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    Ein Grundgesetz der Mechanik, das Prinzip der Relativität, besagt, dass die gleichformige Translation eines mechanischen Systems ohne Einfluss bleibt die Vorgänge innerhalb desselben. Gleiches gilt von der absoluten Orientation des System im Raume: eine beliebige Drehung der Koordinatenachsen ändert die Gestalt der Gleichungen der Mechanik nicht. Beide Aussagen kann man dachin zusammenfassen, dass diese Gleichungen unverändert bleiben, wenn man an Stelle der Koordinaten x, y, z neue anführt durch die linearen Beziehungen:

worin die α, β, γ die Richtungskosinusse sind, die den sog. Orthogonalitätsbedingungen genügen müssen, während die Komponenten der konstanten Translationsgeschwindichkeit des Systems sind.

    Gleiches gilt natürlich auch für alle diejenigen physikalischen Erscheinungen, die auf mechanische Vorgänge innerhalb der Materie sich zurückführen lassen, wie der Schall, die Wärme usw.

    Ganz anders ist es mit den optischen und den mit ihnen verknüpften elektrodynamischen Erscheinungen. Zwei Theorien haben sich bekanntlich lange Zeit das Gebiet der Optik streitig gemacht. Die Emissionshypothese und die Undulations – oder Äthertheorie. Nach dem ersten wird die Energie von einem

leuchtenden Körper nach allen Seiten fortgeschleudert. Nach der zweiten pflanzt sie sich wellenartig fort in dem das ganze Weltall erfüllenden Lichtäther. Je nachdem wir die eine oder die andere Theorie zu Grunde legen, werden wir für den Einfluss einer Translationsbewegung der Materie ganz andere Resultate erhalten.

    Betrachten wir zunächst die Emissionshypothese. Die Energieteilchen werden mit einem konstanten stets gleichen Anfangsimpuls forlgeschleudert, sie bewegen sich geradlinig fort, bis sie einen neuen Korper treffen, der sie dann ablenkt. Alle diese Vorgänge sind rein mechanische, folglich bleibt auch das Relativitätsprinzip erfüllt. Leuchtet ein Korper kurz auf, so werden die ausgesandten Lichtteilchen zu jeder Zeit die Fläche einer Kugel erfüllen, die sich gleichmässig ausbreitet, und deren Mittelpunkt mit dem leuchtenden Körper zusammenfallt, ob derselbe nun in Ruhe oder in gleichformiger Bewegung begriffen sei. Die optischen Gesetze werden also nach der Emissionshypothese durch eine gleichförmige Translation der Materie nicht beeinflusst.

    Anders bei den Voraussetzungen der Undulationstheorie. Ruht hier der Äther und auch der strahlende Körper, so breitet sich zwar das Licht auch kugelförmig aus, und der Mittelpunkt der Kugel bleibt im leuchtenden Körper. Bewegt sich aber dieser, so ist das für die Ausbreitung des Lichtes ganz gleichgültig: dieselbe richtet sich nur nach dem Äther, nicht nach der Materie. Eine bestimmte Zeit nach dem Aufleuchten werden wir also folgendes Bild haben:

    Nun aber ist bekannt, dass die Emissionshypothese, wenigstens in der Gestalt, die ihr Newton gegeben hat, sich nicht bewährt hat, während die Undulationstheorie sämtliche Erscheinungen befriedigend darstellt. Es war daher zu erwarten, dass die Bewegung der

    Erde, zum Beispiel, einen Einfluss auf die optischen Vorgänge haben müsste, und dass, auch wenn man Lichtquellen benutzt, die an der Translation der Erde teilnehmen, die Lage der Beugungsbilder, der Interferenzstreifen usw. von der Orientierung des Apparatus gegen die Erdbewegung, also schliesslich gegen den Fixsternhiminel abhängen würde. Allerdings zeigt die Theorie in ihrer vollkommensten Gestalt, die ihr Lorentz gegeben hat, dass der Einfluss ein sehr geringer sein muss und durch die sog. Glieder zweiter Ordnung gegeben ist, d. h. Glieder, die das Verhältnis Erdgeschwindigkeit: Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat enthalten. Das ist ungefähr ein Hundertmillionstel.

