Der Mensch im Flutlicht (2).
Eine optische Studie über die Aura der Hand.
1. Die menschliche Aura und der „hylischen pluralismus“
Zu fast allen Zeiten und in fast allen nicht-westlichen Kulturen hören wir Aussagen von Menschen, die behaupten, dass wir nicht nur einen biologischen Körper haben, sondern auch eine Reihe von feinstofflichen Körpern, die zusammen die sogenannte Aura bilden. Diese soll sich in einigen der dünneren Schichten um den biologischen Körper befinden. Außerdem sind fast alle nicht-westlichen Kulturen der Meinung, dass manche Orte stärker mit dieser geheimnisvollen feinen Substanz aufgeladen sind als andere. Man spricht von einem „hylischen Pluralismus“. Hylè“ ist das altgriechische Wort für ‚Substanz‘, ‚Materie‘, und Pluralismus bezieht sich auf eine Vielzahl von Arten. Heute wird die mögliche Existenz einer solchen feinen Substanz, die übrigens nichts mit Kernphysik zu tun hat, in vielen Kreisen stark bezweifelt. Und wenn man sich ziemlich sicher ist, dass etwas nicht existiert, geht man natürlich nicht auf die Suche nach ihm. Anders ist es, wenn man den leisen Verdacht hat, dass das letzte Wort zu diesem Thema noch nicht gesprochen ist. Dann gibt es etwas in Ihnen, das Sie immer wieder dazu drängt, weiter zu suchen…
2. Das Experiment von Michelson und Morley und der Feinstaubx2.
1687 hatte Isaac Newton mit seinem Buch „Principia Mathematica“ die Grundlagen der klassischen Mechanik geschaffen. Dabei ging er von einem festen Koordinatensystem aus, das jede Bestimmung von Ort und Zeit eindeutig festlegt, sowie von einer Standardzeit, einer Zeit, die überall im Universum immer gleich schnell vergeht. Mit der starken Entwicklung der Wissenschaft am Ende des 19. Jahrhunderts schien es ein Ding der Unmöglichkeit zu sein, einen festen Orientierungspunkt in einem sich immer weiter ausdehnenden Sternenraum zu finden. So hoffte man, dass der Raum zwischen den Sternen mit einer Art gleichmäßig verteiltem, extrem feinem und unsichtbarem „Sternenstaub“ gefüllt sein könnte, der als solcher fester Bezugspunkt dienen könnte. Und dieser Staub würde auch die Lichtwellen tragen, so wie die Luft die Schallwellen trägt.
Der Gedanke an einen solchen feinen Stoff oder „Äther“, wie man ihn damals nannte, rückte wieder ins Blickfeld der Wissenschaft. Wenn es einen solchen Äther gäbe, dann würde sich die Erde auf ihrer Kreisbahn um die Sonne manchmal mit diesem Äther und manchmal gegen ihn bewegen. Dies würde dann zu einem Unterschied in der Lichtgeschwindigkeit führen, dachte man. Licht, das sich mit dem Äther bewegt, hätte dann eine höhere Geschwindigkeit als Licht, das sich gegen den Äther bewegt. Genau das wollten Michelson und Morley 1887 überprüfen. Sie fanden jedoch einen Geschwindigkeitsunterschied und auch keinen Sternenstaub. Seitdem ist der Glaube an die Existenz des „einheitlichen Äthers“ als Ausbreitungsmedium für das Licht aufgegeben worden. Und durch Verallgemeinerung geriet auch die Existenz jeder anderen Art von Feinstaub in Vergessenheit. Eine Beschreibung dieses berühmten Experiments, das wir im Folgenden mit dem M&M-Experiment abkürzen, finden Sie unten.
