der Relativitätstheorie gilt und dessen Wiederholung unter neuen Bedingungen in (5.6) vorgeschlagen ist, wird darüber letztendlich
entscheiden. Viele Wissenschaftler beugen sich zweifelnd aber gefügig den zauberhaften Auffassungen der modernen Physik,
und viele Autoren wetteifern phantasievoll und überschwenglich um die medienwirksamste Darstellung von "Kaisers neuen
Kleidern".
Man muß heute erkennen und eingestehen, daß unser derzeitiges physikalisches Weltbild "klemmt" und nicht einmal anzugeben
vermag, in welcher Richtung eine Lösung für viele angehäufte Probleme zu suchen ist. Die pseudowissenschaftlichen Phantasien
aller Art blühen und gedeihen, und die offizielle Wissenschaft steht rat- und sprachlos daneben.
Mit diesem Buch ist beabsichtigt, eine neue Denkrichtung zur Lösung anstehender naturwissenschaftlicher Fragen anzudeuten.
Umstandsbedingt habe ich mich zu einer zweiteiligen Erstausgabe für einen erweiterten Freundes- Kritiker- und
Sympathisantenkreis entschlossen. Der Teil II ist in Vorbereitung und wird unter dem Titel "Logik eines Jahrhundertirrtums''
erscheinen. Das Gesamtanliegen wurde so gegliedert und zusammengefügt, daß ein harmonisches Ganzes entstand. Einzelne
Überschneidungen sind beabsichtigt, um zu ermöglichen, daß jeder der beiden Teile und auch ein einzelner Abschnitt für sich
verstanden und in einen größeren Zusammenhang eingeordnet werden können.
Dieses Buch ist kein Lehrbuch und kein Geschichtsbuch, es möchte den Fachmann nachdenklich stimmen, den interessierten
Laien populärwissenschaftlich unterhalten und die Experten zur Durchführung des in (5.6) vorgeschlagenen Experimentes
anregen. Im laufenden Text finden sich Angaben in Klammern, z.B. (4.7), diese verweisen auf Gliederungspunkte, in denen
Inhalte ausführlicher dargestellt sind. Angaben in spitzen Klammern, z.B. <19> sind Quellenhinweise und beziehen sich auf das
Literaturverzeichnis im Anhang.
Mein Dank gilt all meinen verehrten ehemaligen und jetzigen Fachkollegen und Freunden zwischen Rostock und Dresden, die in
so zahlreichen verständnisvollen Debatten zu vermutlich tragfähigen Standpunkten und Argumenten beigetragen, mich in der
Berechtigung der Auffassungen bestärkt und zu diesem Vorhaben inspiriert und ermuntert haben.
Ein inniges Dankeschön meiner lieben Frau und meinen lieben Kindern, die mich lange Zeit auf individuelle Art verständnisvoll
unterstützten und beflügelten.
Alle geneigten Leser und Kritiker bitte ich, durch konstruktive Hinweise zu einer möglichst vollkommeneren Nachauflage
beizutragen.
Dresden, im März 1993
Günther Baer
Vorwort zur 3. Auflage
In Vorbereitung der Nachauflage eines Buches mit außergewöhnlichen Grundaussagen, die gar "nicht so recht in die derzeitige
wissenschaftliche Landschaft passen", nutzt man die Gelegenheit zu einer Zwischenbilanz.
Fakt ist zunächst, daß bisher Tausende die "Spur" und "Logik" erworben haben und daß die darin enthaltenen "verqueren"
Grundaussagen, zu denen sich die Wissenschaft offiziell wohl erst in weiter Ferne bekennen "darf", privat von Wissenschaftlern
und interessierten "Laien" zunehmend anerkannt und in die Fachwelt getragen werden.
Es wächst die Erkenntnis, daß die Prämissen der Relativitätstheorie ein grundlegender Irrtum sind und wir unaufhaltsam einer
naturwissenschaftlichen Wende zustreben, "gegen die die kopernikanische Revolution des Weltbildes vergleichsweise harmlos
war."
Es zeigt sich aber auch, daß gar hoch gebildete Menschen nach bestem Wissen und Gewissen nicht bereit und fähig sind, aus
den tiefen Furchen eingeschliffener "erlaubter", "altehrwürdiger" Denkweisen auszubrechen. So manche Naturauffassung, die
bereits dem Säugling als Selbstverständlichkeit in die Wiege gelegt wird, erhält durch ein Bildungssystem, das viele vorgegebene
Dogmen als unantastbar hinstellt, einen "geheiligten" wissenschaftlichen Anstrich. Und wo die "Unerklärbarkeit der Schöpfung" zu
einer wissenschaftlichen Tugend deklariert wird, ist es unsittlich, nach irdischen Ursachen und Zusammenhängen himmlischer"
Erscheinungen zu fragen.
