Vorwort:
Ich möchte hier einiges Schreiben, und hier keine Diskussion dazu führen, ich mache extra dann dafür einen Thread auf, in dem alle Fragen zu diesem Artikel hier diskutiert werden können. Ich werde diesen Thread fortsetzen und möchte Euch alle darum bitten:
Schreibt nicht hier in den Thread, sondern in dem Diskussion Thread:
http://www.mahag.com/neufor/viewtopic.php?f=6&t=216
zu diesem hier. Ich danke Euch für das Verständnis.
Fangen wir mal langsam an.
Betrachten wir mal c, also die Geschwindigkeit eines Photons im Vakuum als eine Eigenschaft eines Objektes. Nehmen wir mal ein anderes Objekt, einen roten Ball, die Eigenschaft hier ist eben die Farbe. Bewegen wir uns nun auf den Ball zu, oder von diesem weg, erwarten wir wohl erstmal nicht, dass sich diese Farbe ändert. Wir sind es gewohnt, dass die Farbe eines Objektes invariant ist, und nicht von unserer Geschwindigkeit abhängt.
Hier haben wir keine Probleme mit einer Invarianz, nein, wir erwarten sie regelrecht. Angenommen ich baue eine Lampe und die kann mit einem Sensor messen, wie schnell Du Dich auf sie zu oder weg bewegst, und sie ändert entsprechend die Farbe. Wenn Du von dem Sensor nicht weißt, und denkst, das sei einfach nur eine Lampe, dann wirst Du Dich wohl wundern, draufzulaufen, stehenbleiben, rückwärts laufen, wieder stehen bleiben, und das dann näher betrachten, weil hier ein Phänomen auftritt, das Du eben nicht für „richtig“ hältst.
Das heißt nur erstmal, Du hast eine Vorstellung, wie die Natur zu sein hat, weicht sie davon ab, wundert uns das. Nun ist es sogar so, dass sehr schnelle relative Geschwindigkeiten die Farbe eines Objektes wirklich „verändern“. Die Natur hält sich offenbar nicht an unsere Erwartungen. Farbe ist also nicht invariant, obwohl wir das erstmal so erwartet hätten.
Nun kannst Du sagen, ja Farbe, aber Geschwindigkeit ist doch was ganz anderes, und natürlich ist Geschwindigkeit etwas anderes.
Aber es geht mir erstmal darum, zu zeigen, das wir eine Annahme treffen, wie eben Farben ändern sich doch nicht, wenn ich darauf zulaufe, Farben sind Geschwindigkeitsunabhängig, und wir können dennoch mit der Annahme daneben liegen.
Nun ist es eben aber auch nur eine Annahme, das Zeit und Längenmass invariant sein müssen. Das ist für uns logisch und das erwarten wir von der Natur.
Deswegen wundern wir uns mit Sicherheit, wenn es nun heißt, nein das ist aber nicht so, die Natur hält sich einfach mal wieder nicht an unsere Annahme, wie bei den Farben, geht sie da einen anderen Weg.
Ich könnte mal philosophisch einwerfen, die Welt wäre langweilig, wenn immer alles wie erwarte funktionieren würde.
Soweit erstmal der Punkt, ich komme später darauf zurück.
Nun mal was zu dem Begriff „Logik“ oder konkreter zu dem „…das ist doch logisch“.
Ganz oft hören wir in Bezug zu einer „Annahme“ diese sei doch logisch oder eben unlogisch, und darauf wird dann recht schnell eine Aussage gestapelt, wie die Annahme muss falsch sein, weil sie unlogisch ist. Dinge die wir nicht erwarten, sind auch oft unlogisch für uns, wir verstehen sie nicht, das passt nicht in unser gewohntes Bild der Welt.
Nun ist das mit „logisch“ nicht ganz so einfach, denn eine Aussage wir, das ist logisch, ist eigentlich mehr eine Aussage wie „ich finde das logisch. Wir empfinden etwas, wir sehen, messen etwas, und werten das dann aufgrund unserer Erfahrungen mit der Natur, und so sagen wir dann aber, das ist logisch oder eben unlogisch, wobei wir recht schnell dabei sind unserer eigenen Meinung oder Empfindung einen objektiven Charakter zu unterstellen.
Aber ohne Frage kann etwas, das für uns logisch ist, für einen anderen eben unlogisch sein. Selbst wenn es eine objektive Logik in der Natur geben sollte, an die sie sich hält, sind wir immer nur subjektive und können nur von unserer persönlichen „Logik“ ausgehen, und die beruht einfach auf Erfahrungswerten. Schaue in den Spiegel und wenn Du da einen grünen Punkt auf Deiner Stirn siehst, dann wirst Du an die und nicht an die im Spiegeln greifen, und das ist auch logisch so. Aber kleine Kinder greifen zuerst an den Spiegel, denn für diese ist es einfach logisch, das der Fleck eben dort ist, wo sie ihn auch sehen. Für sie ist es völlig unlogisch wohin zugreifen, wo sie den Fleck eben nicht sehen.
Mit der Zeit und dem Wissen, mit der Erfahrung ändert sich also auch das, was man als logisch und eben nicht logisch bewertet.
Halten wir mal fest, „Logisch-Finden“ ist nicht wirklich ein guter Ratgeber, es kann uns eine Richtung zeigen, aber es hat keine objektive Natur, es ist kein Argument. Auch unlogisch nicht. Also nur weil Jemand etwas unlogisch findet, kann er nicht sagen, das ist falsch, weil unlogisch, es könnte auch jemanden geben, der weiß eben, da ist ein Spiegel, und der findet es ganz logisch sich dann an die Stirn zu greifen. Wir haben auch kein Sinnesorgan für Logik.
Was bleibt ist, eine Annahme ist eine Annahme, und egal ob diese nun Jemand logisch findet oder nicht, sagt nichts über den Wert dieser aus, und ob und wie weit diese Richtig ist. Denn bei Farben sind diese bei normalen Geschwindigkeiten natürlich invariant.
Aussagen und Annahmen können also auch einen Bereich haben, in dem sie gültig sind, und einem in dem sie dann nicht mehr gelten. Farben sind bei geringen Geschwindigkeiten invariant. Ist doch logisch oder?
Nun was zur Beobachtungsgabe und Vorstellungskraft, unsere Sinne lassen sich sehr schnell täuschen:
Auf den Punkt blicken und den Kopf vor und zurück bewegen.
