Nennt man die Forderung der absoluten Zeit ebenfalls ein apr

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RELATIVITÄTSTHEORIE

UND ERKENNTNIS APRIORI

VON

HANS REICHENBACH

[Illustration]

BERLIN

VERLAG VON JULIUS SPRINGER

1920

Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung

in fremde Sprachen, vorbehalten.

Copyright 1920 by Julius Springer in Berlin.

ALBERT EINSTEIN

GEWIDMET

Inhaltsübersicht.

Seite

I. Einleitung 1

II. Die von der speziellen Relativitätstheorie behaupteten

Widersprüche 6

III. Die von der allgemeinen Relativitätstheorie behaupteten

Widersprüche 21

IV. Erkenntnis als Zuordnung 32

V. Zwei Bedeutungen des Apriori und die implizite

Voraussetzung Kants 46

VI. Widerlegung der Kantischen Voraussetzung durch die

Relativitätstheorie 59

VII. Beantwortung der kritischen Frage durch die

wissenschaftsanalytische Methode 71

VIII. Der Erkenntnisbegriff der Relativitätstheorie als

Beispiel der Entwicklung des Gegenstandsbegriffes 89

Literarische Anmerkungen 104

I. Einleitung.

Die ~Einsteinsche~ Relativitätstheorie hat die philosophischen

Grundlagen der Erkenntnis in schwere Erschütterung versetzt. Es

hat gar keinen Zweck, das zu leugnen, so zu tun, als ob diese

physikalische Theorie nur physikalische Auffassungen ändern konnte,

und als ob die philosophischen Wahrheiten von ihr unberührt in alter

Höhe thronten. Zwar stellt die Relativitätstheorie nur Behauptungen

über ~physikalische~ Meßbarkeitsverhältnisse und physikalische

~Größenbeziehungen~ auf, aber es muß durchaus zugegeben werden, daß

diese speziellen Behauptungen den allgemeinen ~philosophischen~

Grundbegriffen widerstreiten. Die philosophischen Axiome waren

von jeher, und auch in ihrer kritischen Form, so gefaßt, daß sie

zwar speziellen Ausdeutungen gegenüber invariant blieben, aber

immer eine bestimmte Gruppe von physikalischen Aussagen definitiv

ausschlossen; und gerade solche ausgeschlossenen Möglichkeiten

hat die Relativitätstheorie hervorgesucht und zum Leitfaden ihrer

physikalischen Annahmen gemacht.

Schon die spezielle Relativitätstheorie stellte schwere Anforderungen

an die Toleranz eines kritischen Philosophen. Sie nahm der Zeit den

Charakter eines nicht umkehrbaren Ablaufs und behauptete, daß es

Geschehnisse gäbe, deren zeitliche Aufeinanderfolge mit gleichem Recht

umgekehrt angenommen werden dürfte. Das ist zweifellos ein Widerspruch

zu der vorher geltenden Anschauung, auch zu dem Zeitbegriff ~Kants~.

Man hat diese Schwierigkeit gelegentlich beseitigen wollen, indem man

die „physikalische Zeit“ von der „phänomenologischen Zeit“ unterschied

und sich darauf bezog, daß die ~Zeit als subjektives Erlebnis~ immer

die irreversible Folge blieb. Aber in ~Kants~ Sinne ist diese Trennung

sicherlich nicht. Denn für ~Kant~ ist es gerade das Wesentliche einer

aprioren Erkenntnisform, daß sie eine ~Bedingung der Naturerkenntnis~

bildet, und nicht bloß eine subjektive Qualität unserer Empfindungen.

Wenn er auch gelegentlich von der Art, wie die Dinge unsere Wahrnehmung

„affizieren“, spricht, so meint er doch immer, daß diese subjektive

Form gleichzeitig eine objektive Form für die Erkenntnis ist, weil die

subjektive Komponente notwendig im Objektsbegriff enthalten ist; und er

würde nicht zugegeben haben, daß man für das physikalische Geschehen

mit einer anderen Zeitordnung arbeiten dürfte, als eben dieser in

der Natur des erkennenden Subjekts angelegten Form. Darum war es nur

folgerichtig, wenn bereits gegen die spezielle Relativitätstheorie

Einwände aus philosophischen Kreisen erhoben wurden, sofern sie aus dem

Begriffskreis der Kantischen Philosophie herrührten.

Durch die allgemeine Relativitätstheorie hat sich diese Lage aber noch

vielfach verschärft. Denn in ihr wurde nichts Geringeres behauptet, als

~daß die euklidische Geometrie für die Physik nicht verwandt werden

dürfte~. Man mache sich den weitgehenden Inhalt dieser Behauptung

einmal ganz klar. Zwar waren schon seit fast einem Jahrhundert Zweifel

an der aprioren Stellung der euklidischen Geometrie aufgetaucht.

