aus: Walter Conrad: Physik in Kreuzverhör - Große Experimente und ihre Meister. VEB Fachbuchverlag, Leipzig, 4. Auflage, 1983 (1. Auflage 1975)

Das Experiment, das stets mißglückte

Das Blau des Äthers, zu dem die Lerche emporsteigt, die Ätherwellen, die uns Informationen, Töne und Bilder ins Heim tragen, haben heute nur noch in der Sprache der Literatur einen Platz. In den meisten Physikbüchern wird der Äther nicht einmal mehr erwähnt. Kein Schüler muß sich mehr mit ihm auseinandersetzen.

Nicht immer war das so. Für viele Physikergenerationen — bis in den Beginn unseres Jahrhunderts — hatte der Äther eine durchaus reale, wenn auch nicht im Sinne des Wortes »greifbare« Bedeutung. Obgleich es nie gelang, ihn sichtbar, hörbar oder fühlbar zu machen, ihn zu wägen oder sonstwie durch Messungen zu erfassen, obschon seine Eigenschaften sich in vielen Punkten so zu widersprechen schienen, daß den Forscher bei ihrem bloßen Aufzählen ein unbehagliches Gefühl ankam, war man von seiner Existenz überzeugt. Denn viele Erscheinungen und Gesetzmäßigkeiten ließen sich nur bei Annahme der Ätherhypothese deuten und verständlich machen.

Die wissenschaftlichen Fortschritte der letzten hundert Jahre machten den Äther entbehrlich, überflüssig, schließlich unhaltbar. Vorher hat aber die Ätherhypothese dazu beigetragen, den Weg der Wissenschaft zu ebnen.

Die Überschrift dieses Abschnittes ist ein wenig provozierend und mag Widerspruch hervorrufen. Denn mißglückt ein Experiment, trägt der Experimentator die Schuld. Auf jede richtig gestellte Frage — und nichts anderes ist ein Experiment — gibt es eine Antwort, mag diese nun ausfallen, wie man erwartet oder ganz anders. Mit den Experimenten, die hier in Rede stehen, war es nicht anders. Sie mißglückten nur insofern, als sie niemals die Zahlenwerte lieferten, mit denen man gerechnet hatte. Sie waren Erfolge, indem sie den Verzicht auf eine Vorstellung legalisierten, die sich, so nützlich sie lange gewesen war, zunehmend als Ballast erwiesen hatte.

Um das verstehen zu können, müssen wir zurückgehen — nicht bis in jene ferne Epoche, da Aristoteles den Äther neben Wasser, Feuer, Erde und Luft als fünftes Element betrachtete, »aus dem der Himmel bestünde«, sondern nur in jene Zeit, da die Physik zum ernsthaften Forschungsgegenstand geworden war und systematisch betrieben wurde.

Unter den ersten, die den Äther brauchten, war Christian Huygens. Die von ihm vertretene und im wesentlichen ausgearbeitete Theorie, die im Licht eine nach Gesetzen der Mechanik ablaufende Wellenbewegung sah (s. S. 88), konnte auf ein Medium, in dem die Lichtwellen entstehen und sich ausbreiten konnten, ebensowenig verzichten wie der Schall auf Luft oder einen anderen Körper als Vermittler der Wellen.

Wenn Huygens auch oft Parallelen zwischen Schall- und Lichtwellen zieht (er hält zum Beispiel beide für Längsschwingungen), grenzt er sie andererseits doch deutlich gegeneinander ab:

»Die jetzt folgende Untersuchung über das Wesen der von mir Äther genannten Materie, in welcher die von den leuchtenden Körpern kommende Bewegung sich ausbreitet, wird zeigen, daß diese Substanz nicht dieselbe ist wie diejenige, welche zur Ausbreitung des Schalls dient.«

Daß es sich um zwei verschiedene Medien handeln muß, ist leicht zu begründen. Die Glocke, im luftleeren oder nahezu luftleeren Raum angeschlagen, tönt nicht, ihr Schall findet kein Medium zur Ausbreitung; Licht geht ungehindert hindurch. Das ließ sich schon damals, nach der Erfindung der Luftpumpe, jederzeit vorführen.

