Fragen zum Relativitätsprinzip

Was ist Äther?

In der sechziger Jahren des 19ten Jahrunderts stellte James Clerk Maxwell (1831-1879) seine berühmten Gleichungen für das elektromagnetische Feld auf. Die bis dahin bekannten Gesetze über die gegenseitige Beinflussung von magnetischen und elektrischen Feldern erweiterte er so, dass er einen Satz von Gleichungen aufstellen konnte, die alle elektromagnetischen Phänomene richtig beschreiben. Aus diesen Gleichungen zeigte sich, dass sich elektrische und magnetische Felder gemeinsam als Wellen fortpflanzen können. Diese Wellen pflanzen sich mit einer Geschwindigkeit fort, die sich eindeutig aus den Feldkonstanten für statische Felder ergibt. Es zeigte sich schnell, dass sich diese elektromagnetischen Wellen als Radiowellen zur Informationsübertragung nutzen lassen und dass auch Licht eine elektromagnetische Welle mit recht kurzer Wellenlänge ist.

Was von Anfang an nicht klar war, war in welchem Medium sich elektromagnetische Wellen ausbreiten. Von anderen Wellenphänomenen kann man das Medium mühelos angeben: Schallwellen breiten sich zum Beispiel in Luft aus und Wasserwellen an Wasseroberflächen. Für Radio- und Lichtwellen war dagegen kein Medium bekannt, das sich unabhängig messen ließ. Die Luft kommt hierfür nicht in Frage, da sich elektromagnetische Wellen auch im Vakuum mit beinahe unveränderter Geschwindigkeit ausbreiten. Man postulierte also ein elektromagnetisches Medium, dass man Äther oder genauer Lichtäther nannte.

Nachdem man die Wellennatur von Licht- und Radiowellen nachweisen konnte, war es sinnvoll, diesen Äther als Medium für Lichtwellen anzunehmen. Allerdings müsste es auch messbar sein, wie sich die Erde in diesem Äther bewegt. Immerhin hat die Erde relativ zur Sonne eine Geschwindigkeit von etwa 30 km/s und das ganze Sonnensystem bewegt sich mit mehr als 200 km/s um das Zentrum der Milchstraße. Um die Geschwindigkeit der Erde im Äther nachzuweisen, haben Albert A. Michelson und Edward W. Morley 1887 einen Versuch durchgeführt, mit dem man in der Lage gewesen wäre die Bewegung der Erde durch den Äther zu messen. Der tatsächlich gemessene Effekt war jedoch viel kleiner als erwartet und lag innerhalb der Fehlergrenzen des experimentellen Aufbaus. Auch spätere Wiederholungen dieses und ähnlicher Versuche haben keine Geschwindigkeit der Erde gegen den Äther nachweisen können. Deshalb und weil Albert Einstein 1905 eine Theorie veröffentlichte, die die ätherunabhängige Lichtausbreitung plausibel machte, gehen heute die meisten Physiker davon aus, dass es keinen Äther, wie man ihn sich im 19ten Jahrhundert vorgestellt hat, gibt.

Zahlreiche Experimente zur Relativitätstheorie widerlegen heute den klassischen, stofflichen Äther, wie man ihn sich im 19. Jahrhundert vorgestellt hat. Das bedeutet aber nicht zwingend, dass es gar keinen Lichtäther gibt. Man kann zum Beispiel annehmen, dass die Bewegung gegen einen Äther genau die gemessene Längenkontraktion und Zeitdilatation hervorruft. Das war die Aussage der Lorentzschen Äthertheorie, die jedoch den Makel hatte, dass sie keinen Grund dafür angeben konnte, dass der Äther genau diese Effekte hervorruft.

Auch den Vakuumzustand der Quantentheorie kann man sich als modernen Äther vorstellen, einen Äther allerdings, der keine stofflichen Eigenschaften hat. Insbesondere hat das Vakuum keine Geschwindigkeit, es ist Lorentz-invariant. In einigen spekulativen Theorien findet sich die Vorstellung, der Weltraum könnte wie ein Kristallgitter gerastert sein. Solch eine Gitterstruktur würde ebenfalls den klassischen Äther ersetzen und könnte bei Experimenten mit kleinen Wellenlängen nachgewiesen werden.

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Letzte Änderung: 13.10.2007

© Joachim Schulz

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