Die Aufstellung nichteuklidischer Geometrieen hatte die Möglichkeit

begrifflicher Konstruktionen gezeigt, die den bekannten anschaulich

evidenten Axiomen ~Euklids~ widersprechen. ~Riemann~ hatte eine

allgemeine Mannigfaltigkeitslehre in analytischer Form begründet, in

der der „ebene“ Raum als Spezialfall erscheint. Man konnte, nachdem

die begriffliche Notwendigkeit der euklidischen Geometrie gefallen

war, ihre Sonderstellung nur dadurch begründen, daß man sie als

~anschaulich evident~ von den anderen Mannigfaltigkeiten unterschied,

und basierte auf diesen Vorzug allein -- übrigens ganz im Sinne

~Kants~ -- die Forderung, daß gerade diese Geometrie zur Beschreibung

der Wirklichkeit, also für die Physik, verwandt werden müßte. So war

der Widerspruch gegen die euklidische Geometrie auf einen Einwand

gegen ihre rein ~begriffliche~ Begründung zurückgeführt. Gleichzeitig

tauchte von der Seite der Empiristen erneuter Zweifel auf; man wollte

aus der Möglichkeit anderer Geometrieen folgern, daß die Sätze der

euklidischen Geometrie nur durch Erfahrung und Gewöhnung ihren für

unsere Anschauung zwingenden Charakter erhalten hätten. Und drittens

wurde von mathematischer Seite geltend gemacht, daß es sich in der

Geometrie nur um konventionelle Festsetzungen, um ein leeres Schema

handelte, das selbst keine Aussagen über die Wirklichkeit enthielte,

sondern nur als ihre Form gewählt sei, und das mit gleichem Recht durch

ein nichteuklidisches Schema ersetzt werden könnte[1]. Gegenüber diesen

Einwänden stellt aber der Einspruch der allgemeinen Relativitätstheorie

einen ganz neuen Gedanken dar. Diese Theorie stellt nämlich die ebenso

einfache wie klare Behauptung auf, daß die Sätze der euklidischen

Geometrie für die Wirklichkeit überhaupt ~falsch~ wären. Das ist in

der Tat etwas wesentlich anderes als die genannten drei Standpunkte,

denen allen gemeinsam ist, daß sie an der Geltung der euklidischen

Axiome nicht zweifeln, und die nur in der Begründung dieser Geltung

und ihrer erkenntnistheoretischen Deutung differieren. Man erkennt, daß

damit auch die kritische Philosophie vor eine ganz neue Frage gestellt

ist. Es ist gar kein Zweifel, daß ~Kants~ transzendentale Ästhetik von

der unbedingten Geltung der euklidischen Axiome ausgeht; und wenn man

auch darüber streiten kann, ob er in ihrer anschaulichen Evidenz den

Beweisgrund seiner Theorie des aprioren Raums, oder umgekehrt in der

Apriorität des Raumes den Beweisgrund ihrer Evidenz sieht, so bleibt

es doch ganz sicher, daß mit der ~Ungültigkeit~ dieser Axiome seine

Theorie unvereinbar ist.

Darum gibt es nur zwei Möglichkeiten: entweder ist die

Relativitätstheorie falsch, oder die ~Kant~ische Philosophie bedarf

in ihren ~Einstein~ widersprechenden Teilen einer Änderung[2]. Der

Untersuchung dieser Frage ist die vorliegende Arbeit gewidmet.

Die erste Möglichkeit erscheint nach den glänzenden Erfolgen der

Relativitätstheorie, ihrer wiederholten Bestätigung durch die

Erfahrung und ihrer Fruchtbarkeit für die theoretische Begriffsbildung

von vornherein unwahrscheinlich. Aber es soll hier nicht eine

physikalische Theorie bedingungslos übernommen werden, zumal, da die

erkenntnistheoretische Deutung ihrer Aussagen noch so umstritten

ist. Wir wählen deshalb folgendes Arbeitsverfahren. Es muß zunächst

festgestellt werden, welches die Widersprüche sind, die zwischen

der Relativitätstheorie und der kritischen Philosophie bestehen,

und welches die Voraussetzungen und Erfahrungsresultate sind, die

die Relativitätstheorie für ihre Behauptungen anführt[3]. Danach

untersuchen wir, von einer Analyse des Erkenntnisbegriffs ausgehend,

welche Voraussetzungen die Erkenntnistheorie ~Kants~ einschließt, und

indem wir diese den Resultaten unserer Analyse der Relativitätstheorie

gegenüberstellen, entscheiden wir, in welchem Sinne die Theorie

~Kants~ durch die Erfahrung widerlegt worden ist. Wir werden sodann

eine solche Änderung des Begriffs „apriori“ durchführen, daß dieser

Begriff mit der Relativitätstheorie nicht mehr in Widerspruch

tritt, daß vielmehr die Relativitätstheorie durch die Gestaltung

ihres Erkenntnisbegriffs als eine Bestätigung seiner Bedeutung

angesehen werden muß. Die Methode dieser Untersuchung nennen wir die

wissenschaftsanalytische Methode.

II. Die von der speziellen Relativitätstheorie behaupteten Widersprüche.

Wir werden in diesem und dem folgenden Abschnitt das Wort apriori im

Sinne ~Kants~ gebrauchen, also dasjenige apriori nennen, was die Formen

der Anschauung oder der Begriff der Erkenntnis als evident fordern.

Wir tun dies nur in der Absicht, gerade auf diejenigen Widersprüche

geführt zu werden, die zu aprioren Prinzipien eintreten, denn es treten

natürlich auch Widersprüche der Relativitätstheorie zu vielen anderen

Prinzipien der Physik auf. Irgendein Beweisgrund für die ~Geltung~

der Prinzipien soll aber mit der Kennzeichnung als apriori nicht

vorweggenommen sein[4].

In der speziellen Relativitätstheorie -- wir dürfen diese Theorie auch

heute noch als für ~homogene~ Gravitationsfelder gültig ansehen --

behauptet ~Einstein~, daß das ~Newton-Galilei~sche Relativitätsprinzip

der Mechanik mit dem Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit

unvereinbar sei, wenn nicht neben der Transformation der räumlichen

Koordinaten auch eine Zeittransformation vorgenommen wird, die dann zur

Relativierung der Gleichzeitigkeit und zur teilweisen Umkehrbarkeit der

Zeit führt. Dieser Widerspruch ist sicherlich richtig. Wir fragen: Auf

welche Voraussetzungen stützen sich ~Einsteins~ Prinzipien?

Das ~Galilei~sche Trägheitsprinzip ist gewiß ein Erfahrungssatz.

Es ist gar nicht einzusehen, warum ein Körper, auf den keine Kraft

wirkt, sich ständig bewegen soll; würden wir uns nicht so an diesen

Gedanken gewöhnt haben, so würden wir wahrscheinlich zunächst das

Gegenteil behaupten. Allerdings läßt Galilei auch den Ruhezustand als

kräftefrei zu. Aber darin liegt seine weitgehende Behauptung, daß die

gleichförmige Bewegung der Ruhe mechanisch völlig äquivalent sei. Durch

physikalische Relationen ist definiert, was eine Kraft ist. Aber daß

die Kraft nur bei Geschwindigkeits~änderungen~ auftritt, daß also die

Phänomene, die wir als Kraftwirkung kennen, an das Auftreten einer

~Beschleunigung~ geknüpft sind, ist gewiß nicht evident im Sinne einer

aprioren Einsicht. In dieser Auffassung ist also das ~Galilei~sche

Trägheitsprinzip zweifellos ein Erfahrungssatz.

Jedoch läßt sich diesem Prinzip eine andere Form geben. Es besagt

dann, daß eine gewisse Gruppe von Koordinatensystemen, nämlich

alle gegeneinander gleichförmig bewegten, für die Beschreibung des

mechanischen Vorgangs äquivalent seien. Die Gesetze der Mechanik

ändern ihre Form nicht, wenn man von einem dieser Systeme auf ein

anderes transformiert. In dieser Form ist die Aussage aber viel

allgemeiner als in der ersten Form. Das mechanische Gesetz kann

seine Form auch dann behalten, wenn sich die Größen der Kräfte

ändern; für die Erhaltung der Form wird nur verlangt, daß sich die

Kräfte im neuen System ebenso aus den Koordinaten ableiten, wie im

alten, daß also der ~Funktionalzusammenhang~ ungeändert bleibt.