Hier noch mehr:
http://www.panoptikum.net/optischetaeuschungen/
Unsere Vorstellungskraft ist nicht invariant, die ist von Mensch zu Mensch auch verschieden, und stark abhängig von unserem Gehirn. Egal wie gut ein Primat auch sein mag, wir werden ihm wohl nie erklären können, was unser Sonnensystem ist. Dennoch gibt es das wohl ohne Frage, die Natur beschränkt sich also nicht auf Dinge, die wir uns vorstellen können.
Es gibt viele Dinge, die ich mir nicht mehr Vorstellen kann, die es aber dennoch gibt.
Was bleibt?
Logik und Annahme sind kein Argument, Unsere Sinne können uns täuschen und unsere Vorstellungskraft ist immer an einem Punkt limitiert.
Was haben wir dann noch für Möglichkeiten um die Wahrheit zu finden?
Meine Antwort ist keine. Wir können die Wahrheit in dem Sinne nicht finden. Wenn wir die Wahrheit der Natur finden wollen dann haben wir wohl keine Chance. In der Mathematik und auch in der Philosophie ist es was anderes, hier kommen wir mit Logik weiter, aber ich möchte mal behaupten, das ist eine andere Logik. Und ich möchte auch behaupten in der Philosophie können wir wirklich Aussagen machen, die wahr sind.
Zurück zur Physik, wir betrachten also irgendetwas, und wollen wissen, wie geht das. Wir wollen eine Erklärung. Das macht uns Menschen irgendwie auch aus. Aber wir werden immer nur eine Beschreibung haben, ein Bild, alleine das wir Sprache nutzen bedingt das schon. Eine Erklärung kann immer nur eine Beschreibung sein, ob sie nun wahr ist im Sinne, das ist in der Natur wirklich so, werden wir nicht wissen können.
Das sollte uns also erstmal bewusst sein.
Zurück zur Invarianz des Lichts.
Halten wir mal fest, wir haben eine Annahme:
Zeit und Längenmass sollten invariant sein, und nicht von der Geschwindigkeit abhängig sein, mit der man sich bewegt.
Geschwindigkeiten sollten sich einfach addieren.
Warum kommt nun eine so „komische“ Theorie wie die SRT daher, und widerspricht dem einfach?
Nun das liegt daran, das wir im übertragenden Sinne ein Lampe gesehen haben, die nicht unseren Erwartungen entsprochen hat, die sich gegen alle Logik verhalten hat und frech die Farbe geändert hat, als wir drauf zugelaufen sind.
Die SRT soll also etwas erklären, etwas beschreiben, was wir uns eben nicht so erklären konnten, was also unseren Annahmen über die Natur widersprochen hat.
Wenn es nicht so einen Widerspruch gegeben hätte, warum sollte jemand auf die Idee kommen so eine „verrückte“ Theorie aufzustellen, die unseren Erwartungen widerspricht? Es gibt also einen Grund dafür.
Eine logische Annahme die wir mal hatten ist:
In allen Inertialsystemen gelten die gleichen physikalischen Gesetze.
Und das haben wir mal vom lieben Galilei so gesagt bekommen, und nennt sich Relativitätsprinzip.
Das Relativitätsprinzip der Bewegung ist ein Grundpfeiler der modernen Physik.
Es besagt, dass unabhängig vom Bewegungszustand die Naturgesetze für alle Beobachter dieselbe Form haben.
Einfache Überlegungen zeigen, dass es aus diesem Grund unmöglich ist, einen bevorzugten oder absoluten Bewegungszustand irgendeines Beobachters oder Objekts festzustellen. Das heißt, es können nur die Bewegungen der Körper relativ zu anderen Körpern, nicht jedoch die Bewegungen der Körper relativ zu einem bevorzugten Bezugssystem festgestellt werden.
…
Galileo Galilei (1632) wird als der Begründer des Prinzips angesehen, welches er anhand der Tatsache demonstrierte, dass ein unter Deck eines unbeschleunigten Schiffes befindlicher Beobachter aus den Vorgängen um ihn herum nicht erschließen kann, ob sich das Schiff in Bewegung befindet oder nicht.
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Relativit%C3%A4tsprinzip
Soweit so gut. Hört sich doch toll an, also warum zum Teufel die SRT?
Machen wir mal weiter:
Newton: „Die Bewegungen von Körpern in einem gegebenen Raum sind untereinander die gleichen, ob sich der Raum in Ruhe befindet oder ob er sich konstant auf einer geraden Linie bewegt.“
Er postulierte einen absoluten Raum:
Der absolute Raum ist der von Isaac Newton postulierte, sowohl vom Beobachter als auch von den darin enthaltenen Objekten und darin stattfindenden physikalischen Vorgängen unabhängige physikalische Raum. Albert Einsteins Relativitätstheorie ersetzt den absoluten Raum durch eine dynamische Raumzeit, in der der Raum sowohl vom Beobachter, als auch von der Verteilung und Bewegung der enthaltenen Materie abhängt.
In der Vorstellung vom absoluten Raum finden alle Bewegungen relativ zum absoluten Raum statt. Allerdings erlauben die Gesetze der Mechanik nicht, eine konstante Geschwindigkeit relativ zum absoluten Raum zu messen (Galilei-Invarianz).
Das zentrale Argument Newtons für einen absoluten Raum lautet wie folgt:
Ein mit Wasser gefüllter Eimer wird an einem Seil aufgehängt. Verdreht man das Seil und lässt den Eimer los, wird dieser anfangen zu rotieren. Anfangs ist die Wasseroberfläche noch eben. Nach einer kurzen Zeit macht das Wasser durch Reibungskräfte die Rotation des Eimers mit und es bildet sich eine konkave Oberfläche.
Hält man den Eimer an, wird das Wasser noch weiter rotieren und seine konkave Oberfläche behalten.
Da Bewegung, gleichförmige oder beschleunigte, nur in Bezug auf ein anderes Objekt bestimmt werden kann, überlegte Newton, welchen Bezugspunkt er, unter der Voraussetzung eines ansonsten leeren Raumes, für die Rotation des Wassers nehmen kann.
Der Eimer kann nicht als Bezugspunkt genommen werden.
Zu Beginn des Experiments (der Eimer fängt an zu rotieren) ist eine relative Bewegung zwischen Eimer und Wasser zu beobachten. Wenn das Wasser mitrotiert ist keine relative Bewegung mehr vorhanden. Ganz zum Schluss, wenn der Eimer angehalten wird, ist wieder eine relative Bewegung beobachtbar.
Man sieht also, dass die Wasseroberfläche bei vorhandener und nicht vorhandener Rotation des Eimers konkav ist. Der Eimer als Bezugspunkt scheidet also aus. Da Newton außer dem Wassereimer keine weiteren Objekte im Raum zuließ, fehlte ihm ein Bezugspunkt, um zu entscheiden, ob das Wasser rotiert oder nicht.