    Dem amerikanischen Physiker Michelson gelang es zuerst, die Schwierigkeiten eines so feinen Versuches zu überwinden. Das überraschende Resultat war, dass der erwartete Einfluss der Erdbewegung nicht vorhanden war. Andere Versuche, teils optischer teils elektrischer Natur haben dies Ergebnis bestätigt, so dass man die Überzeugung gewinnt, dass auch die optischen Erscheinungen dem Relativitätsprinzip genügen und dass die Natur in diesem Falle strenger an ihren allgemeinen Prinzipien hält als die Physiker es getan hatten.

    Wir sind nun vor folgendes Dilemma gestellt: die Emissionshypothese genügt dem Relativitätsprinzip; soll sie aber sonst auch annehmbar sein, so muss sie tiefgreifende Änderungen in ihrem Aufbau erfahren. Die Undulationstheorie, die sonst befriedigend wäre, ist mit dem Prinzip zunächst unvereinbar. Für die Gesetze des Lichtes ist eben nicht nur die Materie, sondern vor allem der Äther massgebend, dessen Bewegung oder Ruhe mitwirkt. Will man diesen Einfluss ausschalten, so erweisen sich tiefgreifende Änderungen in den Begriffen Zeit, Raum und Bewegung als notwendig. Diesen letzteren Weg ist Lorentz gegangen, ferner Einstein, endlich in wesentlich vertiefter Fassung Minkowski, der der Wissenschaft so jaeh entrissen worden ist. Um uns zu veranschaulichen, welche Änderungen im Zeilbegriffe nötig sind, wenn man das Relativitlätsprinzip in die Undulationstheorie einführen will, kehren wir zurück zu unserer Figur. Wir denken uns in A und В zwei Beobachter mit sehr vollkommenen Uhren versehen. Zur Zeil t = о lässt der erste ein Lichtsignal leuchten, während der zweite feststellt, zu welcher Zeit er dieses Signal wahrnimmt.

    Nun ist zwar bekanntlich wohl möglich, an verschiedenen Punkten der Erde Uhren herzustellen, die genau Schritt halten mit der Umdrehung der Erde um sich selbst und somit denselben Gang haben. Damit sie aber auch gleichzeitig dieselbe Stunde angeben, also synchron gehen, ist es notwendig, die Differenz der geographischen Länge festzustellen. Viel genauer erreicht man das Ziel durch ein elektrisches Signal, welches, von dem einen Beobachter abgegeben, sich mit Lichtgeschwindigkeit zum andern fortpflanzt. Wenn aber die Zeit im Punkte В durch dieses Mittel feslgestellt ist, so ist es nicht mehr möglich, die Lichtgeschwindigkeit in der besprochenen Weise zu messen; je nach der Bewegung des Systems wird der Beobachler В einfach seine Uhr anders stellen, und um den Einfluss der Bewegung wahrzunehmen, muss der Beobachter über andere Mittel verfügen, um die Gleichseitigkeit in verschiedenen Orten festzustellen. Durch geeignete Hypothesen haben wir ihm nun diese Mittel zu entziehen.