Diese Aussage ist aber viel prinzipieller als die ~Galilei~sche. Das

Trägheitsprinzip, die Gleichberechtigung gleichförmig bewegter Systeme,

erscheint hier nur als besonderer Fall, es gibt nämlich diejenigen

Koordinatentransformationen an, bei welchen die Erhaltung des

Funktionalzusammenhangs speziell durch die Erhaltung der Kraft~größen~

herbeigeführt wird. Daß es solche Transformationen gibt, und welche

dies sind, kann allerdings nur die Erfahrung lehren. Aber daß das

physikalische ~Gesetz~, und nicht nur die ~Kraft~, invariant gegen

Koordinatentransformationen sein soll, liegt viel tiefer begründet.

Dieses Prinzip verlangt nämlich, in anderen Worten ausgedrückt, daß

der Raum keine physikalischen Eigenschaften haben soll, daß das Gesetz

bestimmt ist durch die Verteilung und die Natur der ~Dinge~, und die

Wahl des Bezugssystems keinen Einfluß auf den Vorgang haben kann.

Für den ~Kant~ischen Standpunkt, auf dem Raum und Zeit nur Formen

der Einordnung sind, und nicht Glieder der Wirklichkeit wie die

Materie und die Kräfte, ist das eigentlich selbstverständlich. Es muß

befremden, daß gegen die ~Galilei-Newton~schen Gesetze und auch gegen

die spezielle Relativitätstheorie nicht von philosophischer Seite

schon lange der Einwand erhoben wurde, daß die postulierte Invarianz

noch keineswegs ausreicht. Denn gerade die gleichförmige Translation

auszuzeichnen, liegt für den Philosophen kein Grund vor; wenn einmal

der Raum als Ordnungsschema und nichts physikalisch Gegenständliches

erkannt war, mußten auch alle beliebig bewegten Koordinatensysteme

für die Beschreibung der Geschehnisse äquivalent sein. ~Mach~ scheint

der einzige gewesen zu sein, der diesen Gedanken in aller Schärfe

aussprach; aber er vermochte nicht, ihn in eine physikalische Theorie

umzusetzen. Und niemand hat ~Einstein~ bei seiner Aufstellung der

speziellen Relativitätstheorie entgegengehalten, daß sie noch nicht

radikal genug sei. Erst ~Einstein~ selbst hat seiner Theorie diesen

Einwand gemacht, und hat dann den Weg gezeigt, eine wirklich allgemeine

Kovarianz durchzuführen. Die ~Kant~ische Philosophie mußte ihren

Grundbegriffen entsprechend schon immer die Relativität der Koordinaten

fordern; daß sie es nicht getan hat und die Konsequenzen nicht

ahnte, die in dieser Forderung implizit enthalten waren, liegt darin

begründet, daß erst die experimentelle Physik zur Aufdeckung einer

zweiten grundsätzlichen Forderung führen mußte, die der spekulativen

Betrachtung zu fern lag, um von ihr erkannt werden zu können.

Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist die physikalische Form dieser

zweiten Forderung. Durch empirische Beobachtung hatten die Physiker

sie entdeckt; aber als ~Einstein~ sie in seiner berühmten ersten

Abhandlung[5] zur Grundlage seiner speziellen Relativitätstheorie

machte, konnte er ihre Bedeutung schon in viel tieferem Zusammenhange

zeigen.

~Einstein~ ging davon aus, daß man, um in einem gewählten

Koordinatensystem an jedem Punkt die synchrone Zeit zu definieren,

einen mit bestimmter Geschwindigkeit sich ausbreitenden physikalischen

Vorgang braucht, der Uhren an verschiedenen Punkten zu vergleichen

gestattet. Über den Bewegungszustand dieses Vorgangs gegen

das Koordinatensystem muß man dann eine Hypothese machen; von

dieser Hypothese hängt die Zeit des Koordinatensystems und die

Gleichzeitigkeit an getrennten Punkten ab. Darum ist es unmöglich,

diesen Bewegungszustand zu bestimmen; denn für die Bestimmung müßte

eine Zeitdefinition vorausgesetzt sein. Alle Experimente darüber würden

nur lehren, welche Zeitdefinition man angewandt hat, oder sie würden

zu Widersprüchen mit den Konsequenzen der Hypothese führen, also eine

negative Auswahl treffen. In jeder „Koordinatenzeit“ ist daher eine

gewisse Willkür enthalten. Man reduziert diese Willkür auf ein Minimum,

wenn man die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Vorgangs als konstant,

von der Richtung unabhängig und gleich für alle Koordinatensysteme

ansetzt.

Es ist keineswegs gesagt, daß diese ~einfachste~ Annahme auch

~physikalisch zulässig~ ist. Sie führt z. B., wenn man an der

zeitlichen Nichtumkehrbarkeit der kausalen Abläufe festhält (Prinzip

der irreversiblen Kausalität), in ihren Konsequenzen dazu, daß es

keine größere Geschwindigkeit als die ausgewählte gibt; und mindestens

muß man deshalb unter allen bekannten Geschwindigkeiten die größte

auswählen, wenn sie zur Zeitdefinition geeignet sein soll. Darum war

die Lichtgeschwindigkeit geeignet, die Rolle dieser ausgezeichneten

Geschwindigkeit zu übernehmen. Es mußte dann noch festgestellt werden,

ob die durch diese Geschwindigkeit definierte Zeit zusammenfällt mit

der bisher durch die mechanischen Gesetze der Himmelskörper definierten

Zeit, d. h. ob nicht die in ihrer Einfachheit sicherlich tiefe Gesetze

darstellenden Formeln der Mechanik auf die Existenz einer noch größeren

unbekannten Geschwindigkeit hindeuteten. Als Entscheidung darüber

konnte der ~Michelson~sche Versuch betrachtet werden, der die Konstanz

der Lichtgeschwindigkeit für alle Systeme bewiesen hatte. Trotzdem

blieb es noch offen, ob nicht eines Tages Erfahrungen auftauchen

würden, die eine so einfache Annahme als Grundlage der Zeitdefinition

wie die Konstanz einer Geschwindigkeit unmöglich machten. Diese

Erfahrungen sind in der Tat aufgetaucht, allerdings erst nachdem die

theoretische Überlegung bereits die spezielle Relativitätstheorie

wieder aufgegeben hatte: die bei der letzten Sonnenfinsternis

beobachtete Lichtablenkung durch das Gravitationsfeld der Sonne ist

ein Beweis dafür, daß die genannte einfachste Zeitdefinition allgemein

nicht durchführbar ist. Die spezielle Relativitätstheorie wurde damit

auf den Spezialfall eines homogenen Gravitationsfeldes zurückgeführt.