Um diesem Dilemma zu entkommen, führte Newton den absoluten Raum ein. Der absolute Raum war für Newton das letzte, absolute Bezugssystem.
Ein Objekt ist für ihn in Ruhe, wenn es in Bezug auf den absoluten Raum in Ruhe ist, und ein Objekt ist für ihn in Bewegung, wenn es in Bezug auf den absoluten Raum in Bewegung ist.
Ob das Wasser rotiert, konnte er nun in Bezug auf den absoluten Raum bestimmen. Auch das Foucaultsche Pendel ist ein Beispiel für eine solche Messung von Drehungen unabhängig von externen Objekten.
Foucault zeigte damit, dass sich die Erde selbst dreht und nicht der Sternenhimmel um die Erde.
Eine andere Interpretation dieses Experiments ist das Machsche Prinzip. Dieses erklärt die Fliehkraft als Einfluss der fernen Massen und kommt daher ohne absoluten Raum aus.
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Absoluter_Raum
Newton folgend wurde in der klassischen Mechanik die Existenz eines absoluten Raums vorausgesetzt. Das in dieser Mechanik implizit enthaltene Relativitätsprinzip besagte nun, dass in gleichförmig bewegten Inertialsystemen die gleichen Gesetze (Kovarianz) der Mechanik gelten, wie im absoluten Raum selbst, und es ist nicht mehr möglich zu bestimmen, welches System nun tatsächlich ruht oder bewegt ist.
Das heißt, die Formeln der klassischen Mechanik behalten ihre Gültigkeit, wenn man einem relativ zum absoluten Raum bewegten System der sogenannten Galilei-Transformation unterzieht.
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Relativit%C3%A4tsprinzip
Soweit so gut, warum nun einen Äther?
Man wollte eben Licht erklären, man wollte wissen, was das ist, wie das funktioniert, wie schnell, warum und überhaupt. So sind wir eben, wir Menschen.
In der Neuzeit ging René Descartes von folgenden philosophischen Erwägungen aus:
Materie ist einzig durch Ausdehnung charakterisiert und umgekehrt existiert auch keinerlei Ausdehnung ohne Materie. Daraus folgt, dass der gesamte „leere“ Raum mit Materie ausgefüllt sein muss.
Dies verband er mit der Vorstellung, dass alle Prozesse durch direkte Kontakte dieser Materie, d. h. als Nahwirkungen in Form von Bewegung und Druck aufgefasst werden müssen.
Er benutzte diese Vorstellung 1637 in seiner Theorie über die Natur des Lichts, indem er kugelförmige Lichtteilchen postulierte, wobei der von diesen eng aneinander gepressten Teilchen ausgeübte statische Druck als Licht zu verstehen ist.
Es gelang ihm dabei, die Brechungsgesetze zu entdecken. Nach Descartes war es zu heftigen Diskussionen gekommen, ob ein leerer Raum denkbar sei. Blaise Pascal bemerkte hierzu:
„Eher erträgt die Natur ihren Untergang als den kleinsten leeren Raum.“
Pascal kritisierte damit das Postulat von Zeitgenossen, sie hätten über Verkleinerung des Luftdrucks ein völliges Vakuum erzeugen können. Er bezog sich damit insbesondere auf Evangelista Torricellis Annahme, einen leeren Raum erzeugt zu haben. Pascal verwies darauf, dass das Fehlen von Luft nicht automatisch identisch mit einer völligen Leere des Raums sei.
Im Gegensatz zu Descartes' Idee eines statischen Drucks ging Robert Hooke 1667 von einem „homogenen Medium“ aus, in dem sich Licht in Form von Pulsen und Vibrationen geradlinig und mit gleichmäßiger Geschwindigkeit in alle Richtungen ausbreitet.
Jeder Lichtpuls kann als eine immer größer werdende Sphäre betrachtet werden, analog zur Ausbreitung der Wellen auf der Wasseroberfläche. Das bedeutet, es findet kein materieller Transport statt, vielmehr wird lediglich die Information über den Bewegungszustand übermittelt.
Die unterschiedlichen Bereiche der Pulse würden bei dem Übergang von einem Medium ins andere unterschiedliche Geschwindigkeiten haben, womit Hooke Descartes' Erklärung der Brechung ersetzte.
Seine Theorie bedeutete zwar im Vergleich zu Descartes einen großen Fortschritt, da er noch nicht über die Begrifflichkeiten der Wellenlehre verfügte, konnte auch er nicht alle Gesetze der Brechung und Reflexion vollständig erklären. Auch seine damit zusammenhängende Theorie der Farben wurde bald von Newton widerlegt.
Christiaan Huygens schließlich formulierte 1678–1690 die erste vollständige Undulationstheorie des Lichts, wobei sein Lichtäther nach seiner Vorstellung die feste Materie ebenso wie den leeren Raum des Weltalls durchdrang.
Indem er eine systematische Beschreibung und Erklärung der Wellenphänome entwarf, konnte er eine elegante Erklärung für die Reflexion und Brechung geben, was ein Hauptargument für die Wellentheorie und somit für den Äther wurde.
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Wellenoptik
Nun kam Newton aber mit einem Einspruch:
Isaac Newton kritisierte, dass die Wellentheorie weder die geradlinige Ausbreitung, noch die Polarisation des Lichts erklären könne. Deswegen ging er davon aus, dass Licht aus Partikeln oder Korpuskeln besteht, um die geradlinige Ausbreitung und Reflexionserscheinungen mechanisch interpretieren zu können, wobei er nicht sehr viel über die Natur dieser Korpuskel sagte.
Newton konnte mit diesem Modell die Lichtbrechung und Beugungserscheinungen nur unbefriedigend erklären.
Deswegen behielt Newton zwar in seinem einflussreichen Werk Opticks (1704) die Korpuskularauffassung des Lichts bei, kombinierte diese mit einem Äther, welcher für die Wärmeübertragung verantwortlich sein soll. Dieses Medium soll in der Nähe der Materie etwas an Dichte verlieren, und durch Wechselwirkung der Korpuskel mit diesem Medium wird sowohl Wärme erzeugt und andererseits entstehen Effekte wie Beugung und Brechung.
Er schrieb:
„Wird nicht die Wärme eines Raumes durch die Schwingungen eines viel feineren Mediums im Vakuum transportiert, das nach Evakuierung der Luft im Vakuum verbleibt?
