Die Stars aus dem Nichts. 12. Brief aus meiner Mühle (Teil 5)
Leider stand Maxwells ätherisches Basislager bei näherem Hinsehen nicht auf derart gesichertem Gelände, wie viele hofften. Zwar ergab sich aus seinen Gleichungssystemen, dass ein veränderliches magnetisches Feld ein elektrisches Wirbelfeld erzeugt, aber das umgekehrte war nicht der Fall. Nur ein in einem Leiter fließender Strom vermochte ein magnetisches Feld hervorzubringen. Maxwell gefiel diese fehlende Symmetrie überhaupt nicht, denn sie machte sein Gleichungssystem „hässlich“ wie ein windschiefes Zelt. Also richtete er die Behausung, indem er kurzerhand postulierte, dass auch ein veränderliches elektrisches Feld ein Magnetfeld erzeugen könne. Den dazu gehörigen virtuellen Stromfluss durch den Raum nannte Maxwell Verschiebungsstrom:
IV = εo ∫ (∂E/∂t) dF
Die Formel ist mathematische Kurzschrift für: „Durch den Raum fließt ein „Strom“ IV, der um so stärker ist, je schneller sich ein elektrisches Feld E ändert und je mehr Durchtrittsfläche F er hat. εo ist eine „so-ist-es-nun-einmal“ Eigenschaft des Vakuums“. Für Maxwell ergaben sich hieraus keinerlei gedankliche Schwierigkeiten. Warum sollte der Äther nicht einen Strom leiten? Es war doch denkbar, dass es im Äther zu Ladungstrennungen kam und ätherische positive und negative Ionen den Stromtransport besorgten. (Das Elektron war damals noch nicht entdeckt). Als Einstein nun das Denkgerüst des Äthers herausriss, stand man da mit einem Stromfluss im Nichts, zumindest aber im leeren Raum. Manche fühlten sich nicht ganz wohl bei dem Gedanken. Das war doch irgendwie unmöglich.
Noch aber überwog die Erleichterung. Der „Raum“ war endlich
wieder so leer geworden wie zu Zeiten des Demokrit von Abdera (460 – 371 v. Chr.).
Der hatte schon behauptet, dass es nur die Atome und den leeren Raum geben
könne. Und die verwirrende „Zeit“ war nun neuerdings auch entsorgt. Die war
ganz einfach eine zusätzliche imaginäre Achse an einem leeren Kasten ohne Wände.
Anders als die Physiker zu Beginn des 20. Jahrhunderts, hatten sich Demokrits Zunftkollegen damals nicht so leicht abspeisen lassen. Viele hielten seine Aussage für pure Einfalt. Leerer Raum? War das nicht das Nichts? Manche beriefen sich nun auf Parmenides von Elea (ca. 540-483), für den das Nichts als ein (ja, was soll man denn jetzt sagen? Ein Etwas? Also gut, ein Etwas.) ein Etwas galt, über das man nicht nachdenken, ja über das man nicht einmal sprechen dürfe. Sozusagen ein philosophischer Gottseibeiuns. „Denn das Nichtseiende kannst Du weder erkennen (es ist ja unausführbar) noch aussprechen“, hatte er formuliert. Parmenides hatte das Problem erkannt. Sobald man über das Nichts nachdenkt, versetzt man es zwangläufig ins abstrakte Sein. Und wenn man ihm noch einen Namen gibt, dann ist es erst recht etwas, obwohl es doch nichts (Nichts?) sein soll. Viel weiter kam man trotz unendlicher Mühen auch in den nächsten 2500 Jahren nicht. Martin Heidegger (1889-1976) schließlich kam zu der Erkenntnis: „Das Nichts nichtet“. Eigentlich hätten die Physiker gewarnt sein können. Es war ziemlich heikel, das Bühnenhaus einfach leerzuräumen und die Kulissen zum Sperrmüll zu geben. Die Rache würde fürchterlich sein.
