Das Ende der Materie
Eine der überraschendsten Entdeckungen, die von den Physikern in den letzten Jahren gemacht wurden, gipfelt in der Behauptung, daß die Materie nicht existiert. Fügen wir zugleich hinzu, daß diese Entdeckung noch nicht definitiv gesichert ist. Die wesentliche Eigenschaft der Materie ist ihre Masse und ihre Trägheit. Die Masse bleibt überall und immer konstant, sie bleibt selbst dann bestehen, wenn eine chemische Transformation alle zu beobachtenden Eigenschaften der Materie geändert und scheinbar einen ganz neuen Körper hervorgebracht hat. Wenn man also zeigen kann, daß Masse und Trägheit der Materie eigentlich garnicht zukommen, daß die Materie sich die Masse gleichsam wie einen fremden Schmuck umlegt, daß diese stets als konstant betrachtete Masse doch auch Veränderungen erleiden kann: so hat man wohl das Recht zu sagen, daß es keine Materie gibt. Das ist der Sinn des erwähnten Ausspruches der neueren Physiker.
Die Geschwindigkeiten, welche man bis jetzt beobachten konnte, sind nur gering, denn die Himmelskörper, die doch alle unsere Automobile weit hinter sich lassen, machen kaum 60 oder 100 Kilometer in der Sekunde; das Licht ist allerdings etwa 3000mal schneller, aber hier handelt es sich nicht um bewegte Materie, sondern um eine Gleichgewichtsstörung, die sich durch eine relativ unbewegliche Substanz fortpflanzt, wie eine Welle an der Oberfläche des Meeres. Alle mit diesen geringen Geschwindigkeiten angestellten Versuche haben stets die Konstanz der Masse bestätigt, und niemand hat sich die Frage vorgelegt, ob dieses Gesetz auch bei größeren Geschwindigkeiten gültig ist.
Durch die unendlich kleinen Körper wurde der Geschwindigkeitsrekord des Merkur, des schnellsten Planeten, gebrochen: ich meine die Korpuskeln, durch deren Bewegungen die Kathodenstrahlen und die Radiumstrahlen entstehen. Bekanntlich werden diese Ausstrahlungen durch ein förmliches Bombardement von Molekülen verursacht. Die dabei ausgestoßenen Projektile sind mit negativer Elektrizität geladen; man kann sich davon überzeugen, indem man diese Elektrizität in einem geeigneten Apparate sammelt. Infolge dieser Ladung werden sie durch ein magnetisches oder durch ein elektrisches Feld abgelenkt, und durch Messen dieser Ablenkungen kann man ihre Geschwindigkeit und das Verhältnis ihrer Ladung zu ihrer Masse bestimmen.
Solche Messungen haben uns einesteils gelehrt, daß ihre Geschwindigkeit ungeheuer groß ist, indem sie etwa ein Zehntel oder ein Drittel der Lichtgeschwindigkeit erreicht und somit tausendmal größer ist als die Geschwindigkeit der Planeten; andererseits haben sie gelehrt, daß ihre Ladung im Verhältnis zu ihrer Masse sehr beträchtlich ist. jedes bewegte Korpuskel stellt somit einen elektrischen Strom dar. Nun zeigen bekanntlich elektrische Ströme eine besondere Art von Trägheit, die man Selbstinduktion nennt. Ein einmal hergestellter Strom hat das Bestreben, sich zu erhalten; daher kommt es, daß man das Überspringen eines Funkens bemerkt, wenn man den vom Strom durchflossenen Leiter durchschneidet, und so den Strom unterbricht. Der Strom sucht seine Intensität ebenso beizubehalten, wie ein bewegter Körper seine Geschwindigkeit beizubehalten bestrebt ist. Auch unser Kathoden-Korpuskel wird aus zwei Gründen den Einflüssen, die seine Geschwindigkeit ändern könnten, einen gewissen Widerstand entgegensetzen: erstens durch seine eigentliche Trägheit, zweitens durch seine Selbst-Induktion, letzteres weil jede Änderung seiner Geschwindigkeit mit einer gleichzeitigen Änderung des entsprechenden Stromes verbunden sein würde. Die Elektronen — so nennt man diese Korpuskeln — hätten also zwei Arten von Trägheit: die mechanische Trägheit und die elektromagnetische Trägheit.