    Dazu ist zunächst erforderlich, dass alle Kräfte, auch die Gravitationskraft, sich nach demselben Gesetz ausbreiten wie das Licht: so wird eine Kontrolle eines Signals durch ein anderartiges tut möglich. Nun könnte aber der Beobachter В sich nach A mit seiner Uhr begeben, den Gang seiner Uhr und ihren Synchronismus mit der Normaluhr A vergleichen, sich nach В zurückbegeben und nun den Versuch ausführen. Jetzt wird sich die Absolutbewegung geltend machen, wenn nicht der Gang einer Uhr in einem bewegten System so von der Bewegung abhängt, dass der Synchronismus durch das Forttragen der Uhr gerade um den geeigneten Beitrag sich ändert und dass beim Rücktragen den Uhr in umgekehrter Richtung bis A hier der Synchronismus wieder hergestellt ist. Der Gang der Uhren, durch die wir die Zeit in beliebigen Orten definieren, vermittelst der Normaluhr A, hängt also von der Geschwindigkeit des Systems А В ab. Die so definierte Zeit ist natürlich ein durchaus relativer Begriff. Zwei Ereignisse an verschiedenen Orten können nicht mehr schlechthin als gleichzeitig bezeichnet werden, das hat gar keinen Sinn mehr. Sind sie gleichzeitig für einen Beobachter, so sind sie es im allgemeinen nicht für einen zweiten, der sich relaliv zum ersten bewegt. Zwei Zeiten, die für den ersten gleich sind, sind es nicht für den zweiten. Und da die Geschwindigkeiten die Quotienten von Verschiebungen

durch Zeiten sind, werden auch die Axiome der Kinematik hinfällig, das Gesetz des Parallelogramms der Geschwindigkeiten wird ungültig. Wenn ein Körnchen Radium nach zwei entgegengesetzten Richtungen Elektronen von 25oooo^km Geschwindigkeil aussendet, ist die relative Geschwindigkeit dieser Elektronen nicht einfach 5ooo0o^km, sondern ergibt sich aus einer komplizierten Formel gleich 296ooo^km: die Relativgeschwindigkeit bleibt kleiner als die Lichtgeschwindigkeit, wenn die absoluten Geschwindigkeiten es waren.

    Die Physik operiert stets mit dem Grenzbegriff des starren Кörpers. Ein solher würde jede Einwirkung instantan weitergeben. Das darf nicht sein. Dieser Grenzbegriff wird also als solher unzulässig.

    Doch auch die Masse wird zu einem ganz relativen Begriff. Sie hängt von der Geschwindigkeit ab, aber nicht von der Absolutgeschwindigkeit, wie in früheren Theorien, sondern von der relativen Geschwindigkeit in bezug auf den Beobachter. Zwei verschieden bewegte Beobachter werden also demselben Körper zur selben Zeit mit gleichem Recht verschiedene Massen zuschreiben.

    Macht man alle diese Voraussetzungen, so ist es nun wirklich einem Beobachter unmöglich geworden, eine gleichformige Translation seines Systems ohne Zuhilfenahme fremder Systeme feslzustellen: das Prinzip der Relativität ist erfüllt. Vor einigen Jahrzehnten würden allerdings solche Kousequenzen eine Theorie als unannehmbar von vorne herein ausgeschlossen haben. Aber heute sind die Maxwellschen Gleichungen der Elektrizitatlslehre und Optik so sehr zu Axiomen geworden, dass man ihnen ziemlich unbedenklich fast alle andern Axiome der Physik zu opfern bereit ist. Merkwürdiges Schicksal einer Theorie, von welcher zu Lebzeiten ihres Entdeckers fast niemand etwas wissen wollte.

    Die von Einstein und Lorentz gemachten Hypothesen lassen sich dahin zusammenfassen, dass bei einer gewissen linearen Substitution der Koordinaten und der Zeit die Gleichungen der Naturerscheinungen ungeändert bleiben:

