Einsteins vierdimensionaler Raum

Transkript

1 Hermann Bauer Einsteins vierdimensionaler Raum eine Sheinwelt Kritik eines Mythos

2 Vorwort Der soziale Aspekt... 4 selbständiges Denken unzulässig? Überforderter Menshenverstand... 8 wo, wann, jetzt, vor, nah - alles im Nebel Das Rätsel der Lihtgeshwindigkeit kümmert sih weder um den Sender noh um den Empfänger Merkwürdige Maße messen, was meßbar ist..., es geht um die Grundsubstanz der Physik und der seltsame Ganguntershied... 5 es geht noh eine Stufe tiefer Das Kernproblem wirklih oder nur geometrish? Einsteins neue Gedanken Kühnheit shützt vor Irrtum niht Die Autorität des Meisters ist kleiner als? Das ungelöste Paradoxon weil die Vergangenheit niht wiederkommt Von Stund an warum niht von hier an? Denkkatastrophe Shwarzes Loh der Rehnung mehr vertrauen als dem Urteil Was ist der Einsteinkosmos wirklih? das Gerade ist krumm geworden Ihr verflixten Physiker...! eine andere Lösung? Abrehnung und Ausblik das Gegenteil von dem tun, was man will Anhang. Klärung der Ehrenfestparadoxons A. Das Problem B. Begriff der relativistishen Effekte C. Relativistishe Effekte bei einer Kreisbewegung D. Übergang zur rotierenden Sheibe E. Berüksihtigung der elastishen Spannungen... 90

3 Vorwort Ist es heute noh möglih, daß jemand die Relativitätstheorie bezweifelt und somit Einstein seinen Weltruhm streitig maht? Die meisten werden denken, der Zweifler müsse dann auf dem geistigen Niveau eines Menshen stehen, der die Erde noh immer für eine Sheibe hält. Die Relativitätstheorie, so wird man sagen, ist doh längst experimentell ebenso klar bestätigt wie die Rundung der Erde, sonst würde sie ja auh niht an allen Universitäten gelehrt. Freilih wird auh die Mehrzahl zugeben, daß die Spezielle und noh mehr die Allgemeine Relativitätstheorie weit über ihren geistigen Horizont hinausgingen; als Grund dafür nehmen sie aber hin, daß eben Einsteins Genie den gewöhnlihen Menshenverstand weit übertreffe und nur eine Reihe von wissenshaftlih besonders Gebildeten ihm folgen könne. Viele werden auh erlebt haben, daß sie mit grundlegenden und ihnen völlig klaren inneren und äußeren Erfahrungen in Konflikt mit Einsteins Theorie kommen; aber sie sind bereit, sih dem großen Ansehen der Physik zu beugen, indem sie sih ihre Klarheit ausreden lassen und Korrekturen ihrer Erfahrungswelt akzeptieren, auh wenn diese niht zu einer neuen Klarheit, sondern ins Unbestimmte führen. Ih möhte in diesem Buh zeigen, daß diese Resignation unnötig, ja unsinnig ist, weil die Gründe dafür einfah falsh sind. Zum ersten haben die experimentellen Prüfungen lediglih den mathematishen Formalismus der Relativitätstheorie bestätigt, aber keineswegs den theoretishen Hintergrund, den Einstein geshaffen hat. Vielmehr ist die Kritik an diesem Hintergrund auh von kompetenter fahwissenshaftliher Seite nie verstummt. Zum andern kann jeder die Experimente und Gedankengänge verstehen, die den berühmten Forsher auf den Weg zu seiner Theorie führten und kann beurteilen, ob diese Wege zwingend sind. Und drittens sind bei genauem Hinsehen, wie ih zu zeigen gedenke, die Widersprühe dieser Theorie zu unserer Erfahrung so gravierend, daß man sie nur hinnehmen kann, wenn man sih selber als vernunftbegabtem Wesen mißtraut. Die einzige Alternative ist, daß man den Glauben an Einstein aufgibt und einen anderen Hintergrund für den mathematishen Formalismus akzeptiert. Allerdings ist es gegenwärtig niht möglih, diese Probleme in den Fahkreisen auszudiskutieren, denn dort haben sih Einsteins Auffassungen praktish vollständig durhgesetzt, so daß dort keine vorurteilsfreie Atmosphäre mehr existiert. Auf die Frage, warum Einsteins Ideen gesiegt haben, muß man allerdings zugeben, daß seine Theorie eine Geshlossenheit aufweist, die von anderen Deutungen zunähst niht erreiht wird. Nun führt aber gerade die Relativitätstheorie wie ih ausführen werde an Grenzen, wo die Physiker einsehen müßten, daß es noh andere Seinsgebiete als das von ihnen bearbeitete gibt. Die Geshlossenheit der Theorie mußte daher durh die Einführung von Irrtümern erkauft werden. So wurde die Wissenshaft gleihsam in ein Gebäude des Irrtums eingeshlossen und ihre gebotene sinnvolle Weiterentwiklung verhindert. Ein Ausbruh aus diesem Gebäude und eine Weiterentwiklung der Physik, die mit der Überwindung der Autorität Einsteins einherginge, würde eine Erweiterung unseres Weltbildes bedeuten, das gegenwärtig durh eine einseitige materialistishe Auffassung verengt ist und zwar vor allem durh die Dominanz der Physik. Da Wahrheit und Vielseitigkeit letztlih heilsamer wirken müssen als Irrtum und Einseitigkeit, wäre dies siher ein positiver Shritt für die Wissenshaft und die von ihr geprägte Welt. Ih will zeigen, daß er möglih und vernünftig ist. 3