Und ist dieses Medium nicht dasselbe wie jenes, durch das Licht gebrochen und reflektiert wird und durch dessen Schwingungen das Licht Wärme zu Körpern überträgt und dabei in Zustände leichter Reflexion und Weiterleitung versetzt wird?“
Obwohl Newton schon (1671) im zweiten Buch seines Hauptwerks „Principia Mathematica“ alle (stets auf einer Ätherhypothese beruhenden) Wirbeltheorien zur Erklärung der Planetenbewegungen widerlegt hatte – deren damals weitgehend anerkannte war 1644 von Descartes veröffentlicht worden –, verwarf er den Äther nie endgültig, sondern bekannte – letztmals 1704 – in Opticks lediglich: „Denn was der Äther ist, weiß ich nicht.“
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%84ther_%28Physik%29
Und warum nun Äther?
Von Ausnahmen wie Benjamin Franklin und Leonhard Euler abgesehen, wurde aufgrund der großen Autorität Newtons die Korpuskeltheorie von den meisten damaligen Physikern bevorzugt.
Dies wurde vor allem durch James Bradleys Entdeckung (1728) der Aberration des Lichts bestätigt, welche besonders einfach mit der Teilchennatur in Verbindung gebracht werden konnte.
Erst 1800 bis 1804 konnte Thomas Young der Wellentheorie zum Durchbruch verhelfen.
Young konnte als erster nachweisen, dass die Wellentheorie des Lichts manche Phänomene erklären konnte, die nicht mit der Korpuskeltheorie Newtons in Einklang zu bringen waren. So erklärte er z. B. die Newtonschen Ringe durch das Prinzip der Interferenz und führte als erster das Doppelspaltexperiment durch, dessen Ergebnis eindeutig für die Wellennatur des Lichts und somit für die Existenz des Äthers sprach.
Auch Young war nicht in der Lage, den Effekt der Polarisation mit dem Wellenmodell zu vereinbaren. 1817 löste er auch dieses Problem indem er annahm, dass Lichtwellen sich wie Transversalwellen verhalten – das war ungewöhnlich, da man sich in Analogie zum Schall die Lichtwellen als Longitudinalwellen vorgestellt hatte.
Augustin Jean Fresnel war es schließlich, der eine ausgearbeitete und vielfach bis zur heutigen Zeit gültige Theorie der optischen Erscheinungen auf Basis des Lichtäthers gab.
Er leitete 1816 bis 1819 die optischen Erscheinungen nach dem Vorbild der Mechanik aus Eigenschaften des Äthers ab.
Nach seiner Theorie verhält sich Äther gegenüber Transversalwellen wie ein elastischer Festkörper. Das bedeutet, im leeren Raum ist der Äther in Ruhe und das Licht breitet sich in alle Richtungen gleich schnell aus.
Die Theorien des elastischen Äthers wurde u. a. von Claude Louis Marie Henri Navier (1827), Augustin Louis Cauchy (1828), Siméon Denis Poisson (1828), James MacCullagh (1837), Franz Ernst Neumann (1837), George Green (1838) fortgeführt.
Einerseits waren diese Modelle bei der Entwicklung der Theorie der Festkörper sehr hilfreich und nützlich, andererseits aber gab es auch viele teilweise (aus heutiger Sicht) fantastische Hypothesen über die mechanische Ätherkonstitution.
MacCullaghs Äthermodell von 1839 beruhte auf mechanischen Verdrehungen gegen den absoluten Raum in einem elastischen Festkörper und ergab Bewegungsgleichungen, die in ihrer Form genau den damals noch unbekannten Maxwellgleichungen entsprechen.
Trotz dieser erstaunlichen Übereinstimmung musste das Modell wegen verschiedener Widersprüche bei der Erklärung optischer Erscheinungen verworfen werden. Erst 40 Jahre später wies George Francis FitzGerald dann darauf hin, dass MacCullogh mit seinen 1839 vorgestellten Gleichungen die 1864 veröffentlichten Maxwellgleichungen in gewissem Sinne vorwegnahm.
Mal was zusammengefasst:
Also Newton hat da eine Teilchentheorie für das Licht, aber es gab Phänomene die er damit nicht erklären konnte.
Man sah also etwas in der Natur, und wollte dafür eine Erklärung, mit dieser aber konnte man dann andere Dinge nicht mehr erklären, oder anders gesagt, es gab Phänomene die sogar der Erklärung widersprachen.
Darauf entstanden dann Äthertheorien, und man erklärte sich Licht als eine Welle die eben durch ein Medium wandert, und nicht mehr als ein Teilchen.
So einen Äther wollte man dann aber auch nachweisen.
Und nun geht es weiter:
Nun mündete die klassische Physik im 19. Jahrhundert in die Theorie des ruhenden Äthers, welcher als Übertragungsmedium für das Licht gedacht war und schließlich mit dem absoluten Raum Newtons identifiziert wurde.
Es wurde nun versucht, den Bewegungszustand der Erde relativ zum Äther nachzuweisen, womit auch das Relativitätsprinzip widerlegt worden wäre. Jedoch waren alle entsprechenden Experimente − wie das Michelson-Morley-Experiment − erfolglos.
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Galilei-In ... e_Mechanik
Nun ja, hier gibt es die ersten Einsprüche, ich spüre sie wie kleine Nadelstiche im Rücken, bevor dazu aber was kommt, möchte ich diesen Link hier setzen:
http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=12155
Denn man versucht es noch immer so. Über denn Sinn oder „Unsinn“ des MM-Experimentes möchte ich hier an dieser Stelle nicht diskutieren, und ob es nun was nachweisen kann oder könnte oder nicht, auch nicht. Dazu haben wir andere Threads, ich will erstmal einen groben Überblick über den Weg zur SRT schreiben, und dann genauer auf die Invarianz eingehen.
Bis hier gibt es keine SRT und auch keinen Einstein.
Halten wir mal wieder fest, es gibt also Phänomene in der Natur, und der Mensch sucht nach Erklärungen für diese. Dazu macht er dann Annahmen, und diese begründet er oft mit Logik.
Nun haben wir gesehen, dass wir uns nicht wirklich auf Logik verlassen können, und auch unsere Wahrnehmung kann uns schnell täuschen. Nur weil es Wahr-nehmung heißt, ist es nicht gleich wahr und auch unser „gesunder“ Menschen Verstand hilft hier nur bedingt, denn auch der Verstand ist begrenzt.
Darum setzt eben die Wissenschaft auf Mathematik, als ein Mittel Dinge zu beschreiben.
Wir wissen auch, dass alle Erklärungen nur Bilder und eben nur Beschreibungen sein können. Wir machen eine Messung ein Experiment und das wollen wir erklären, wir wollen wissen, wie es geht, und wollen Vorhersagen machen können, was passiert, wenn wir was tun.