Nicht nur beim Was?, sondern auch beim Wie? spricht sich Huygens für eine Unterscheidung aus. Schallwellen sind periodische Luftverdichtungen und -verdünnungen, dadurch ermöglicht, daß die Luftteilchen sich stets in gewisser, aber veränderbarer Entfernung voneinander befinden.

»Der außerordentlichen Geschwindigkeit und den übrigen Eigenschaften des Lichtes würde dagegen eine solche Art der Fortpflanzung nicht Genüge leisten. Ich will daher zunächst darlegen, von welcher Art dieselbe nach meiner Ansicht sein muß ...

Nimmt man eine Anzahl gleich großer Kugeln aus sehr hartem Material und ordnet sie in gerader Linie so an, daß sie sich berühren, so wird, wenn eine gleiche Kugel gegen die erste stößt, die Bewegung wie in einem Augenblicke bis zur letzten gelangen, die sich dann von der Reihe trennt, ohne daß man bemerkt, daß die übrigen sich bewegt hätten. Die Kugel, welche den Stoß ausgeübt hat, bleibt sogar unbeweglich mit den übrigen vereinigt. Es offenbart sich hierin also eine Bewegungsübertragung von außerordentlicher Geschwindigkeit, welche um so größer ist, je größere Härte die Substanz der Kugeln besitzt ...

Um nun diese Bewegungsart auf diejenige anzuwenden, durch welche das Licht erzeugt wird, nehme ich an, daß die Ätherteilchen aus einer Materie bestehen, welche der vollkommenen Härte sich so sehr nähert und so große Elastizität besitzt, wie man nur will. Für den vorliegenden Zweck brauchen wir weder die Ursache für eine solche Härte noch diejenige für die Elastizität zu untersuchen, da diese Betrachtung uns zu weit von unserem Gegenstande entfernen würde.« Huygens knüpft also an die Vorgänge beim elastischen Stoß an, die uns, wenn nicht aus dem Physikunterricht, so doch vom Billard und von Ballspielen bekannt sind.

Mit diesen Ätherbällchen kann Huygens wichtige bekannte Tatsachen plausibel machen: zum Beispiel, daß Sternenlicht die Erde über größte Entfernungen erreicht, daß Lichtstrahlen einander kreuzen, ohne sich gegenseitig störend zu: beeinflussen, schließlich auch, daß Körper sich ungehindert zwischen den Ätherteilchen bewegen, die er sich so winzig vorstellt, daß sie auch in den Lücken zwischen den Atomen und Molekülen reichlich Raum finden (woraus sich unter anderem die Durchsichtigkeit mancher Stoffe erklärt).

Huygens' großer Widersacher Newton benötigte den Äther nicht unbedingt, um die Ausbreitung seiner Lichtgeschosse zu erklären; auch in seinen berühmten Arbeiten auf dem Gebiet der Mechanik vermied er ihn. Das bedeutet jedoch nicht, daß er ihm, trotz seines oft betonten (und oft durchbrochenen) Grundsatzes, sich nicht auf Hypothesen einzulassen, immer und grundsätzlich ablehnend gegenüberstand. Ihm wie vielen damaligen Forschern war die Ätherhypothese willkommenes Hilfsmittel, unbekannte Erscheinungen und Kräfte zu erklären.

Elektrische und magnetische Anziehung und Abstoßung, die Wärme, sogar Vorgänge wie Verwesung und Gärung wurden auf den Äther und seine Wechselwirkung mit den Stoffen zurückgeführt. Dies war, obgleich sich diese Vorstellungen als falsch erwiesen, zweifellos ein Fortschritt. An die Stelle geheimnisvoller Substanzen wie der eines Wärmestoffs, eines magnetischen oder elektrischen Fluidums und anderer Imponderabilien trat ein einheitlicher, wenngleich vorerst hypothetischer Begriff, der es ermöglichte, die bewährten Gesetze der Mechanik auf eben diese Erscheinungen anzuwenden.

