Sexl Physik 8, Schulbuch

7 | 7.1 Mechanische Modelle des Äthers wurden im 19. Jahrhundert konstruiert. Sie sollten die Übertragung von Kräften durch Spannungen im Äther erklären. Licht sah man als Schwin- gung des Äthers an. Der englische Physiker J ames c lerk m axwell konstruierte ein mecha- nisches Modell für den Äther, in dem er die elektrischen Feldlinien als rotierende Wirbel darstellte, die durch kleine Kugeln getrennt wurden. Wirbel und Kugeln sollten das gesam- te Universum erfüllen. Absoluter Raum = des Äthers Ruhesystem Sonnensystem Erde Sonne v ? 7.2 Wegen der Bahnbewegung der Erde um die Sonne kann man nicht annehmen, dass die Erde im Äther ruht. Ferner müsste man erwarten, dass sich auch das gesamte Sonnen- system durch den Äther bewegt. 7.3 a lbert m ichelson (links) bei einem Tref- fen mit a lbert e instein und r obert m illikan (rechts), der die Elementarladung bestimmte. Michelson erhielt für seine Präzisionsmessungen im Jahre 1907 als erster amerikanischer Physiker den Nobelpreis. 7.4 Offene Fragen in der Physik Ende des 19. Jahrhunderts – sie führten zur Relativitätstheorie bzw. Quantenphysik (s. S. 36). 1.1 Von der Ätherhypothese zur Relativitätstheorie In Physik 7 (S. 16/17) haben wir die gegensätzlichen Standpunkte zur Natur des Lichts kennen gelernt, die Newton und Huygens am Ende des 17. Jh. vertraten: Während Huygens Wellen zur Erklärung der Lichtausbreitung vorschlug, vertrat Newton die Ansicht, dass Licht aus Teilchen besteht. Die Wellenvorstellung lehnte Newton ab, da mit den damaligen Mitteln bei Licht keine Beugungserscheinungen nachweisbar waren. Erst 100 Jahre später setzte sich das Wellenmodell des Lichts durch: Thomas Young konnte mit dem Doppelspaltexperiment die Lichtbeugung nachweisen (s. Physik 7, S. 29). Maxwell folgerte aus der von ihm entwickelten Theorie des Elektromagnetismus, dass Licht vermutlich eine elektromagnetische Welle ist. Wenn Licht eine Wellenerscheinung ist, so ergab sich für Huygens und besonders für die Physiker des 19. Jh. die Frage, in welchem Medium sich Licht ausbreitet. Mechanische Wellen (z. B. Schallwellen) breiten sich in Materie, aber nicht im Vakuum aus. Wie aber erreicht uns das Licht der Sonne, wie durchdringt Licht evakuierte Glasgefäße? Gibt es ein Medium für die Ausbreitung des Lichts? Huygens vermutete, dass es ein solches Medium gibt, das den Weltraum erfüllt – er nannte es Äther . Ein solcher Äther müsste allerdings äußerst ungewöhnliche Eigenschaften besit- zen: Er müsste eine vernachlässigbar geringe Dichte besitzen, da sonst die Plane- ten durch Reibung gebremst würden und schon längst in die Sonne gestürzt wären. Andererseits müsste er härter als Stahl sein, um die Größe der Lichtgeschwindig- keit zu erklären. Ein Material mit diesen Eigenschaften kannte man nicht. Die Su- che nach Effekten der Bewegung durch den das Weltall ausfüllenden Äther war daher ein vordringliches Problem. Wegen der Bewegung der Erde durch den Äther müsste es einen „Ätherwind“ ge- ben, genauso wie man auch bei Windstille auf einem fahrenden Schiff oder Fahr- rad einen Wind verspürt ( 7.2 ). Da der Äther elektrische und magnetische Kräf- te übertragen sollte, müsste der Ätherwind zu messbaren Wirkungen führen. Die zahlreichen Experimente zu den Auswirkungen des Ätherwinds konnten nie einen überzeugenden Nachweis liefern. Damit legten sie die Basis für die Entwicklung von Einsteins Relativitätstheorie. Das wichtigste Experiment zum Ätherwind wurde von a lbert M ichelsoN (1852–1931) ( 7.3 ) und e dward M orley (1838–1923) im Jahr 1887 unternommen. Licht sollte sich nach damaliger Ansicht in allen Richtungen mit der Lichtge- schwindigkeit c ≈ 300 000 km/s durch den Äther ausbreiten. Bewegt sich die Erde mit der Geschwindigkeit v durch den Äther, so eilt das Licht in der einen Richtung der Erdbewegung entgegen, läuft in der Gegenrichtung aber mit der Erde mit. Die auf der Erde gemessene Lichtgeschwindigkeit in diesen Richtungen müsste also c + v bzw. c – v betragen. Ob diese Unterschiede in der Ausbreitungsgeschwindigkeit existieren, wollten M ichelsoN und M orley in dem Experiment überprüfen. Auch mit diesem Experiment konnte keine Bewegung der Erde gegen den Äther festgestellt werden. Das Modell des Äthers als Medium der Lichtausbreitung wurde dadurch als falsch erwiesen und wurde durch die Relativitätstheorie überflüssig. Ur Gibt es Atome? Wie kann man das Strahlungsspektrum eines schwarzen Körpers erklären? Uranus Neptun Schwingungen undWellen ELEKTROMAGNETISMUS Elektrizitäts- lehre Magnetismus Äther- spannung OPTIK Äther- schwingung Licht = elektro- magnetische Welle WÄRMELEHRE Bewegt sich die Erde durch den Äther? Wie kann man die Spektrallinien erklären? Felder Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv