Auf dem Eingangsbild werden folgende Fragen gestellt:
Wieso bewegt sich die Erde?
Wieso ist eine Kraft nötig, um eine Bewegung zu beenden?
Wieso ist Geschwindigkeit relativ?
Warum wirkt die Schwerkraft über den leeren Raum hinweg?
Wieso fallen alle Körper gleich schnell?
Warum kann man Licht nicht abbremsen?
Im Vortrag sollen diese Fragen
beantwortet werden. Hier ist eine Übersicht. Am Ende sind die vorbereiteten
Bilder, Movies und Applets zusammengestellt.
Wieso bewegt sich die Erde? 1. Rotation:
Die Geschwindigkeit, die der Rotation der Erde entspricht, erreicht am Äquator
etwa 1670 km/h. Wir spüren von ihr zunächst nichts.
Erst wenn wir dank der Theorie etwas über die Zentrifugalkraft wissen,
erscheint uns eine Rotation des Sternhimmels absurd und wir
finden die erwartete Abplattung der Erde bestätigt.
Erst wenn wir dank der Theorie etwas über die Coriolis-Kraft wissen,
verstehen wir den Drehsinn der Hoch- und Tiefdruckgebiete als qualitative
Äußerung der Rotation der Erde.
Erst wenn wir dank der Theorie etwas über den Drehimpulserhaltungssatz wissen,
zeigt uns das Foucaultsche Pendel direkt die Rotation der Erde.
Allerdings ist eine Relativität der Rotation analog der Relativität der
translatorischen Geschwindigkeit noch immer nicht abschließend verstanden.
Wieso bewegt sich die Erde? 2. Revolution:
Die Geschwindigkeit, die der Revolution der Erde entspricht, ist ungefähr
100000 km/h. Wir spüren von ihr zunächst nichts.
Allerdings erklärt das heliozentrische System den Fakt, dass die
Rückläufigkeit der Planeten nur in Opposition bzw. unterer Konjunktion
zur Sonne stattfinden kann und sagt dies auch für weiter entfernte neue Planeten voraus.
Die gefeierte direkte Bestätigung der Bewegung der Erde war die überraschende
Entdeckung der Aberration des Sternenlichts, die mit dem Namen Bradley's
verbunden ist. 100 Jahre später forderte die Erklärung der
Aberration im Wellenbild, dass es einen Äther gibt, auf den sich die Lichtgeschwindigkeit bezieht (damit die Relativität der Geschwindigkeiten
gewahrt bleibt) und dass dieser Äther durch undurchsichtige Materie weder
aufgehalten noch eingeschlossen wird.
Michelson hat mit seinem Versuch gezeigt,
dass der Äther doch von Wänden eingeschlossen wird. Deshalb erzwingt
bereits die Aberration des Sternenlichts die Relativität der Gleichzeitigkeit.
Schließlich zeigt auch die Parallaxe der Sterne, dass sich die Position der Erde verändert.
Wieso ist eine Kraft nötig, um eine Bewegung zu beenden?
Unbeeinflusste Bewegung ist geradlinig gleichförmig.
Dies direkt zu beobachten, ist schlechterdings unmöglich.
Beobachtet werden kann nur, dass der mühevolle sukzessive Ausschluss
äußerer Einflüsse zu immer gleichförmigeren Bewegungen führt.
Viel stärker wird das Vertrauen auf das erste Newtonsche Axiom allerdings
durch den beeindruckenden Erfolg des darauf aufbauenden Theoriegebäudes
gestützt. Um eine Bewegung zu beenden, ist in diesem Gebäude eine Kraft nötig,
die man gegebenenfalls identifizieren muss.
Im Ballspiel ist es der Luftwiderstand und die Reibung.
Wieso ist Geschwindigkeit relativ?
Diese Frage stellt man sich eigentlich nur, wenn man vergisst, dass für uns der
Erdboden ein selbstverständlicher Bezug ist. In einem verschlossenen Raum
können wir keine Geschwindigkeit des Raums bestimmen. Nur Änderungen
der Geschwindigkeit des Raums fallen auf. Geschwindigkeit gibt es nur relativ zu anderen Objekten.
Geschwindigkeit gegen die leere Umgebung Raum gibt es nicht.
Auf glatter Straße im weich gefederten Fahrzeug empfindet man ganz unmittelbar Geschwindigkeit nur als Geschwindigkeit gegen Schlaglöcher, Alleebäume und Starkästen.
Warum wirkt die Schwerkraft über den leeren Raum hinweg?
Wenn der Impulserhaltungssatz generell gelten soll, was in etwa dem dritten Newtonschen Axiom entspricht, und
wenn die Impulsbilanz als Summe der Impulse der Einzelobjekte
zu fester Zeit gebildet wird, und
wenn klar ist, was feste Zeit bei voneinander entfernten Objekten bedeutet,
dann geht etwa das den Impulsaustausch formal vermittelnde Feld in die Bilanz nicht ein,
es bleibt eine Hilfskonstruktion ohne raumfüllende materielle Bedeutung.
Mechanische Modelle für die Vermittlung der Wechselwirkung sind damit
von vornherein irreführend.
Wieso fallen alle Körper gleich schnell?
Die Körper fallen alle verschieden schnell.
Wie bei der Frage der geradlinigen gleichförmigen Bewegung auch kann man
die Universalität der Fallbeschleunigung nur approximativ durch mühevolles sukzessives Ausschließen äußerer Einflüsse erreichen.
Nur in einzelnen Fällen erreicht man beeindruckende Genauigkeiten.
Wieder wird die Universalität der Fallbeschleunigung viel stärker durch den
Erfolg der auf sie aufbauenden Theorie (der allgemeinen Relativitätstheorie)
gestützt. In deren Licht ist die Schwerkraft Folge der geometrischen Form von Raum und Zeit
und darin (zunächst) verschieden von den anderen Feldern.
Warum kann man Licht nicht abbremsen?
Fragen dieser Art haben Einstein zur (speziellen) Relativitätstheorie geführt.
Einstein hat gesehen, dass hier ein Prinzip, ein Axiom verborgen ist. Und tatsächlich,
das Axiom Licht behält den Betrag seiner Geschwindigkeit bei allen Zusammensetzungen mit anderen Geschwindigkeiten
löst die Probleme im Zusammenspiel von Elektrodynamik und Mechanik, die sich mit der Zeit angehäuft hatten, beginnend mit dem Versuch von Kohlrausch und Weber 1856, die gezeigt hatten, dass es eine Geschwindigkeit ohne Richtung gibt. Eine solche Geschwindigkeit, deren Betrag eine eigene Bedeutung hat, kann sich mit den immer gerichteten Geschwindigkeiten der Mechanik nur so zusammensetzen, dass ihr Betrag unverändert bleibt.