Auch Leonhard Euler, von dessen Eintreten für die Wellenvorstellung vom Licht wir lasen (s. S. 91), war von der Existenz des Äthers überzeugt und beschreibt ihn:

»... Um uns eine Vorstellung von dem Äther zu bilden, brauchen wir nur die Luft zu betrachten. Diese ist zwar schon in der Nähe der Erdoberfläche eine sehr feine Materie, wird aber um so dünner, je mehr man in die Höhe steigt, um sich endlich sozusagen ganz zu verlieren oder vielmehr in den Äther überzugehen. Letzterer ist also eine Flüssigkeit wie die Luft, aber unvergleichlich viel feiner und verteilter, da wir wissen, daß die Himmelskörper ihn ungehindert durchschneiden, ohne in ihm einen merklichen Widerstand zu finden. Ohne Zweifel besitzt der Äther auch Elastizität, infolgedessen er sich nach allen Richtungen auszubreiten und jeden leeren Raum auszufüllen strebt ...

Infolge dieser Elastizität findet sich der Äther nicht nur in den höheren Regionen, außerhalb unserer Atmosphäre, sondern er durchdringt sie vollständig und dringt auch in die Zwischenräume aller irdischen Körper ein, so daß er durch diese fast ungehindert hindurchgeht. Entfernt man nun aber mittels Luftpumpe die Luft aus einem Gefäße, so darf man nicht glauben, es befinde sich jetzt ein leerer Raum darin. Indem der Äther durch die Poren des Gefäßes tritt, erfüllt er es augenblicklich ...

Wir werden uns demnach eine hinreichend genaue Vorstellung vom Äther bilden, wenn wir ihn als eine flüssige, der Luft ziemlich ähnliche Substanz betrachten, mit dem Unterschiede, daß der Äther unvergleichlich viel feiner und viele Male elastischer ist als die Luft.«

Eulers Ansichten haben viel zur Verbreitung der Ätherhypothese beigetragen — aber es blieben Vorstellungen. Beweise für die Existenz des Äthers konnte auch Euler nicht beisteuern, anderen erging es ebenso. Gerade dadurch, daß er »allgegenwärtig« war, auch den kleinsten Raum ausfüllte und sich darin weder einfangen noch daraus verdrängen ließ, entzog er sich jeder Messung. Immerhin »rechneten« manche seine Dichte aus. Sie sollte etwa 15 Trillionen mal kleiner sein als die Dichte der Luft.

So war und blieb man auf indirekte »Bestätigungen« angewiesen, für die meist die Astronomie herhalten mußte. Die Schwächung des Lichts ferner Sterne, geringfügige Veränderungen von Kometenbahnen sowie die Richtung der Schweife von an der Sonne vorbeifliegenden Kometen wurden als Beweis angeführt. Alle diese und andere Deutungsversuche erwiesen sich später als Irrtümer.

Die Argumente der Gegner der Ätherhypothese waren allerdings in keiner Weise überzeugender. Spekulationen zum Beispiel wie die, daß im Äther Licht verschiedener Farbe sich auch unterschiedlich schnell ausbreiten müßte, die Entfernung von Sternen daher Farbunterschiede oder -wechsel hervorrufen müßte, wurden schon damals nicht für ernst genommen.

Die Eigenschaften des Äthers blieben nicht nur widersprüchlich, sie wurden es um so mehr, je mehr ihn die Physiker beanspruchten.