Man erkennt an diesen Überlegungen, was in der Zeitauffassung der

speziellen Relativitätstheorie die empirische Grundlage ist. Aber über

der Grundlage des Erfahrungsmaterials erhebt sich der tiefe Gedanke

~Einsteins: daß eine Zeitdefinition ohne eine physikalische Hypothese

über bestimmte Ausbreitungsgeschwindigkeiten unmöglich ist~. Auch die

alte Definition einer absoluten Zeit erscheint nur als Spezialfall

dieser Auffassung: sie enthält die Hypothese, daß es eine mit unendlich

großer Geschwindigkeit sich ausbreitende Wirkung gibt.

Man beachte gerade diesen Zusammenhang. Es ist ~Einstein~ eingewandt

worden, daß seine Überlegungen nur zeigen, wie der Physiker mit seinen

beschränkten Hilfsmitteln niemals zu einer genauen „absoluten“ Zeit

kommen kann; an der Idee einer solchen Zeit und ihrer fortschreitend

approximativen Messung müßte festgehalten werden. Dieser Einwand

ist falsch. Die „absolute“ Zeit fordert einen Vorgang, der sich mit

unendlicher Geschwindigkeit ausbreitet; ein solcher Vorgang würde aber

unseren Vorstellungen über die kausale Wirkungsübertragung durchaus

widersprechen. Es ist eine schon von vielen Philosophen erhobene

Forderung, daß Fernkräfte nicht angenommen werden dürfen; aber diese

bedeuten nichts anderes als die unendlich rasche Wirkung zwischen zwei

entfernten Punkten. Schreibt man der Kraftübertragung eine mit der

Entfernung wachsende endliche Dauer zu, so kann man sie sich immer

als von Punkt zu Punkt wandernd, also als Nahewirkung, vorstellen; ob

man dabei von einem Äthermedium spricht, ist dann mehr eine Sache des

sprachlichen Ausdrucks. Man kann das Prinzip der Nahewirkung genau so

gut ein apriores Prinzip nennen, wie etwa ~Kant~ die Unzerstörbarkeit

der Substanz apriorisch genannt hat. Die genaue Bestimmung der

absoluten Zeit wird also durch ein apriores Prinzip auf jeden Fall

ausgeschlossen. Es hätte höchstens Sinn, eine stetige Annäherung an

die absolute Zeit als möglich festzuhalten. Dann darf es aber für

die physikalisch möglichen Geschwindigkeiten eine obere Grenze nicht

geben. Darüber läßt sich nun apriori nichts aussagen, sondern das

ist eine rein physikalische Frage. Wenn etwa -- und gerade das haben

alle experimentellen Untersuchungen zur Relativitätstheorie gelehrt

-- schon für die Erzeugung einer bestimmten endlichen Geschwindigkeit

die Energie unendlich werden sollte, so ist die Herstellung beliebiger

Geschwindigkeiten sicherlich physikalisch unmöglich. Zwar geht das

aus den alten Formeln nicht hervor, aber diese Formeln sind empirisch

gewonnen, und mit vollem Recht konnte die Relativitätstheorie

sie durch andere ersetzen, in denen z. B. die kinetische Energie

eines Massenpunktes mit Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit

unendlich wird. Ebensogut, wie es etwa physikalisch unmöglich ist,

die Energie eines abgeschlossenen Systems zu vermehren, oder durch

fortschreitende Abkühlung eine gewisse untere Grenze der Temperatur

zu unterschreiten[A], kann auch die beliebige Steigerung der

Geschwindigkeit physikalisch unmöglich sein. Denkbar ist natürlich

das eine wie das andere, aber es handelt sich hier gerade um das

~physikalisch Erreichbare~. Wenn ein physikalisches Gesetz existiert,

das den Geschwindigkeiten eine obere Grenze vorschreibt, dann ist

auch eine Annäherung an die „absolute“ Zeit unmöglich, nicht bloß die

Erreichung des Idealzustands. Dann hat es aber keinen Sinn mehr, von

einer „idealen Zeit“ auszugehen, denn nur solche Idealmaßstäbe dürfen

wir aufstellen, die wenigstens durch fortschreitende Approximation

erreichbar sind und dadurch ihren Sinn für die Wirklichkeit erhalten[6].

[A] Man wende nicht ein, daß eine untere Grenze für die Temperatur

anschaulich notwendig sei, weil die Bewegung der Moleküle einmal

aufhören müßte. Woher weiß ich denn, daß dieser Nullpunkt der

kinetischen Energie bereits bei einer endlichen negativen

Temperatur erreicht wird, und nicht erst bei negativ unendlicher

Temperatur? Allein aus der Erfahrung. Ebenso ist die Erfahrung

möglich, daß die unendlich große kinetische Energie bereits bei

einer endlichen Geschwindigkeit erreicht wird.

Wir fassen unsere Überlegungen zusammen. Das Prinzip der Relativität

aller Koordinatensysteme, auch nur angewandt auf eine bestimmte Klasse

von Koordinaten (nämlich auf gegeneinander gleichförmig bewegte

Systeme), und das Prinzip der Nahewirkung lassen die absolute Zeit

nur dann zu, wenn eine obere Grenze für die physikalisch erreichbaren

Geschwindigkeiten nicht existiert. Beide Prinzipien dürfen wir, in dem

bisherigen Sinne des Wortes, mit gutem Recht als apriori bezeichnen.

Die Frage der oberen Grenze für die physikalisch erreichbaren

Geschwindigkeiten ist aber eine empirische Angelegenheit der Physik.

Darum wird auch die Zeitdefinition von empirischen Gründen mitbestimmt,

sofern man an dem Prinzip festhält, daß nur der durch Empirie

approximierbare Maßstab als Norm aufgestellt werden darf (Prinzip des

approximierbaren Ideals). Den verbindenden Gedanken vollzieht dabei

~Einsteins~ Entdeckung, daß die Zeit eines Koordinatensystems nur unter

Zugrundelegung eines physikalischen Ausbreitungsvorgangs definiert

werden kann.