4 Kurz zum Aufbau des Ganzen: Ih werde zuerst die sozialen Wirkungen der Theorie shildern, wie ih sie sehe. Dann erkläre ih die Spezielle Relativitätstheorie aus übershaubaren Phänomenen sowie Einsteins Deutung. Hierauf folgt deren Kritik, die nirgends irgendeine Meinung von außen gegen die Theorie vorbringt, sondern aus ihr selber erfolgt. Für die Allgemeine Relativitätstheorie läuft es dann ähnlih. Mehrere Kapitel haben einen mathematishen Anhang für die Fahleute. 1. Der soziale Aspekt selbständiges Denken unzulässig? Hier wird das Problemdargestellt Einsteins Ansehen ist ins Irreale gewahsen. Er ist zum Mythos geworden. Er hat so meint man unser Weltbild grundlegend verändert. Er ist hoh anerkannt von der herrshenden Wissenshaft, verehrt von zahllosen Menshen. Wenn die Grundgedanken seines Werkes aber verfehlt sind und das soll dieses Buh zeigen, so beruht der Mythos nur auf Autorität, ist ein bloßer Glaube, der verhindert, tiefere Daseinsfragen so zu stellen, was heute notwendig ist. Würde man heute eine Umfrage starten, wer der bedeutendste Naturforsher des zwanzigsten Jahrhunderts oder auh aller Zeiten sei, so würde Albert Einstein im ersten Fall siher, vermutlih aber auh im zweiten Fall die meisten Stimmen erhalten. Einstein ist für viele die Verkörperung wissenshaftliher Genialität überhaupt, er ist für sie eine Art höheres Wesen, zu dem sie ehrfürhtig aufshauen; es trifft wirklih zu, daß sein Ansehen geradezu ins Irreale gewahsen ist 1. Umgekehrt wird Kritik an dem großen Physiker, wenn sie noh auftauht, als Anmaßung, ja beinahe als Sakrileg verurteilt, so daß heute kaum noh bekannt ist, wie viele bedeutende Physiker darunter so klangvolle Namen wie A.A. Mihelson und E. Mah Gegner der Relativitätstheorie waren. Im vorigen Jahrhundert erwiesen sih viele Autoritäten als trügerish, und in der Folge wurde shließlih jede Autorität angezweifelt. Aber offenbar sehnen sih die meisten Menshen doh nah einer irdishen Autorität. Und da war Einstein, den man bedingungslos anerkennen und verehren kann. Und so erhob man ihn zum Mythos. Die gängige Ansiht über Einsteins geistige Leistung ist etwa die folgende: Er hat durh seine Relativitätstheorie uralte, ungeprüft überkommene Denkgewohnheiten als irrig entlarvt und unser Weltbild grundlegend verändert, indem er unser Verständnis von Raum und Zeit vollkommen verwandelte und diese zu einer vierdimensionalen Einheit verband. Man kann sih auh tatsählih kaum eine tiefergreifende gedanklihe Revolution vorstellen als Einsteins Theorien. Gewiß hatten die Philosophen shon lange vorher so ziemlih alles in Zweifel gezogen, was dem gewöhnlihen Sterblihen als selbstverständlih ershien. So shreibt Desartes 3 :... und so sehe ih mih endlih gezwungen, zuzugestehen, daß an allem, was ih früher für wahr hielt, zu zweifeln möglih ist...; aber diese Zweifel waren doh reht theoretisher Natur, denn sie verunsiherten nur, ohne zu etwas substantiell Neuem zu gelangen, und so blieb letztlih doh alles beim alten. Auh unsere geometrishen Begriffe hatte man shon lange vor Einstein ganz dezidiert in Frage gestellt. So prüfte kein geringere als Carl Friedrih Gauß, Mathematiker allerersten Ranges, praktish 4

5 nah, ob die Winkelsumme auh in sehr großen Dreieken 180 beträgt, ob also die gewöhnlihe Euklidishe Geometrie überall stimmt. Aber damals glaubte kaum jemand, daß dies niht der Fall sein könne, und die Untersuhung wurde von vielen als ein sinnloses Unternehmen kritisiert, das allenfalls die Genauigkeit der Winkelmessung prüfen könne. Einstein bewies aber nun niht nur, daß unsere Raum- und Zeitbegriffe angezweifelt werden können, sondern daß sie grundsätzlih falsh seien, und er lehrte sogar, wie sie korrigiert werden müßten. Überdies hob er dabei den vorher kaum angetasteten Begriff der Zeit völlig aus den Angeln und vershmolz ihn mit dem Raum zu einem vorher nie geahnten Gedankengebilde. Das alles war vollkommen und grundlegend neu. Man könnte vermuten, daß dies den Glauben an die Siherheit wissenshaftlihen Forshens vermindert hätte, denn alle hatten ja mit den fehlerhaften Zeit- und Raumbegriffen gearbeitet; aber das war nur wenig der Fall, denn die Wissenshaft hatte durh ihren Repräsentanten Einstein die Fehler auh korrigiert, und so wurde in viel höherem Maße das Vertrauen in das naive, laienhafte Denken des naturwissenshaftlih Ungebildeten ershüttert. So behauptet Max Born als Shlußwort einer populären Darstellung 4 niht ohne Pathos, es zeige sih,... daß EINSTEINs Gedanken seit ihrer Verkündigung vor mehr als einem halben Jahrhundert nihts von ihrer Stärke eingebüßt haben. Sie haben den physikalishen Wissenshaften den Aufshwung gegeben, der sie von überlebten philosophishen Lehren befreit hat und durh den sie einer der entsheidenden Faktoren in der heutigen Welt geworden sind. Andererseits werden Werke über die Relativitätstheorie niht müde, die Unzulänglihkeit des gesunden Menshenverstandes der neuen Lehre gegenüber zu betonen. So shreibt H.Melher 5 : Es sei daran erinnert, daß in der modernen Physik wiederholt Selbstverständlihkeiten revidiert werden mußten, das heißt, man mußte Vorurteile aufgeben und insbesondere solhe Vorstellungen, die der sogenannte gesunde Menshenverstand als unabänderlih und a priori gegeben ansah... Und die Physiker haben seitdem dieses Privileg, den gesunden Menshenverstand strapazieren zu dürfen, auh ausgiebig genützt. Während Einstein mit vier Dimensionen auskam, erfährt man im Himmelsjahr, einem astronomishen Jahrbuh, das eigentlih allgemeinverständlih sein will über die Theorie der Superstrings : Solhe Strings sind topologishe Strukturen in einem zehndimensionalen (!) Raum-Zeit-Kontinuum können als unendlih lange Fäden oder in geshlossenen Shleifen (Loops) vorkommen. Die Fäden ziehen sih durh den dreidimensionalen (makroskopishen) Raum, während sehs Raumdimensionen im submikroskopishen Bereih (etwa m, der sogenannten PLANCK-Länge) verborgen bleiben oder, wie die Theoretiker sagen, kompaktifiziert sind. Als zehnte Dimension kommt die Zeit hinzu. Alle beobahtbaren Teilhen wie Quarks z.b. sollen durh Erregungszustände der Strings hervorgerufen werden.. Ähnlihes liest der Laie mit einer Mishung von skeptisher Bewunderung und Resignation in einer Unzahl von populären Darstellungen, das heißt es wird ihm nahegelegt, etwas für rihtig zu halten, was er insoweit gesunder Menshenverstand in ihm lebt gar niht einsehen kann. Für ihn als gewöhnlihen Sterblihen gilt: Über die realen Zusammenhänge und Hintergründe der physishen Welt kann, wenn überhaupt, nur von der Wissenshaft etwas Ernstzunehmendes ausgesagt werden, und das geht himmelweit über alles hinaus, was sein Verstand fassen kann. Hier tritt also die Wissenshaft mit einem Anspruh auf, den man durhaus als autoritär bezeihnen kann. Nun wäre das noh hinzunehmen und letztlih niht gar so shlimm, wenn man durh gehöriges Studium verbunden mit gründlihem Nahdenken, den gesunden Menshenverstand so entwikeln und verbessern könnte, daß er seine früheren Irrtümer einsähe und nun die Theorien doh verstünde. Ih hoffe jedoh zeigen zu können und damit bin ih beim Thema, daß gerade das niht geht. Man kann meines Erahtens Einsteins Ansihten durh gründlihes Nahdenken letzt- 5