Sich den Äther als eine Art Gas, wenn auch als Gas mit recht speziellen Eigenschaften, vorzustellen, mochte noch hingehen. Als jedoch die Fortschritte der Optik, insbesondere die Erforschung der Polarisationserscheinungen (s. S. 94) keinen Zweifel mehr daran ließen, daß es sich beim Licht nicht um Längs-, sondern um Querschwingungen des Äthers handelte, mußte diese Vorstellung aufgegeben werden; denn in einem Gas sind nur Längsschwingungen möglich.

Der Äther mußte, um Transversalwellen fortleiten zu können, die Eigenschaften eines festen Körpers haben, der aber — wie sich unter anderem aus der bekannten Lichtgeschwindigkeit ableiten ließ — viel härter und elastischer als alle bekannten Stoffe zu sein hatte.

Auf der anderen Seite sollte der Äther absolut durchdringbar sein, durfte also zum Beispiel die Himmelskörper in ihrer Bewegung nicht im geringsten bremsen. Auch Masse durfte der »feste Körper« Äther nicht haben....

Solche widersprüchlichen Eigenschaften wie Festigkeit einerseits und Durchdring-lichkeit andererseits verlangten eine Erklärung oder wenigstens Veranschaulichung.

Eine Hand, so etwa sagte man, die auf Wasser schlägt, verspürt großen Widerstand, das Wasser erscheint ihr »hart«. Bei langsamem Eintauchen jedoch ist vom Widerstand des Wassers kaum etwas zu bemerken. Ähnlich verhält sich der Äther. Für das sehr schnelle Licht ist er hart, für die viel langsameren Bewegungen der Himmelskörper (und natürlich auch aller Körper auf der Erde) durchdringlich. Verhielt sich der Äther wie ein fester Körper, mußten in ihm nicht nur Transversal-, sondern auch Longitudinalschwingungen möglich sein. Existieren sie, und wenn, wann würde man sie entdecken? Das war eine Frage, die sich bis zur Wende zum 20. Jahrhundert Physiker immer wieder stellten und deren Antwort sie mehrmals gefunden zu haben meinten. Auch Katoden- und Röntgenstrahlen wurden verdächtigt, Äther-Längsschwingungen zu sein.

An mechanischen Modellen, wie denn etwa der Äther aussehen könnte, war kein Mangel. Beim Versuch, die widersprüchlichen Eigenschaften zu vereinen, kamen teilweise recht skurrile Resultate ans Tageslicht. Sie reichten von »schaumartigen« bis zu wabenähnlichen Gebilden aus Ätherteilchen, die wie durch Schraubenfedern miteinander verbunden sein sollten. Selbst die kompliziertesten Konstruktionen, mitunter von berühmten Physikern ersonnen und immer wieder korrigiert, befriedigten nicht, konnten zum Beispiel nicht erklären, daß nur manche Stoffe durchsichtig waren, obwohl der Äther doch alle ausfüllte. Trotzdem dachte kaum ein Gelehrter daran, die Ätherhypothese aufzugeben. In seiner »Dialektik der Natur« schreibt Friedrich Engels noch Jahrzehnte später:

»Der Äther ist schon des Lichts wegen nicht zu entbehren.« Gleichzeitig jedoch wendet er sich entschieden gegen die nicht seltenen Versuche, den Äther als »immateriell« zu mystifizieren: »Wenn er überhaupt ist, muß er materiell sein.«

Das Beharren auf der Ätherhypothese hatte vor allem zwei Gründe. Einmal war es nach wie vor Ziel der Naturwissenschaft, physikalische Erscheinungen auf die Gesetze der Mechanik zurückzuführen, die ja am längsten bekannt und am besten durchgearbeitet war. Zum anderen waren durch die Arbeiten von Faraday, Max-well, Hertz und ihren Kollegen (s. S. 130) ganz neuartige Gesichtspunkte aufgetaucht: Das elektrische und das magnetische Feld mit ihren von Punkt zu Punkt im Raum fortschreitenden Wirkungen, die Einordnung des Lichts in ein breites Spektrum elektromagnetischer Wellen paßten schlecht zur Mechanik der »Massenpunkte« und der unvermittelt zwischen ihnen wirkenden Kräfte.