Wir wissen, dass wir wenn wir von einem hohen Haus springen tief fallen werden, und uns das sehr wahrscheinlich das Leben kosten wird. Darum springen wir nicht einfach so von hohen Häusern. Wie haben aber auch Beschreibungen für die Luft gefunden, und können darüber vorhersagen machen, wie diese sich in bestimmten Situationen verhält. Ein Fallschirm kann uns so Sicherheit geben, und damit kann man dann auch wieder von ganz hohen Häusern springen.
Nun weiter:
Auch für elektromagnetische Phänomene suchten wir Erklärungen und die mündeten dann in den Maxwell-Gleichungen. Wir wollten beschreiben können, wie elektrische und magnetische Felder entstehen und wie diese zusammenhängen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Gleichungen
Apropos zusammenhängen, natürlich wollen wir auch immer, das die Dinge logisch sind, eine Erklärung für ein Phänomen sollte nicht einer anderen Erklärung für ein anderes Phänomen widersprechen, das wäre ja unlogisch.
Nun zeigte sich aber, das man die Erklärungen von Newton und Galilei und eben jene die wir bis dato zum Licht hatten, sich nicht so richtig mit den Gleichungen von Maxwell unter einen Hut bringen ließen.
Und auch einen Äther konnten wir warum auch immer nicht nachweisen.
Nachdem im 16. und 17. Jahrhundert diverse Ätherdruckmodelle zur Erklärung von Magnetismus und Elektrizität entwickelt worden waren, führte der Siegeszug der newtonschen Gravitationstheorie dazu, dass auch für diese Phänomene eine Fernwirkung ohne Äther vorausgesetzt wurde.
Es entstanden so die wichtigen Theorien von Charles Augustin de Coulomb und André Marie Ampère. Bereits von Wilhelm Eduard Weber (1856) und anderen wurde bemerkt, dass die Lichtgeschwindigkeit innerhalb des Elektromagnetismus eine bedeutende Rolle spielt.
Eine Interpretation dieses Zusammenhangs gelang dann zuerst Michael Faraday.
Dieser schloss, dass es Kraftlinien im Äther gebe, welche die elektromagnetischen Wirkungen mit endlicher Geschwindigkeit übermitteln.
Durch die Maxwellschen Gleichungen, die James Clerk Maxwell 1861 bis 1864 entwickelt hatte, konnte schließlich die Vereinigung der Optik und Elektrodynamik erreicht werden. Der Äther wurde dadurch zum Träger aller elektrodynamischen Phänomene einschließlich der Optik, von dessen Wirksamkeit Maxwell fest überzeugt war.
In dem von ihm verfassten Eintrag in der Encyclopædia Britannica stellt er am Ende zusammenfassend fest:
„Welche Schwierigkeiten wir auch haben, eine konsistente Vorstellung der Beschaffenheit des Äthers zu entwickeln: Es kann keinen Zweifel geben, dass der interplanetarische und interstellare Raum nicht leer ist, sondern dass beide von einer materiellen Substanz erfüllt sind, die gewiss die umfangreichste und vermutlich einheitlichste Materie ist, von der wir wissen.“
Das Bindeglied zwischen den elektrodynamischen und optischen Phänomenen war die Lichtgeschwindigkeit, welche als Grenzgeschwindigkeit relativ zum Äther galt.
Maxwell selbst und andere formulierten mehrere mechanische Äthermodelle wie z.B. das weithin diskutiert Modell der Molekularwirbel von Maxwell.
Besonders bekannt waren dabei Modelle, bei denen Wirbel zur Darstellung molekularer und elektromagnetischer Effekte benutzt wurden. Hermann von Helmholtz (1858) zeigte, dass Wirbelringe in einem perfekten Fluid unzerstörbar sind.
Kelvin (1867) entwarf daraufhin eine Theorie, bei der die Atome der Materie eben solche Wirbel seien. Die Wechselwirkungen der Materie sind dann vergleichbar mit dem Zusammenspiel von Rauchringen, welche immer neue Verbindungen eingehen.
Aber auch diese Theorie musste verworfen werden, da die Verbindungen nicht stabil bleiben konnten. Eine andere Variante war Kelvins Vortex-Sponge-Theorie, bei der in gewissen Abschnitten des Äthers sowohl rotierende als auch rotationsfreie Teile zusammenwirken.
Man kam auch hier nicht über Analogien hinaus, sodass es letztlich nicht gelang, eine einheitliche mechanische Äthertheorie zu erstellen, welche das gesamte elektromagnetische Feld und die Materie erklärt.
Während britische Forscher relativ schnell die Theorie Maxwells übernahmen und weiterentwickelten, verblieb man im deutschsprachigen Raum bei Fernwirkungstheorien im Sinne Webers und Neumanns.
Das änderte sich erst 1888, als Heinrich Hertz die von Maxwell vorausgesagte endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Kräfte direkt nachwies.
Er brachte die zeitgenössische Ansicht über den Äther auf den Punkt:
„Nehmt aus der Welt die Elektrizität, und das Licht verschwindet; nehmt aus der Welt den Licht tragenden Äther, und die elektrischen und magnetischen Kräfte können nicht mehr den Raum überschreiten.“
Hertz entwickelte dabei zwischen 1887-1890 seine Elektrodynamik bewegter Körper.
Vor bzw. gleichzeitig mit Hertz war eine ähnliche Theorie auch von Oliver Heaviside entwickelt worden. Dessen Theorie wurde verworfen, weil sie einerseits auf einem vollständig mitgeführten Äther, und weil sie nur bei im elektromagnetischen Feld bewegten Leitern korrekte Ergebnisse lieferte, aber nicht bei bewegten Isolatoren.
Wichtig war dabei die Formulierung der maxwellschen Gleichungen, welche Hertz seiner Theorie als Postulat zugrunde gelegt hatte, und die später in der Form der "maxwell-hertzschen" Gleichungen großen Einfluss hatten − wobei die Gleichungen ihre moderne Form schließlich durch Heaviside erhielten.
Wieder mal was zusammen gefasst.
Auch ohne SRT und Einstein haben wir hier also schon ein Relativitätsprinzip das bis Newton zurückreicht, und auch Teilchentheorien und Wellentheorien und Äthertheorien. Und auch eine maximale Geschwindigkeit für elektromagnetische Phänomene gibt es.
Und weiter im Text:
Probleme der Äthertheorien
Ein grundlegendes Problem der Äthertheorien war, dass ein mechanischer Äther einem bewegten Körper einigen Widerstand in Bewegungsrichtung entgegensetzen müsste.
Um dieses Problem zu lösen, schlug George Gabriel Stokes (1845) vor, dass sich der Äther ähnlich wie Pech verhält: Dieses zerspringt, wenn mit einem Hammer sehr schnell darauf geschlagen wird.
