Äther (Physik)

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Der physikalische Begriff Äther ist griechischen Ursprungs und bezeichnete nach Aristoteles das fünfte überirdische Element, die reine Himmelsluft oder den Weltäther und bekam in der Neuzeit als Funkäther oder Lichtäther die Bedeutung eines Trägermediums für elektromagnetische Wellen.

Sinn des Äthers

In der Wissenschaft ist der Äther ein notwendiges Konstrukt: Weil es in der Natur der Sache liegt, daß ein Nichts keine Eigenschaften haben kann (z. B. Brechungsindex, dielektrische Leitfähigkeit, Magnetische Feldkonstante, Elektrische Feldkonstante usw.), diese Eigenschaften in diesem vermeintlichen Nichts jedoch unzweifelhaft festgestellt werden, muß dieses Nichts ein Etwas sein. Dieses nannte man Äther.

Verschwinden des Ätherbegriffs aus der Wissenschaft

Nachdem ein Jude namens Albert Einstein kam und laut tönte, daß er den Äther für seine Theorie nicht benötigte, befleißigen sich die meisten Wissenschaftler, den Äther für ihre Theorien auch nicht mehr zu benötigen oder doch zumindest das Wort nicht mehr zu benutzen, um nicht (wie ihre unbelehrbaren Kollegen) als „Antisemiten“ diffamiert zu werden.

Unterschiedliche Äthervorstellungen

Descartes bezeichnete mit dem Begriff Lichtäther einen hypothetischen elastischen Stoff, als Trägermedium von Lichtwellen, Wärme und Gravitation. Christiaan Huygens interpretierte das Licht als Wellenphänomen und führte den Äther als Trägermedium ein, wobei er die Analogie zwischen Licht und Äther einerseits und Schall und Luft andererseits benutzte. 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 jedoch noch nicht über die Begrifflichkeiten der Wellenlehre verfügte, konnte auch er nicht alle Gesetze der Brechung und Reflexion vollständig erklären. 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 der 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.

Äther und Deutsche Physik

Der Ätherbegriff wurde später auch im Rahmen der Deutschen Physik benutzt. Es wurde hier nämlich eine mechanische und vor allem anschauliche Begründung der Physik gefordert. So sprach Philipp Lenard (1923) von dem Äther, welcher von der Erde mitgeführt wird, und vom „Uräther“, welcher von der Erdbewegung unbeeinflußt sein soll.

Fazit

„Äther“ in Materie stellt etwas anderes dar als Äther im Vakuum des freien Weltraums; insofern war es nur folgerichtig, hier eine begriffliche Unterscheidung in „Mitgeführten Äther“ und „Uräther“ vorzunehmen. Insbesondere begründet sich das Ätherkonzept erst dadurch, daß etwas nur übertragen werden kann, wenn ein weiterleitendes Medium vorhanden ist. Insofern stellt der als „Uräther“ bezeichnete ruhende Äther die eigentliche Substanz dar, welche die Leere des Vakuums mit einem übertragungsfähigen Medium füllt und auf welche sich der Begriff bezieht, während der „Mitgeführte Äther“ in einem Gas, einer Flüssigkeit oder einem Feststoff eigentlich nur die Weiterleitungsfähigkeit der vorhandenen Materie darstellt. Daß eine solche Äthersubstanz bei hohen Geschwindigkeiten von Objekten eine Reaktion zeigt, liegt auf der Hand, so daß es vergleichbar wie beim Schall zu Impulsen kommt, wenn eine Grenzgeschwindigkeit überschritten wird, wobei wiederum in Analogie zum Schall die so erzeugten Impulse als Licht wahrgenommen werden. Allerdings konnten Äthertheorien in den letzten Jahrzehnten nur im Gegensatz zur etablierten Physik entwickelt werden, so daß hier ein Nachholbedarf gesehen wird.

Kritik und Widerlegung aller Ätherkonzepte

Neuere Messungen höchster Präzision im Bereich von 10^(−15) schließen auch einen mitgeführten Äther aus, da auch bei einem mitgeführten Äther zur Umgebung immer ein Geschwindigkeitsgradient vorhanden sein muß. Dieser hätte sich bei dieser extremen Präzision bemerkbar gemacht.

Das Ätherkonzept mit seiner „mechanistischen“ Anschauung der Wirkungsübertragung wird bereits durch eine einfache Tatsache widerlegt: Es existiert eine Elastizität!

Elastisches Verhalten kann ausschließlich mit Kraftfeldern erklärt werden, diese müssen bei einem Ätherkonzept jedoch ausgeschlossen werden. Entweder müssen sich die starren Ätherteilchen berühren, dann muß die Kraftwirkung jedoch instantan, also unendlich schnell übertragen werden, und ein Materietransport („Gewehrkugel“) ist dann unmöglich. Oder die Ätherteilchen berühren sich nicht, dann ist jedoch wiederum das Kraftfeld für eine Impulsübertragung notwendig, welches man jedoch eliminiert haben wollte. Dann müßte schon eine Krückenkonstruktion mit einem kleinen Kraftfeldchen erfunden werden. Dies ist aber ebenso schwierig zu verstehen wie ein großes, unendlich weitreichendes Kraftfeld.

Das Ätherkonzept muß daher vollständig zugunsten eines wirkungslosen eigenschaftslosen Raumes und feld- und massebehafteter Elementarteilchen aufgegeben werden. Anhand der bereits nachgewiesen instantanen Wirkung von Kraftfeldern (etwa bei der Gravitation) muß auch das Konzept Maxwells, welches unbedingt einen Äther als Ausbreitungsmedium benötigt, verworfen werden. Die Folge hiervon ist dann, daß es auch keine elektromagnetischen Wellen gibt. Statt dessen kommen ausschließlich eigenschaftsgeordnete Teilchenströme in Frage.

Quellen

Literatur

  • Michele La Rosa / K. Muth: Der Äther: Geschichte einer Hypothese (1912) (PDF-Datei)
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