6 lih niht bestätigen, sondern nur ablehnen. Natürlih werden heute aus der geshilderten Stimmungslage heraus zunähst nur sehr wenige diese Behauptung ernst nehmen. Aber angenommen sie trifft zu, so beruht die Anerkennung der Relativitätstheorie lediglih auf einem Glauben, der sih nur auf die Autorität der Wissenshaft und ihres Repräsentanten stützt. Die radikale Verunsiherung des Laiendenkens und die Erhöhung der wissenshaftlihen Autorität, die ja einer Entmündigung auf dem Erkenntnisgebiet nahekommt, ist dann mit allen aus ihr folgenden Wirkungen unberehtigt und unnötig. Um diese Wirkungen zu beurteilen, muß man folgendes bedenken: Es wird in der Gegenwart immer deutliher, daß wir die wirtshaftlihen, rehtlihen und kulturellen Probleme der Welt nur lösen können, wenn wir Ideen entwikeln, die alle traditionellen Bahnen verlassen und auh Fragen nah dem Sinn des menshlihen Dasein, nah den Hintergründen dieses Daseins zu stellen wagen und wenigstens anfänglih zu beantworten vermögen, wenn man also solhe Fragen niht mehr dem unsiheren Glauben und dem wehselnden Konsens allein überläßt, sondern sih mit wissenshaftlih geshulten Denken um sie bemüht; das heißt aber unsere Wissenshaft und sie ist ja von der Naturwissenshaft geprägt müßte sih um Fragen kümmern, denen sie bisher aus dem Weg ging.(siehe auh die letzten beiden Kapitel.) Die Frage nah dem Verhältnis von Raum, Zeit und Bewegung ist ein erster Shritt in diese Rihtung. Man sieht, daß insofern Einsteins Gedanken ganz im Geiste der Zeit liegen. Wenn diese Gedanken aber falsh sind, so fördern sie natürlih die notwendige Forshung niht, sondern die Autorität des Wissenshaftlers wirkt wie eine Blokade. Wer sih mit den oben erwähnten Wesensfragen befassen will, muß sih sagen: Wenn wir shon beim ersten Shritt auf einen Theorienkomplex stoßen, mit dem nur noh wenige Spezialisten umgehen können, und der letztlih unverständlih ist, so sheint jeder weitere Shritt hoffnungslos. Wissenshaftler und Laien müssen einsehen: Wenn shon über diese reht naheliegenden Fragen derart Unbegreiflihes die Wahrheit sein soll, so hat man keinerlei Aussiht, über tiefere Daseinsfragen, z.b. über das organishe Leben, die Seele, den Geist, über den Sinn des Ganzen irgend etwas zu begreifen. Die Suhe nah diesem Sinn, die sih immer mehr zu einer sozialen Notwendigkeit entwikelt, wird so im Keime erstikt. Damit meine ih niht, daß die Relativitätstheorie an sih wissenshaftlih rihtig und nur sozial problematish ist, vielmehr liegt in der Theorie selber der Grund für die Problematik. Allerdings sheint es mir heute nötig, von dieser sozialen Problematik auszugehen, denn in der etablierten wissenshaftlihen Welt haben sih Einsteins Ideen, wie gesagt, praktish vollständig durhgesetzt und finden keinen nennenswerten Widerspruh mehr. Andererseits muß ih klarstellen, daß es mir niht um den rein mathematishphysikalishen Inhalt der Relativitätstheorie geht. Dieser ist siher eine bedeutende wissenshaftlihe Leistung. Es geht vielmehr um Einsteins philosophishe Deutung seiner eigenen Theorie, denn allein von ihr gehen die sozialen Wirkungen aus. Diese philosophishe Deutung ist durhaus vom physikalish-mathematishen Teil trennbar. Für die Allgemeine Relativitätstheorie werde ih es nahweisen, für die Spezielle kann man es shon vorweg leiht aus ihrer historishen Entwiklung ablesen: Die zugrundeliegenden mathematishen Formeln stammen gar niht von Einstein, sondern im wesentlihen von H. A. Lorentz 6. Dieser hat aber Einsteins vierdimensionales Kontinuum niemals anerkannt, was Born kritish vermerkt und dabei auf den philosophishen Charakter der Auseinandersetzung hinweist 7. - Zu erwähnen ist hier auh, daß Einstein selber in seiner Kosmologie die Universalzeit, die er in der Speziellen Relativitätstheorie abgeshafft hat, wieder einführen mußte. Nun kann aber auh ein Forsher, der auf einem Gebiet erstklassig arbeitet, auf einem anderen durhaus irren, das heißt, wenn Einstein auf dem Gebiet der Physik unbestreitbare Leistun- 6

7 gen vollbraht hat, so ist das kein zwingender Grund, seine philosophishen Ideen auf eine gleih hohe oder noh höhere Stufe zu stellen, wenn auh das Publikum verständliherweise dazu neigt. Dabei darf man niht vergessen, daß die Physiker an anderer Stelle sih keineswegs sheuten, über Einsteins philosophishe Weltanshauung hinwegzugehen und sie ohne Zimperlihkeit als falsh zu qualifizieren, nämlih in der Quantentheorie, wo er die heute weitgehend anerkannte Deutung von Nils Bohr und Werner Heisenberg nie akzeptierte. Andererseits erhielt er für seine mathematish-physikalishen Forshungen auf demselben Gebiet den Nobelpreis 8. Wir haben also bei der Relativitätstheorie die folgende eigenartige Situation: Einstein entwikelte eine hohinteressante physikalishe Theorie und gab ihr eine philosophishe Deutung. Die Philosophen der Wende vom ahtzehnten zum neunzehnten Jahrhundert waren wenn man es vereinfaht ausdrükt in eine mehr materialistish-skeptishe Rihtung geraten und hatten niht die gedanklihe Siherheit, dieser wie ih zeigen werde verfehlten Deutung mit den rihtigen Argumenten zu begegnen, obwohl das im Prinzip möglih gewesen wäre und auh immer wieder versuht wurde 9. Dazu war die Autorität der Naturforsher shon damals zu groß geworden. Sie hatten sih in dem Kampf gegen die vor allem von Shelling ausgehende idealistishe Naturphilosophie, den Dynamismus, der von beiden Seiten energish und beahtlih intolerant geführt worden war, vollkommen durhgesetzt. 10 Überdies waren wohl wenige Philosophen in der Lage, den mathematish-physikalishen Gehalt der Theorie so gut zu verstehen, daß sie genau merkten, wo er in die philosophishe Deutung übergeht. So mußten sie sih weitgehend damit begnügen, die Deutung ungeprüft ihren weiteren Gedanken zugrunde zu legen, und so ist es weitgehend geblieben. Allerdings ist die philosophish-physikalishe Kritik an der Theorie nie verstummt, wenn sie auh kaum offiziell gelehrt wurde. Neben der Lehrmeinung lief stets ein wenig beahteter Strom, der sih ihr niht einfügen wollte und konnte, weil der gesunde Menshenverstand rebellierte. Hier sind vor allem die Arbeiten von J. Brandes erwähnen, der sorgfältig die Prinzipien der Theorie sowie die umfangreihe Literatur darstellte und jedenfalls nahwies, daß es in der lorentzianishen Interpretation eine widerspruhsfreie Alternative zu Einsteins Ansihten gibt (siehe (),(8)). Diese Interpretation stimmt mit der meinen überein, wenn auh die eingeshlagenen Wege vershieden sind und völlig unabhängig voneinander gegangen wurden. Damit erledigt sih auh der naheliegende Einwand gegen diese Unternehmung: Da will irgendein Größenwahnsinniger noh genialer sein als Einstein! - Dessen Genialität liegt im physikalishen Inhalt seiner Theorien. Hier geht es um die Rettung des Menshenverstandes vor Einsteins philosophisher Deutung. Jeder mit einigen physikalishen und philosophishen Kenntnissen könnte meine Ergebnisse selber finden. Er darf sih nur niht vorzeitig durh die Autorität der herrshenden Meinung im Vertrauen zum Denken beirren lassen, sondern muß lange genug an den Einwänden seines gesunden Verstandes festhalten. Allerdings gibt es auh genügend unberehtigte Kritik an Einstein, die im Eifer des Gefehtes auh den mathematishen Formalismus angreift. Ih möhte durh meine Gedankenführung gleihsam nebenher nahweisen, daß dies unbegründet ist und die Probleme auf der philosophish-geistigen Ebene liegen. Diese Probleme, die das gewöhnlihe Denken mit der Theorie hat, sind ja auh, wie shon gesagt, außerordentlih groß, und ih muß zunähst ausführliher und tiefer, als es meist geshieht, auf sie eingehen. 7