Mittlerweile war man auch zu der Überzeugung gelangt, dass die Natur keinen „horror vacui“ kenne. Nun gut. Selbst wenn das so sein sollte, das Leben kannte schon den Abscheu vor der Leere. Und wie es dann so spielte, blieb die Konkurrenz von der Quantentheorie nicht untätig und begann wenig später, die leere Bühne mit geisterhaften Erscheinungen, denen sie den Namen „virtuelle Teilchen“ gab, wieder vollzustellen. Ihre Vertreter beteuerten zwar, das seien gar keine realen Dinge, und, genau genommen, sei die Bühne ja immer noch leer. Aber das war natürlich ein Trick zur Beruhigung der Relativisten. Am Ende der Entwicklungen würden zwei Konkurrenten auf der Bühne stehen und sich um die gleiche Hauptrolle „Leerer Raum, gespielt vom Vakuum alias Nichts“ bewerben.
Die eine, die Vertreterin des Relativismus, war eine verdrehte und verfließende „Molluske“ ohne eigene Energie. (Mollusken sind Weichtiere; Einstein hatte diese Bezeichnung gewählt, um die fließenden Formen von Materie in seinen wabbeligen Raumzeiten anschaulich zu machen. Materie sollte die Raumzeit krümmen, die sich wie eine Molluske verformte und wurde von daher selbst zur weichen Molluske.) Man kann sich diese Person bildlich etwa wie die Gestaltwandlerin „Mystique“ aus X-Men vorstellen. Nur nicht so powerful. Auch konnte sie ihre Gestalten nicht fixieren, sie war und blieb eben eine Molluske. Philosophische Überlegungen waren auch nicht ihre Stärke. Fragte man, woraus sie bestünde, so merkte man an ihren einfältigen Antworten, dass sie es selbst nicht wusste. Raum war für sie ganz einfach leer und Zeit sollte die Zeigerstellung einer Uhr sein. Aus diesen zwei Binsenweisheiten hatten ihre Schöpfer sie amalgamiert. Kein Wunder, dass sie so schwach war, derart wabbelig, dass sie in Anwesenheit von Materie stets die Form verlor. Warum das so war, wusste sie nicht, und mehr wollte ihr zu dem Ganzen auch nicht einfallen.
Dagegen hatte der andere Darsteller, das übermuskulöse Geschöpf der Quantenfeldtheoretiker, Energie im Überfluss. Er ähnelte dem „Hulk“ der Marvel-Comics. Er platzte aus jedem Kostüm heraus. Weltanschaulich hatte er sich nicht oder kaum merklich von Newtons „absolutem Raum“ entfernt, stand damit aber wenigstens auf einer festen Grundlage. Gerade seine Stärke war aber auch seine Schwäche. In jedem winzigen Kubikzentimeter seines mächtigen Körpers sollten nach den Rechenergebnissen seiner Manager 10 hoch 116 Joule stecken. Das war mehr Energie als alle sichtbaren Sterne des Universums in ihrer Lebenszeit erzeugen könnten. Aber an dieser Ungereimtheit ließ sich nichts ändern; er war nun einmal ihr einziger Kandidat für diese Rolle. Dass er Raum und Zeit durch seine bloße Anwesenheit zerfetzen musste, brauchte man ja nicht so laut zu sagen. Wirklich unterhalten konnte man sich mit dem Dicken aber auch nicht. Er kannte nur ein Thema. Er behauptete, er sei nur da, wenn man ihn auch ansähe. Schlösse man die Augen, sei er weg. Nicht unsichtbar, nein, richtig weg. Er hatte den Trick zur Perfektion entwickelt. Schloss man die Augen, so schwieg er im gleichen Moment und rührte sich nicht, und man wusste wirklich nicht, ob er noch da war oder doch weg. Die Molluske behauptete, er sei ein Betrüger. Diesen Macho für den wahren Jakob zu halten sei ganz einfach chauvinistisch. Insgeheim gab ihr mancher recht, obwohl er Hulks Trick nicht enttarnen konnte und die Molluske für dümmlich hielt.
Nun sahen die beiden Bewerber zwar ziemlich verschieden aus, aber man beschloss dennoch, sie gemeinsam dieselbe Rolle spielen zu lassen. Es musste nur noch ein passendes Stück geschrieben werden. Zwar blieb der Handlungsverlauf völlig unklar, aber der Titel stand schon fest. Er lautete: „Die große Vereinheitlichung“. Es steht mehr denn je zu befürchten, dass es nie zu einer Uraufführung mit den beiden Stars kommen wird. Aber zurück zu den Gleichungen Maxwells.