Nennt man die Forderung der absoluten Zeit ebenfalls ein apriores

Prinzip, so wird hiermit der Widerstreit mehrerer apriorer Prinzipien

behauptet, genauer die Unvereinbarkeit ihrer gemeinsamen Geltung mit

der Erfahrung. Denn die Annahme einer absoluten Zeit impliziert immer,

in welcher Form sie auch definiert wird, die Möglichkeit beliebig

großer, physikalisch herstellbarer Geschwindigkeiten. Allerdings

wird sich der experimentelle Beweis für die Unüberschreitbarkeit

der Lichtgeschwindigkeit niemals exakt führen lassen. Aus gewissen

Beobachtungen an kleineren Geschwindigkeiten müssen wir schließen,

daß die Lichtgeschwindigkeit die obere Grenze ist, z. B. beobachten

wir an Elektronen, daß mit Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit die

kinetische Energie ins Unendliche wächst. Für die Lichtgeschwindigkeit

selbst können wir die Beobachtung nicht ausführen; es handelt sich

also stets um eine Extrapolation. Auch der ~Michelson~sche Versuch

ist ein Beweis nur, wenn man besonders ausgeklügelte Theorien

zur Rettung des alten Additionstheorems der Geschwindigkeiten

zurückweist. Die Extrapolation hat deshalb immer nur eine gewisse

Wahrscheinlichkeit für sich. Wir wollen den Grundsatz, daß man für

ein Erfahrungsmaterial die wahrscheinlichste Extrapolation verwendet,

das ~Prinzip der normalen Induktion~ nennen. Allerdings verbirgt

sich hinter dem Begriff „~wahrscheinlichste Extrapolation~“ noch

eine Unbestimmtheit. Man kann sich auf den Standpunkt stellen, daß

solche Extrapolationen, die zum Widerspruch gegen gewisse allgemeine

Voraussetzungen führen, unmöglich sind, also bei der Auswahl der

wahrscheinlichsten überhaupt ausgeschieden werden müssen. Es gibt aber

Grenzfälle, in denen ein solches Verfahren der Forderung der Evidenz

widerspricht. Denken wir uns z. B. die Werte der kinetischen Energie

des Elektrons für Geschwindigkeiten von 0-99% der Lichtgeschwindigkeit

experimentell bestimmt und graphisch aufgetragen, so daß sie eine

Kurve ergeben, die sich bei 100% offensichtlich einer Asymptote

anschmiegt. Dann wird wohl niemand behaupten, daß die Kurve zwischen

99% und 100% noch einen Knick macht, so daß sie erst für unendlich

große Geschwindigkeiten ins Unendliche geht. In der Tat basiert die

Konstanz der Lichtgeschwindigkeit nach den bisherigen Erfahrungsdaten,

den ~Michelson~schen Versuch eingerechnet, nicht auf einer geringeren

Wahrscheinlichkeit als der des geschilderten Beispiels. Wir

begnügen uns hier mit einer bloßen Veranschaulichung des Prinzips

der normalen Induktion, um seinen aprioren Charakter im Sinne des

Evidenzkriteriums aufzuzeigen; und wir werden erst im Abschnitt VI auf

die erkenntnistheoretische Stellung dieses Prinzips näher eingehen.

Wir behaupten also, nach der speziellen Relativitätstheorie, daß die

Prinzipien:

Prinzip der Relativität gleichförmig bewegter Koordinaten

Prinzip der irreversiblen Kausalität

Prinzip der Nahewirkung

Prinzip des approximierbaren Ideals

Prinzip der normalen Induktion

Prinzip der absoluten Zeit

mit den experimentellen Beobachtungen gemeinsam unvereinbar sind. Man

kann alle diese Prinzipien mit gleichem Recht ~apriore~ Prinzipien

nennen. Zwar sind sie nicht alle von ~Kant~ selbst als apriori genannt.

Aber sie besitzen alle das Kriterium der Evidenz in hohem Maße, und sie

stellen grundsätzliche Voraussetzungen dar, die von der Physik bisher

immer gemacht wurden. Wir erwähnen diese ihre Eigenschaft nur deshalb,

weil damit der behauptete Widerspruch von einem physikalischen zu

einem philosophischen Problem wird. Sollte aber unsere Auffassung

Widerspruch finden und die Evidenz für einige dieser Prinzipien, z.

B. das der Nahewirkung, bestritten werden, so wird das den Beweisgang

unserer Untersuchungen nicht stören. Man mag diese einzelnen Prinzipien

dann als Erfahrungssätze betrachten; dann ist das Prinzip der normalen

Induktion, das wir in der Zusammenstellung besonders aufführten, in

ihnen nochmals implizit enthalten.

Bemerkt sei noch, daß in den Annahmen der speziellen

Relativitätstheorie ein Widerspruch zum ~Kausalprinzip~ nicht enthalten

ist. Im Gegenteil gewinnt hier die Kausalität eine Auszeichnung:

solche Zeitfolgen, die als kausale Folgen anzusehen sind, sind nicht

umkehrbar. Man kann sagen, daß die Kausalität objektive Folgen in

das Zeitschema hineinträgt, während dieses selbst keinen absoluten

Charakter hat.

~Minkowski~ hat den ~Einstein~schen Gedanken eine Formulierung gegeben,

die es erlaubt, sie in viel übersichtlicherer Form auszudrücken. Er

definiert eine x_{4}-Koordinate durch x_{4} = ict und leitet die

Lorentztransformation aus der Forderung ab, daß das Linienelement der

4-dimensionalen Mannigfaltigkeit

ds^2 = Σ_{1}^4 dx_{ν}^2

invariant sein soll, daß also die Transformationen diesen einfachen

Ausdruck für das Linienelement nicht zerstören sollen. In dieser

Behauptung ist dann sowohl das Prinzip der Relativität aller

gleichförmig bewegten Systeme als auch das Prinzip der Konstanz der

Lichtgeschwindigkeit enthalten. Man kann daher beide Forderungen

zusammenfassen in die eine der ~Relativität aller orthogonalen

Transformationen in der Minkowski-Welt~. Die Konstanz der

Lichtgeschwindigkeit kommt dann gleichsam von selbst hinein. Diese

Geschwindigkeit ist der Maßeinheitsfaktor, mit dem man die in Sekunden

gemessene Zeit multiplizieren muß, damit sie den in Zentimetern

gemessenen räumlichen Achsen äquivalent wird und mit ihnen zu einem

symmetrischen Vierfachsystem zusammengefaßt werden kann. Es würde der

vierdimensionalen Relativität widersprechen, wenn dieser Faktor für die

einzelnen Systeme verschieden wäre.

Man muß jedoch beachten, daß das ~Minkowski~sche Prinzip nichts anderes

ist als eine elegante und fruchtbare Formulierung der ~Einstein~schen

Gedanken. An deren physikalisch-philosophischem Inhalt ändert sie

nichts. Sie fordert nicht etwa eine Abänderung unserer Raumanschauung,

denn die Einführung der vierten Koordinate ist lediglich eine formale

Angelegenheit. Und sie behauptet auch nicht, wie es gelegentlich

hingestellt wird, eine Vertauschbarkeit von Raum und Zeit. Im Gegenteil

sind raumartige und zeitartige Vektoren in der ~Minkowski~-Welt

grundsätzlich unterschieden und lassen sich durch keine physikalisch

mögliche Transformation ineinander überführen.