8 . Überforderter Menshenverstand wo, wann, jetzt, vor, nah - alles im Nebel Einspruh des gesunden Menshenverstandes. Einsihten des Menshenverstandes und seelishe Grunderlebnisse werden von der Relativitätstheorie als unerheblih abgetan. Es gibt nah ihr weder eindeutige Bewegungen, noh feste Punkte im Weltraum, es gibt keine wirklihe Gleihzeitigkeit, und es kann sein, daß von zwei Leuten jeder mit Reht sagt, die Uhr des anderen gehe nah. Shließlih wird noh verkündet, daß die altbekannte Geometrie falsh sei und man wissen kann, daß der ganze Weltraum nur endlihes Volumen besitzt. Dies soll noh keine wissenshaftlihe Auseinandersetzung mit der Relativitätstheorie werden, sondern nur eine Shilderung, wie der unbefangene Menshenverstand sie erlebt. Der Ausgangspunkt der Relativitätstheorie ist die Frage, ob sih die Dinge im Weltraum absolut bewegen oder nur relativ zueinander; daher kommt ja auh ihr Name. Wenn ih spazieren gehe, so bewege ih mih z.b. mit einer Geshwindigkeit von 5 km pro Stunde über einen Waldweg oder eben relativ zu diesem Waldweg. Letzteres ist deshalb wihtig, weil sih der Waldweg zusammen mit der ganzen Erde um die Erdahse dreht, das heißt sih wiederum relativ zu dieser bewegt. Die ganze Erdkugel umrundet - nah Kopernikus - im Laufe eines Jahres die Sonne, was eine weitere Relativbewegung bedeutet. Innerhalb unseres Milhstraßensystems läuft die Sonne (mit etwa 0 km pro Sekunde) auf das Sternbild des Herkules zu, und die gesamte Milhstraße ist ein rotierender Spiralnebel, wodurh die Sonne eine Relativgeshwindigkeit von über 00 km pro Sekunde relativ zum Milhstraßenzentrum erhält. Die Milhstraße gehört zu einem noh größeren System (Lokale Gruppe), das sih wohl auh als Ganzes bewegt, und unsere Sonne wird dann dadurh von einem weiteren Bewegungsreigen mitgenommen. So weit diese Folge nun auh gehen mag, unsere Vorstellung kann im Prinzip alles nahvollziehen, der unbefangene Menshenverstand erwartet aber, daß sih alle diese relativen Bewegungen letztlih zu einer absoluten Gesamtbewegung zusammensetzen. Der Grund für diese Erwartung ist die tiefe Überzeugung, daß wir doh stets irgendwo im All, an einem bestimmten Ort sein müssen. Wenn wir dort bleiben, so sind wir absolut in Ruhe, andernfalls bewegen wir uns im Kosmos. Nun behauptet aber die Relativitätstheorie, daß es keinen absoluten Bewegungszustand der Erde oder irgendeines anderen Körpers im Weltall gibt, das heißt, daß auh keine bleibende Stelle, kein bleibender Punkt im All existiert, denn wenn es das gäbe, so brauhte man ja, wie gesagt, nur dort zu bleiben, um in absoluter Ruhe zu sein 11. Unsere Überzeugung, daß wir doh stets irgendwo im All sind, wird von der Theorie als ein Vorurteil erklärt, das entstanden ist, weil wir auf der Erde immer irgendwo sind und dies unberehtigt auf den ganzen Kosmos übertragen. Aber auh wenn dem Menshenverstand das alles klar gemaht wird, so kann er es doh niht wirklih einsehen, sondern sih nur der Autorität der Wissenshaft beugen; und das liegt siher auh daran, daß er Ruhe und Bewegung als Grunderlebnisse von existentieller Bedeutung in sih trägt, die so vershieden sind wie Wahen und Shlafen, wie Leben und Tod. Oft werden ja auh Ruhe und Bewegung als deren Repräsentanten angesehen; man denke nur an Begriffe wie Lebenslauf oder Ewige Ruhe. Wie intensiv noh zu Beginn der Neuzeit der Untershied zwishen Ruhe und Bewegung erlebt wurde, zeigt die Auseinandersetzung zwishen Galilei und der katholishen Kirhe, bei der es zentral um die Frage ging, ob die Erde im All ruht oder sih doh bewegt ; und diese Ansih- 8

9 ten prallten als absolute Gegensätze aufeinander. Noh shwerwiegender und anfangs heftig umstritten ist die Relativierung der Gleihzeitigkeit. Sie besagt, daß zwei Ereignisse, die für einen bestimmten Beobahter gleihzeitig stattfinden, für einen anderen eventuell naheinander geshehen können. Dies rührt noh stärker als das Bewegungsproblem an fundamentale Realitätserlebnisse des gesunden Menshenverstandes. Jeder von uns ist, wenn er von theoretishen Skrupeln absieht, im Grunde davon überzeugt, daß er niht allein existiert. Wer einwendet, daß er niht siher sei, ob außer ihm selber noh irgend etwas vorhanden ist, der sollte bedenken, daß shon der Einwand selber praktish zwei Individualitäten voraussetzt: Eine, die ihn maht und eine, an die er gerihtet ist. Er müßte sih also fragen: Will ih meine oder seine Existenz bezweifeln? Wer das niht tut, muß zugeben, daß außer ihm noh vieles andere da ist, daß es also außer ihm noh viele Menshen, Tiere, Pflanzen, Mineralien gibt, und daß die Erde und die anderen Gestirne vorhanden sind, daß es also niht nur das eigene Subjekt gibt, sondern eine objektive Welt, die niht nur in seinem Bewußtsein, sondern unabhängig von ihm existiert, und das auh niht nur in seiner unmittelbaren Nähe oder soweit er im Moment bliken kann, sondern grundsätzlih im ganzen All. Auh die Physik selber hat von jeher eine solhe objektive Welt anerkannt, und alle ihre Gesetze beziehen sih auf diese Welt 1. Sie verändert sih ständig; Dinge oder Zustände der Dinge vergehen und neue Dinge und Zustände entstehen; so gibt es für uns Geburt und Tod, wo das entsteht und vergeht, was wir gewöhnlih als Menshen bezeihnen. Es gibt also Dinge und Zustände, die niht mehr sind, um die wir vielleiht trauern, und es gibt andere, die noh niht sind, die wir vielleiht erwarten mit Hoffnung oder mit Furht. Die vergangenen und die zukünftigen Dinge und Zustände existieren also niht mehr oder noh niht, das heißt sie existieren in beiden Fällen ganz grundsätzlih niht. In objektiv-physikalishen Sinn existieren demnah nur die Dinge und Zustände, die jetzt sind, das heißt solhe, die das gleihe Jetzt haben wie ih, die gleihzeitig sind. Wenn es nun, wie Einstein versihert, rihtig ist, daß zwei Dinge, die für mih gleihzeitig sind, dies für einen anderen (der sih gerade an mir vorbeibewegt) Beobahter niht sind, so haben wir niht das gleihe Jetzt, und es kann sein, daß ein Ding zwar für mih existiert, für ihn aber noh niht, z.b. kann ein dritter Mensh für mih shon gestorben sein und für ihn noh niht, Für ihn existiert also der lebende dritte Mensh, für mih niht. Das ist vollkommen undenkbar, denn ein Mensh kann niht sowohl als Lebender als auh als Toter existieren. Wir werden freilih sehen, daß der andere Beobahter und ih keinerlei Nahrihten, keinerlei Informationen erhalten können, die Einsteins Ansihten unmittelbar widersprehen; das prinzipielle Seins-Problem für den Menshenverstand wird dadurh aber in keiner Weise aus der Welt geshafft. Ein Extrembeispiel für den Umgang der Relativitätstheorie (hier der Allgemeinen) mit unserer Zeitvorstellung findet sih in der reht populären Diskussion über Shwarze Löher, wo über die Zeit noh Ungeheuerliheres behauptet wird: Man kann sih in ein solhes Loh stürzen und kommt auh in absehbarer Zeit hinein, wenn auh niht mehr heraus. Für die draußen Bleibenden dauert dieser Vorgang aber unendlih lange, das heißt der Forsher, der sih in dieses Abenteuer stürzt kommt für die ihn Beobahtenden nie und nimmer an sein Ziel. Hat man einmal seinen Verstand dazu gebändigt, Einsteins Zeitbegriff zu ertragen, so nimmt man selbst solhe wissenshaftlihen Ergebnisse ohne große innere Widerstände hin. So erwähnt W. Poundstone 13 diese Sahe nur nebenher in Klammern, denn das Shiksal des mutigen Forshers der - jedenfalls für sih selber im Shwarzen Loh an und umkommt, ist wesentlih interessanter: Das endgültige Shiksal eines Menshen, der in ein shwarzes Loh fällt, wäre von surrealistisher Grausamkeit. In dem kurzen Augenblik vor seinem Zusammentreffen mit der Singularität würden die Gezeitenkräfte ins Unendlihe wahsen. Knohen und Muskelfasern würden sih zuerst auflösen, dann die Zellstruktur und der atomare Aufbau. 9