Der Äther könnte, so nahm man an, eine Art Verbindungsglied bilden, das es gestattete, Mechanik und Feldtheorie widerspruchsfrei zusammenzuführen.

Nach wie vor aber stand die Frage offen: Gibt es nun den Lichtäther, oder gibt es ihn nicht?

Beobachtungen und Messungen aus den Bereichen der Optik, der Astronomie und der elektromagnetischen Erscheinungen hatten zu dem Schluß gezwungen:

Der Äther befindet sich, sofern es ihn gibt, stets in Ruhe. In ihm schwimmen alle Körper, vom Fixstern und vom Planeten bis zum Atom, in ihm verlaufen sämtliche physikalischen Vorgänge.

Jedem bewegten Körper müßte daher gegenüber dem ruhenden Äther ähnliches widerfahren wie einem Fahrzeug gegenüber der (ruhenden) Luft: Es müßte Fahrtwind, hier ein Ätherwind zu beobachten sein. Oder umgekehrt: Gelang es, einen solchen Ätherwind irgendwie nachzuweisen, wäre dies zugleich ein untrüglicher Beweis für die Existenz des Äthers.

Diesen Beweis zu führen, setzte sich der in Polen geborene, später lange Zeit in den USA wirkende Physiker Albert Abraham Michelson (1852 bis 1931) zum Ziel [Anmerkung: Michelsons Geburtsort Strelno gehörte 1852 zum Königkreich Preußen]. Michelson, Physiknobelpreisträger des Jahres 1907, hatte vor allem auf dem Gebiet optischer Präzisionsmessungen gearbeitet, Erfolge errungen und wichtige Instrumente, wie das nach ihm benannte Interferometer zur Messung von Lichtwellenlängen oder deren Differenzen, entwickelt. Außerdem stand ihm ein qualifizierter Mitarbeiterstab zur Verfügung, von dem ihn besonders Edward William Morley (1838 bis 1923) bei den entscheidenden Experimenten unterstützte.

Der Gedankengang des Michelson-Versuchs zum Nachweis des Ätherwindes sei durch folgenden Vergleich veranschaulicht:

Auf dem Deck eines Schiffes wird bei Windstille ein Ball vom Bug zum Heck und zurück geworfen. Solange das Schiff stilliegt, braucht der Ball (gleiche Anfangsgeschwindigkeit vorausgesetzt) für die Strecke Bug—Heck die gleiche Zeit wie in der Gegenrichtung — seine Geschwindigkeit ist in beiden Richtungen gleich. Sobald das Schiff Fahrt aufnimmt, weht Fahrtwind in Richtung Bug—Heck. Die Geschwindigkeit des Balls wird jetzt in der Richtung Bug—Heck um die Geschwindigkeit des Fahrtwindes (dem Betrag nach also um die Fahrtgeschwindigkeit des Schiffs) vergrößert, er erreicht das Heck eher als bei ruhendem Schiff. Beim Werfen Heck — Bug bremst der Fahrtwind, der Ball erreicht den Bug später als bei stilliegendem Schiff. Offenbar lassen sich Fahrtwind bzw. Schiffsgeschwindigkeit aus dem Abstand der beiden Werfenden und aus der jeweiligen Flugzeit errechnen.

Diese Überlegungen übertrugen Michelson und Morley auf den Äther. Ihr Ball war Licht, dessen Geschwindigkeit, wenn es sich »mit dem Ätherwind« ausbreitete, zunehmen, in der Gegenrichtung aber abnehmen mußte. Werfender war eine Lichtquelle, und das Schiff?

Eine Schätzung des zu erwartenden Resultats ergab, daß die sich mit dem Schiff bewegende Lichtquelle eine möglichst große Geschwindigkeit haben sollte, wenn überhaupt meßbare Resultate auftreten sollten. Michelson und Morley wählten daher als Schiff die Erde.