Es muß noch untersucht werden, wieweit die allgemeine

Relativitätstheorie die Annahmen der speziellen geändert hat,

und ob sich unsere bisherigen Formulierungen auch noch aufrecht

halten lassen, wenn man die Entdeckungen der allgemeinen Theorie

als bekannt voraussetzt. Denn gerade das Prinzip der Konstanz der

Lichtgeschwindigkeit, das in unseren Überlegungen eine so wichtige

Rolle spielte, ist von der neuen Theorie aufgegeben worden.

Nach ~Einsteins~ zweiter Theorie gilt die spezielle Relativität nur

für den Spezialfall eines homogenen Gravitationsfeldes, und für alle

anderen Felder, z. B. die Zentralfelder unseres Planetensystems, läßt

sich eine so einfache Annahme wie die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit

nicht mehr durchführen. Damit ist die spezielle Theorie auf sehr

beschränkte Gebiete zurückgedrängt worden, denn Felder, in denen

die Feldstärke überall gleich und gleichgerichtet ist, sind mit

einiger Näherung nur in kleinen Dimensionen verwirklicht und werden

die Sehweite des menschlichen Auges kaum überschreiten. Will man

in einem ausgedehnteren Koordinatensystem, in dem sich zentrale

Gravitationsfelder bemerkbar machen, die Gleichzeitigkeit zweier

Vorgänge definieren, so muß man für die Ausbreitung des Lichtes eine

kompliziertere Annahme machen, nach der der Strahl eine krumme Bahn

zurücklegt, die in den einzelnen Teilstrecken mit verschiedener

Geschwindigkeit durchlaufen wird. Auch hier wird die Gleichzeitigkeit

von der Koordinatenwahl abhängen und nur relative Bedeutung haben;

dieser Widerspruch zur alten Auffassung bleibt also bestehen. Aber

wenn man einmal für das Licht selbst größere Geschwindigkeiten als

c = 3·10^{10} cm p. sec. zuläßt, so entsteht die Frage, ob damit nicht

die Bedeutung dieser Geschwindigkeit als einer oberen Grenze aufgegeben

ist.

Das ist jedoch keineswegs der Fall. Auch im Gravitationsfeld ist die

Lichtgeschwindigkeit die obere Grenze, wenn auch ihr Zahlwert anders

ist. Physikalische Vorgänge mit Überlichtgeschwindigkeit gibt es auch

hier nicht. Für jedes Volumelement des Raumes hat c einen bestimmten

Zahlwert, der von keinem physikalischen Vorgang überschritten werden

kann. Dieser Zahlwert hat alle Eigenschaften der früher benutzten

Konstanten c = 3·10^{10}, wenn man für das Volumenelement das

Inertialsystem aufsucht. Wenn also auch die obere Grenze aller

Geschwindigkeiten ihren Zahlwert von Ort zu Ort ändert, so behält

sie doch immer ihre Eigenschaft als einer ~oberen Grenze~. Für jedes

Volumelement -- und nur für ein solches läßt sich überhaupt noch eine

Zeitdefinition nach dem Muster der speziellen Relativitätstheorie

durchführen -- gilt also unsere vorher angewandte Betrachtung und der

behauptete Widerspruch apriorer Prinzipien.

Trotzdem läßt sich noch ein Einwand machen. Wesentlich für unsere

Überlegungen war, daß man auch nicht von einer ~allmählichen

Annäherung~ an eine absolute Zeit sprechen kann, daß man diesen

Begriff auch nicht im Sinne eines zwar unerfüllten, aber doch stetig

approximierbaren Ideals gelten lassen kann. Ist es nun, vom Standpunkt

der allgemeinen Theorie, nicht wenigstens möglich, dem Volumelement

eine beliebig große Zahl c > 3·10^{10} zuzuordnen, so daß die

Annäherung an die absolute Zeit beliebig genau wird?

Nein, das ist nicht möglich. Denn die Zahl c für das gewählte

Volumelement ist abhängig von der Massenverteilung im Universum, und

sie würde ihren Wert erst vergrößern, wenn die gesamte Massenerfüllung

des Kosmos dichter würde. Wir sollen uns jedoch nicht darauf

berufen, daß eine solche Änderung außerhalb unserer experimentellen

Möglichkeiten läge. Das Wesentliche ist vielmehr, daß bei dieser

Änderung auch der Zustand des Volumelements geändert würde, daß

alle dort aufgestellten Uhren und Maßstäbe eine nichteuklidische

Deformation erfahren würden, und daß deshalb die frühere Zeitmessung

nicht mit der späteren verglichen werden kann. Es hätte keinen Sinn,

selbst wenn wir eine solche Änderung der Massenverteilung herbeiführen

könnten, die Zeitmessung mit der größeren Konstanten c als eine

Genauigkeitssteigerung gegen die vorhergehende zu betrachten. Daß

die Konstante c einen größeren Wert hat, bedeutet immer nur eine

Beziehung auf die Einheitsuhr; aber wenn diese selbst durch die

Änderung beeinflußt ist, hat der Vergleich mit dem früheren Zustand

seinen Sinn verloren. Zweckmäßig erschiene es allein, den Wert von c

festzuhalten, etwa (wie es vielfach geschieht) c = 1 zu setzen für alle

Inertialsysteme, und die Änderung der Uhren umgekehrt daran zu messen.

Wir bemerken den Unterschied dieser Zusammenhänge gegenüber anderen

physikalischen Betrachtungen. Wenn man in irgend einer physikalischen

Anordnung die Genauigkeit steigert, so ist dies immer möglich, ohne

die Anordnung selbst prinzipiell zu ändern, indem nur einzelne Teile

eine Änderung erfahren. Benutzt man etwa eine fliegende Flintenkugel

zur Signalübertragung, so läßt sich zum Zweck der Genauigkeitserhöhung

ihre Geschwindigkeit steigern, indem man die Pulverladung vergrößert;

diese Änderung hat keinen Einfluß auf den Zustand des Raumes. Die Größe

c ist aber nicht eine Funktion bestimmter Einzelvorgänge, sondern

der Ausdruck eines ~universalen Zustands~, und alle Meßmethoden sind

nur innerhalb dieses Zustands vergleichbar. Die Eigentümlichkeit,

daß innerhalb jedes Universalzustands eine obere Grenze c für jedes

Volumelement existiert, bleibt aber erhalten, und darum gilt der oben

behauptete Widerspruch der Prinzipien unverändert weiter, auch wenn man

die spezielle Relativitätstheorie als Spezialfall in die allgemeine

einordnet.