10 Der Beobahter würde zu einem Spaghettifaden von ständig zunehmender Länge und ständig abnehmendem Durhmesser auseinandergezerrt. Der Faden würde dünner als das feinste Garn werden und sih auf unendlihe Länge dehnen. Man kann den Eindruk haben, daß hier die Rüksihtslosigkeit gegen den Menshenverstand auf den ganzen realen Menshen übertragen wird. Aus der Theorie folgt bei extremer, aber konsequenter Deutung shließlih auh noh die Ungeheuerlihkeit, daß alle Geshehnisse der Raum-Zeit einfah da sind, also sowohl die vergangenen als auh die zukünftigen, ja für Einstein sind Vergangenheit und Zukunft nur eine hartnäkige Illusion 14. Das heißt also, wenn ih demnähst ein Verbrehen begehe, so steht das jetzt shon fest, und stand immer fest, und wenn Rihter mih dann verurteilen, obwohl ih gar niht anders konnte, so können die eben auh niht anders. Man sieht, wie hier die Wissenshaft grundlegende Werte, wie Gerehtigkeit, und grundlegende innere Erlebnisse, wie Freiheit und Shuld, einfah wegfegt. Gegen diesen Fatalismus müßte sih eigentlih niht nur der Verstand sondern auh Gefühl und Wille der Menshen wehren. Daß es weitgehend einfah hingenommen wird, zeigt einerseits, daß diese Konsequenz zu wenig hervorgehoben wird, beruht aber siher auh auf der Autorität der Wissenshaft. Am radikalsten werden unsere Raumbegriffe durh Einsteins Behauptung ershüttert, daß in der wirklihen Welt, die altbekannte Geometrie des Euklid nur annähernd gültig sei, das heißt streng genommen überhaupt niht gilt. Was seit Jahrtausenden zum festen und sihersten Bestand des Denkens gehörte, und was zahllose Shülergenerationen mit intuitiver Gewißheit eingesehen haben, fällt hier der wissenshaftlihen Autorität zum Opfer, denn einsehen kann man dies, wie ih nahweisen will (Kapitel 1), so wenig wie das übrige. Shließlih wird uns noh geoffenbart, daß Einsteins Kosmos endlos, aber niht unendlih groß sei. Dabei werden die Interpreten niht müde, zur Illustration das Beispiel einer Kugeloberflähe anzuführen, die ja auh diese Eigenshaften habe. Den Einwand, daß die Kugeloberflähe doh einen Raum umshließe und vom übrigen Raum abtrenne, was im Gesamtraum keine Entsprehung habe, kann natürlih nur der ungebildete Menshenverstand mit seinen Vorurteilen mahen. Wie gesagt, dies alles soll nur eine Art Stimmungswiedergabe sein. Um die Philosophie der Relativitätstheorie wirklih zu widerlegen, ist es zunähst nötig, die Theorie selber möglihst verständlih darzustellen. 3. Das Rätsel der Lihtgeshwindigkeit kümmert sih weder um den Sender noh um den Empfänger Die Fakten der Relativitätstheorie werden mit Hilfe von übershaubaren Phänomenen und Gedankenexperimenten erklärt. Das von einem Körper ausgesandte Liht bekommt dessen Geshwindigkeit niht mit, das heißt es ist so, wie wenn es einen Träger des Lihtes (Lihtäther) gäbe. Aber auh jeder Empfänger mißt unabhängig von seiner Bewegung die gleihe Lihtgeshwindigkeit, sonst gäbe es die Möglihkeit, die absolute Geshwindigkeit der Erde im Raum zu messen, was niht gelang. Die Shriften über die Relativitätstheorie, die allgemeinverständlih sein wollen, berihten meist nur, was die Wissenshaft herausgefunden habe und verzihten weitgehend auf eine Herleitung aus den Beobahtungen und Fakten, weil das wie die Autoren meinen über die Vorbildung des Lesers hinausgehe, das heißt sie stützen sih auf die Autorität der Wissenshaft. Natürlih kann ih hier niht so vorgehen, sondern muß die Formeln und Theorien, soweit 10