Die Erde umkreist die Sonne mit einer Bahngeschwindigkeit von rund 30 km/s, der Ätherwind müßte demnach genauso schnell wehen. Mit anderen Worten: Ein Beobachter auf der Erde müßte für Licht, in Richtung der Erdbahnbewegung geschickt, eine Geschwindigkeit von 299 970 km/s messen, für Licht in der Gegenrichtung dagegen 300 030 km/s, sofern wir den »glatten« Wert 300 000 km/s für die Lichtgeschwindigkeit einsetzen.

Auch dieser Unterschied war noch so gering, daß er nur mit allerempfindlichsten Präzisionsmeßinstrumenten feststell- und meßbar war.

Solche Meßinstrumente waren vor allem auf Grund der Interferenzerscheinungen möglich. Die Wellenlängen des Lichts zählten nach zehn- und hunderttausendsten Teilen eines Millimeters; zwei Lichtwellen aber löschten sich (s. S. 92) unter entsprechenden Bedingungen bereits aus, wenn ihr Wegunterschied nur die Hälfte einer Wellenlänge betrug.

Michelson hatte mit seinem Interferometer ein Instrument beigesteuert, das geringste Wegunterschiede zu messen gestattete. Das ist sein Arbeitsprinzip: Ein Lichtstrahl L, ausgesandt zum Beispiel von einem Funken oder einer Bogenlampe, trifft auf einen zur Strahlrichtung unter 45° angeordneten halbdurchlässigen Spiegel S1. An diesem teilt er sich, ein Teilstrahl L1 passiert den Spiegel und erreicht einen zweiten Spiegel S2. Dieser ist so justiert, daß L1 »in sich« reflektiert wird, der Rückweg also mit dem Hinweg zusammenfällt. Der andere Teilstrahl L2 entsteht durch Reflexion am Spiegel S1. Auch er wird von einem Spiegel S3 in sich reflektiert.

Die beiden reflektierten Strahlen werden von S1 wiederum teils durchgelassen, teils reflektiert. Dabei interessieren uns nur die beiden Teilstrahlen A und B. Sie haben, sofern S2 und S3 gleich weit von S1 entfernt sind, dieselbe Wegstrecke hinter sich, treffen also am Schirm Sch phasengleich ein und verstärken sich. Wird einer der beiden Spiegel S2 und S3 verschoben, treten Gangunterschiede und infolgedessen Interferenzerscheinungen auf. Bereits bei einer Wegdifferenz der Strahlen A und B von einer halben Lichtwellenlänge löschen sich die Teilstrahlen aus. Verändert man die Entfernung eines Spiegels stetig, ist auf dem Schirm Sch eine Folge einander abwechselnder dunkler und heller Streifen zu beobachten. Bei bekannter Lichtwellenlänge kann man so zum Beispiel die Verschiebung eines der Spiegel mit größter Genauigkeit messen. Ist dieser Spiegel fest mit einem Gegenstand verbunden, sind Längen- und Dickenmessungen höchster Präzision möglich — ein Verfahren, das heute sehr häufig benutzt wird.

Ist umgekehrt die Spiegelverschiebung bekannt, wird es möglich, Lichtwellenlängen zu messen — eine Methode, die man unter anderem anwendet, um Längennormale wie das Urmeter in Vielfachen einer Lichtwellenlänge auszudrücken. Es gibt aber noch eine dritte Möglichkeit, und gerade auf sie kam es bei Michelsons Versuchen an. Bleiben Lichtwellenlänge und Spiegelabstand unverändert, traten aber trotzdem durch Interferenz bedingte Helligkeitsänderungen auf, kann ihre Ursache nur in Änderungen der Lichtgeschwindigkeit nach verschiedenen Richtungen und dem durch sie bewirkten unterschiedlichen Eintreffen von Wellenbergen und -tälern liegen.