Ein schweres Gewicht hingegen sinkt wie bei einer zähen Flüssigkeit ein. Dadurch wäre es erklärbar, dass bei Schwingungen wie denen des Lichts der Äther sich wie ein elastischer Festkörper verhält, und bei massiven, langsamen Objekten wie den Planeten wie eine Flüssigkeit.
(Untersuchungen zur Äthertheorie hatten zwischenzeitlich zu der Annahme geführt, dass der Ätherstoff etwa 1,5 • 10^11 mal leichter sein müsse als atmosphärische Luft).
Andere Physiker waren radikaler:
Sie nahmen an, dass der Äther die einzig wirkliche Materie sei und "normale" Materie gar nicht existiere, sondern bloß eine Veränderung des Ätherzustandes darstellt.
In Analogie zu Vibrationen, welche sich mit konstanter Geschwindigkeit durch ein Medium fortpflanzen - das Problem des Widerstandes würde sich hierbei nicht mehr stellen.
Einige Beispiele: Laut Lord Kelvin ist der Äther eine Flüssigkeit, und Materie kann als Wirbel aufgefasst werden, der sich im Äther fortpflanzt. Nach Lorentz ist Materie bloß eine "Modifikation" des Äthers, nach Joseph Larmor ist sie als Torsion des Äthers aufzufassen, und Paul Langevin definiert sie als bloße Verflüssigung des Äthers, wobei sich diese Stellen der Verflüssigung weiterbewegen und der Äther sich hinter ihnen wieder verfestigt.
1810 überprüfte François Arago experimentell die Möglichkeit eines Einflusses der Bewegung eines Prismas auf die Brechung des Lichtes, doch das Ergebnis war negativ.
Nach der Fresnelschen Theorie wäre ein positives Ergebnis zu erwarten gewesen. Fresnel (1818) erklärte das Ergebnis nun mit der Annahme, dass die Lichtgeschwindigkeit in den Körpern durch teilweise Mitführung des Äthers modifiziert werde.
Diese Mitführung entstehe dadurch, dass in den Körpern der Äther zusammengedrückt und deshalb etwas dichter sei, wobei genau dieser Überschuss an Ätherdichte – mit Ausnahme des Bereichs der normalen Dichte – von den Körpern mitgeführt werde.
Damit in engem Zusammenhang stand die Aberration des Lichtes.
Diese spricht zwar prinzipiell für einen ruhenden Äther - jedoch nur, wenn Licht sich auch im Äther wie ein Teilchen verhält.
Da das Licht als Welle betrachtet wurde, ergab sich folgendes Problem:
Aufgrund der Bewegung der Erde durch den ruhenden Äther findet überhaupt keine Ablenkung der Wellenebenen statt − das heißt die Lage der Wellenfront verändert sich nicht und es gibt keine Aberration.
Fresnel konnte zeigen, dass Lichtwellen − gemäß der Annahme eines (beinahe) ruhenden Äther zusammen mit dem fresnelschen Mitführungskoeffizienten − an der Oberfläche der Körper auf dieselbe Art gebrochen wird, wie es die Aberrationsformel verlangt.
Eine genaue Bestätigung des Mitführungskoeffizienten wurde durch das Fizeau-Experiment von Hippolyte Fizeau (1851) ermöglicht. Er verwendete eine Interferometer-Anordnung, bei der die Lichtgeschwindigkeit im Wasser gemessen wurde.
Fizeaus Ergebnis wurde in noch genauerer Form von Michelson und Morley (1886) bestätigt.
Die Schwäche der Erklärung Fresnels bestand darin, dass aufgrund der Abhängigkeit von der Ätherdichte auch eine Abhängigkeit des Koeffizienten von der Farbe bzw. Frequenz vorliegen sollte - was nicht stimmen konnte.
So wurden zwar Fresnels Formel und die grundlegende Idee eines ruhenden Äthers von vielen akzeptiert, aber die genauen Prozesse im Äther, welche die teilweise Mitführung ergaben, blieben ungeklärt bzw. konnten nur sehr spekulativ behandelt werden.
So sind wir eben, wir geben nicht auf, und wir wollen es wissen.
Wir wandeln hier also im Grunde alle auf ganz alten Wegen, und das ist auch gut so. Aber mal weiter:
Für George Gabriel Stokes (1845) und später auch Hertz (1890) war die Vorstellung eines Äthers, welcher von der Bewegung der Materie nur sehr gering beeinflusst wurde, sehr unnatürlich.
Ebenfalls von einem elastischen Äther ausgehend vertrat er daher die Idee einer vollständigen Mitführung des Äthers innerhalb und − mit der Entfernung abnehmend − auch außerhalb der Körper.
Um dieselben Effekte wie Fresnel zu erhalten, musste Stokes komplizierte Zusatzhypothesen einführen.
Für den Mitführungskoeffizienten nahm er an, dass zwar der gesamte Äther mitgeführt wird, jedoch die Geschwindigkeit des Äthers im Körper etwas modifiziert wird. Das Hauptproblem war die Aberration:
Während Fresnel den Effekt aus den fundamentalen Annahmen seiner Theorie − beinahe ruhender Äther mit einem geringen Mitführungskoeffizienten - ableiten konnte, schien dies bei einem vollständig mitgeführten Äther ausgeschlossen. Denn hier tritt an der Oberfläche der Erde bzw. innerhalb eines Teleskops überhaupt keine Relativbewegung zwischen Erde und Äther auf, und folglich gibt es auch keinen Grund für eine Aberration des Lichtes.
Stokes musste daher annehmen, dass der Äther inkompressibel und bei vollständiger Mitführung an der Erdoberfläche trotzdem rotationsfrei sei. Diese Umstände würden nun zu einer Brechung des Lichts im mitgeführten Äther führen, welche den Effekt der Aberration reproduzieren könnte.
Lorentz (1886) konnte zeigen, dass Stokes' Annahmen sich selbst und den mechanischen Gesetzen widersprechen - alle Bedingungen können nicht gleichzeitig erfüllt sein. Aufgrund der Widersprüchlichkeit und Künstlichkeit dieser Hypothesen konnte sich Stokes' Theorie gegenüber Fresnels erfolgreicher Theorie nicht durchsetzen.
Daneben wurde eine andere Variante der vollständigen Äthermitführung von Theodor des Coudres und Wilhelm Wien (1898) vorgeschlagen.
Die Äthermitführung sollte hier proportional der Masse bzw. der Gravitation der Körper erfolgen. Bei großen Massen wie der Erde würde die Mitführung daher vollständig sein, was die negativen Ergebnisse von auf der Erde ruhenden Experimentalanordnungen wie dem Michelson-Morley-Experiment (1887) erklärt.
