Einstein relativiert - gekrümmte Vorstellungen, gedehnte Wahrheiten

Schrumpfende Wissenschaft

Die großen Denker gerieten in Verlegenheit, da weder die Theorie des mitgeführten Äthers (Äther, der sich mit der Erde bewegt) noch die des statischen Äthers bewiesen werden konnte. 1892 schlug Hendrik Lorentz (1853-1928), ein Befürworter der statischen Äther­theorie, eine Lösung vor, mit der man das Nullexperiment erklären konnte. Er fragte sich, wie sich der Weg ändern müsse, den das Licht zurücklegt, um die Geschwindigkeit in der Formel „Geschwindigkeit = Weg / Zeit“ unter allen Umständen konstant zu halten. Das Ergebnis war eine überraschende Formel, in der die Weglänge schrumpft und die Zeit um den gleichen Faktor verlangsamt wird. Als er den geschrumpften Weg durch die verlangsamte Zeit dividierte, erhielt er „c“ und bestätigte damit die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit.

Dennoch war es nicht nur ein einfacher mathematischer Trick, mit dem er sich aus der Affäre ziehen wollte: Lorentz glaubte fest daran, dass tatsächlich eine physikalische Schrumpfung stattfand. Die mechanistische Erklärung lautete, dass die Materie aus Atomen besteht und der Radius dieser Atome sich aus der Größe der Umlaufbahn der äußeren Elektronen ergibt – später auch „Bohr-Radius“ genannt. Rasen nun stoffliche Atome durch den unwandelbaren Äther, so erzeugt dieser einen Widerstand und komprimiert deren Umlaufbahnen, sodass diese nicht mehr rund, sondern elliptisch verlaufen, mit der kürzeren Achse in Bewegungsrichtung. Die Verkürzung der Achse wird mit der Formel für die Lorentz-Kontraktion berechnet.⁹

Praktisch sagte Lorentz damit, dass Michelsons stählernes Interferometer in Richtung der Erdbewegung durch den Äther minimal geschrumpft ist. Daher hatten die Lichtstrahlen in dieser Richtung einen kürzeren Weg zurückzulegen, und weil c = Weg / Zeit, blieb c konstant, da die Zeit sich um denselben Faktor verlangsamte, um den auch der Weg schrumpfte.

Plötzlich ließ sich erklären, warum ein Wissenschaftler in Bewegung dieselbe Lichtgeschwindigkeit messen würde wie einer, der sich in einem stationären Raumschiff im Äther befindet. Doch war es das, was bewiesen wurde? Gab es tatsächlich einen kosmischen, unbewegten Äther oder handelte es sich doch um einen mitgeführten Äther, der sich mit dem Sonnensystem bewegte?

Der französische Mathematiker Henri Poincaré (1854-1912) hatte bald eine ungewöhnliche Erklärung parat: Eventuell hing die Beantwortung dieser Frage davon ab, wie wir die Welt betrachten. Viele tauften diese Sichtweise die Lorentz-Poincaré-Relativitätstheorie.

Eine Patentlösung?

Im Jahr 1905 sandte ein Angestellter des Schweizer Patentamts in Bern namens Albert Einstein drei Aufsätze an die deutsche Zeitschrift Annalen der Physik, die sich mit der Brown’schen Molekularbewegung (der Bewegung von Teilchen in Wasser), dem photoelektrischen Effekt und dem Nullexperiment von Michelson und Morley beschäftigten. Letzterer sollte schließlich als Spezielle Relativitätstheorie bekannt werden. Einstein brachte mit seiner Theorie nicht viel Neues in die Äther-Diskussion ein, bis auf zwei Postulate, von denen er hoffte, dass sie die gesamte Äther-Kontroverse beenden könnten:

1. Die Lichtgeschwindigkeit ist eine universelle Konstante, und basta!
2. Es gibt keine absolute Geschwindigkeit relativ zu zu einem universellen, ruhenden Äther; daher wird jede Bewegung einfach als Geschwindigkeitsunterschied zwischen bewegten Körpern betrachtet.

Durch diese zwei Postulate konnte man die Lorentz-Transformation auf die veränderte Wahrnehmung des Beobachters zurückführen.¹⁰

In den 1930er Jahren war dann der Name Einstein in aller Munde, und die Journalisten begannen sich dafür zu interessieren, woher seine Ideen stammten. In bekannter Einstein-Manier sagte er, er sei aus rein philosophischen Überlegungen darauf gestoßen:

„Die Physik ist ein logisches Gedankengebäude, das sich in der Evolution befindet und dessen Grundlagen [Prinzipien] nicht aus der Erfahrung durch die induktive Methode gewonnen werden können, sondern nur durch freie Erfindung zugänglich sind. Die Rechtfertigung [der Wahrheitsgehalt] des Systems liegt in der Verifizierung der abgeleiteten Thesen [a priori/logische Wahrheiten] durch die sinnliche Erfahrung [a posteriori/empirische Wahrheiten] […] Die Evolution geschieht in Richtung gesteigerter Einfachheit der logischen Basis [Prinzipien] […] Wir müssen immer bereit sein, unsere Ansichten zu ändern – das heißt, die axiomatischen Grundlagen der Physik – um den wahrgenommenen Tatsachen perfekt und logisch gerecht zu werden.“¹¹

Bald darauf änderte Einstein seine Meinung in einer Broschüre mit dem Titel „Essays on Science“, in der er zugab, dass die Lorentz-Transformation die einzige Lösung ist, durch die die Lichtgeschwindigkeit in den Maxwell’schen Gleichungen für alle Beobachter gleich erscheint – genau, wie Lorentz und Poincaré vermutet hatten!

Daher hatte Einstein laut dem Mathematiker Edmund Whittaker

„eine Abhandlung veröffentlicht, die einfach die Relativitätstheorie von Poincaré und Lorentz mit einigen Zusätzen wiedergab, doch weitaus mehr Aufmerksamkeit erregte!“¹²

Als er mit diesen Vorwürfen konfrontiert wurde, bezeichnete er sie als nebensächlich – aber waren sie das wirklich?

Sollte wirklich niemandem, der ernsthaft an der Arbeit von Lorentz und Poincaré interessiert war, aufgefallen sein, dass die neue Interpretation der ursprünglichen Gleichungen aus einem realen physikalischen Phänomen ein rein informelles gemacht hatte?