11 es irgend möglih ist, aus prinzipiell nahprüfbaren Beobahtungen herleiten, werde also nihts als den Menshenverstand voraussetzen. An mathematishen Kenntnissen ist allenfalls elementare Dezimal- und Bruhrehnung erforderlih. Für mathematish geshulte Leser werde ih eine genauere Herleitung jeweils in einem Anhang zu den Kapiteln geben. (Bei Kapitel 5 steht dort am Ende allerdings auh Prinzipielles zu meinem Vorgehen.) Wesentlih an meiner Darstellung ist, daß ih die Effekte der Relativitätstheorie als physikalishe Tatsahen shildere. Das sind sie natürlih in jedem Fall. Die herrshende im Grunde philosophishe Ansiht ist aber anders: Man glaubt, daß sie eigentlih und letztlih nur Wirkungen der vierdimensionalen Geometrie der Welt sind. Auf diesen Untershied, den ih hier zunähst nur andeuten kann, komme ih im Kapitel 9 zurük. Von den Ergebnissen her gesehen sind die Kapitel 3 bis 6 nur eine erklärende Überleitung. Der kritishe Hauptteil setzt mit dem Anfang von Kapitel 7 wieder ein. Wer auf diese ausführlihen Erklärungen verzihten will oder sie sogar abshrekend findet, kann die Zwishenkapitel überfliegen und nur die hervorgehobenen Resultate zur Kenntnis nehmen. Sie untersheiden sih wenig von dem, was man sonst über die Sahe liest. Die niht-geometrishe Herleitung der Theorie aus übershaubaren Phänomenen und Gedankenexperimenten statt aus allgemeinen Prinzipien lernt man dann natürlih niht kennen. Die Entstehung der Relativitätstheorie ist eng mit der Tatsahe verknüpft, daß es eine Lihtgeshwindigkeit gibt. Wenn irgendwo im All ein Stern aufleuhtet oder seine Ersheinung verändert, so können wir das niht sofort sehen, sondern erst nah einer bestimmten Zeit, die um so größer ist, je weiter das Geshehen von unserer Erde entfernt ist. Zuerst wurde dies an den Monden beobahtet, die den Jupiter umkreisen. Galilei hatte diese entdekt, und Olaf Römer maß ihre Umlaufszeiten um Jupiter (1673). Dabei bemerkte er, daß diese Zeiten länger waren, wenn sih die Erde von Jupiter samt seinen Monden entfernte, als wenn sie ihnen wieder näher kam, und er konnte das folgendermaßen erklären: Jupiter sendet Liht aus, das sih durh den Raum zu uns herbewegt, und dieses Liht brauht um so länger, je weiter der Planet von uns entfernt ist. Er konnte sogar die Geshwindigkeit des Lihtes berehnen und erhielt etwas mehr als Kilometer pro Sekunde (km/se). Wenn Jupiter also gerade 810 Millionen km von unserer Erde entfernt ist, so können wir z.b. den Einshlag von Kometentrümmern auf seiner Oberflähe erst nah einer Dreiviertelstunde sehen. 15 Der Kern von Römers Erklärung, das heißt die Vorstellung, daß Liht ungeheuer shnell durh den Raum saust, ist übrigens niht so zwingend, wie es uns heute ersheint. So wollte der Philosoph Hegel solhe Ersheinungen niht durh eine Lihtgeshwindigkeit erklärt haben, sondern er wollte darin... eine Vergangenheit zu einer Gegenwart nah der ideellen Weise der Erinnerung werden sehen. 16 Die Physiker hatten allerdings ein anderes Problem mit der Lihtgeshwindigkeit, das uns gegenwärtig zunähst kaum verständlih ist. Wir können uns heute ohne weiteres vorstellen, daß Liht sih einfah im Raum ausbreitet, ohne dort einen Träger zu haben, während die Physiker damals durh die historishe Entwiklung bedingt, wo man nah mehanishen Modellen suhte lange nah einem solhen Träger, dem man den Namen Lihtäther oder kurz Äther gab, suhten. 11

12 1,0 m m Bild 1a von außen gesehen 1 17 m Bild 1b Bild 1 Zur Demonstration des Trägheitsgesetzes Ih möhte daher niht vom historishen Ätherproblem ausgehen, sondern von der Frage, ob man die Lihtausbreitung verstehen kann, wenn man annimmt, daß es keinen Äther gibt. Es müßte dann nämlih für die Lihtausbreitung das Relativitätsprinzip gelten, das ih daher zuerst kurz harakterisiere: In einem Zug, der gleihmäßig (das heißt mit konstanter Geshwindigkeit, ganz geradeaus und ohne Ershütterungen) dahinfährt, fällt ein Koffer, den man losläßt, senkreht zu Boden, das heißt, man sieht das im Zug so. Man kann auh (falls genügend Platz ist) ungestört Ball oder Billard spielen. Kurz gesagt: die Gesetze der Mehanik und (wenn wir die Gesetze der Lihtausbreitung erst einmal ausklammern) der ganzen Physik gelten praktish genauso, wie wenn der Zug stillstünde. Man kann sih in einem solhen Zug wenn man niht hinausshaut z.b. vorstellen, daß man in Gegenrihtung fährt, ohne daß irgendeine Erfahrung dem widerspriht. Dies hat nun auh Bedeutung für die physikalishen Gesetze auf der ruhenden Erde. Wenn z.b. Papa in dem fahrenden Zug seinem kleinen Sprößling einen Ball waagreht zuwirft (siehe Bild 1a) und dieser ihn zwei Meter 17 weiter (in Zugrihtung) und 1,0 Meter tiefer auffängt, so ist das im Zug ein kleiner Wurf, der eine halbe Sekunde dauert. In dieser halben Sekunde fährt aber unser Zug 15 Meter weiter (Bild 1b), das heißt der Kleine fängt ihn erst 15 Meter weiter entfernt auf. Wenn also jemand von außerhalb des Zuges dauernd nur auf den Ball shauen könnte, so sähe er einen viel flaheren Wurf von 17 Meter Wurfweite. Papa gibt dem Ball eine Geshwindigkeit von 15 km pro Stunde, da der Zug aber gleihzeitig eine von 108 km pro Stunde hat, so ersheint dem Beobahter draußen eine Abwurfgeshwindigkeit von 13 km pro Stunde. Sowohl von außen als auh von innen, also sowohl relativ zur Erde als auh relativ zum Zug beobahtet man eine gesetzmäßige Wurfbahn, eine Wurfparabel. Es leuhtet ein, daß entsprehendes niht für