Da man einen realen Stromfluss, sonst nur in Medien mit beweglichen Ladungsträgern kannte, war die Annahme des elektrischen Stroms im Vakuum nach der Entfernung des Äthers fragwürdig geworden. Noch aber hatte man ja das Feldkonzept. Glücklicherweise war das nicht zusammen mit dem Äther ebenfalls auf dem Müll gelandet. Faraday (1791 – 1867) hatte bereits mit der Idee geliebäugelt, den Äther ganz durch seine Feldlinien zu ersetzen. Dieses Modell implizierte, dass Kräfte auch dann im ansonsten leeren Raum vorhanden sind, wenn sie nicht gemessen werden. Jeder, der einmal gesehen hat, wie sich Eisenfeilspäne entlang geisterhafter Linien aufreihen, ist schon halbwegs überzeugt, dass diese stets den Magneten umgeben, auch dann, wenn keine Späne da sind. Mit den elektrischen Feldlinien, die man durch Grieskörnchen, welche auf Öl schwimmen, veranschaulichen kann, ist es ähnlich. Das stete Vorhandensein der Kräfte ist aber keineswegs so selbstverständlich, wie es das Bild vermittelt.
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Sehr geehrter Herr Herrig,
ich hatte vor einiger Zeit geschrieben: „Die SRT besagt, dass eine relativistische Verformung eines Körpers unabhängig von seiner Dichte und seinem Elastizitätsmodul ist. Wenn ich die Diskussion bisher richtig verstanden habe, sagt dagegen die ART, dass die relativistische Verformung einer rotierenden Scheibe von der Dichte der Scheibe abhängig ist. Dies wäre eine Verletzung der SRT, es sei denn, es gäbe zugleich eine Beziehung zwischen der Dichte(verteilung) eines Körpers und seinem Elastizitätsmodul als Verteilung elektrischer Kräfte, die sowohl SRT als auch ART genügen würde. Wie kann das sein?“
Sie hatten mir geantwortet: „Ich muss Ihnen gestehen, dass ich diese Aussage der ART hinsichtlich der Dichte eines Körpers nicht kenne und nicht weiß, wie man sie begründen könnte. Ich weiß auch nicht, wie das entweder aus den Feldgleichungen oder der Raumzeitkrümmung im allgemeinen folgen sollte. Also kurz: glaube ich nicht.“
Hier möchte ich noch einmal nachfragen. Aus Wikipedia: „Die allgemeine Relativitätstheorie (kurz: ART) beschreibt die Wechselwirkung zwischen Materie (einschließlich Feldern) einerseits und Raum und Zeit andererseits. Sie deutet Gravitation als geometrische Eigenschaft der gekrümmten vierdimensionalen Raumzeit.“
Wenn nun die ART eine irgendwie geartete Verformung einer rotierenden Scheibe beschreibt (bzw. der sie umgebenden Raumzeit), dann sollte diese Verformung doch von der Masse der Scheibe abhängen, also auch von der Dichte. Die Rotation eines Hohlzylinders mit gedachten Wänden, sollte doch auch keine Verformung der Raumzeit verursachen. Oder? Welchen Fehler mache ich denn bei diesen Gedanken?
mfg
Luchs
Die Einsteinschen Feldgleichungen sagen in der Tat aus, dass eine Masse die Raumzeit umso stärker krümmt, je größer sie ist. Die Sonne krümmt also z.B. stärker als die Erde. Insoweit haben Sie recht: da Dicht ja Masse je Volumeneinheit ist, hat auch die Dichte Einfluss. Wäre die Erde doppelt so dicht, hätte sie auch doppelte Masse.
Nun ist die Situation bei einer rotierenden Scheibe aber eine andere. Sie hat eine kleine Masse, ein paar Gramm, ein paar Kilogramm. Dennoch vermag sie Fliehkräfte zu erzeugen, die bis zu dem Tausendfachen oder Millionenfachen der Erdschwerkraft reichen. Da Fliehkraft lt. ART äquivalent zur Gravitation sein soll, erhebt sich die Frage: wo kommt die Pseudogravitaiton denn her? Denn diese enormen Kräfte werden nicht von der konstanten Masse (bzw. Dichte) der Scheibe erzeugt, sondern von deren Drehzahl. Dazu ist mir kein Lösungsansatz der Feldgleichungen bekannt. Wie soll man sich das Entstehen der Raumkrümmung den vorstellen?