    Der Unlerschied gegen früher besteht darin, dass auch t der Transformation unterworfen wird. Das eigentliche Wesen dieser Transformation hat erst Minkowski erkannt. Es wurde schon betont, dass in der gewöhnlichen Vorstellung die Naturvorgange nicht davon abhängen, wie die wirkenden Korper in ihrer Gesamtheit gegen den Raum orientiert sind, sondern nur davon, wie sie gegeneinander liegen. Neben den drei Raumkoordinaten führt nun Minkowski als vierte die in geeigneter Einheit gemessene imaginäre Zeit ein. Die früher gemachten Hypothesen besagen nun einfach, dass in diesem neuen, vierdimensionalen Raum betrachtet, die Naturvorgänge von der absoluten Orientation unabhängig sind. Diese Aussage ist natürlich wesentlich befriedigender als die Lorentz - Einsteinschen Hypothesen, die ihrerseits den Vorzug haben, den Einfluss auf unsere gewohnten Begriffe augenscheinlicher zu machen. Sie erleichtert die mathematische Behandlung spezieller Probleme sehr, ich muss mir aber versagen, auf den weiteren Aufbau dieser Theorie hier einzugehen.

    Wir verhalten sich nun die Dinge, wenn wir an der klassischen Form des Relativitätsprinzips festhalten, und an der Universalität der Zeit und dementsprechend die Emissionshypothese so umzugestalten suchen, dass sie die optischen Gesetze richtig darstellt, ohne ihre Vorzüge zu verlieren, die ja in der geometrischen Oplik bekannt sind ?

    Ein solches Unternehmen könnte zunächst als aussichtslos gelten, nachdem die Differenzialgleichungen der Optik sich so glänzend bewährt haben. Es war der Elektronentheorie von Lorentz vorbehalten, uns hier eine tiefere Einsicht zu eröffnen. Lorentz zeigte, dass man die partiellen Differentialgleichungen seiner elektrodynamischen und optischen Theorie auch ersetzen kann durch gewisse Kräfte, die zwischen den Elektronen der Lichtquelle, denen des optischen Apparates, endlich denen der Retina wirksam sind. Diese Kräfte sind der Gravitationskraft nicht unähnlich, unterscheiden sich aber von ihr zunächstl dadurch, dass sie nicht nur von der Lage, sondern auch von den Geschwindigkeiten und Akzelerationen der Teilchen abhangen. Diese Verallgemeinerung hatte schon W. Weber in seinem berühmten Grundgesetz der Elektro-

dynamik vorgenommen. Zweitens ist für die Wirkung eines Elektrons A auf ein anderes В im Augenblick t nicht, wie bei dem Gravitationsgesetz, der gegenwärtige Zustand von A massgebend, sondern der Zustand zu einer früheren Zeit t₁, die soweit zurückliegt, dass eine von A im Moment t₁ ausgehende Welle В gerade im Moment t trifft.

    Aber gesetzt zunächst, alle Geschwindigkeiten seien unendlich klein, so können wir ebenso gut statt von einer sich fortpflanzenden Energiewelle von einer fortgeschleuderten Energie sprechen: das Gesetz der Ausbreitung ist dasselbe in beiden Fällen, solange die Materie in bezug auf den Äther ruht. Bloss das Bild, welches wir den Dingen unterschieben, hat sich geändert. Statt eine in Zeit und Raum periodische Verteilung eines Lichtvektors zu Grunde zu legen, werden wir von der Betrachtung einer ebenso periodisch verteilten Energie ausgehen. Ja der Umstand, dass, wie die Versuche über den Lichtdruck zeigen, der strahlenden Energie eine Bewegungsgrösse zukommt, wie einem bewegten Körper, lässt die Zweckmässigkeit der Vorstellung schon deutlich zu Tuge treten. Eine Kanone, die abgefeuert wird, erhält einen Rückschlag: ebenso ein Körper, der einen Energiestrahl aussendet. Und es ist doch wohl einleuchtender, von der Bewegungsgrösse zu sprechen, wenn sich die Energie wirklich bewegt als wenn, wie es die Lorentzsche Theorie will, es sich um einen Vorgang handelt, bei dem der Äther in Ruhe bleibt und gar keine reale Bewegung vorhanden ist.

