Die Maxwell'sche Theorie der Elektrodynamik

Im Herbst 1864 reichte James Clerk Maxwell (1831-1879) bei der Royal Society in London die Abhandlung A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field ein [16, S. 20]. Damit begründete er die moderne Elektrodynamik. Mit seinen Gleichungen lieferte er die Theorie, die bis heute alle bekannten elektromagnetischen Effekte außerhalb der Quantentheorie erklären kann. Dass die theoretischen Ergebnisse Maxwells erstaunlich gut zur Praxis passten, fiel auch schon seinen Zeitgenossen auf; für sie hatte die Theorie jedoch einen entscheidenden Nachteil: Sie war nicht mehr Galilei-invariant. So ergaben ihre Gleichungen z. B., dass die Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen gleich groß sei. Dies war natürlich ein Widerspruch zu Galileis Auffassung, nach der das Licht, das als elektromagnetische Welle z. B. von einer sich mit $0{,}3c$ vom Beobachter entfernenden Lichtquelle mit $c$ abgestrahlt wird, nur noch mit $0{,}7c$ beim Beobachter ankommen dürfte. Dies widerspricht jedoch auch experimentellen Ergebnissen.

Die Maxwell'sche Theorie war nicht mehr Galilei-invariant, sondern Lorentz-invariant. Das bedeutet, dass sie bei einer eigentümlichen Transformation, der so genannten Lorentz-Transformation, invariant ist. Die Eigentümlichkeit dieser Transformation liegt darin, dass bewegte Körper verkürzt erscheinen und bewegte Uhren langsamer gehen.