Expedition in die Raumzeit (III)

Lieber M.!

Die Aussage im ersten Brief ist zu korrigieren: Es ist Einstein, welcher mit seinen Überlegungen zur Abstimmung von Uhren und dem Begriff Gleichzeitigkeit bereits einen Schlüssel zur Hand haben will, ein ruhendes System immer auch gleichberechtigt zu einem bewegten System erkennen zu können. Einfach schon deshalb, weil bei Wechsel des Beobachter-Standpunkts das Empfangen von Licht die erwarteten Zeiten vergehen, wie sie zu errechnen sind, wenn man Objekte aufeinander zubewegt und voneinander entfernt.

Steht der Beobachter z. B. zwischen zwei Objekten, sendet ein Lichtsignal in die eine und in die andere Richtung, misst die Dauer, bis das Signal wieder eintrifft, dann kann man (mathematisch) zeigen, dass diese Dauer unabhängig davon ist, ob die beiden Objekte und der Beobachter sich in Bewegung befinden. Es gleicht dem Werfen von Bällen in einem Zug: trotz Fahrt des Zugs macht es (auch erfahrungsgemäß) keinen Unterschied, ob ich den Ball zu einem Mitspieler hinter oder vor mir werfe. Die Spieler können sich in einem ruhenden System wähnen. Ein Beobachter am Rand der Strecke würde bei Beobachtung des Balls durchaus einen Effekt sehen: In Fahrtrichtung hätte der Ball die Geschwindigkeit des Zugs zzgl. Wurfgeschwindigkeit, gegen die Fahrtrichtung scheint der Ball verlangsamt um die Wurfgeschwindigkeit zu sein. Soweit dürfe die Darstellung aus jeder beliebigen Erklärung der speziellen Relativitätstheorie bekannt sein.

Viel mehr Beispiele benötigt man gar nicht, um sich von dem Gedankenexperiment beeindruckt zu zeigen. Vielleicht allenfalls noch dieses: Koppelt man die Bestimmung einer Länge an das Messen einer Dauer in einem solchen bewegten Zug, also Dauer mal Lichtgeschwindigkeit, dann wird der Beobachter am Rande der Bahnstrecke von einer scheinbaren Verkürzung verblüfft sein. Diese Verkürzung entspräche der Formel von Lorentz zur postulierten Längenkontraktion im Medium Äther. Je schneller der Zug, umso höher der scheinbare Verkürzungseffekt. Scheinbar, weil der Effekt nur der Beobachtung von Lichtsignalen am Rand der Strecke geschuldet ist.

Nimmt man nun noch hinzu, dass selbst ein parkender Zug als bewegt betrachtet werden kann, wenn man die Beobachterrolle z. B. stehend über der Erde einnimmt, also die Erddrehung die Bewegung des Zugs bestimmen lässt, dann ahnt man, dass man das Spiel beliebig fortsetzen kann. Nirgendwo finde man dann rein praktisch ein „echtes“ ruhendes System. Oder anders ausgedrückt: Den parkenden Zug als ruhendes System zu bezeichnen wäre eine mutwillige Setzung eines Ruhezustands.

Das ist dann schon das „neue“ Verständnis des Relativitätsprinzips nach Einstein, viel mehr Varianten braucht man gar nicht durchzusprechen. Ich glaube, das leuchtet dir schon unmittelbar ein.

Aber man ahnt nach meinen Ausführungen in den letzten beiden Briefen vielleicht schon, dass dieses Gedankenspiel von Einstein nicht wirklich gut zu dem Grundproblem zu passen scheint, ob mit den Feldtheorien von Faraday, Maxwell und Hertz eine Chance besteht, eine Geschwindigkeit gegenüber diesem überall vorhandenen (also absoluten) Feld bestimmt werden könnte. Oder wie dieses Feld dann beschaffen sein soll, wenn eine Geschwindigkeit zu diesem Feld nicht bestimmt werden kann.

Grundlage der Überlegung in den ersten Briefen war, dass Licht ein Ausbreitungsmedium benötigt, welches man Äther nennen konnte. Wobei z. B. Gustav Mie betont, dass man sich den Äther nicht stofflich vorstellen darf, dann sei man aus dem Holzweg. Die Eigenschaften stecken schon im Raum selbst „als Medium“ verborgen, man darf also nicht von einem Raum und einem Äther im Raum sprechen. Das war den Vordenkern der (elektromagnetischen) Feldtheorien aber sicherlich auch bewusst.

Damit man sich vorstellen kann, dass der Raum selbst Kräfte ausübt, muss man ihn als eine physikalische Wirklichkeit, als ein Etwas, das in die materiellen Vorgänge eingreifen kann, auffassen. Nun versteht man aber meistens unter dem Wort „Raum“ keine physikalische Wirklichkeit, sondern nur das rein mathematische Ordnungsschema der Dinge. Um das physikalisch Wirkende, welches wir auch mit dem Namen „Raum“ oder „leerer Raum“ bezeichnen, deutlich als solches zu kennzeichnen, hat man ihm einen besonderen Namen gegeben, den Namen Äther oder auch Weltäther. Man versteht also unter dem Namen „Äther“ nicht etwa einen „hypothetischen Stoff“, wie man leider manchmal lesen kann, sondern einfach dasselbe, was wir auch den „leeren Raum“ oder kürzer, „das Leere“ nennen, insofern es sich in physikalischen Wirkungen, beispielsweise in Kraftwirkungen, als physikalische Wirklichkeit erweist.

Gustav Mie: Die Grundlagen der Mechanik (1950), S. 34

Schlick und Einstein sehen es im Prinzip exakt auch so, wollen sich aber aus Rücksicht darauf, dass der Begriff Äther gemeinhin (leider) stofflich als zusätzliches Medium verstanden wird, den Begriff nicht länger gebrauchen.