    Sie sehen also: bei unendlich kleinen Geschwindigkeiten kann das Bild “Äther” durch das Bild “Emission” ersetzt werden, wenn wir nur im Ausdruck der Kräfte durch die Lage, Geschwindigkeiten usw. sonst nichts ändern. Aber auch dies ist nicht einmal notig. Man kann die absoluten Geschwindigkeiten, die in der Lorentzschen Formel für die Kräfte auftreten, und die in der Emissionstheorie keinen Sinn hätten, auf verschiedene Weisen durch relative Geschwindigkeit ersetzen.

    Gehen wir nun auf den Fall bewegter Körper über, so wird sich zwar der Unterschied der beiden Gesetze für die Lichtausbreitung geltend machen; bei einer gleichförmigen Translation aber zu Gunsten der Emissionstheorie, weil das Relativitätsprinzip erfüllt ist. Ferner ist bekannt, wie einfach die Einissionshypothiese die Aberration erklart: ihre Überlegenhiet über die Undulations-

    Was man weitere Vorteile der Emissionshypothese gegenüber der Lorentz-Einsteinschen Theorie betrifft, so scheint es mir, dass man den Vorteil für die Oekonomie unseres Denkens nicht zu gering anschlagen darf. Es wirkt sehr erschwerend, dass bei Behandlung irgend eines Problems sich slets dieser Widerspruch zwischen unsern Vorslellungen und den Gesetzen der neuen Kinematik geltend macht.

    Ferner möchte ich eine grössere Symmetrie in der Beschreibung der Vorgänge hervorheben. Betrachten wir zwei gleichförmig bewegte Elektronen; nach dem alten Relalivitätsprinzip sollte sich für die Kraft, die das eine auf das andere ansübt, ein Ausdruck ergeben, der nur von der relativen Lаgе und Geschwindigkeit abhängt, und es ist für eine Ungleichheit von Actio und Reactio gar kein Grund vorhanden. Dem ist anders in der Lorentzschen Eleklrodynamik. Hier hängen die Kräfte ab, nicht von der Relalivgeschwindigkeit, sondern von der Geschwindigkeit in bezug auf den Äther; es ergibt sich im allgemeinen eine Ungleichheit von Actio und Reactio auch bei gleichförmiger Bewegung. Dies hätte zur Folge, dass ein gegen die Richtung der Erdbewegung schräg aufgehängter Kondensator in geladenem Zustande eine andere Bewegungsgrösse hätte als im ungeladenen; bei der Entladung müsste er einen Drehimpuls erfahren. Der Versuch ist von Trouton und Noble ausgeführt worden: der Drehimpuls existiert nicht, und somit auch nicht die Dissymmetrie der Kräfte, die ihn hervorbringen sollten. Die Lorentz-Einsteinsche Relalivitätstheorie hebt nun nicht etwa die Dissymmetrie der ursprünglichen Formel auf, sie kompensiert sie durch andere Dissymmetrien der Molekularkräfte und scheinbare Dimensionsänderungen der Körper. Dasselbe fand sich schon bei der Ausbreitung des Lichtes: die Erfahrung erforderte, dass in einem bewegten System die Ausbreitung des Lichtes symmetrisch vor sich gehe, wie in einem unbewegten, während das gewöhnliche Gesetz der Lichtausbreitung eine Dissymmetrie verlangt. Die Emissionshypothese hebt nun die Dissymmetrie des Grundgesetzes einfach auf, während die Einsteinschie

    Der wichtigste Vorzug entsteht der Emissionstheorie aus der Möglichkeit, die Gravitationskraft auf elektrische Kräfte zurückzuführen, und zwar in der Weise, dass sie die Gravitationskonstante a priori aus elektrischen und molekularen Konstanten ableilet.