3. Feinstaub durch den „Foucault-Test“.
Wir beginnen unsere Untersuchung mit dem Aufbau des für den Foucault-Test erforderlichen Aufbaus. Der Test wurde 1858 von dem französischen Physiker Léon Foucault beschrieben. Mit ihm können Fehler, die durch das „Schleifen“ von sphärischen Spiegeln entstehen, bis zu einem Bruchteil einer Lichtwellenlänge sichtbar gemacht werden. Es handelt sich dabei um einen Standardtest, der so gut wie allen Amateur-Spiegelschleifern bekannt ist. Durch absichtliches Übereinanderschleifen zweier Glasscheiben, zwischen denen sich eine Masse harter Körner befindet, wird die obere Glasscheibe allmählich konkav und die untere konvex. Nach dem Schleifen wird die obere Scheibe mit einer reflektierenden Schicht überzogen und dient dem Betrachter als Spiegel. Ein solcher Spiegel fängt viel mehr Licht ein als unser Auge. Die große Helligkeit eines Teleskops führt dazu, dass wir Sterne beobachten können, die für uns sonst unsichtbar sind. Wir fragen uns, ob es dann noch andere, verborgene Dinge gibt, die wir mit dem Betrachter sichtbar machen können, wie z. B. eine Luftverwirbelung um unsere Hand. Oder vielleicht sollten wir unsere Augen etwas besser an die Dunkelheit gewöhnen und erst dann hinsehen.
Dann wird es eine Geschichte von ‘Zapfen’ und ‘Stäbchen’. Bei Tageslicht sind die Zapfen in unserem Auge sehr viel aktiver. Sie sorgen dafür, dass wir Farben gut unterscheiden können. In der Dunkelheit sind eher die Stäbchen aktiv. Dann zeigen sie uns ein schummriges Spiel von Licht und Schatten. Und vielleicht verrät uns diese Dunkelheit auch in unserer Foucaultschen Anordnung mehr, als wir auf den ersten Blick vermuten würden. Deshalb statten wir unsere Lichtquelle mit einem Dimmer aus. Und wir schauen nicht nur bei richtiger Beleuchtung, sondern auch bei mehr Dunkelheit in unsere Einrichtung. Dabei sehen wir zunächst unsere Hand richtig beleuchtet, und dann, in fast völliger Dunkelheit, bemerken wir einen schwachen, nebligen und leuchtenden Streifen um unsere Hand.
Dan wordt het een verhaal van ‘kegeltjes’ en ‘staafjes’. In daglicht zijn de kegeltjes in ons oog heel wat actiever. Ze zorgen ervoor dat we de kleuren goed van elkaar kunnen onderscheiden. In de duisternis zijn onze staafjes meer van dienst. Dan tonen ze ons een schemerig spel van licht en schaduw. En misschien brengt die duisternis ook in onze foucault-opstelling toch iets meer aan het licht dan we op het eerste gezicht zouden vermoeden. Daarom voorzien we onze lichtbron van een dimmer. En we kijken in onze opstelling niet alleen als ze behoorlijk verlicht is, maar ook als ze meer in het duisternis is gehuld. Doen we dat, dan zien we eerst onze hand behoorlijk verlicht, en daarna, in een bijna totale duisternis, merken we een flauwe, nevelige en lichtende band rondom onze hand.
4. Feinstaub durch Interferenz von Licht.
Bei der Durchführung des Experiments von Michelson und Morley wurde zum ersten Mal in der Geschichte die Interferenz des Lichts genutzt. Das Farbenspiel in einer Seifenblase oder in einer Ölschicht auf einer Wasserlache beispielsweise ist das Ergebnis optischer Interferenz, des Zusammenspiels vieler Lichtstrahlen.
Oder noch einmal: Wenn wir den Bildschirm unseres (ausgeschalteten) Mobiltelefons so halten, dass wir das Sonnenlicht oder das Licht einer Lampe darin reflektiert sehen, erkennen wir auch darauf schöne farbige Linien.