Derzeit deuten sich gravierende Entwicklungen an: Man kommt in einschlägigen Veröffentlichungen nicht mehr umhin, Einsteins
Theorie in Details, die weder dem Irrtum an die Wurzel gehen noch einen Ausweg zeigen, ein bißchen zu bezweifeln oder gar zu
"zerreißen". Und wir werden gegenwärtig gesegnet mit "Erfolgsberichten" milliardenschwerer Forschungsvorhaben, die da
verkünden, nun endlich Materie aus dem stofflichen Nichts erzeugen zu können. Angesichts erkennbarer Irrwege entsteht die
Frage, ob hier stets das redliche Streben nach Wahrheit und Erkenntnisgewinn im Vordergrund steht.
Der geradlinige "Querdenker", der das nützliche Modelldenken mit dem Streben nach physikalischer Wahrheit verknüpft, wird
erkennen, daß wir zurückkehren müssen an die Jahrhundertwende, zu den hoffnungsvollen Auffassungen unserer berühmten
Vordenker (4.12.2) und unbeschönigt die Frage zu beantworten haben: Durch welche scheinbaren Schwierigkeiten, vor denen
sich die Wissenschaft um die Jahrhundertwende gestellt sah, wurde die Relativitätstheorie tatsächlich notwendig, wie hat sie diese
Schwierigkeiten gelöst, welche neuen hat sie uns damit bereitet und welchen Ausweg hätte es eigentlich noch gegeben?
Der wissenschaftliche Neuwert der "Spur ..." und 'Logik ..." besteht darin, daß hier, basierend auf einer logischen
Naturphilosophie, zunächst die angehäuften natürlichen Beobachtungstatsschen und meßbaren Fakten streng von ihren
bisherigen Deutungen getrennt wurden. Aus vielen "Mosaiksteinchen", eindeutigen und objektiv meßbaren Tatsachen, wurde dann
ein neues, logisches, widerspruchsfreies Weltbild zusammengefügt.
Gegenwärtig könnte ein Entwicklungssprung im physikalischen Denken davon abhängen, ob wir endlich danach fragen werden
und "dürfen", was eigentlich in einem Hohlraumresonator und Hohlleiter vor sich geht und worin das tiefe Geheimnis des
"Tunneleffekts" besteht. Vermutlich wird da manches "Licht" erblassen, aber es dürfte dann ein Mehrfaches der
Lichtgeschwindigkeit, experimentell bereits nachgewiesen, auch "erlaubt" sein. Und sicher klärt sich damit auch das seit 1931
gehütete Geheimnis der "Tesla'schen Energie-Maschine", die nachweislich praktisch funktionierte, die Tesla selbst als mögliche
"Energiegewinnung aus der Dynamik des Äthers" verstand und die heute mit großem Aufwand als "Tachyonen- Generator"
nacherfunden oder aktiv ignoriert wird.
Und wer der Gravitation begegnen will, der sollte nicht an vieldeutigen Formeln herumrechnen; der möchte zunächst das Wesen
der Gravitation erkennen und wahrhaben wollen und dürfen.
Auch nach der Überarbeitung der Erstausgabe haben alle bisherigen Grundaussagen ihre volle Gültigkeit. Trotz gestrafften Inhalts
wurde eine gewisse Redundanz vorsätzlich beibehalten, denn erfahrungsgemäß ist die Entflechtung des Knäuels bisheriger
Denkweisen so komplex, daß man das Gesamtproblem nicht sofort überblickt und versteht und hin und wieder eine Wiederholung
oder Querverbindung dankbar als angenehm empfindet. Die einschlägig Vorgebildeten, die das Buch auf Anhieb durchlesen und
begreifen und die häufige Redundanz als Iästig empfinden, mögen mir mit Rücksicht auf andere Leser verzeihen.
Mit (3) und (4.7) ist die eigentliche Lösung des Problems in gekürzter Kurzfassung schon vorweggenommen. Das wurde
beibehalten, um dem Leser in diesem naturwissenschaftlichen "Krimi" das bewußte, kritische Mitdenken zu ermöglichen. Neu sind
die Abschnitte 5.7 und 6.
Dresden, im Dezember 1997
Günther Baer
Inhalt
>> (1) Brauchen wir ein neues physikalisches Weltbild?
Kurze Vorbemerkung
Albert Einstein gilt als der Vater unseres modernen physikalischen Weltbildes. Jedes Kind kennt heutzutage seinen Namen, mit
seinen Theorien regte er die Phantasie der Menschen an, wie kaum ein anderer Physiker unseres Jahrhunderts. Zeitreisen,
schwarze Löscher, Gravitationslinsen - jeder physikalisch Interessierte kennt sie, die "relativistischen" Phänomene. Und nun liest
man in der Presse: Einsteins Relativitätstheorie ist falsch.
Auch das hier veröffentlichte Buch widmet sich diesem Thema und ist Ergebnis von Untersuchungen, die der Autor vor über 20
Jahren begonnen hat. Seine Hypothese stellt die Relativitätstheorie in Frage und entwickelt das Weltbild weiter, das vor 1905
allgemein anerkannt war.
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Das Buch bezieht sich gelegentlich auf die Fortsetzung "Logik eines Jahrhundertirrtums", die aus Zeitgründen bis jetzt noch nicht
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Inhalt
>> Vorwort