Nach solchen Geschwindigkeitsänderungen, durch den Ätherwind verursacht, suchten Michelson und Morley. Das Interferometer mit seiner erstaunlichen Empfindlichkeit und Genauigkeit war hierfür das geeignete Meßinstrument. Allerdings arbeitete es nicht mit zwei »Werfenden« (wie unser Beispiel), sondern mit einem, der Lichtquelle, und einer den »Ball« zurückwerfenden Wand, das heißt einem Spiegel. Es war daher nicht möglich, die Lichtgeschwindigkeiten »mit« und »gegen« den vermuteten Ätherwind einzeln zu bestimmen, sondern nur die Geschwindigkeit, die sich für Hin- und Rückweg ergab (die Geschwindigkeitsänderungen bei Hin- und Rückweg heben einander, einem verbreiteten Fehlschluß zum Trotz, nicht auf).

Um eine zweite Angabe zur Bestimmung des Ätherwindes zu bekommen, schlug Michelson vor, die ganze Apparatur jeweils um 9o° zu drehen, so daß das Licht einmal längs, einmal »quer« zum Ätherwind verlief. Aus der Geschwindigkeitsmessung in »Ätherwindrichtung« und in Richtung quer zum Ätherwind mußte sich die Größe des Ätherwindes bestimmen lassen.

Die experimentelle Ausführung war wegen der zu erwartenden geringfügigen Abweichungen sehr schwierig und störanfällig. Eine Verschiebung der dunklen und hellen Interferenzstreifen um eine Streifenbreite trat ja bereits ein, wenn sich in der Meßanordnung geringste Temperaturdehnungen oder -verkürzungen einstellten, wenn sich die Anordnung nur um geringste Beträge verbog, durch Erschütterungen verformte usw.

Um deutliche Meßwerte zu erhalten, wäre ein möglichst langer Lichtweg wünschenswert gewesen — doch mit den Abmessungen stiegen auch die Einflüsse der Störeffekte.

Wie empfindlich die Versuchseinrichtung auf äußere Einwirkungen reagierte, zeigt zum Beispiel der erste Versuch, den Michelson 188o in Berlin im Physikalischen Institut der Universität anstellte. Er scheiterte an den Erschütterungen durch den damals gewiß nicht überwältigenden Straßenverkehr. Michelson wiederholte daher seine Versuche in Potsdam. Daß er auch dort keinen Geschwindigkeitsunterschied feststellen konnte, führte man darauf zurück, daß der Weg, den das Licht zurückzulegen hatte, nur etwa 1 m betrug, die Anordnung also verhältnismäßig unempfindlich war.

1887 baute Michelson, zusammen mit Morley, seine Anordnung in den USA erneut auf. Der Lichtweg war durch umlenkende Spiegel gegenüber den Berliner Versuchen etwa verzehnfacht worden, die ganze Anordnung, um sie möglichst erschütterungsfrei drehen zu können, auf einer Steinplatte montiert, die in Quecksilber schwamm. Auch diesmal war das Resultat negativ; manchmal ergab sich ein Wert für den Ätherwind, manchmal nicht. Niemals aber stimmten die gemessenen Werte auch nur annähernd mit den nach der Theorie zu erwartenden überein.

An diesem negativen Resultat änderte sich auch bei allen Wiederholungen des Versuchs (sie reichen bis in die dreißiger Jahre) nichts, obwohl man die Meßanordnungen stets verfeinerte und Störeinflüsse auszuschalten suchte, zum Beispiel durch Verlängern des Lichtweges, Führung des Lichts in Röhren, aus denen die Luft teilweise entfernt worden war, Montage der ganzen Anordnung auf Quarz, um Temperaturänderungen gering zu halten und Einflüsse des erdmagnetischen Feldes auf ferromagnetische Konstruktionsteile der Anordnung auszuschalten.

Versuche, den Äther auf dem Umweg über bestimmte elektrische Erscheinungen nachzuweisen, blieben ebenfalls erfolglos.

