Dilla´s & Eva´s grenzwissenschaftl. & polit. Forum

ACASHA · Mitglied Beiträge: 382

(Teil 2)

Und dann hat ein junger polnischer Physiker, Michelson, der nach Amerika ausgewandert war, diesen Gedanken aufgegriffen. Er hat selbst eine Reihe von Interferometern, also Apparaten konstruiert, durch die man Lichtgeschwindigkeit ganz präzise messen kann. Nicht die Lichtgeschwindigkeit selbst, sondern jede kleinste Änderung der Lichtgeschwindigkeit. Er wurde hier in Berlin von Helmholtz eingeladen, an der Universität diesen Versuch durchzuführen. Dann ist er nach Berlin gekommen, 1881, aber an der Universität gab es keine Möglichkeit, ein wirklich festes Fundament zu finden für diesen Versuch. Deshalb ging er dann an die Sternwarte nach Babelsberg,
dort wurde dann 1881 der Versuch durchgeführt. Die Theorie dieses Versuches ist außerordentlich kompliziert. Es geht um ganz kleine Differenzen der Lichtgeschwindigkeit. Aber die Apparatur, die Michelson erfunden hat, wäre imstande gewesen, diese Änderungen festzustellen. Das Ergebnis dieses Versuches war aber negativ.

Kawi Schneider: Welche Änderung? Daß das Licht mit der Erdbewegung sich langsamer fortbewegt?

Gotthard Barth: Nach der Theorie von Maxwell sind hier zwei Geschwindigkeiten im Spiel. Die eine ist die Geschwindigkeit des Lichtes (300.000 km/sec) im Äther, die wir mit c bezeichnen in der Physik, und die andere ist die Geschwindigkeit der Erde im Äther, die sich ja um die Sonne herumbewegt, die mit v bezeichnet wird. Und jetzt kommt es darauf an: Wenn das Licht und die Erde sich in der gleichen Richtung bewegen, dann werden die Geschwindigkeiten subtrahiert, wenn sie sich auseinander bewegen, dann werden die Geschwindigkeiten addiert. Und zwischen diesen Grenzen, zwischen Lichtgeschwindigkeit plus Erdgeschwindigkeit, c + v, und Lichtgeschwindigkeit minus Erdgeschwindigkeit, c - v, zwischen diesen Grenzen müßte die Lichtgeschwindigkeit bei ganz präziser Messung auf der Erde zu beobachten sein. Das Ergebnis war negativ. Die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde ist nach allen Richtungen gleich!

Wenn man ohne Theorie an die Sache herangeht - warum soll die Lichtgeschwindigkeit nach Osten, Süden, nach Norden, oben und unten irgendwie verschieden sein? Das war kein Problem! Aber wenn die Maxwellsche Theorie richtig ist, wenn die Erde sich im Äther bewegt und das Licht ebenfalls im ruhenden Äther sich bewegt, dann hätte die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde nach verschiedenen Richtungen verschieden sein müssen.

Kawi Schneider: Kann man das so ausdrücken, man hatte gedacht, die Erde bewegt sich durch einen ruhenden Äther, so daß eben in der Bewegungsrichtung so eine Art Widerstand da ist, wie eine Art Äther-Gegenwind, und umgekehrt in der anderen Richtung. Und gegen den Äther-Gegenwind hätte das licht langsamer gehen müssen als in die andere Richtung?

Gotthard Barth: So ist es.

Kawi Schneider: Und die Wahrheit war aber: In alle Richtungen geht das Licht gleich schnell.

Gotthard Barth: Mit der Lichtgeschwindigkeit ist es wie beim Schall. In der bewegten Luft wird der Schall vom Wind mitgeführt, dadurch bewegt er sich schneller, wenn der Schall gegen den Wind geht, wird er zurückgehalten, und die Geschwindigkeit wird kleiner.

Kawi Schneider: Also: Der Michelson-Versuch in Potsdam-Babelsberg hat gezeigt, es gibt entweder keinen Äther-Gegenwind gegen die Erdbewegung, oder aber die Lichtgeschwindigkeit ist trotz des Äther-Gegenwindes gleich. Kann man das so sagen?

Gotthard Barth: Das ist ganz richtig. Die Theorie des Michelson-Versuches ist sehr kompliziert, es ist so vieles vorausgesetzt, so daß die Physiker natürlich versucht haben, zunächst einmal die Voraussetzungen zu überprüfen. Das ist aber leider am wenigsten geschehen. Dafür hat man mögliche Lösungsmöglichkeiten diskutiert. Daß etwa die Erde den Äther mit sich führt und dann die Erde im eigenen Äther ruht, so daß der Effekt, der nach der Theorie vorhanden sein muß, nicht zu beobachten ist. Dann hat man versucht, die Lichtbewegung korpuskular zu erklären, als Teilchen, die sich durch den Äther bewegen, die abhängig sind von der Bewegung der Quelle. Wenn eine Kanone steht, hat das Geschoß eine andere Geschwindigkeit als wenn die Kanone sehr schnell bewegt wird, usw. usw..