13 jede beliebige Bahnform gilt. So wäre z.b. die Shreibbewegung eines Menshen im Zug für einen Außenstehenden, wenn er sie alleine für sih betrahten könnte, nur eine shwah gekrümmte Linie, also keine Shrift. Oder nehmen wir einmal was natürlih absurd ist an, die normale Wurfbahn auf der Erde wäre ein Kreisbogen 18, das heißt von außen gesehen durhliefe unser Ball einen (flahen) Kreisbogen, so sähe man im Zug keinen solhen, sondern - wie man geometrish leiht überlegt ein Ellipsenbogen. Man könnte dann im Prinzip innerhalb des Zuges anhand der Wurfbahn feststellen, daß der Zug niht in Ruhe ist (denn sonst müßte nah unserer Annahmen die Bahn genau kreisförmig sein), sondern sih bewegt. Dagegen kann man das mit der tatsählihen Wurfbahn niht, denn deren Gesetze bleiben, wenn man im Zuge beobahtet, unverändert, sie sind invariant gegen eine Translation des Beobahtungssystems, das heißt gegen seine gleihmäßige, geradlinige Bewegung. Dies gilt niht für die Handshrift eines Menshen, aber es gilt wie gesagt für diejenigen Gesetze der klassishen Physik, bei denen die Lihtgeshwindigkeit keine Rolle spielt. Kehren wir zurük zum Liht und stellen uns vor, ein leuhtender, ein lihtaussendender Stern bewegt sih (geradlinig und gleihmäßig) auf uns zu. Wenn er nun das Liht von sih aus mit Lihtgeshwindigkeit fortshikt, so würde man eigentlih erwarten, daß es bei uns mit höherer Geshwindigkeit ankommt. Wandert der Stern dagegen von uns fort, so würde man eine Lihtgeshwindigkeit von weniger als km/se erwarten. Ein einfahes Beispiel kann das verdeutlihen: Eine Gruppe von Demonstranten steht auf der Straße, und ein Polizeifahrzeug steuert auf sie zu und setzt den Wasserwerfer in einer bestimmten Entfernung in gang. Das Wasser wird eher und mit größerer Wuht ankommen, als wenn der Wagen dort stünde oder gar auf dem Rükzug spritzte. Es ist genau wie bei unserem Zug: Die Geshwindigkeit des Wagens kommt beim Heranfahren einfah zur Wassergeshwindigkeit dazu und wird beim Zurükfahren abgezogen 19. Die astronomishe Erfahrung beweist aber, daß es beim Liht keinesfalls entsprehend sein kann. Stellen wir uns einen Fixstern im All vor, der auf einer Kreisbahn läuft, was bei Doppelsternen vorkommen kann. (Siehe Bild, wo der Stern in den Stellungen A und B eingetragen ist und sih in Pfeilrihtung, also gegen den Uhrzeigersinn, bewegt.) Die Erde befindet sih in unserem Bild weit unten. Wir stellen uns vor, daß die Kreisbahn und die Erde in Ruhe sind 0. Dann müßte, wenn der Stern die Stelle B durhläuft, das zu uns kommende Liht (durh die gewellten Pfeile nah unten symbolisiert) größere Geshwindigkeit haben, also nah kürzerer Zeit ankommen, als wenn der Stern im Punkt A ist, denn er bewegt sih einmal (praktish) auf uns zu und einmal von uns weg, spritzt also sein Liht einmal im Näherkommen und einmal im Fortwandern. Dadurh würden wir aber den Umlauf des Sterns abenteuerlih verzerrt sehen. Es könnte passieren, daß das von A kommende, also langsamere Liht von dem von B (eine halbe Runde später) ausgehenden eingeholt würde, so daß man auf der Erde ein und denselben Stern gleihzeitig zweimal sehen würde 1. Auh Rükwärtslaufen und plötzlihes Auftauhen oder Vershwinden des Sternes könnten unter Umständen zu sehen sein. Sogar innerhalb unseres Planetensystems müßten sih bei genauen Messungen kleine Verzerrungen der Bewegungen zeigen, wenn die Himmelskörper ihrem Liht auh ihren Shwung mitgäben. Man hat aber niemals derartiges beobahtet und muß daraus shließen, daß die Sterne dem Liht ihre Eigengeshwindigkeit gar niht mitgeben, sondern es nah allen Seiten mit der gleihen Geshwindigkeit in den Raum senden, ganz gleih, wie sie sih bewegen. Diese Tatsahe ist übershaubar und im Prinzip gut zu beobahten, obwohl sie in den Lehrbühern über Relativitätstheorie wenig hervorgehoben wird. Ih nehme sie als ein zentrales Element in meine Darstellung auf. 13

14 Zunähst ist sie auh gar niht so verwunderlih, denn genauso verhalten sih auh Wasserwellen oder Shallwellen: Wenn jemand einen Kilometer von mir entfernt einen lauten Shrei ausstößt, so höre ih diesen (bei Windstille) drei Sekunden später, und diese Zeit ist ganz unabhängig davon, ob der Shreier steht, auf mih zuläuft oder davonrennt. Der Shall wird vom Medium Luft aufgenommen, und die Shallwellen breiten sih in der Luft nah allen Seiten mit der gleihen Geshwindigkeit aus. B A npfeilrihtung) e gung S t e r n bew (I e gung S t e rnbew Nah dem Relativitätsprinzip vermutete Lihtgeshwindigkeiten Erde Bild Liht von einem kreisenden Stern Nun wird die Ätherfrage auh unabhängig von ihrer historishen Entstehung aktuell und verständlih, denn die Tatsahe, daß sih das Liht unabhängig von der Bewegung der Sterne, die es uns zusenden, im All ausbreitet, ist am einfahsten durh ein Medium zu erklären, das im All ruht, das Liht aufnimmt und weiterträgt, wie die Luft den Shall und das Wasser die Wellen. Die Physiker suhten also nah einem solhen Träger, den shon erwähnten Äther, wobei allen klar war, daß er jedenfalls zunähst nur eine Annahme, eine Hypothese war, denn niemand hatte diesen Äther so beobahtet, wie man Luft oder Wasser beobahten kann. Man kann aber jetzt shon das Resultat in der folgenden Form festhalten: Das Liht breitet sih so im Raume aus, als ob es einen im All ruhenden Äther gäbe, der es aufnimmt oder (mehr formal ausgedrükt), als ob es ein absolut ruhendes System gäbe, in dem sih das Liht stets nah allen Seiten mit der Lihtgeshwindigkeit ausbreitet. Dieses Resultat führt uns nun wieder zum Hauptproblem der Relativitätstheorie zurük, denn es sheint eine Möglihkeit zu eröffnen, die absolute Bewegung der Erde im Raum zu erforshen. 14

15 Man kann sih das leiht an unserem Shallbeispiel klar mahen: Laufe ih auf den Shreienden zu, so höre ih natürlih den Shrei shon vor Ablauf der drei Sekunden. Hätte ih (um eine einfahe Zahl zu nehmen, wenn man das auh in der Realität niht shafft) halbe Shallgeshwindigkeit, so träfe ih shon nah zwei Sekunden auf den herankommenden Shall. Nun kann man fragen, wie groß jetzt die Shallgeshwindigkeit für mih ist? Damit ist folgendes gemeint: Wenn sih in einen ruhenden See Wellen kreisförmig ausbreiten, weil ein Stein hineingeworfen wurde, und ih fahre mit einem Boot auf das Kreiszentrum zu, so sehe ih die Wellentäler und Wellenberge shneller an meinem Boot vorübergleiten, als wenn mein Boot still im Wasser läge (wenn es z.b. im ersten Fall drei Sekunden dauert, so im zweiten nur zwei Sekunden), das heißt sie haben für mih oder relativ zu mir größere Geshwindigkeit. Ih sehe dabei also gleihsam von meiner Eigengeshwindigkeit ab und betrahte die Wasserbewegung so, als ob ih in Ruhe wäre. So ist es auh mit dem Shall, dessen Geshwindigkeit (in unserem Beispiel) für mih oder relativ zu mir anderthalb mal so groß ist, wie wenn ih stehen bliebe. Ih kann auh sagen, daß mir zusätzlih ein Fahrtwind von halber Shallgeshwindigkeit entgegenweht. In dem Boot könnte ih nun durh Messung der Wellengeshwindigkeit (relativ zu mir) meine eigene Geshwindigkeit im Wasser ermitteln. Ih brauhte nur die Geshwindigkeit abzuziehen, welhe die Wellen selber über Grund haben. Ebenso kann ih im Prinzip durh Messung der Shallgeshwindigkeit ermitteln, wie shnell ih auf die Shallquelle zulaufe. Ih ziehe nur die normale Shallgeshwindigkeit ab. Das wäre natürlih sehr unpraktish; für die Erde und das Liht des Weltraums ist das Entsprehende aber eminent praktish. Da sih das Liht nämlih so verhält, als gäbe es einen absolut ruhenden Äther, so müßte es möglih sein, durh Messung der Lihtgeshwindigkeit für uns die absolute Geshwindigkeit unserer Erde zu ermitteln. Ih muß hier gleih vorausnehmen, daß die Versuhe, diese Geshwindigkeit zu messen, alle mißlungen sind und mißlingen mußten, daß wir also jetzt einen Gedankengang durhführen, der tatsählih an einer wesentlihen Stelle durh ein Vorurteil fehlerhaft ist, aber dieses Vorgehen ist unumgänglih, wenn man die Relativitätstheorie von Grund auf verstehen will. In Bild 3 (zunähst ohne die Drehpfeile) strahlt von der Lihtquelle L Liht nah allen Seiten aus und dringt bei A durh einen kleines Loh in das (mit der Lihtquelle fest verbundenen) - Rohr, wodurh ein Lihtstrahl ausgeblendet wird 3. Dieser läuft durh das Rohr hindurh, wird bei E an dem Spiegel Sp reflektiert und läuft nah A zurük. Nun wird die Zeit gemessen, die das Liht für diesen Weg von A nah E und wieder zurük brauht. Befestigung Sp L A km E Bild 3 Messung der Lihtgeshwindigkeit Man kann das nah Fizeau im Prinzip mit einem sih drehenden Zahnrad bei A bewerkstelligen, 15

