Äther (Physik)

Das Wort Äther ist ein Lehnwort aus der altgriechischen Sprache und bezeichnete nach Aristoteles das fünfte, überirdische Element, die reine Himmelsluft oder den Weltäther (siehe Aither). Der Begriff Äther bekam in einer neuzeitlichen Hypothese der Physik vorübergehend die Bedeutung eines Trägermediums für elektromagnetische Wellen: Es entstand die Äthertheorie.

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1 Unterschiedliche Äthervorstellungen

Descartes bezeichnete mit dem Begriff Lichtäther einen hypothetischen elastischen Stoff als Trägermedium von Lichtwellen, Wärme und Gravitation. 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 die 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.

Der Ätherbegriff wurde später auch von Philipp Lenard (1923) verwendet - er sprach von dem Äther, welcher "von der Erde mitgeführt" wird, und vom "Uräther", welcher von der Erdbewegung unbeeinflusst sein soll.

2 Das Ende der Äthertheorie

Abbildung einer Kreisfigur (grün) mit Lorentztransformation ins „bewegte System“ (rote Kringel)

Die Interpretation des Werkes von Albert Einstein ergab durchaus Ansätze, die noch in eine Äthertheorie passen. So werden zum Beispiel über die Lorentz-Transformation geometrische-Figuren vom Ruhesystem ins „bewegte System“ projiziert, so dass Graphen entstehen, die etwas an Ballons erinnern.^[1] Dies widerspricht nicht der damals noch für wahrscheinlich gehaltenen Theorie eines Äthers. Auch in seiner Rede am 5. Mai 1920 schloss Einstein die Äthervorstellung noch nicht völlig aus. Er sagte unter anderem: „Man kann die Existenz eines Äthers annehmen; nur muß man darauf verzichten, ihm einen bestimmten Bewegungszustand zuzuschreiben.“^[2] Die endgültige Fassung der Relativitätstheorie hat zu einem grundsätzlichen Streit der Meinungen geführt, da sie weitgehend im Widerspruch zur bisherigen Äthertheorie stand und die Lichtgeschwindigkeit als konstant postuliert. Etwa 20 Jahre später schrieb die Philosophin Mathilde Ludendorff, so habe „die Physik jenen gewaltigen Siegeszug der Erkenntnis angetreten, der an die Stelle der sogenannten statischen Physik die dynamisch setzte“.^[3]

3 Heutiger Stand der Erkenntnis

Äther in der Materie stellt etwas anderes dar als der theoretische Äther im Vakuum des unendlichen Weltraums. Insofern war es nur folgerichtig, hier eine begriffliche Unterscheidung und das Wort vom Uräther einzuführen. Insbesondere beruhte die Äthertheorie darauf, 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 übertragungsfähigem Medium füllt und auf welche sich der Begriff bezieht. Diese Vorstellung ist aber von dem Äther als Materie wie bei einem Gas, einer Flüssigkeit oder einem Feststoff abgeleitet, der eigentlich nur die Weiterleitungsfähigkeit des vorhandenen Stoffes beschreibt. Dass ein Äther im Weltraum bei hohen Geschwindigkeiten von Objekten auch eine Reaktion zeigt, liegt aus Sicht dieser Theorie auf der Hand, so dass es vergleichbar wie beim Schall in der Luft zu Impulsen kommt (der sogenannte Überschallknall), wenn eine Grenzgeschwindigkeit überschritten wird. Dabei würden in Analogie zum Schall in der Luft die erzeugten Impulse im Vakuum in Form von Licht auftreten. Allerdings gilt die Äthertheorie als wissenschaftlich überholt, zumal die Existenz eines solchen Äthers im Vakuum bis heute nicht nachgewiesen werden konnte.

4 Quellen

5 Einzelnachweise

↑ Animation Abbildung Kreis per LT mit Variation der Geschwindigkeiten
↑ Äther und Relativitätstheorie, vollständiger Text der Rede
↑ Mathilde Ludendorff: Der Siegeszug der Physik - ein Triumph der Gotterkenntnis meiner Werke, Ludendorffs Verlag, München 1941, Seite 9