Kawi Schneider: Also da ist man doch wieder zur Korpuskulartheorie zurückgekommen? Die sollte doch erledigt gewesen sein!

Gotthard Barth: Das hatte man gehofft! Man hatte gehofft, daß mit der Theorie von Maxwell dieses Problem endlich gelöst wird, und dieser Versuch von Michelson sollte die letzte experimentelle Bestätigung sein. Das ist aber nicht eingetreten. Jetzt war die große Sache: Muß man die Theorie aufgeben oder kann man die Theorie behalten, kann man eine neue Erklärung finden usw.. Aber diese Frage wurde weniger von den Theoretikern behandelt, man hat weniger untersucht, ob es physikalische Möglichkeiten gibt, sondern es wurde sehr frühzeitig mit dem Rechnen begonnen. Schon 1887 hat in Göttingen der Kristallfachmann Woldemar Voigt den Michelson-Versuch so berechnet, daß tatsächlich die Lichtgeschwindigkeit nach allen Richtungen gleich ist.

Kawi Schneider: Was heißt berechnet? Ich denke das ist ein Meßergebnis gewesen, was gab es da zu berechnen?

Gotthard Barth: Das Meßergebnis mußte mit der Theorie in Übereinstimmung gebracht werden! Nach der Maxwellschen Theorie gibt es verschiedene Lichtgeschwindigkeiten. Und jetzt muß die Rechnung so geändert werden, daß aus der Maxwellschen Theorie gleiche Geschwindigkeiten herauskommen.

Kawi Schneider: Ich denke, die Maxwellsche Theorie hat ungleiche Lichtgeschwindigkeiten vorhergesagt?!

Gotthard Barth: Das ist richtig, das sage ich ja.

Kawi Schneider: Dann muß aber doch die Theorie abgeschafft oder geändert werden.

Gotthard Barth: Das ist der naheliegende Schluß. Aber daß die Physik einfach eine Theorie, die endlich den Sieg der Schwingungstheorie über die Korpuskulartheorie bringen sollte, bloß wegen eines Versuches losläßt und auf diese Theorie verzichtet, so beweglich ist die Wissenschaft nicht.

Kawi Schneider: Man hat also versucht, die Maxwellsche Theorie diesen Ergebnissen anzupassen?

Gotthard Barth: Nein, man wollte sie unbedingt halten! Die Mathematiker, die theoretischen Physiker haben eigentlich bis heute, bis in die Gegenwart nie daran gezweifelt, daß die Äthertheorie, die Maxwellsche Äthertheorie, richtig ist. Das ist so schön mit dem Äther, der so geheimnisvoll ist, und dann hat man natürlich versucht, kleine Änderungen zu machen. Statt des Äthers hat man es das "absolute Feld" genannt, ein bevorzugtes Bezugssystem. Es wird immer abstrakter, immer mathematischer. Und während der Äther nun unmittelbar anschaulich war als ein Fluidum, eine Flüssigkeit, eine nichttropfbare Flüssigkeit, so wurden früher die Gase genannt, die das ganze Weltall erfüllt, ist man heute zu abstrakten mathematischen Vorstellungen gekommen. (...) Die Maxwellsche Theorie wurde beibehalten, und jetzt war eben das Problem, wie kann man das machen, wenn das Experiment von Michelson offensichtlich der Theorie widerspricht, wie kann man das lösen?

Kawi Schneider: (...) Dann hat man also Maxwells Theorie "angeglichen", und das hat Voigt gemacht?

Gotthard Barth: Nein, das würde ich nicht so sehen. Ich würde sagen, daß die mathematischen Theoretiker da eine wunderschöne Theorie haben, die mathematischen Physiker sind immer entzückt von der Schönheit ihrer Formeln, und daß sie an dieser Theorie unbedingt festhalten wollen. Und nun hat sich herausgestellt, das ist offensichtlich nicht möglich. Nach der Theorie müßte die Lichtgeschwindigkeit sich in den Grenzen c + v und c - v ändern. Michelson mißt aber, daß kein Unterschied besteht, das heißt, daß c + v und c - v gleich sind. Das aber ist logisch und mathematisch ausgeschlossen.

Aber die Theoretiker haben versucht, ob es nicht doch noch eine Möglichkeit gibt, das Unmögliche, das logisch und mathematisch Unmögliche, möglich zu machen. Und das ist nach und nach gelungen. Der erste Versuch war eben die Rechnung von Woldemar Voigt, und dann etwas später kommt der erste Vorschlag von Fitzgerald, einem Engländer, der vorschlug, daß die Längen ein wenig durch den Äther, also durch die Bewegung gegen den Äther, zusammengedrückt werden, um einen ganz kleinen, minimalen Betrag.

Dadurch wird die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde nicht gleich nach allen Richtungen, es wird nur die Lichtgeschwindigkeit in Richtung der Erdbewegung im Äther und die Geschwindigkeit des Lichtes senkrecht zu dieser Bewegung gleich. Untereinander sind aber die Teile dieser Bewegung dann trotzdem verschieden. Das hat die Physiker nicht befriedigt, das war, man sagt heute eine ad-hoc Erklärung, die nur für diesen Fall erfunden wurde, daß die Körper zusammengedrückt werden.

Kurz danach, nach Fitzgerald, hat ein zweiter Engländer namens Larmor vorgeschlagen, daß man nicht nur die Längen, sondern auch die Zeiten ändert. Und das schien die großartige Lösung zu sein. Mit der Änderung der Zeiten war es rechnerisch möglich, den Michelson-Versuch so zu berechnen, daß c konstant ist. Ob sich nun das Licht und die Erde in die gleiche Richtung bewegen oder ob sich das Licht senkrecht zur Erdbewegung bewegt - in jedem Fall kommt als Resultat die gleiche Größe heraus, die Lichtgeschwindigkeit im Äther: c. Das, was mathematisch, logisch und auch physikalisch nicht möglich war, das ist durch die Kunst, durch die Rechenkunst der Mathematiker möglich geworden.

Kawi Schneider: Ja, kann man das jetzt mal einfacher ausdrücken: Also gegen den vermeintlichen Ätherwind war das Licht genauso schnell wie quer oder rückwärts - das war das Ergebnis des Versuchs. Und die Interpretation war jetzt, der Ätherwind selbst drückt die Längenmaße zusammen in der jeweiligen Richtung, oder aber wird sogar die Geschwindigkeit der Zeit zusammengedrückt, in der Richtung des Ätherwindes? Habe ich das richtig verstanden?

Gotthard Barth: Nicht ganz! Die historische Entwicklung war anders: Es wurde im Michelson-Versuch nicht die Geschwindigkeit des Lichtes mit dem Ätherwind und gegen ihn gemessen, sondern gemessen wurde nur die mittlere Geschwindigkeit in Richtung der Ätherbewegung, der Erdbewegung im Äther und senkrecht dazu. Also nicht die Teile der Lichtgeschwindigkeit auf den einzelnen Wegen, diese wurden nicht verglichen, sondern nur das Mittel. Das arithmetische Mittel dieser Geschwindigkeiten. Und um das zu erklären, hätte die Verkürzung der Längen genügt, mit der relativistischen Wurzel. Aber jetzt, als man die einzelnen Teile gleich machte, daß die Geschwindigkeit gegen den Wind, mit dem Wind und senkrecht dazu gleich waren, dazu war die Transformation der Zeiten notwendig. Mit Hilfe der Transformation der Zeiten werden alle Lichtgeschwindigkeiten gleich.

Kawi Schneider: Ja jetzt verstehe ich gar nichts mehr. Jetzt komme ich nicht mehr mit.

Gotthard Barth: Die Theorie des Michelson-Versuches, das habe ich schon gesagt, ist außerordentlich schwierig. Konkret haben wir vier verschiedene Lichtgeschwindigkeiten: Die Lichtgeschwindigkeit im Äther, die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde mit dem Äther, der das Licht mitnimmt, die Lichtgeschwindigkeit gegen den Ätherwind, wo die Lichtgeschwindigkeit gebremst wird, und die Lichtgeschwindigkeit senkrecht dazu. Also diese vier verschiedenen Lichtgeschwindigkeiten sollen, so hat Michelson beobachtet, gleich sein. Und jetzt ist das Problem, wie kann ich mathematisch diese Lichtgeschwindigkeiten einander gleich machen.

Kawi Schneider: Was heißt einander gleich machen, sie sind doch schon als gleich gemessen worden!

Gotthard Barth: Aber dem widerspricht die Maxwellsche Theorie! Man hat natürlich zunächst bezweifelt, daß die Messung von Michelson richtig ist. Aber das ist immer wieder wiederholt worden: Die Messung stimmt, die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde ist, bis auf verschwindende Einheiten, nach allen Richtungen gleich groß.

Kawi Schneider: Also die Theorie war, daß die Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Richtungen verschieden sein muß.

Gotthard Barth: Ja, das ist die notwendige Konsequenz aus ...

