Fernwirkung und Nahwirkung

Fernwirkung und Fernwirkungskräfte

Das von ISAAC NEWTON (1643-1727) entdeckte Gravitationsgesetz und das von CHARLES AUGUSTIN DE COULOMB (1736-1806) gefundene coulombsche Gesetz (Bild 1) legten die Auffassung nahe, dass die Kräfte zwischen den Körpern direkt und unmittelbar wirken. Ein verbindendes Medium war weder in dem einen nach in dem anderen Fall erkennbar. Der Raum zwischen den Körpern wurde deshalb auch nicht mit in die Betrachtungen einbezogen. Man ging lange von der Hypothese aus:
Die Kräfte zwischen massebehafteten Körpern bzw. zwischen elektrisch geladenen Körpern wirken unmittelbar und direkt zwischen den beteiligten Körpern. Der Raum zwischen ihnen spielt dabei keine Rolle. Keine Rolle spielt auch die Entfernung der Körper. Es tritt also eine Fernwirkung zwischen Körpern auf, die betreffenden Kräfte sind Fernwirkungskräfte, die ohne Zeitverzug zwischen den Körpern wirken. Diese Auffassung wird auch als Fernwirkungstheorie bezeichnet. Sie hat aber, wie sich später herausstellte, einen entscheidenden Mangel: Betrachtet man zwei sehr weit entfernte geladene Körper mit den Ladungen $Q_1{\text{und Q}}_{\text{2}}$ und verändert sich die Ladung eines der Körper oder ihre Entfernung voneinander, so müsste nach der Fernwirkungstheorie auf den anderen Körper im gleichen Augenblick eine veränderte Kraft wirken. Durch Erfahrungen ist aber belegt - und das wurde Anfang des 20. Jahrhunderts durch die Relativitätstheorie bestätigt - dass alle Arten von Wirkungen maximal mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden. Das lässt sich mit der Fernwirkungstheorie nicht vereinbaren.

Nahwirkung und Feldtheorie

Der geniale englische Physiker MICHAEL FARADAY (1791-1867) entwickelte eine andere Vorstellung. Er nahm an, dass es wirkliche Fernwirkungskräfte gar nicht gibt, sondern dass durch die Anwesenheit eines Körpers mit bestimmten Eigenschaften (z.B. mit elektrischer Ladung) der ihn umgebende Raum selbst zum Träger physikalischer Eigenschaften wird und die Wirkungen des einen Körpers auf den anderen durch diesen Raum vermittelt werden. FARADAY selbst bezeichnete den besonderen Zustand des Raumes als Feld, bei geladenen Körpern als elektrisches Feld. Nach dieser Auffassung ist dann z.B. die Ladung $Q_1$ von einem elektrischen Feld umgeben, in dem sich der andere geladene Körper befindet (Bild 2). Verändert sich die felderzeugende Ladung, dann verändert sich auch das Feld selbst. Die Ausbreitung der Veränderung des Feldes geht nicht plötzlich, sondern mit einer bestimmten Geschwindigkeit vor sich, der Lichtgeschwindigkeit. Da bei dieser Auffassung das Feld auf einen in ihm befindlichen Körper wirkt, spricht man von Nahwirkung. Die Kräfte werden als Nahwirkungskräfte bezeichnet, die gesamte Auffassung als Nahwirkungstheorie oder als Feldtheorie.
Weitere Untersuchungen und Erkenntnisse haben die Feldtheorie glänzend bestätigt. So entwickelte JAMES CLERK MAXWELL (1831-1879) um 1864, aufbauend auf den Vorstellungen von FARADAY, eine elektromagnetische Feldtheorie. Aus ihr ergab sich, dass es elektromagnetische Wellen geben müsste. Experimentell wurden sie erstmals um 1888 von HEINRICH HERTZ (1857-1894) nachgewiesen. 1905 veröffentlichte ALBERT EINSTEIN (1879-1955) die spezielle Relativitätstheorie, in der die Lichtgeschwindigkeit als Grenzgeschwindigkeit für die Übertragung von Energie und Informationen postuliert wurde. Auch diese Auffassungen erwiesen sich als zutreffend.

Heute gilt: Aus wissenschaftstheoretischer Sicht beschreibt die Feldtheorie die Realität in adäquater Weise. Betrachtet man aber lediglich die Kräfte zwischen geladenen oder massebehafteten Körpern, dann muss man sich keine Gedanken über die Vermittlung dieser Kräfte machen und führt die Berechnungen eher auf der gedanklichen Grundlage der Fernwirkungstheorie durch. Das gilt insbesondere dann, wenn es um Berechnungen mithilfe des coulombschen Gesetzes oder des Gravitationsgesetzes geht.