So hätte zum Beispiel ein geladener Kondensator, in bestimmter Weise zur Richtung der Erdbewegung angeordnet, bei Existenz des Äthers ein meßbares Drehmoment erfahren müssen. Auch dieses Drehmoment war nicht festzustellen.

Einen ruhenden Äther also gab es gewiß nicht. Doch mit dem Gedanken, überhaupt auf den Äther zu verzichten, konnte man sich nur schwer anfreunden. Statt dessen suchten viele Forscher nach Gründen für das Scheitern der Michelsonschen Versuche.

Vielleicht, so argumentierte man, wird von der durch den Weltraum rasenden Erdkugel eine mehr oder weniger dicke Ätherschicht mitgerissen? Diese Vorstellung war nicht neu, schon um die Mitte des 19. Jahrhunderts hatte Fizeau (s. S. 44) Experimente in dieser Richtung angestellt. Doch einerseits sprachen astronomische Erfahrungen und Tatsachen (z. B. die Aberration, s. S. 43) gegen eine Mitführung des Äthers, zum anderen scheiterten alle Wiederholungen des Michelsonversuchs, bei denen man aus dem Bereich der Mitführung herauszukommen oder wenigstens in Schichten geringerer Mitführung zu gelangen suchte.

Als man den Michelson-Morley-Versuch auf Bergen, zum Beispiel im 1742 m hoch gelegenen Mount-Wilson-Observatorium, wiederholte, ergab sich ein ebenso negatives Resultat wie bei späteren Versuchen in einem auf große Höhe gestiegenen Ballon (1927). Ergebnis blieb in jedem Fall: Auch die Hypothese eines sich mit der Erde bewegenden Äthers war nicht zu halten.

Vielleicht, meinten manche, gibt es aber zufällig eine Ätherströmung in Richtung der Erdbewegung und mit gleicher Geschwindigkeit?

Abgesehen davon, daß eine solche Zufälligkeit jedes schlechten Kriminalromans würdig gewesen wäre: Im Jahresverlauf durchmißt unser Heimatplanet eine Ellipse. Wenn — und das glaubten selbst die standhaftesten Anhänger dieser Hypothese nicht — sich der Äther nicht entsprechend in seiner Strömungsrichtung mitdrehte, müßte die Erdbewegung nacheinander mit, quer und entgegen der Ätherbewegung verlaufen. Infolgedessen müßte der Michelsonversuch, im Laufe eines Jahres mehrfach wiederholt, zu deutlich unterscheidbaren Resultaten führen. Das war nicht der Fall. Auch alle anderen Erklärungsversuche und Hypothesen zum negativen Ausgang des Michelsonschen Experiments vermochten den Äther nicht zu »retten«.

Der Äther, seit Jahrhunderten als existierend angenommen, seit Jahrzehnten experimentell gesucht, widerlegte sich selbst: Er befand sich weder in Ruhe, noch bewegte er sich. Seine Annahme war nicht damit zu vereinbaren, daß die Geschwindigkeit des Lichts wie der elektromagnetischen Wellen überhaupt unabhängig davon war, ob der Beobachter, der sie auffing, sich bewegte oder nicht, ob die Quelle der Wellen sich in Ruhe oder Bewegung befand.

Konnte, mußte man endgültig auf den Äther verzichten? Gab es Möglichkeiten, die physikalischen Gesetzmäßigkeiten ohne die Ätherhypothese auszudrücken und zu verstehen? Konnte man die aufgetretenen oder nur scheinbaren Widersprüche vereinen?

Ein Physiker unserer Zeit, Albert Einstein (1879 bis 1955), wagte es, im ersten Jahrzehnt unseres Jahrhunderts radikal mit den herkömmlichen Ansichten und Hypothesen zu brechen. Die von ihm entwickelte spezielle Relativitätstheorie, heute unentbehrlicher Baustein im Fundament der Physik, hatte Konsequenzen, deren eine wir auf den folgenden Seiten kennenlernen werden.