Die Arbeiten des Theoretikers Abraham und des Experimentators Kaufmann waren darauf gerichtet, jede dieser beiden Arten von Trägheit näher zu bestimmen. Zu dem Zwecke mußten sie eine Hypothese machen; sie nahmen an, daß alle negativen Elektronen unter sich identisch sind, daß sie alle die gleiche, wesentlich constante Ladung mit sich führen und daß die Unterschiede, welche zwischen ihnen bestehen, einzig und allein durch ihre verschiedenen Geschwindigkeiten bedingt sind. Wenn die Geschwindigkeit sich ändert, so bleibt ihre wirkliche, d. h. ihre mechanische Masse konstant; das ist sozusagen die Definition der letzteren. Die elektromagnetische Trägheit aber, welche die scheinbare Masse hervorruft, wächst mit der Geschwindigkeit nach einem gewissen Gesetze. Zwischen der Geschwindigkeit und dem Verhältnisse der Masse zur Ladung muß demnach eine gewisse Relation bestehen; wie schon oben gesagt, kann man beide Größen berechnen, indem man die Ablenkungen beobachtet, welche die Strahlen unter dem Einflusse eines Magneten oder eines elektrischen Feldes erleiden; das Studium dieser Relation gestattet den Betrag beider Trägheiten einzeln zu bestimmen. Das Resultat ist vollkommen überraschend: die wirkliche Masse ist gleich Null. Dieser Schluß beruht allerdings auf der vorhin erwähnten Hypothese, aber die Übereinstimmung zwischen der theoretischen und der experimentellen Kurve ist immerhin groß genug, um diese Hypothese wahrscheinlich zu machen.
Diese negativen Elektronen haben demnach keine eigentliche Masse; wenn sie trotzdem mit Trägheit ausgestattet zu sein scheinen, so liegt dies daran, daß sie ihre Geschwindigkeit nicht ohne gleichzeitige Störung des Lichtäthers ändern können. Ihre scheinbare Trägheit ist nur eine Anleihe, sie kommt nicht ihnen selbst, sondern dem Äther zu. Indessen besteht die Materie nicht ausschließlich aus negativen Elektronen; man kann vielmehr annehmen, daß es daneben noch wirkliche Materie gibt, der eine gewisse Trägheit eigentümlich ist. Es gibt Strahlen, die ebenfalls auf einen Regen von Wurfgeschossen zurückzuführen sind, bei denen aber diese Geschosse positive Ladungen mit sich führen: dazu gehören die Goldsteinschen Kanalstrahlen und die Strahlen des Radium; besitzen diese positiven Elektronen ebenfalls keine Masse? Das kann man nicht behaupten, denn sie sind viel schwerer als die negativen Elektronen und bewegen sich viel langsamer. Hier sind zwei Hypothesen möglich: entweder sind diese Elektronen deshalb schwerer, weil sie außer ihrer vom Äther entliehenen elektromagnetischen Trägheit noch eine, ihnen eigentümliche mechanische Trägheit besitzen, und dann würden sie die eigentliche Materie bilden; oder sie sind ebenfalls ohne Masse und erscheinen uns nur deshalb schwerer, weil sie viel kleiner sind. Ich sage mit Absicht „viel kleiner“, obgleich dies paradox erscheinen kann; bei dieser Vorstellung nämlich würden die Korpuskeln nur Höhlungen im Äther darstellen, und nur der Äther allein würde wirklich existieren und mit Trägheit ausgestattet sein.
Soweit wäre die Existenz der Materie noch nicht allzusehr gefährdet; wir können uns noch immer für die erste Hypothese entscheiden, wir können sogar annehmen, daß es außer den positiven und negativen Elektronen noch neutrale Atome gibt. Die neueren Untersuchungen von Lorentz berauben uns indessen auch dieser letzten Zuflucht. Wir werden von der Erde in ihrer äußerst schnellen Bewegung mitgeführt; sollten die optischen und elektrischen Erscheinungen durch diese Fortbewegung garnicht beeinflußt werden? Lange hat man an einen solchen Einfluß geglaubt, man nahm an, daß es gelingen würde, je nach der Orientierung der Apparate im Verhältnis zur Erdbewegung Unterschiede in den Beobachtungen festzustellen. Diese Erwartung war vergeblich, selbst die sorgfältigsten Messungen haben niemals etwas derartiges gezeigt. Gerade dadurch rechtfertigten die Versuche eine allen Physikern gemeinsame Überzeugung; hätte man nämlich irgend einen Einfluß feststellen können, so wäre man imstande gewesen, nicht nur die relative Bewegung der Erde um die Sonne, sondern sogar ihre absolute Bewegung im Äther zu bestimmen. Den meisten Forschern wird es schwer zu glauben, daß man jemals etwas anderes als eine relative Bewegung experimentell feststellen kann; viel lieber bekennen sie sich zu der Folgerung, daß die Materie keine Masse hat.