Wir geben diese zusätzlichen Erörterungen nur, um zu zeigen, daß die

allgemeine Theorie den erkenntnislogischen Grundsatz der speziellen

nicht aufgegeben hat. Die ~Geltung~ der allgemeinen Theorie aber ist

ein besonderes Problem und soll im folgenden Abschnitt analysiert

werden.

III. Die von der allgemeinen Relativitätstheorie behaupteten

Widersprüche.

Wir gehen jetzt zur allgemeinen Relativitätstheorie über. Sie

behauptet, daß ein euklidischer Raum für die physikalische Wirklichkeit

nicht angenommen werden darf. Wir fragen: welches sind die Prinzipien

und Erfahrungen, auf die sich die Theorie zur Begründung beruft? Warum

nennt sie die Annahme eines euklidischen Raumes falsch?

~Einstein~ sagt in seiner grundlegenden Schrift: „Es kommt mir in

dieser Abhandlung nicht darauf an, die allgemeine Relativitätstheorie

als ein möglichst einfaches logisches System mit einem Minimum von

Axiomen darzustellen. Sondern es ist mein Hauptziel, diese Theorie

so zu entwickeln, daß der Leser die psychologische Natürlichkeit

des eingeschlagenen Weges empfindet und daß die zugrunde gelegten

Voraussetzungen durch die Erfahrung möglichst gesichert erscheinen[7].“

Diese Art der Begründung ist für den Physiker berechtigt, denn ihm

kommt es nicht auf die starre Aufrechterhaltung philosophischer

Prinzipien an, sondern auf eine möglichst enge Anschmiegung seiner

Gedankenbilder an die Wirklichkeit. Der Philosoph aber muß Rechenschaft

fordern für eine Abweichung von so fundamentalen Prinzipien, wie sie

die euklidische Geometrie enthält. Indem wir die Begründung der Theorie

daraufhin ordnen, werden wir finden, daß ~Einsteins~ Darstellung in

Wahrheit eine viel tiefere Begründung gibt, als er selbst in den

begleitenden Worten beansprucht.

Wir hatten schon in den Ausführungen zur speziellen Relativitätstheorie

betont, daß die allgemeine Relativität aller Koordinatensysteme vom

Standpunkt der kritischen Philosophie nur selbstverständlich ist, und

brauchen daher auf diese Forderung nicht mehr einzugehen. Wir fragen

aber: Warum führt sie zur Aufgabe des euklidischen Raumes?

Wir denken uns ein homogenes Gravitationsfeld von großer Ausdehnung und

darin ein Inertialsystem angenommen. In diesem Koordinatensystem ist

dann das Gravitationsfeld überall gleich Null. Wir wissen, daß dann das

vierdimensionale Linienelement

ds^2 = Σ_{1}^4 dx_{ν}^2

sich als Summe von Quadraten der Koordinatendifferentiale ausdrückt.

Führen wir jetzt neue Koordinaten durch eine beliebige Substitution

ein, etwa ein System, das sich gegen das Inertialsystem beschleunigt

bewegt, so wird das Linienelement seine einfache Form nicht bewahren,

sondern in einen gemischt quadratischen Ausdruck übergehen:

ds^2 = Σ_{1}^4 g_{μν} dx_{μ} dx_{ν}.

Dieser Ausdruck ist nach ~Gauß~ und ~Riemann~ charakteristisch

für eine nichteuklidische Geometrie[B]. Die darin auftretenden

Koeffizienten g_{μν} drücken sich durch die Beschleunigung des

zweiten Koordinatensystems gegen das Inertialsystem aus, und da diese

Beschleunigung unmittelbar das für das zweite System bestehende

Schwerefeld charakterisiert, so dürfen wir sie als ein Maß für dieses

Schwerefeld bezeichnen. Wir sehen also: der Übergang von einem

schwerelosen Feld in ein Gravitationsfeld ist mit einem Übergang

zu nichteuklidischen Koordinaten verknüpft, und die Metrik dieser

Koordinaten ist ein Maß für das Gravitationsfeld. Von hier aus hat

~Einstein~ den Schluß gezogen, daß ~jedes~ Gravitationsfeld, nicht

bloß das durch Transformation erzeugte, sich durch Abweichung von der

euklidischen Gestalt des Raumes ausdrücken muß.

[B] Wir gebrauchen hier das Wort „euklidisch“ für die

vierdimensionale Mannigfaltigkeit im üblichen Sinne. Obgleich

wir die folgenden Betrachtungen für die vierdimensionale

Raum-Zeit-Mannigfaltigkeit anstellen werden, gelten sie ebenso für

den durch diese definierten dreidimensionalen Raum, denn wenn die

erstere eine ~Riemann~sche Krümmung aufweist, ist auch der letzte

notwendig gekrümmt, und wenn die erstere euklidisch ist, läßt sich

auch der letztere immer euklidisch wählen. Vgl. für die Analogie

dieser beiden Mannigfaltigkeiten ~Erwin Freundlich~, Anmerkung 3,

S. 29 ff.

Es handelt sich also um eine Extrapolation. Eine solche ist aber immer

auf verschiedenen Wegen möglich; wir müssen fragen, welche Prinzipien

gerade zu der ~Einstein~schen Extrapolation geführt haben.

Betrachten wir das geschilderte Gravitationsfeld noch genauer. Daß wir

durch die Forderung der allgemeinen Relativität auf nichteuklidische

Koordinaten geführt werden, diese also als gleichberechtigt

neben den euklidischen zulassen müssen, wird durch das Beispiel

hinreichend bewiesen. Aber die dabei entstandene nichteuklidische

Raum-Zeit-Mannigfaltigkeit hat noch eine besondere Eigentümlichkeit:

es lassen sich in ihr Koordinaten so wählen, daß das Linienelement an

jedem Punkt euklidisch wird. Damit ist aber für das nichteuklidische

Koordinatensystem eine weitgehende Einschränkung gegeben, es folgt z.

B. daß das ~Riemann~sche Krümmungsmaß dieses Systems überall gleich

Null wird. Ein solcher Raum ist nur scheinbar nichteuklidisch, in

Wahrheit hat er keine andere Struktur als der euklidische Raum. Auch

der dreidimensionale euklidische Raum läßt sich durch nichteuklidische

Koordinaten ausdrücken. Man braucht dazu nur irgendwelche

krummlinige schiefwinklige Koordinaten zu wählen, dann wird das

Linienelement zu einem gemischt quadratischen Ausdruck. Bereits die

gewöhnlichen Polarkoordinaten liefern für das Linienelement eine

von der reinen Quadratsumme abweichende Form. Sieht man von ihrer

anschaulichen Bedeutung ab und betrachtet sie als eine dreiachsige

Mannigfaltigkeit, ähnlich den drei Achsen des Raumes, so stellen sie

also einen nichteuklidischen Raum dar. Man kann die Darstellung des

euklidischen Raumes durch Polarkoordinaten als eine Abbildung auf einen

nichteuklidischen Raum auffassen. Das Krümmungsmaß aber bleibt dabei

gleich Null.

