Eine kurze Geschichte der Zeit (German Edition)

Menschenverstand anscheinend nahegelegten Begriffen zurecht, wenn wir uns mit Dingen wie Äpfeln oder Planeten beschäftigen, die sich verhältnismäßig langsam bewegen, doch sie lassen uns im Stich, wenn wir uns Objekten zuwenden, die sich mit (oder fast mit) Lichtgeschwindigkeit bewegen.
    Daß Licht sich mit einer endlichen, wenn auch sehr hohen Geschwindigkeit bewegt, wurde erstmals 1676 von dem dänischen Astronomen Ole Christensen Rømer entdeckt. Er beobachtete, daß zwischen den Zeitpunkten, da die Bahnen der Jupitermonde hinter dem Jupiter zu verlaufen scheinen, keine gleichmäßigen Intervalle liegen, wie zu erwarten gewesen wäre, vorausgesetzt natürlich, die Monde umkreisen ihren Planeten mit gleichbleibender Geschwindigkeit. Während Erde und Jupiter ihren Bahnen um die Sonne folgen, verändert sich ständig der Abstand zwischen ihnen. Rømer stellte fest, daß die Verfinsterungen der Jupitermonde um so später aufzutreten schienen, je weiter die Erde vom Jupiter entfernt war. Seine Erklärung für dieses Phänomen: Das Licht der Monde braucht länger, ehe es uns erreicht, wenn wir weiter von ihnen entfernt sind. Allerdings hat er die Entfernungsschwankungen zwischen Erde und Jupiter nicht sehr genau gemessen; so kam er auf eine Lichtgeschwindigkeit von 224 000 Kilometern pro Sekunde, während man heute von 300 000 Kilometern pro Sekunde ausgeht. Doch dies soll die bemerkenswerte Leistung Rømers, der nicht nur bewies, daß sich das Licht mit endlicher Geschwindigkeit bewegt, sondern diese Geschwindigkeit auch maß, keineswegs schmälern – veröffentlichte er doch seine Ergebnisse elf Jahre vor Newtons «Principia mathematica».
    Eine zufriedenstellende Theorie über die Ausbreitung des Lichts schlug erst 1865 der englische Physiker James Clerk Maxwell vor, dem es gelang, die Teiltheorien zu vereinigen, mit denen man bis dahin die Kräfte der Elektrizität und des Magnetismus beschrieben hatte. Aus Maxwells Gleichungen folgte, daß es zu wellenartigen Störungen im zusammengeführten elektromagnetischen Feld kommen könne und daß diese sich mit einer konstanten Geschwindigkeit wie Wellen in einem Teich bewegen würden. Wenn die Länge dieser Wellen (der Abstand zwischen zwei Wellenkämmen) einen Meter oder mehr beträgt, so handelt es sich um Radiowellen, wie wir heute sagen. Kürzere Wellen werden als Mikrowellen (ein paar Zentimeter lang) oder Infrarot (länger als ein zehntausendstel Zentimeter) bezeichnet. Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge zwischen vierzig und achtzig millionstel Zentimeter. Und es sind noch kürzere Wellenlängen bekannt, zum Beispiel Ultraviolett, Röntgen- und Gammastrahlen.
    Aus Maxwells Theorie folgt, daß sich Radio- oder Lichtwellen mit einer bestimmten konstanten Geschwindigkeit bewegen. Aber Newtons Theorie ließ die Vorstellung von einem absoluten Ruhepunkt nicht mehr zu. Wenn man also annahm, Licht bewege sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit fort, so mußte man angeben, in bezug worauf diese Geschwindigkeit zu messen sei. Deshalb kam man auf die Idee, es gebe eine Substanz, «Äther» genannt, die allgegenwärtig sei, auch im «leeren» Raum. Die Lichtwellen, so glaubte man, bewegten sich durch den Äther wie die Schallwellen durch die Luft, und ihre Geschwindigkeit sei infolgedessen relativ zu diesem Äther. Beobachter, die sich wiederum jeweils relativ zum Äther bewegten, würden das Licht mit verschiedenen Geschwindigkeiten auf sich zukommen sehen, doch die Lichtgeschwindigkeit relativ zum Äther bliebe immer gleich. Vor allem bei der Bewegung der Erde durch den sie umgebenden Äther müßte die Lichtgeschwindigkeit, gemessen in Richtung der Erdbewegung (wie es der Fall wäre, wenn wir uns auf die Lichtquelle zu bewegten), größer sein als die Lichtgeschwindigkeit, gemessen im rechten Winkel zu dieser Bewegung (wie es der Fall wäre, wenn wir uns nicht auf die Quelle zu bewegten). 1887 führten Albert Michelson (der später als erster Amerikaner den Nobelpreis für Physik erhielt) und Edward Morley an der Case School of Applied Science in Cleveland mit großer Sorgfalt ein Experiment durch, bei dem sie die Lichtgeschwindigkeit in Richtung der Erdbewegung mit der im rechten Winkel zur Erdbewegung verglichen. Zu ihrer großen Überraschung stellten sie fest, daß die beiden Geschwindigkeiten völlig identisch waren!
    Zwischen 1887 und 1905 wurden zahlreiche Versuche unternommen – vor allem von dem holländischen Physiker Lorentz, Hendrik –, die