Über die negativen Resultate war man daher nicht allzusehr erstaunt; sie widersprachen zwar den herrschenden Theorien, aber sie genügten einem gewissen tieferen Instinkte, der älter und mächtiger ist als alle Theorien. Es blieb nichts anderes übrig als die Theorien so abzuändern, daß sie sich wieder mit den Tatsachen in Übereinstimmung bringen ließ. Zu dem Zwecke hat Fitzgerald eine überraschende Hypothese gemacht: nach ihm sollen alle Körper in Richtung der Erdbewegung eine Kontraktion von etwa ein Hundert-Milliontel erleiden. Eine vollkommene Kugel verwandelt sich demnach in ein abgeplattetes Ellipsoid, und wenn man sie rotieren läßt, so deformiert sie sich derartig, daß die kleine Axe des Ellipsoids immer der Richtung der Erdgeschwindigkeit parallel bleibt. Da die Meßinstrumente sich ebenso deformieren wie die zu messenden Gegenstände, so entziehen sich diese Deformationen der Beobachtung, es sei denn, daß man die Zeit bestimmen könnte, die das Licht gebraucht, um den Gegenstand der Länge nach zu durchlaufen.
Diese Hypothese gibt Rechenschaft von den beobachteten Tatsachen. Aber damit darf man sich nicht zufrieden geben; man wird einst noch genauere Beobachtungen machen: werden die Resultate dann positiv ausfallen? werden sie uns in den Stand setzen die absolute Bewegung der Erde zu bestimmen? Lorentz glaubt das nicht; eine solche Bestimmung hält er auch in der Zukunft für unmöglich; der übereinstimmende Instinkt aller Physiker, der Mißerfolg aller bisherigen Versuche rechtfertigen seine Ansicht hinreichend. Betrachten wir demnach diese Unmöglichkeit als ein allgemeines Naturgesetz, nehmen wir sie als Postulat hin. Welche Folgerungen ergeben sich dann daraus? Diese Frage hat Lorentz näher untersucht; er fand, daß alle Atome sowie alle positiven oder negativen Elektronen eine Trägheit besitzen müssen, die für alle, nach denselben Gesetzen mit der Geschwindigkeit variiert. Jedes materielle Atom wäre danach aus kleinen und schweren positiven Elektronen zusammengesetzt, und wenn die wahrnehmbare Materie uns nicht als elektrisch erscheint, so liegt das daran, daß die beiden Arten von Elektronen in ungefähr gleicher Anzahl vorhanden sind. Sie alle haben keine Maße, und ihre Trägheit beruht auf einer, beim Äther gemachten Anleihe. In diesem Systeme gibt es keine eigentliche Materie, es gibt nur noch Höhlungen im Äther.
Nach Langevin ist die Materie flüssig gewordener Äther, der seine Eigenschaften geändert hat; wenn die Materie sich bewegt, so wandert nicht diese verflüssigte Masse im Äther fort, sondern die Verflüssigung ergreift immer neue Teile des Äthers, während der rückwärts von der bewegten Materie befindliche Äther, der zuvor flüssig war, wieder in seinen früheren starren Zustand zurückkehrt. Die bewegte Materie bleibt also nicht mit sich selbst identisch.
So war die Sachlage bis vor kurzem; aber nun kommt Kaufmann mit neuen Versuchen. Das negative Elektron, dessen Geschwindigkeit außerordentlich groß ist, müßte ebenfalls die von Fitzgerald angenommene Kontraktion erleiden, und dadurch würde die Relation zwischen Masse und Geschwindigkeit modifiziert werden; das haben aber die neueren Versuche nicht bestätigt; so scheint das ganze Gebäude wieder in sich zusammen zu fallen, die Materie ihre Existenzberechtigung zu behalten. Übrigens handelt es sich bei den Versuchen um sehr kleine Größen, und deshalb würde eine definitive Entscheidung heute noch verfrüht sein.
- ↑ Vgl. das Buch von Gustave Le Bon: l’Evolution de la Matière.