Das gewählte Beispiel zeigt daher nur die Gleichberechtigung

pseudo-nichteuklidischer Räume mit den euklidischen. Wenn also die

~Einstein~sche Theorie, indem sie von homogenen Gravitationsfeldern

zu beliebigen inhomogenen Feldern übergeht, die Notwendigkeit echter

nichteuklidischer Koordinaten behauptet, so geht sie damit wesentlich

über den Gedanken des Beispiels hinaus. Sie behauptet damit, daß

es für den allgemeinen Fall nicht möglich ist, den Koordinaten die

euklidische Form zu geben. Wir stehen also vor einer sehr weitgehenden

Extrapolation. Näher liegend erscheint eine solche Theorie, für

die auch im allgemeinen Falle die Transformation auf euklidische

Koordinaten möglich ist, in der also auch der massenerfüllte Raum das

Krümmungsmaß Null behält.

Auch das von ~Einstein~ angeführte Beispiel der rotierenden

Kreisscheibe[8] kann eine so weitgehende Verallgemeinerung nicht als

notwendig beweisen. Es ist allerdings richtig, daß ein auf der Scheibe

befindlicher mitrotierender Beobachter für den Quotienten aus Umfang

und Durchmesser der Scheibe eine größere Zahl als π erhält, daß also

für ihn und sein mitrotierendes Koordinatensystem die euklidische

Geometrie nicht gilt. Aber der Beobachter würde sehr bald entdecken,

daß die Meßresultate wesentlich einfacher würden, wenn er ein (von

ihm aus gesehen) rotierendes System einführt -- das nämlich der

Scheibe entgegen mit gleicher Geschwindigkeit rotiert, so daß es in

der umgebenden Ebene ruht -- und daß er von diesem Bezugssystem aus

alle Vorgänge in euklidischer Geometrie beschreiben kann. Auch eine

synchrone Zeit kann er für dieses System definieren (was für die

Scheibe selbst bekanntlich nicht möglich ist). Dieses Bezugssystem

würde für ihn etwa die Rolle spielen, wie das von den Astronomen

gesuchte Inertialsystem des Sonnensystems, das für die ~Newton~schen

Gleichungen fingiert wird. Die Geometrie der rotierenden Kreisscheibe

ist also ebenfalls pseudo-nichteuklidisch; ihr Krümmungsmaß ist gleich

Null.

Wir fragen deshalb, ob nicht eine Gravitationstheorie mit weniger

weitgehender Extrapolation möglich ist als die ~Einstein~sche. Wir

wollen folgende Forderungen an sie stellen:

a) die Theorie soll für homogene Felder übergehen in die spezielle

Relativitätstheorie;

b) die Theorie soll in jedem Fall die Möglichkeit einer

euklidischen Koordinatenwahl zulassen.

In der Tat ist eine solche Theorie möglich; die beiden Forderungen

stehen also in keinem Widerspruch. Z. B. könnte das nach Forderung

b definierte Koordinatensystem dadurch entstehen, daß man in jedem

Punkt des Feldes die Feldstärke mißt, den Mittelwert aller Feldstärken

bildet und dasjenige System bestimmt, in dem dieser Mittelwert ein

Minimum wird. Für konstante Feldstärke, also homogenes Feld, wäre

dann das Mittel gleich der konstanten Feldstärke, also ein Minimum in

demjenigen System, in dem die Feldstärke gleich Null ist; das wäre dann

das Inertialsystem. So wäre der Anschluß der allgemeinen Theorie an den

Spezialfall des homogenen Feldes und die spezielle Relativitätstheorie

vollzogen. Natürlich müßte die angenommene Hypothese für das

ausgezeichnete System noch mit der Erfahrung verglichen werden.

Bemerkt sei übrigens, daß diese Auszeichnung eines Systems nicht etwa

der Relativität der Koordinaten widerspricht. Daß der Raum sich in

verschiedenen Systemen verschieden ausdrückt, ist selbstverständlich

und keine physikalische Bevorzugung. Auch das homogene Gravitationsfeld

kennt ja das ausgezeichnete euklidische System.

Jedoch ist die Voraussetzung a nicht die von ~Einstein~ gewählte. Zwar

hält auch er an einem stetigen Übergang seiner Theorie in die spezielle

fest. Die Voraussetzung a vollzieht diesen Übergang, indem sie bei

~festgehaltenem Raumgebiet~ die Feldstärken in den verschiedenen

Punkten einander gleich werden läßt. Es gibt aber noch eine andere

Form des Übergangs. Die Feldstärke muß als stetige Funktion des Raums

angenommen werden; dann sind unendlich kleine Feldgebiete homogen.

Wir können also den Übergang zum homogenen Feld auch in der Weise

vollziehen, daß wir ~bei festgehaltener Feldstärke~ das Raumgebiet

immer kleiner werden lassen. Diesen Übergang können wir in jedem

Punkte des Feldes vornehmen, und wir wollen deshalb die folgende

~Einstein~sche Voraussetzung für die Extrapolation machen:

c) die Theorie soll in jedem Punkt des Feldes für unendlich kleine

Gebiete übergehen in die spezielle Relativitätstheorie.

Wir fragen: Ist mit dieser Forderung c die Forderung b vereinbar?

Wir denken uns in einem inhomogenen Gravitationsfeld ein kleines Gebiet

G_{1} ausgesucht, das wir als hinreichend homogen betrachten dürfen.

Dort können wir ein Inertialsystem K_{1} wählen; in ihm verschwindet

die Feldstärke. Das System nach Forderung b, das in jedem Punkte

des Feldes euklidisch ist, muß also zu der Schar der gegen K_{1}

gleichförmig translatorisch bewegten Systeme gehören, denn sonst könnte

es für G_{1} nicht euklidisch sein. Dieselbe Überlegung wende ich nun

auf ein zweites, entferntes Gebiet G_{2} an, in dem die Feldstärke

einen anderen Wert hat als in G_{1}. Die Inertialsysteme K_{2} in G_{2}

müssen gegen K_{1} eine beschleunigte Bewegung ausführen, gehören also

nicht zur Schar der Inertialsysteme in G_{1}. Damit das System nach

Forderung b in beiden Punkten euklidisch wird, müßte es sowohl zur

Schar K_{1} wie zur Schar K_{2} gehören, das ist ein Widerspruch. Also

ist Forderung c mit Forderung b nicht vereinbar.

Relativitätstheorie und Erkenntnis Apriori · 第 1 / 8 段