Andererseits können auch die positiven Ergebnisse von auf der Erde bewegten Anordnungen erklärt werden − wie beim Fizeau-Experiment (1851) oder beim Sagnac-Effekt (1913), da die Gravitationswirkung der dabei benutzten Instrumente nicht ausreicht um den Äther mitzuführen.
Aber auch hier ergeben sich die gleichen Aberrationsprobleme wie bei Stokes.
Trotzdem versuchte Max Planck (1899) diese Idee mit der Annahme zu retten, dass durch die Gravitation eine Kondensation des Äthers in Erdnähe stattfinden könnte, sodass der Äther ähnliche Eigenschaften erhält, wie sie Stokes für seine Theorie benötigt.
Lorentz (1899) verwies darauf, dass gemäß dieser Annahme selbst eine 50.000fache Verdichtung des Äthers keinen nennenswerten Einfluss auf die elektromagnetischen Erscheinungen habe - was äußerst unwahrscheinlich ist.
Wie sehr viel später Georg Joos (1934) ausführte, widerspricht eine vollständige Mitführung durch die Erde dem positiven Ergebnis des Michelson-Gale-Experiments (1925), das eine Variante der Sagnac-Experimente darstellt.
Hier wurde versucht, die Rotation der Erde selbst zu messen, d.h. im Gegensatz zu den üblichen Sagnac-Experimenten ruht die Anordnung auf der Erde, und deshalb wäre bei einer vollständigen Mitführung ein positives Ergebnis nicht zu erwarten, denn es ist kaum denkbar, dass der Äther zwar von der Translation, aber nicht von der Rotation der Erde beeinflusst werden sollte.
Und tatsächlich spricht auch Michelson selbst nur von einer Bestätigung der Theorien, wo die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der Bewegung der Umgebung ist, wie beim ruhenden Äther als auch der Speziellen Relativitätstheorie.
So nun gehst in Richtung SRT.
Halten wir aber wieder mal fest, die Jungs haben da reichlich geschraubt und sich eine Menge Gedanken gemacht, da wurde nichts einfach wild in den Raum gestellt. Und sie waren daran interessiert, ein klares Bild zubekommen, Puzzelteile die auch alles zusammenpassen sollen.
Jedenfalls konnte man egal wie, einfach keinen Äther finden, und die Theorien dazu waren auch nicht widerspruchsfrei hinzubekommen. Jedenfalls nicht, ohne ganz viele seltsame Annahmen und Postulate zu machen, die auch nicht wirklich befriedigend waren, denn da konnte man auch sagen, so richtig logisch ist das nicht, das sind ja wilde recht wilde Spekulationen.
Es gab also ohne Frage Probleme, man konnte Licht einfach nicht richtig erklären, ob nun als Teilchen oder als Welle, mit oder ohne Äther es wurde nicht rund:
Da die Idee des vollständig mitgeführten Äthers zu vielen Schwierigkeiten ausgesetzt war, musste entweder Fresnels Theorie des (annähernd) ruhenden Äthers modifiziert werden oder der Äthergedanke überhaupt verworfen werden.
Letzteres wurde mit Ausnahmen wie Emil Cohn (1901) oder Alfred Bucherer (1903) kaum in Betracht gezogen, da eine Elektrodynamik ohne klassischen Äther für die meisten undenkbar schien.
Deswegen behielt die überwiegende Mehrheit der Physiker den Äthergedanken bei, und stellte neue Hypothesen auf, um die auf den ersten Blick widersprüchlichen Resultate wie den Fizeau- und Michelson-Morley-Versuch zu erklären. Auch Albert Einstein versuchte in jungen Jahren (1894/1895) den Äther in seine Überlegungen einzubeziehen.
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts führten diese erfolglosen Experimente dazu, dass dem Relativitätsprinzip eine immer größere Bedeutung eingeräumt wurde, was auch zu klareren Begriffsdefinitionen führte. Henri Poincaré schrieb beispielsweise 1904:
[b]
„Das Prinzip der Relativität, nach dem die Gesetze der physikalischen Vorgänge für einen feststehenden Beobachter die gleichen sein sollen, wie für einen in gleichförmiger Translation fortbewegten, so dass wir gar keine Mittel haben oder haben können, zu unterscheiden, ob wir in einer derartigen Bewegung begriffen sind oder nicht.“
Hendrik Antoon Lorentz, Poincaré, und Einstein forderten weiter die Kovarianz nicht nur der Mechanik, sondern auch der Elektrodynamik.
Dies konnte erreicht werden, indem die Galilei-Transformation durch die Lorentz-Transformation ersetzt wurde.
Der Hauptunterschied besteht darin, dass in der neuen Transformation die Lichtgeschwindigkeit eine nicht überschreitbare Grenzgeschwindigkeit darstellt.
Für Geschwindigkeiten, die klein gegenüber der Lichtgeschwindigkeit sind, geht das spezielle Relativitätsprinzip in dasjenige von Galilei über. Jedoch Newtons absoluter Raum (bzw. der Äther) stand in einem gewissen Widerspruch zum Relativitätsprinzip.
Der liebe Lorentz schraubte nun weiter an einer Äthertheorie:
Die Lorentzsche Äthertheorie, die hauptsächlich zwischen 1892 und 1906 von Hendrik Antoon Lorentz und Henri Poincaré entwickelt wurde, beruhte auf der Weiterentwicklung von Fresnels Äthertheorie, den Maxwell-Gleichungen und der Elektronentheorie von Rudolf Clausius.
Lorentz führte eine strikte Trennung zwischen Materie (Elektronen) und Äther ein, wobei in seinem Modell der Äther völlig unbewegt ist und von bewegten Körpern auch nicht mitgeführt wird.
Bei dieser Variante eines abstrakten elektromagnetischen Äthers wird aber auf eine mechanische Erklärung im Sinne der älteren mechanischen Äthermodelle verzichtet.
Max Born identifizierte den Lorentz-Äther dann überhaupt mit dem absoluten Raum Isaac Newtons.
Der Zustand dieses Äthers kann im Sinne der Maxwell-Lorentzschen Elektrodynamik durch das elektrische Feld E und das magnetische Feld H beschrieben werden, wobei diese Felder als von den Ladungen der Elektronen verursachte Anregungszustände bzw. Vibrationen im Äther aufgefasst wurden.
Im Gegensatz zu Clausius, der annahm, dass die Elektronen durch Fernwirkung aufeinander wirken, tritt als Vermittler zwischen den Elektronen ebendieses elektromagnetische Feld des Äthers auf, in dem sich Wirkungen maximal mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten können.
