Eine widerlegte Theorie
Äther
Im "Jahr der Physik 2005" stehen die epochalen Theorien des Physikers Albert Einstein im Mittelpunkt vieler Ö1 Sendungen. Hier die Erklärung der wichtigsten Begriffe seiner wissenschaftlichen Arbeiten zum Nachlesen.
8. April 2017, 21:58
Der Äther ist ein hypothetisches Medium, mit dessen Hilfe man im 19. Jahrhundert die Kräfteübertragungen (z.B. die Gravitation) in der Natur und vor allem die Ausbreitung des Lichts erklären wollte.
Die Physiker stellten sich den Äther einerseits als "gelatineartige" Füllmasse des Universums, andererseits als Festkörper vor, der zusätzlich imstande war, die Materie zu durchdringen. Im Rahmen der Speziellen Relativitätstheorie (SRT) erwies sich die Vorstellung des Äthers als unhaltbar.
Der Äther existiert nicht
Wie kann das Sternenlicht sich durch das Vakuum des leeren Raumes zur Erde bewegen? Im 19. Jahrhundert regierte unter den Physikern das Wellenbild des Lichts. Der schottische Physiker James Clerk Maxwell konnte mit mathematischen Gleichungen das Licht als elektromagnetische Welle beschreiben.
Um sich die Ausbreitung dieser Lichtwellen zu erklären, mussten die Physiker aber eine Substanz, ein Medium annehmen, in dem sich die Wellen fortpflanzen konnten. Ähnlich wie sich Schallwellen in der Luft oder Wasserwellen im Meer ausbreiten, sollte der hypothetische "Äther" das Trägermedium für das Licht sein. Einstein postulierte in seiner 1905 publizierten der SRT jedoch: Der Äther existiert nicht!
Unterschiedliche Gleichungen
Maxwells Theorie des Elektromagnetismus widersprach dem Grundsatz von Galilei und Newton, wonach alle physikalischen Vorgänge in der Natur gleich ablaufen, unabhängig davon, ob ein System ruht oder sich gleichförmig mit beliebiger Geschwindigkeit bewegt. Seine Gleichungen für das Licht nahmen unterschiedliche Gestalt an, abhängig davon, ob man sie in einem ruhenden oder in einem bewegten System betrachtete.
Genau genommen galten die Maxwellschen Gleichungen in ihrer ursprünglichen Form nur in Systemen, die bezüglich des Äthers ruhten. Nach den Vorstellungen Maxwells musste der Äther gewissermaßen den "absoluten Raum" Newtons ausfüllen. Damit wäre aber das Äthersystem vor allen anderen Bezugssystemen ausgezeichnet gewesen. Ein solches ausgezeichnetes Inertialsystem kann es aber nach der SRT Einsteins nicht geben.
Lichtstrahlen zeigen keine Geschwindigkeitsunterschiede
Wäre das Licht eine elektromagnetische Welle in einem elastischen Medium, dem Äther, müsste man einen Unterschied zwischen der Lichtgeschwindigkeit in Richtung der Erdbahn und senkrecht dazu feststellen. Lichtstrahlen, die rechtwinklig zueinander verlaufen und der Erdumdrehung folgen, zeigen aber keine Geschwindigkeitsunterschiede. Das stellten zwei Amerikaner, der Physiker Albert Michelson und der Chemiker Edward Morley, im Jahr 1887 mit einem Interferometer fest.
Ziel des Experiments war es, die Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Bewegungsrichtungen relativ zum ruhenden Äther zu messen. Doch das Resultat ergab immer die gleiche Lichtgeschwindigkeit. Folglich konnte der Äther nicht existieren, behauptete Einstein. Er erklärte das Resultat des Experiments mit der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit: c hat in allen Bezugssystemen denselben Wert, nämlich ungefähr 300 000 km/s, eine wesentliche Prämisse der SRT.
Während andere Physiker wie der holländische Physiker Hendrik Lorentz weiterhin am Konzept des Äthers und damit des absoluten Raums festhielten, verwarf Einstein in seiner SRT das hypothetische Lichtmedium - und er sollte damit Recht behalten.