Seifenblasen, Ölflecken und Handybildschirme haben aufgrund ihrer extrem dünnen und transparenten Schicht etwas von einem „Interferometer“. Im Grunde genommen wird ein Lichtstrahl von der Ober- oder Unterseite einer solchen Schicht reflektiert und in zwei Teilstrahlen aufgespalten. Jeder Teil durchläuft einen etwas anderen Weg oder erfährt eine andere Störung, woraufhin die Strahlen wieder zusammengeführt werden. Wenn die einzelnen Bündel auf ihrem Weg durch die Anordnung überhaupt nicht verzerrt werden, entsteht ein klar definiertes Interferenzmuster, z. B. eine Reihe vertikaler Streifen, wie in der Zeichnung rechts dargestellt. Unterscheidet sich jedoch ein Teilstrahl von dem anderen oder unterscheiden sich beide voneinander, kann dies die Interferenzmuster beeinflussen. Zum Beispiel können die Streifen verzerrt sein. Die Art der Verzerrung gibt dann Aufschluss über die Qualität oder Quantität der transparenten Schicht, die durchlaufen wurde. Einige
5. Feinstaub in einer geschlossenen Anordnung mit ungleichmäßigem Lichtweg.
Versuchen wir dann auch, effektiv eine Art Interferometer zu bauen. Prüfen wir, ob ein Interferenzbild auftaucht. Und dann schauen wir, ob wir dieses Bild stören können, indem wir unsere Hand in den Lichtweg bringen.
Es gelingt uns, schöne Interferenzlinien im Bild zu erhalten. Bei einer besonders präzisen Einstellung wird eine Linie sogar ein ganzes Stück breiter als die Spiegeloberfläche. Wir sehen schöne und intensive Interferenzfarben. Wenn wir unsere Hand in den Lichtweg bringen, erscheinen farbige Fetzen aufsteigender Luft. Unsere Hand ist wärmer als die umgebende Luft, wodurch diese Turbulenzen entstehen. Diese haben einen anderen Brechungsindex, so dass sich dort die Interferenzfarben ändern. Wenn wir dann den Aufbau bis zum Maximum abdunkeln, sehen wir die Strähnen nicht mehr, aber der schwache, neblige und leuchtende Streifen um die Hand taucht wieder auf, wie wir ihn schon im dunklen Aufbau des Foucault-Tests beobachtet haben.
Wenn wir zwei Steine gleichzeitig und in geringem Abstand zueinander ins Wasser werfen, sehen wir, wie die Wellen, die der eine Stein verursacht, die Wellen des anderen „durchdringen“. Wo zwei Bergspitzen aufeinandertreffen, ist der Wasserstand höher, wo zwei Täler aufeinandertreffen, ist der Wasserstand niedriger. Wo ein Gipfel ein Tal füllt, bleibt der Wasserstand gleich. Dies wurde im vierten Kapitel erklärt.
Auch das Licht bewegt sich in Wellen. Wenn sich zwei Wellenberge berühren, ist das Licht unter genau definierten Bedingungen doppelt so stark. Das Gleiche gilt, wenn zwei Täler ineinander übergehen. Wenn jedoch ein Gipfel ein Tal ausfüllt, kommt es zu dem merkwürdigen Phänomen, dass Licht, das zu Licht hinzukommt, Dunkelheit ergibt.
Wir kennen dasselbe Prinzip, aber jetzt angewandt auf Schall, mit Kopfhörern mit Geräuschunterdrückung. Von einer empfangenen Schallwelle wird eine Kopie angefertigt, die dann mit einer Verzögerung von einer halben Wellenlänge zum ursprünglichen Ton hinzugefügt wird. Die Summe dieser beiden Töne ergibt dann… Stille.