Lorentz konnte mit seiner Theorie beispielsweise den Zeeman-Effekt theoretisch erklären, wofür er 1902 den Nobelpreis erhielt.
Erwähnt sei, dass Joseph Larmor gleichzeitig mit Lorentz eine ähnliche Elektronen- bzw. Äthertheorie entwarf, welche auf einem mechanischen Äther beruhte.
In der Lorentzschen Äthertheorie (wie auch in der Theorie von Larmor) wird der Widerspruch zum Michelson-Morley-Experiment über die Einführung von Lorentztransformationen aufgelöst.
Dabei werden die Längenkontraktion und Zeitdilatation als Prozesse verstanden, denen relativ zu einem Äther bewegte Maßstäbe und Uhren unterworfen sind, während Raum und Zeit unverändert bleiben.
Damit werden diese Effekte als asymmetrisch betrachtet, das heißt, bewegte Maßstäbe sind tatsächlich kürzer und Uhren gehen tatsächlich langsamer.
Ein bewegter Beobachter schätzt ruhende Maßstäbe zwar in identischer Weise als kürzere und ruhende Uhren als langsamer ein.
Diese Einschätzung wird als Täuschung interpretiert, da sie der bewegte Beobachter unter Verwendung verfälschter Maßstäbe und Uhren gewinnt.
Die Symmetrie der Beobachtungen und damit die offensichtliche Gültigkeit des besonders von Poincaré hervorgehobenen, phänomenologischen Relativitätsprinzips wird als Folge einer eher zufälligen Symmetrie der zugrunde liegenden dynamischen Prozesse interpretiert.
Sie verhindert die Möglichkeit, die eigene Geschwindigkeit relativ zum Äther zu bestimmen, und macht ihn damit zu einer prinzipiell unzugänglichen Größe in der Theorie.
Bis hier hat Einstein also immer noch nichts zu beigetragen, außer seiner Meinung, und man erkennt wohl, dass es Probleme gab, man konnte die Dinge nicht so klar beschreiben, wie man wollte. Es gab also gute Gründe sich hier weiter Gedanken zu zumachen.
Also auch ohne Einstein gab es schon Vorstellungen von Längenkontraktion und Zeitdilatation.
Erinnern wir uns noch mal:
Für Geschwindigkeiten, die klein gegenüber der Lichtgeschwindigkeit sind, geht das spezielle Relativitätsprinzip in dasjenige von Galilei über. Jedoch Newtons absoluter Raum (bzw. der Äther) stand in einem gewissen Widerspruch zum Relativitätsprinzip.
Und hier setze dann nun Einstein an:
Er zog deshalb im Rahmen seiner speziellen Relativitätstheorie den radikalen Schluss, dass man die Idee des Äthers als eines bevorzugten Bezugsystems vollständig aufgeben muss.
Und auch ganz wichtig:
Ebenso muss man in Folge der Lorentz-Transformation auf die Vorstellung eines absoluten Raums und einer absoluten Zeit verzichten.
Hermann Minkowski führte dies weiter, indem er Raum und Zeit in eine einheitliche vierdimensionale Raumzeit zusammenfasste.
Und dann nun endlich:
Und Albert Einstein definierte 1905 das Relativitätsprinzip so:
„Die Gesetze, nach denen sich die Zustände der physikalischen Systeme ändern, sind unabhängig davon, auf Welches von zwei relativ zueinander in gleichförmiger Translationsbewegung befindlichen Koordinatensystemen, diese Zustandsänderungen bezogen werden.“
Also Einstein hatte da nicht einfach eine wilde Blitzidee, sondern es war ein weiter und auch steiniger Weg dahin.
Und es gab gute Gründe:
In der (SRT) gelang es Einstein, die Lorentztransformation und die anderen Teile der Theorie alleine aus der Annahme von zwei Prinzipien – dem Relativitätsprinzip und der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit – abzuleiten.
Diese Prinzipien wurden zum Teil auch von Poincaré und Lorentz verwendet.
Leider erkannten sie nicht, dass die Theorien ausreichend sind, um ohne Benutzung eines Äthers oder irgendwelcher angenommener Eigenschaften der Materie eine geschlossene Theorie zu begründen. Genau dies ist aber eine der bedeutendsten Schlussfolgerungen Einsteins:
„Die Einführung eines "Lichtäthers" wird sich insofern als überflüssig erweisen, als nach der zu entwickelnden Auffassung weder ein mit besonderen Eigenschaften ausgestatteter "absoluter Raum" eingeführt, noch einem Punkte des leeren Raumes, in welchem elektromagnetische Prozesse stattfinden, ein Geschwindigkeitsvektor zugeordnet wird.“
In der SRT sind nun Längenkontraktion und Zeitdilatation eine Folge der Eigenschaften von Raum und Zeit und nicht von materiellen Maßstäben und Uhren.
Die Symmetrie dieser Effekte ist daher kein Zufall, sondern eine Folge der Gleichwertigkeit der Beobachter, die als Relativitätsprinzip der Theorie zugrunde liegt. Alle Größen der Theorie sind experimentell zugänglich.
Die SRT baut also auf ganz viele Schritte auf, und ist nur die Folge ganz vieler Gedanken und Fragen die viele Menschen hatten. Ohne diese ganze „Vorarbeit“ hätte Einstein also nie die SRT formulieren können.
Und man sollte sich bewusst machen, das es Längenkontraktion und Zeitdilatation auch schon ohne die SRT gab, das es die Formel, die im Grunde ja immer so gerne infrage gestellt wird, nicht von Einstein sondern eben von Lorentz formuliert wurde:
Die Lorentz-Transformationen, benannt nach Hendrik Antoon Lorentz, verbinden in der speziellen Relativitätstheorie und der lorentzschen Äthertheorie die Zeit- und Ortskoordinaten, mit denen verschiedene Beobachter angeben, wann und wo Ereignisse stattfinden.
Dabei handelt es sich um gradlinig gleichförmig bewegte Beobachter, deren Relativgeschwindigkeit kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist, und um Koordinaten, in denen kräftefreie Teilchen gerade Weltlinien durchlaufen.
Bei Lorentz-Transformationen bleibt die Lichtgeschwindigkeit c unverändert, umgekehrt war die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit Ausgangspunkt von Einsteins Herleitung der Lorentz-Transformation.
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Lorentztransformation
Einstein hat also viele Ideen anderer zu einer neuen Erklärung zu einem neuen Bild verknüpft. Text wird fortgesetzt.
Diskussion und Fragen hierzu bitte hier posten:
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