Kawi Schneider: Ja warum hat man dann nicht einfach gemessen, wie ist die Lichtgeschwindigkeit gegen und mit dem Ätherwind, und dann verglichen?

Gotthard Barth: Solche Messungen hat es zu dieser Zeit überhaupt nicht gegeben. Man konnte wohl die absolute Lichtgeschwindigkeit messen, aber nur grob, auf einen halben Kilometer. Heute wird schon viel besser gemessen. Aber Michelson konnte mit seiner Apparatur Änderungen der Lichtgeschwindigkeit ganz, ganz fein messen, so daß man eben auch die geringste Änderung der Lichtgeschwindigkeit feststellen konnte - nicht absolut, sondern nur die Änderungen. Und Änderungen gibt es beim Michelson-Versuch auch nicht. Die Theorie fordert aber, es müssen Änderungen da sein, weil einmal der Äther das Licht mitnimmt, einmal bremst er es, und senkrecht dazu gibt es wieder eine andere Geschwindigkeit.

Kawi Schneider: Ja, das hatte ich verstanden.

Gotthard Barth: Und jetzt kommen wir zum Kern des Problems: Wenn wir jetzt zurückschauen, müssen wir feststellen, daß es unmöglich ist, daß die Summe zweier Geschwindigkeiten gleich der Differenz zweier Geschwindigkeiten ist. Das ist für jeden normal Denkenden unmöglich. C + v soll gleich sein c - v, das ist wie 5 + 3 soll gleich sein 5 - 3. Jeder vernünftig denkende Mensch würde sagen, das ist ausgeschlossen, die Forderung ist falsch, die Voraussetzungen, die diese Forderung erzwingen, die müssen falsch sein, denn so etwas kann es nicht geben. Das ist logisch und mathematisch selbstverständlich. Die Mathematiker, die Theoretiker haben aber dennoch versucht - na, vielleicht sind wir doch gescheit genug, vielleicht geht das doch, daß wir 5 + 3 und 5 - 3 gleich machen können. Und das ist ihnen gelungen!

Kawi Schneider: Ja aber das Meßergebnis war doch, daß die Geschwindigkeiten gleich sind. In alle Richtungen, also ist v = Null, oder was?

Gotthard Barth: Ja, das ist die eine Möglichkeit, daß die Geschwindigkeit der Erde im Äther null ist, das wäre eine Lösung. Das heißt, daß die Erde sich in einem relativ zur Erde ruhenden Äther bewegt.

Kawi Schneider: Aber man ist doch theoretisch davon ausgegangen, der Äther ist im Vergleich zur Erde nicht ruhig, sondern die Erde bewegt sich durch ihn hindurch.

Gotthard Barth: Ja, und davon wollte man nicht abgehen. Es hat natürlich Versuche gegeben, anzunehmen, daß die Erde den Äther mitführt. Im Bereich des Michelson-Versuches gibt es dann keine Mitführung und keine Bremsung des Lichtes. Wenn die Erde ihren eigenen Äther mitführt. Aber das ist dann 1924 von Tomaschek widerlegt worden, der hat Sternenlicht genommen, das von außen kommt, also irgendwie durch den außerirdischen Äther beeinflußt wird, und auch das Ergebnis war negativ. Die Geschwindigkeit des Lichtes ist nach allen Richtungen gleich. Ganz unabhängig wie sich die Erde, der Beobachter und die Quelle bewegen. So wurde geschlossen.

Kawi Schneider: Ja - man hat festgestellt, die Geschwindigkeit ist nach allen Richtungen gleich, und das Ergebnis der Messung hat es bestätigt. Was war denn da nun das Problem?

Gotthard Barth: Daß man die Theorie halten wollte!

Kawi Schneider: Die Theorie war, daß die Geschwindigkeiten verschieden sind, die Messungen aber zeigten, sie sind nicht verschieden, und jetzt hat man versucht, diese beiden Dinge ...

Gotthard Barth: ... die unmöglich zusammenpassen, weder logisch noch mathematisch noch physikalisch - es ist ja nicht denkbar, daß jemand auf einem Schiff auf einem Strom fährt, und die Geschwindigkeit des Stromes addiert sich nicht zur Geschwindigkeit des Schiffes. Wenn er flußabwärts fährt, ist er natürlich schneller als wenn er flußaufwärts fährt. Das ist ganz selbstverständlich. Das war den Theoretikern natürlich auch klar. Aber sie haben eben nicht physikalisch gedacht, sondern sie haben nur mathematisch gedacht! Sie haben gerechnet und geglaubt, sie haben einen, ich kann es nur als Trick bezeichnen, als irgendein Zaubermittel, um zwei verschiedene Größen gleich zu machen.

(Fortsetzung nächster Post)

In Allem kannst du das Nichts erkennen und im Nichts All-ES!