    Die Eleklronentheorie stellt sich bekanntlich jedes Atom vor als aufgebaut aus positiven und negaliven Ladungen, deren Summe Null ergibt. Mit dieser Vorstellung hatten zwar schon Zöllner und Mosotti versucht, die Gravitation zu erklären, indem sie annahmen, dass die Anziehung entgegengesetzter Ladung die Abstossung gleicher Ladung um einen geringen Bruchteil übersteige. Derselbe ist allerdings ausserordentlich gering, namlich etwa der 10^-36ie Teil. Allein es ist leicht einzusehen, dass dies nur ein anderer Ausdruck für dieselben Tatsachen ist: die Gravitationskonstante ist nicht a priori ableitbar aus andern. Anders in der Emissionshypothese. Die Erscheinungen des Magnetismus erfordern nämlich, dass einige dieser Ladungen sich in Bewegung befinden. Nehmen wir an, um es mit einer bestimmten Vorslellung zu tun zu haben, dass einige der positiven Ladungen mit sehr grosser Geschwindigkeit rotieren, und die Geschwindigkeit sei dieselbe für alle. Zwei so konstituierte Atome werden zwar keine resultierende elektrostatische Kraft ergeben, wohl aber eine elektrodynamische. Allerdings haben wir es in Wirklichkeit immer mit Körpern zu tun, die eine grosse Anzahl Atome enthalten, und die Rotationsachsen werden alle möglichen Richtungen einnehmen: es muss das Mittel gebildet werden. In der Lorentzschen Theorie ergibt sich Null; denn die Wirkung einer elektrischen Kraft auf eine Ladung ist unabhangig von ihrer Bewegung und hebt sich für die positiven und negativen im Mittel heraus. Die Wirkung einer magnetischen Kraft daher ist proportional der Absolutgeschwindigkeit der Ladung, und dreht ihr Vorzeichen mit der Geschwindigkeit um. Entgegengesetzte Rotationen heben sich daher auf in ihrer Wirkung, es gibt keine resultierende Kraft.

    Allein schon die Webersche Theorie hatte dieselben elektromagnetischen Kräfte durch die Einführung bloss von Relativ-geschwwinligkeiten in dem Ausdruck der Krafl dargestellt, und die Umkehrung der einen Geschwindigkeit kehrt hier die Kraft

nicht einfach um. Es fragt sich also, ob wir in dein allgemeinen Ausdruck der Kraft, die zwei Elektronen auf einander ausüben, in der Emissionstheorie nicht solche Glieder einführen können, ohne mit der Erfahrung in Konflikt zu kommen, die von der Relalivgeschwindigkeit abhängen und bei der Mittelwertbildung nicht Null ergeben. Dem ist wirklich zo, z. В. sind Glieder möglich, die der Relativgeschwindigkeit zur vierten Potenz direkt proportional sind, dein Quadrat der Entfernung umgekehrt; und die Kraft liegt in der Verbindungslinie. Der Mittelwert ist von Null verschieden; da diese Glieder vierter Ordnung sind, ergeben sie, wie es ja sein muss, eine verhältnismässig ausserordentlich kleine Kraft. Der Koeffizient hängt ab von der Anzahl rotierender Ladungcn und den Quadraten dieser universell gedachten Rotationsgeschwindigkeiten. Es genügt, in jedem Atom die Anzahl der rotierenden Ladungen proportional der Masse auzunehmen, um das Gravitationsgesetz zu erhalten und den Wert der Gravilationskonstante, ausgedrückt durch eleklrische und molekulare Konstanten.

    Damit ware die Gravitationsenergie auf elektrische Energie zurueckgefuhrt; gleiches gilt schon von der kinetischen (durch den Begriff der elektromagnetischen Masse) und den andern Energieformen. So eröftnet sich uns die Hoffnung, dass die Naturvorgänge dem Postulat derEinheit der Energie genügen, ein Postulat, das in der wohl zu speziellen Form, dass alle Energie kinetische sein müsse, von Lord Kelvin, Heinr. Hertz und andern aufgestellt worden ist. Gleichzeitig dürfen wir erwarten, dass die Verteilung und Bewegung der Energie im Raume bei der Beschreibung der Naturvorgange ein besonders einfaches Element sein wird.

См. также РУССКИЙ ПЕРЕВОД СТАТЬИ

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