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Der Wellen-Teilchen-Dualismus I - Der Äther

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Der Wellen-Teilchen-Dualismus des Lichts ist eines der großen Geheimnisse der heutigen Physik, denn manchmal scheint das Licht aus Teilchen zu bestehen und ein anderes Mal verhält es sich wie eine Welle. In diesem Special erfahren sie mehr über dieses abstrakte Phänomen, an dessen Lösung auch die größten Physiker bislang gescheitert sind.

Der Begriff des Äthers wurde eingeführt, da man davon überzeugt war, dass sich das Licht wellenförmig von der Sonne zur Erde ausbreitet und wie jeder Wellentyp, mit Ausnahme der elektromagnetischen Wellen, ein Medium braucht, um sich fortzubewegen. Besonders deutlich wird dies durch Schallwellen, die sich durch Schwingungen über die Luft ausbreiten. Im Vakuum hingegen können sich Schallwellen nicht ausbreiten, da ihnen das Notwendige Medium fehlt, daher stammt auch der bekannte Spruch: Im Weltall hört dich niemand schreien.

Man dachte des weiteren, dass der Äther absolut still steht und sich alle Himmelskörper darin bewegen. Daraus folgerten Wissenschaftler, dass es möglich sein müsste, die Existenz des Äthers zu beweisen, indem man herausfindet, wie schnell sich die Erde durch den stillstehenden Äther bewegt. Denn daraus müsste sich errechnen lassen, wie schnell sie sich relativ zum übrigen Weltall bewegt. Mit der Bestimmung dieser so genannten "absoluten Bewegung" müsste sich die Existenz des Äthers also beweisen lassen.

Am Ende des 19 Jhr. wurde einer der bekanntesten Versuche dazu durchgeführt. Der junge Marineoffizier Albert A. Michelson und der bekannte Chemiker Edward W. Morley führten 1887 an der Case-Western Reserve University in Cleveland, Ohio, folgendes Experiment durch.

Das Experiment ging unter den Begriff Michelson-Morley-Experiment in die Geschichte ein. Dabei wurde Licht aus einer Lichtquelle von einem Strahler geteilt und jeder Strahl wurde von einem Spiegel reflektiert und wieder über den Strahler zu einem Detektor geleitet, in diesem Fall ein Teleskop.

Die Idee dahinter:

Wenn zwei Lichtstrahlen, die rechtwinklig zueinander verlaufen, im Strahlleiter erzeugt werden, brauchen sie für den Rückweg zum Strahlleiter unterschiedliche Zeiten. Der Lichtstrahl, der sich erst gegen die Ätherströmung und dann mit ihr bewegt, benötigt einen winzigen Bruchteil einer Sekunde länger, als der Lichtstrahl, der sich quer zur Strömung und zurückbewegt.

Aufgesetzt war die ganze Apparatur auf einer Sandsteinplatte und diese wiederum schwamm auf Quecksilber. Mit dieser Konstruktion sollten Erschütterungen gedämpft werden und da das Ganze drehbar gelagert war, konnte man die Untersuchung in verschiedene Richtungen unternehmen.

In dem Zeitraum vom 8. bis zum 12. Juli 1887 sollte der große Durchbruch gelingen, doch zur großen Überraschung von Michelson und Morley und der restlichen Elite der Wissenschaft scheiterte das Experiment.

Erst 1905 kam ein 26 Jahre alter Patentangestellter 3. Klasse des schweizerischen Patentamts auf die Lösung. Sein Name war Albert Einstein.

In der von ihm postulierten Speziellen Relativitätstheorie kam er zu der Erkenntnis, dass es unmöglich ist, die Bewegung der Erde oder irgendeines anderen Himmelskörper relativ zu einem Äther festzustellen. Infolge dessen ist es auch unmöglich zu wissen, ob ein Himmelskörper wirklich ruht oder sich im Universum bewegt.

Eine weitere Kernaussage der Speziellen Relativitätstheorie ist, dass die Geschwindigkeit des Lichts gleich bleibt, unabhängig davon ob sich die Lichtquelle bewegt oder nicht und auch ob sich der Beobachter bewegt oder nicht.

Durch diese entscheidenden Aussagen, die das ganze physikalische Weltbild auf den Kopf stellten, wurde der Äther überflüssig, da wir die absolute Bewegung der Erde nicht feststellen können und wir deshalb nie wissen werden ob der Äther existiert oder nicht.

 

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