Physik

Das Michaelson-Morley-Experiment von 1887

Wenn du noch nie etwas über das Michaelson-Morley-Experiment gelesen hast, dann wird es höchste Zeit, unseren Artikel zu lesen und alles über das Michaelson-Morley-Experiment und die Lichtgeschwindigkeit zu erfahren!

Was ist das Michaelson-Morley-Experiment?

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts ging man davon aus, dass die Lichtwellen elektromagnetischer Natur sind. Wenn dies der Fall war, stellte sich jedoch eine schwierige Frage, da man die Strahlung nicht kannte, ohne ein materielles Ausbreitungsmedium zu spezifizieren: Wie kann Licht durch ein Vakuum übertragen werden? Wo kann keines dieser Teilchen zu finden sein?

Die Menschen wollten Antworten auf diese Fragen, und das Michaelson-Morley-Experiment sollte ihnen neue Einsichten und Erkenntnisse über das Licht und die Lichtgeschwindigkeit bringen.

Als mögliche Lösung wurde vorgeschlagen, dass es eine neue Substanz gibt, und dass, wenn die Schlussfolgerungen, die diese fiktive Substanz aus den Beobachtungen ziehen konnte, durch Experimente bestätigt würden, auch die Existenz dieser neuen Substanz bewiesen wäre.

Im Gegenteil, es gab nichts dergleichen. Diese einfache Erklärung, wie sich Licht im Vakuum ausbreitet, war zwar ein bedeutender Schritt in der Entwicklung der Wissenschaft in diese Richtung, aber sie lieferte damals keine akzeptable Antwort.

Dieser Stoff erhielt den Namen Äther, und man glaubte, dass er ideale Eigenschaften wie eine Dichte von Null, ein hohes Maß an Flexibilität und vollständige Transparenz besaß. In der wissenschaftlichen Spekulation ging man davon aus, dass der Äther den gesamten heute bekannten Raum ausfüllen würde, und deshalb galt er als hervorragendes absolutes Bezugssystem, an dem man alles andere messen konnte.

Es besteht nicht der geringste Zweifel daran, dass die interplanetaren und interstellaren Regionen von einer materiellen Substanz oder einem Körper bewohnt werden, der zweifellos der größte und vielleicht der einheitlichste ist, den es gibt, wie Maxwell in der Encyclopaedia Britannica sagte, als er von seiner Existenz völlig überzeugt war.

Andererseits haben neuere Forschungen gezeigt, dass die Region zwischen den Sternenkörpern aus nichts anderem als leerem Raum besteht.

Wenn es den Äther gäbe und er als absolutes Bezugssystem verwendet würde, würde sich die Erde in Bezug auf ihn mit einer Geschwindigkeit (v) bewegen, die die Berechnung der Lichtgeschwindigkeit (c) in der gleichen Weise beeinflussen würde, wie die Geschwindigkeit eines Autos die Wahrnehmung der Geschwindigkeit des anderen Autos durch das erste Auto beeinflusst:

Unter der Annahme, dass sich ein Objekt in der gleichen Richtung wie das Licht bewegt, würde die Geschwindigkeit des Objekts für einen auf der Erde stationierten Beobachter wie folgt berechnet werden: c“=cv

Würde ein Beobachter auf der Erde annehmen, dass sich ein Objekt in der dem Licht entgegengesetzten Richtung bewegt, würde die Geschwindigkeit des Objekts wie folgt berechnet: c““=c+v.

Wann hat das Michaelson-Morley-Experiment stattgefunden?

1887 führten Albert A. Michelson und Edward W. Morley eine Reihe von Versuchen durch, die zeigten, dass es nur eine Lichtgeschwindigkeit gibt. Diese Ergebnisse waren das Resultat ihrer Arbeit.

Das Michaelson-Morley-Experiment
Das Michaelson-Morley-Experiment

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum bleibt in allen Inertialsystemen gleich, unabhängig von der relativen Geschwindigkeit der Lichtquelle und des Beobachters.

Folglich hat das Vorhandensein des Äthers in der physikalischen Welt keine Bedeutung.

Das Michaelson-Morley-Experiment beginnt 1931 mit der Entwicklung eines Interferometers (siehe Abbildung), dessen einer Zweig senkrecht zur Bewegungsrichtung der Erde steht und dessen anderer Zweig parallel zur Bewegungsrichtung der Erde verläuft.

Was hat das Michaelson-Morley-Experiment herausgefunden?

Bei diesem Experiment wurde ein Lichtstrahl auf einen halb verspiegelten Spiegel M gerichtet, der in einem Winkel von 45 Grad geneigt war, um als Teiler zu wirken. Dies bedeutete, dass die Hälfte des Lichts in Richtung E 2 reflektiert wurde und die andere Hälfte durch den Spiegel hindurch zu E 1 gelangte.

Dadurch bewegte sich das gesamte System in Richtung der Erdbewegung mit einer Geschwindigkeit von 30 Kilometern pro Sekunde (die Geschwindigkeit, mit der die Erde die Sonne umkreist).

Danach interferierten die Strahlen mit den Spiegeln an den Enden der Äste, bevor sie in die Mitte der Struktur zurückkehrten. Sie befanden sich nun auf dem Weg zum Teleskop, das die Strahlen von beiden Spiegeln auffing, als sie sich gegenseitig überlagerten, nachdem sie die gleichen Luft- und Glasdicken durchlaufen hatten.

Die Tatsache, dass sich das System mit der Bewegung der Erde mitbewegt, bedeutet, dass sich E 2 zu verschiedenen Zeiten an einem anderen Ort befindet. Dies führt dazu, dass die Zeit, die ein Strahl braucht, um nach E 2 und zurück zu gelangen (t 2), sich von der Zeit unterscheidet, die der Strahl braucht, um nach E 2 zu gelangen.

t 1 =2l/c 1/(1-(v 2 /c 2)) und t 2 =2l/c 1/√(1-(v 2 /c 2))

Diese Zeitdifferenz müsste in der Interferenzfigur, die im Teleskop zu sehen ist, dargestellt werden, wenn sich das Erwartete bewahrheiten würde. Im Gegenteil, es gab nichts dergleichen. Michelson und Morley führten das Michaelson-Morley-Experiment 1887 erneut durch, und das Ergebnis war dasselbe.

Entweder vertauschten sie die Rollen der Achsen, so dass die Spiegel die entgegengesetzte Rolle spielten, oder sie trafen weitere Vorkehrungen, um sicherzustellen, dass das System nicht durch Kräfte von außen beeinflusst wurde. Entweder waren die Ergebnisse erneut negativ oder sie waren positiv für weitere Untersuchungen.

Um zu bestätigen, dass die Prinzipien des Elektromagnetismus richtig waren und dass die Lichtgeschwindigkeit in allen Inertialsystemen gleich ist, unabhängig von der Geschwindigkeit der Quelle und des Beobachters (299.792,458 Kilometer pro Sekunde), wurden mehrere weitere Möglichkeiten untersucht und dann ausgeschlossen. Auf dieser Grundlage sollte Albert Einstein in der Zukunft seine Studien zur Relativitätstheorie aufbauen.

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