Würde es uns auch gelingen, ein Interferometer zu bauen, bei dem sich die beiden Teilstrahlen mit einer Differenz von einer halben Wellenlänge (oder einem Vielfachen einer ungeraden Wellenlänge) vereinigen würden? Erhalten wir dann auch Dunkelheit? Was wird sich zeigen, wenn wir die Hand in den Lichtweg bringen? Nach langem Nachdenken und vielen praktischen Schwierigkeiten gelingt es uns. Wenn wir hinschauen, sehen wir ein breites Band oder sogar die gesamte Spiegelfläche, die von destruktiver Interferenz umhüllt ist. Wenn wir unseren Finger in den Lichtweg bringen, wird dieses so subtile Gleichgewicht gestört und wir sehen wieder ein leuchtendes Band um den Finger. Diesmal zeigt sich kein schwacher Nebel, wie wir ihn beim Foucault-Test gesehen haben. Wir sehen jedoch die gelbe Interferenzfarbe neben der schwarzen destruktiven Interferenz.
7. Feinstaub in einem Umkehrinterferometer.
Ein Umkehrinterferometer liefert ein Bild zusammen mit dem Spiegelbild. Legt man beispielsweise den Finger in die erste Hälfte des Lichtweges, z.B. in die linke Hälfte, so erscheint derselbe Finger in der rechten Hälfte des Spiegels, aber nun umgekehrt von links nach rechts. Dies führt sowohl in einem lichtstarken als auch in einem lichtschwachen Feld zu merkwürdigen Bildern.
Die ersten beiden Zeichnungen zeigen, was bei voller Helligkeit zu sehen ist. Auf dem letzten Bild ist das Licht gedämpft und wir sehen wieder ein schwach leuchtendes Band um den Finger und sein Spiegelbild. Im Grunde genommen bringen wir auf diese Weise ein gestörtes Bild mit einem ungestörten Bild zusammen.
8. Feinstaub und Mehrfachinterferenzen?
Bisher haben wir unsere Interferenzaufbauten auf zwei Teilstrahlen beschränkt, die sich miteinander verbinden. Wäre es aber möglich, z.B. zwei Interferenzen miteinander interferieren zu lassen? Was würde sich zeigen? Und könnte dies die Möglichkeit bieten, Anordnungen zu bauen, die noch empfindlicher sind als eine einzelne Interferenz von „nur“ zwei Teilstrahlen? Wir werden das hier weiter untersuchen.
9. Feinstaub in einem „modifizierten“ M&M-Versuch?
Abschließend werfen wir einen Blick zurück auf das M&M-Experiment, das wir zu Beginn dieses Textes erwähnt haben. Es zeigte tatsächlich keinen gleichmäßig verteilten feinen Sternenstaub. Einige verallgemeinerten, dass damit der ganze „Feinstaub“ nicht der Realität entspreche. Nach all den vorangegangenen Experimenten kann man sich immer noch fragen, ob diese feste Schlussfolgerung nicht unter Vorbehalt steht.
Ich denke über das Experiment von Michelson und Morley nach. Soweit wir wissen, wurde es mit einem Lichtstrahl durchgeführt, der in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wurde, die jeweils an einem flachen Spiegel reflektiert und anschließend wieder zusammengeführt wurden und miteinander interferierten. Es gibt also keinen konkaven Spiegel und auch kein divergierendes oder konvergierendes Licht. Keines der beiden Teilstrahlenbündel innerhalb des Aufbaus wurde gestört. Das war auch nicht die Absicht des Experiments. Der Fokus lag auf dem, was sich außerhalb des Interferometers befinden könnte: der gleichmäßig angenommene feine Sternenstaub.
Und was wäre, wenn wir das M&M-Experiment wiederholen würden, jetzt aber in einer leicht veränderten Version. Dann fällt uns ein, dass bei diesem Experiment tatsächlich kein – wenn auch gleichmäßig verteilter – Feinstaub außerhalb des Aufbaus zu finden ist, sondern dass innerhalb des Aufbaus im Gegenteil seine Existenz nachgewiesen werden kann. Und selbst wenn dies so wäre, erscheint es uns immer noch als eine seltsame Wendung des Schicksals. Ein Versuchsaufbau, der die Existenz von (gleichmäßigem) Feinstaub leugnen soll, scheint dann in abgewandelter Form tatsächlich die Existenz von Feinstaub zu bestätigen.