Man darf die Lichtwellen nicht mehr als Zustandsänderung einer Substanz auffassen, in der sie sich mit der Geschwindigkeit c ausbreiten, denn dann müsste diese Substanz in allen berechtigten Systemen zugleich ruhen, und das wäre natürlich ein Widerspruch. Das elektromagnetische Feld ist vielmehr als etwas Selbständiges anzusehen, das keinen „Trägers“ bedarf. Da Worte frei sind, lässt sich nichts dagegen einwenden, wenn man das Wort Äther auch ferner für das Vakuum mit seinem elektromagnetischen Felde oder seinen unten zu besprechenden metrischen Eigenschaften anwendet, aber man muss sich streng davor hüten, darunter einen Stoff zu verstehen.

Moritz Schlick: Raum und Zeit in der gegenwärtigen Physik (1920), S. 21

Sogar der Begriff Substanz müsse aus dieser Perspektive neu betrachtet werden.

So sehen wir, dass neben den Begriffen von Raum und Zeit auch derjenige der Substanz bereits durch die spezielle Relativitätstheorie eine kritische Reinigung erfährt.

Moritz Schlick: Raum und Zeit in der gegenwärtigen Physik (1920), S. 21

Entgegen der Überzeugung des Volksmunds ist der Äther durch Einstein also nicht als falsch und nicht existierend erwiesen worden, sondern nur eine bestimmte stoffliche Interpretation des Ätherbegriffs wurde als falsch erkannt. Das elektromagnetische Feld sei kein eigenes stoffliches Etwas, sondern Teil des Raums selbst.

Doch Begriffe sind wichtig für das Denken der Physik, da stimme ich Mie zu, er mag sprachlich beim Äther bleiben. Auch wenn Mathematik letztendlich die Thesen belegen mag, ein Denken in der mathematischen Sprache – wie es uns die modernen Physiker als Geheimnis für das Verständnis der schwierigen Theorien verkaufen wollen – ist nicht förderlich, sofern es Alternativen in der Philosophie gibt, die damit verdeckt werden. Mit der Sprache der Mathematik – oder hier namentlich mit dem populären Begriff der Raumzeit als deren Abkürzung – ist das Denken unnötig eingeengt und auf Experten der Mathematik beschränkt.

Ich selbst würde „das Kontinuum“ vorschlagen und damit einer Wortprägung folgen, welche ich schon als „to apeiron“ beim Anaximander als passende Übersetzung vermute, wenn jener betonen will, dass es keine Grenze zwischen den Dingen gäbe, sondern ein fließender Übergang gedacht werden soll.

Das Kontinuum ist sowohl ein mathematischer Begriff, als auch ein Begriff, welcher wie der Raum selbst gedacht werden kann, nur eben mit dem Potential, mittels Gestalten und Strukturen in dem Einen Ausgrenzungen von Objekten zum Vorschein treten zu lassen. Damit ist wieder jeder an Bord, welcher sich durch Begriff wie der Raumzeit aus dem Spiel als „zu mathematisch“ zurückziehen musste. 

Zum Kontinuum passen auch philosophische Aussagen wie bei Parmenides, das Seiende sei eine Illusion im Sein. Gemeint sein kann im Sinne Anaximenes, dass mit Strukturen, wie sie Verdichtung und Verdünnungen einem einheitlichen apeiron aufzuprägen vermögen, Objekte zum Vorschein treten, welche nur durch die Permanenz ihrer Gestalt für uns Menschen als eigenständiges Objekt erscheinen, während die Wahrheit sei, dass sich alles noch im einem Gesamtverbund befindet.

Ich bin also für heute davon überzeugt, dass es sich für die Physiker lohnt, sich wieder mit der Philosophiegeschichte zu beschäftigen, insbesondere mit Kontinuums-Ontologien, welche ohne Teilchen operieren. Auch wenn diese mit Begriffen wie dem „Einen“, dem „Sein“ oder dem „Absoluten“ arbeiten. In gewisser Weise ist sicherlich sogar der philosophische Gottesbegriff bei dem ein oder anderen Philosophen mit dem mathematischen Begriff des Kontinuums identisch, und es ist demnach nicht auszuschließen, dass wir bei diesen Denkern auch noch etwas über das Denken des schwierigen Verhältnisses lernen können, für das wir heute nur den Begriff Raumzeit von der Physik angeboten bekommen.

Und wer weiß, vielleicht sind Aussagen von Einstein selbst, sein „Gehirn sei auch schon zu ausgeleiert“ dem Umstand geschuldet, dass sich die Physiker überschätzen, sich abgekoppelt von der Philosophie mal eben ganz neu mit ihren mathematischen Instrumentarium dem gleichen Problem stellen zu können, wo sich schon mit ontologischen Denkkategorien ganze Jahrhunderte Philosophen in bester kritischer Manier ausgetauscht hatten. Die Physik beginnt neu, eine Kontinuums-Ontologie zu entdecken, hat aber außer Riemann’sche nicht-euklidische Geometrien und ähnlichen Instrumenten keine Denkkategorien im Rückhalt, mit welchen Sie sich ihrer Sache ontologisch sicher sein könnten. Sie sind ggf. verloren in allen mathematischen Möglichkeiten, die Wirklichkeit „stört“ manchmal nur, hat man das Gefühl.

Nun denn, viel Vergnügen beim Durchdenken der heutigen Informationen. Schreib doch mal, was du für Einwände oder Gedanken dazu hast. Insbesondere die letzten Aussagen zu den Mathematikern bzw. mathematischen Physikern müssten dich doch zumindest reizen, dazu eine Meinung aus eigener Erfahrung aufzuschreiben.

Viele Grüße aus K.

Dein C.