Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

440 ANHANG B. GESCHICHTE DER PHYSIK
und 29 yr nicht perfekt, das Aufschaukeln der Bahnstörung dauert nur etwa 500 Jahre, nach 900 Jahren
ist der alte Zustand wieder erreicht.
B.1.5 Zusammenfassung
Mit der Newtonschen Punktmechanik und Gravitation erhält man folgende Vorschrift zur Beschreibung
eines physikalischen Systems: gegeben seien die Orte und Geschwindigkeiten aller Teilchen, dann ist
die zeitliche Entwicklung eindeutig bestimmt. Das Gravitationsfeld hat keine eigenen Freiheitsgrade.
Dies war die philosophische Grundlage des Materialismus und Determinismus (an der sich sogar Lenin
versucht hat).
B.2 Licht: Relativität und Dualismus
B.2.1 Optik
Die Ideengeschichte des Lichts ist lehrreich und voller Überraschungen. Von Anfang an gibt es einen
Dualismus der Anschauungen: Licht ist entweder Korpuskel (geometrische Optik) oder Welle (Interferenz).
So lange wie man nicht fragt, woraus die Korpuskel bestehen, ist es sicher einfacher, Licht als Teilchen
zu beschreiben. Einige einfache Konsequenzen dieser Theorie sind:
1. (Newton) die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum muß konstant sein.
2. (Newton, Michell, Laplace) die Masse der Licht Korpuskel ist variabel. Aus einem schwarzen
Loch entweicht kein Licht.
3. (Soldner, 1804) Licht wird im Gravitationsfeld abgelenkt.
Nimmt man dagegen an, daß Licht eine Welle ist, dann stellt sich die Frage, worin Licht sich ausbreitet.
Zunächst nahm man an, daß dazu ein elastischer Äther notwendig sei und daß die Wellen sich darin
longitudinal ausbreiten. Die Entdeckung der Polarisation (Malus, 1808) führte Young und Fresnel dazu,
einen festen Äther zu postulieren. Diese etwas absurde Vorstellung wurde endgültig erst durch den
Versuch von Michelson 1881 ad acta gelegt. Bis dahin versuchte man, die Eigenschaften des Äthers
experimentell zu finden und mathematisch zu formulieren.
In der Tat fand Maxwell seine Gleichungen, mithilfe eines detaillierten Modells des Äthers. Hertz und
Heaviside zeigten dann aber, daß ein Vakuum genügt. Vakuum bedeutet dabei, daß das elektromagnetische
Feld kontinuierlich ist wie der Raum, in dem es existiert. Lorentz (Minkowski, Poincaré) und
insbesondere Einstein entdeckten dann ein zusätzliches Phänomen: die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit.
Die Maxwellsche Theorie des elektromagnetischen Feldes ist das Paradigma einer relativistischen
Feldtheorie. Das Feld ist reell (Photon = Anti-Photon), es breitet sich im Vakuum dispersionsfrei mit
Lichtgeschwindigkeit aus und erfüllt auch klassisch bereits die Unschärfe-Relation für Ort und Impuls.
Was zur korrekten Beschreibung fehlt ist der diskrete Drehimpuls (Spin) und damit der Teilchencharakter
des Photons.
Das elektromagnetische Feld ist auch mathematisch ausgezeichnet: es ist die einfachste Darstellung
zum Spin 1 mit besonders einfacher, nämlich linearer Wellengleichung. Damit gilt das Superpositionsprinzip,
Solitonen entfallen.
Die korrekte Beschreibung von Licht ist allerdings nur möglich, falls seine Wechselwirkung mit Materie
(Moleküle oder Atome) bekannt ist. Die Beobachtung führt zu dem (klassisch unverständlichen)