16 welhes das Liht gleihsam in kurze Lihtimpulse zerhakt 4. Mahen wir die (natürlih wieder absurde, aber prinzipiell niht unmöglihe) Annahme, das Rohr sei km lang und die ganze Apparatur ruhe im Äther oder im absolut ruhenden System, dann dauert die Sahe zwei Sekunden und die Lihtgeshwindigkeit ergibt sih zu km : se = km/se. A 1 Sp 0 L 1 E 1 Bild 4a Sp L A E Bild 4b km km Sp L 3 A 3 E 3 Bild km km Bild 4. Lihtgeshwindigkeit bei bewegter Meßvorrihtung Bewegt sih aber das Ganze (siehe Bild 4) in Rihtung des großen Pfeils nah rehts (natürlih ohne den Äther), so stimmt das niht mehr. Die Lihtquelle sendet zwar ihr Liht nah wie vor mit km/se nah allen Seiten aus und erreiht A (das heißt A 1 im obersten Bild 4a), aber der Punkt E (Stellung E 1 ) läuft ihm nun davon und wird erst später vom Liht getroffen (Stellung E im mittleren Bild 4b). Nah der Reflexion läuft ihm nun allerdings A entgegen, und es dauert weniger als eine Sekunde bis das Liht zu ihm hinkommt. (Stellung A 3 im unteren Bild 4; ausführlihere Beshreibung siehe Endnote 5 ). Man könnte denken, daß sih das ausgleiht, aber wenn man sih vorstellt, das Rohr hätte fast Lihtgeshwindigkeit, so würde der Rükweg etwa eine halbe Sekunde, der Hinweg aber sehr lange dauern, das heißt im ganzen werden stets mehr als zwei Sekunden herauskommen. Wer rehnen will kann als Geshwindigkeit des Rohres 3/5, 16

17 also km/se annehmen. Dann hat das Liht relativ zum Rohr beim Rükweg km/se km/se = km/se und beim Hinweg nur km/se km/se = km/se Geshwindigkeit; daher dauert der Rükweg nur ( : =) 5/8 = 0,65 Sekunden (das Liht hat in dieser Zeit , die Vorrihtung km zurükgelegt), der Hinweg ( : =),5 Sekunden (Das Liht hat km, die Vorrihtung km zurükgelegt). Zusammen dauern Hin- und Rükweg also 3,15 Sekunden. 6 Befestigt man diese Vorrihtung im Maßstab eins zu Hundertmillionen (1 : ), also auf drei Meter verkleinert, am Erdboden, so wird (im Sinne unseres Gedankenganges) die Zeit, die wir messen, um so größer sein, je shneller sih die Erde im Raum bewegt, je größer also bildhaft gesprohen der Ätherwind ist, der uns im All entgegenweht. Umgekehrt können wir aus der gemessenen Zeit natürlih leiht unsere Geshwindigkeit, unseren Ätherwind berehnen. (Wenn wir z.b. 3,15 Hundertmillionstelsekunden messen würden, hätten wir 3/5 der Lihtgeshwindigkeit, bei 8/3 Hundertmillionstelsekunden halbe Lihtgeshwindigkeit, wie man leiht nahrehnet 7 ). Da die Erde shon im Lauf eines Jahres mit vershiedener Geshwindigkeit in vershiedenen Rihtungen läuft, müßte man bei einer genügend großen Anzahl von Messungen ganz vershiedene Zeiten messen, die uns jedenfalls Geshwindigkeitsuntershiede erkennen lassen. Außerdem kann man auh noh das Rohr (nebst Lihtquelle) um einen rehten Winkel nah oben drehen (siehe Drehpfeile in Bild 3), wodurh das Liht einen Zikzakkurs nimmt (siehe Bild 6), und die Laufzeit sih ändern müßte. Solhe Messungen, die einen Höhepunkt der physikalishen Meßkunst darstellen, sind seit dem letztem Viertel des neunzehnten Jahrhunderts durhgeführt worden (A. A. Mihelson ab1880), und die Ergebnisse gehören zu den verblüffendsten in der Geshihte der Physik. Gleih anfangs maß man die Stärke des Ätherwind viel kleiner als erwartet, und sie näherte sih mit zunehmender Meßgenauigkeit dem Wert Null, so daß man erkennen mußte: Es ist überhaupt kein Ätherwind nahweisbar. Man mißt immer die gleihe Lihtgeshwindigkeit von 8 = km/se, ganz egal, wie man sih durh das All bewegt. Die ganze anhand des Bild 4 gemahte Überlegung paßt also niht zur Wirklihkeit. Natürlih wäre das Ergebnis kein Wunder, wenn in Bild 4 das Liht die Geshwindigkeit der Apparatur mitbekäme, denn es wäre dann wie beim Ballwurf im Zug, wo ja die Geshwindigkeit und Rihtung des Zugs auh keinen Einfluß auf die Wurfzeiten hat. Aber die Beobahtungen an den Doppelsternen 9 beweisen, daß sih das Liht so verhält, als wenn es sih in einen Äther bzw. absolut ruhenden Raum bewegte. Unser Resultat ist also: Weder die Geshwindigkeit der Lihtquelle noh die Geshwindigkeit des Beobahters hat Einfluß auf die gemessene Lihtgeshwindigkeit; diese ist völlig unabhängig davon. Man kann sih die Problematik dieses Ergebnisses an unseren Wellenbeispielen (S.6) klarmahen: Man fährt auf das Zentrum der Wellenkreise zu, und es dauert trotzdem genau die gleihe Zeit, bis ein Wellenberg am Boot vorbeigeglitten ist, wie vorher, als man noh in Ruhe war 30, oder ih renne auf den Shreier zu, und der Shall hat relativ zu mir immer noh die gleihe Geshwindigkeit, mit der er in drei Sekunden einen Kilometer zurüklegen kann. Dies ist natürlih vollkommen unsinnig. Beim Liht ist aber das genau Entsprehende der Fall! Bliken wir zurük: Aus den Doppelsternbeobahtungen mußte man shließen, daß es einen Äther oder jedenfalls ein absolute Ruhe, ein absolut ruhendes System gibt, in dem das Liht von jedem Stern und jeder anderen Leuhte nah allen Seiten mit der gleihen Lihtgeshwindigkeit ausstrahlt. Die Experimente zum Ätherwind zeigen, daß die relative Lihtgeshwindigkeit in 17