Maxwells kam es zu einer weiteren Verschmelzung von Elektromagnetismus und Optik, denn das Licht ist eine elektromagnetische Welle und lässt sich durch die Max-well'schen Gleichungen beschreiben (F6; folgende Abb.).
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Verschmelzung von Elektrizität, Magnetismus und Optik.
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Aber welchen Beleg hatte Maxwell, um zu behaupten, dass Licht eine EM-Welle ist? Er hatte berechnet, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit seiner neu entdeckten Wellen der Lichtgeschwindigkeit entsprach. Egal ob Licht, Radar- oder Mikrowellen: Alle EM-Wellen breiten sich mit der höchsten Geschwindigkeit aus, die im Universum möglich ist, nämlich mit rund 300 Millionen Meter pro Sekunde ( m/s). Maxwells theoretische Vorhersagen konnten erst 1886 experimentell belegt werden, als es Heinrich Hertz gelang, EM-Wellen auf künstlichem Weg herzustellen und deren Eigenschaften zu testen.
In welchem Medium breiten sich EM-Wellen aus? Wie kommt also etwa das Licht der Sonne durch den leeren Raum zur Erde? Es ist verblüffend, aber diese Wellen benötigen kein Medium zur Ausbreitung (F9)! Das wusste man zu Maxwells Zeiten aber noch nicht. Damals kannte man nur mechanische Wellen wie Schall-, Wasser- oder Erdbebenwellen, und diese benötigten ein Medium. Deshalb dachte man, dass dieses Prinzip auch für EM-Wellen gelten müsste, und „konstruierte„ ein Medium, das man den Äther nannte. Dieser musste allerdings ziemlich paradoxe Eigenschaften aufweisen.
* Stahlhartes Nichts
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Erst Albert Einstein machte 1905 klar, dass elektromagnetische Wellen kein Medium benötigen, und zwar mit seiner Speziellen Relativitätstheorie und mit der Erklärung des Fotoeffekts.
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Lange Zeit wurde in aufwändigen Experimenten versucht, diesen Äther nachzuweisen - natürlich ohne Erfolg. Erst Albert Einstein gab der Äthertheorie den Rest, und zwar gleich doppelt. Er konnte nämlich im Rahmen seiner Speziellen Relativitätstheorie zeigen, dass die Maxwell-Gleichungen auch ohne Medium funktionieren. Salopp gesagt brauchen EM-Wellen deshalb kein Medium, weil das elektromagnetische Feld selbst das Medium ist. Man kann es aber auch anders sehen: Licht und alle anderen EM-Wellen haben sowohl Wellen- als auch Teilchennatur. Auch diese Erkenntnis geht auf Einstein zurück, und zwar im Rahmen seiner Erklärung des Fotoeffekts. Man kann daher auch sagen, dass Licht kein Medium braucht, weil es quasi als Teilchen durch den leeren Raum fliegen kann.
Durch Maxwells Gleichungen wurde die Optik ein Teilgebiet des Elektromagnetismus. EM-Wellen breiten sich generell mit Lichtgeschwindigkeit aus, und sie benötigen dazu kein Medium. Das verstand man aber erst durch Einsteins Arbeiten.
