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Das Michelson-Morley-Experiment ist ein bedeutendes Experiment der Physik, das Ende des 19. Jahrhunderts durchgeführt wurde.
Bereits in früheren Zeiten wusste man, dass sich Licht in Wellen ausbreitet, und verglich es mit Wasserwellen, die ein Medium benötigen, nämlich Wasser. Michelson und Morley dachten, dass Licht auch ein Medium haben müsste, nämlich das Äther und sie wollten dies durch ein Experiment beweisen.
Was ist das Äther?
Der Äther ist das hypothetische Medium, durch das sich Licht durch das Universum bewegt. Diese Idee kann leicht durch alltägliche Beispiele wie Wasserwellen oder Schallwellen veranschaulicht werden, die ebenfalls ein Medium benötigen, um sich auszubreiten. Man dachte damals, dass das Äthermedium im gesamten Universum existiert, um die Ausbreitung von Licht zu ermöglichen. Es muss auch nicht dicht sein, da Planeten nicht davon beeinflusst werden.
Das Verhalten des Äthers
Man ging auch davon aus, dass der Äther ruht und sich nicht mit der Erde bewegt, ähnlich wie die Luft um ein Auto. Wenn ein Objekt durch den Äther bewegt wird, entsteht eine Art Ätherwind, ähnlich wie der Wind, der um ein bewegendes Objekt entsteht.
Da sich die Erde durch den Äther bewegt, entsteht auch ein Ätherwind. Das Experiment von Michelson und Morley versuchte, die Theorie des Äthers mittels des Ätherwinds zu bestätigen. Alles, was sich mit dem Ätherwind bewegt, müsste sich schneller bewegen als gegen den Ätherwind, ähnlich wie beim Flugzeug. Wenn man gegen den Wind fliegt, ist man langsamer als mit Rückenwind. Wenn man Halbwind hat, also der Wind kommt von der linken oder rechten Seite, ändert dies die Geschwindigkeit auch nicht.
Genau dieses Verhalten wollten Michelson und Morley durch ihr Experiment überprüfen.
Wenn es den Äther wirklich geben würde, müsste sich das Licht genau wie ein Flugzeug verhalten, das schneller fliegt, wenn es Rückenwind hat, und langsamer, wenn es gegen den Wind fliegt.
Das Experiment
Das Experiment von Michelson und Morley wurde so aufgebaut, dass es den Ätherwind aufspüren sollte. Dazu nutzten sie ein Interferometer, das aus einem halbdurchlässigen Spiegel, zwei senkrecht zueinander stehenden Armen und einem Empfänger bestand.
Ein Laserstrahl wurde auf den halbdurchlässigen Spiegel gerichtet, der den Strahl in zwei Hälften aufteilte, die jeweils durch einen Arm des Interferometers liefen, bevor sie am Ende des Arms auf einen Spiegel trafen und reflektiert wurden. Der reflektierte Strahl kehrte zum halbdurchlässigenSpiegel zurück, wo er sich mit dem anderen Strahl überlappte und Interferenzmuster erzeugte, die auf dem Empfänger beobachtet werden konnten.
Die Erwartungen
Das Interessante an diesem Experiment war, dass wenn sich das Interferometer mit dem Ätherwind bewegt hätte, es eine Verschiebung im Interferenzmuster geben müsste. Dies würde aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Lichtstrahlen entstehen, die jeweils gegen und mit dem Ätherwind reisen würden.
Wenn es keinen Äther gäbe, würden beide Lichtstrahlen mit der gleichen Geschwindigkeit reisen, unabhängig von der Richtung des Interferometers, und kein Unterschied im Interferenzmuster beobachtet werden können.
Überraschende Ergebnisse
Das Ergebnis des Experiments überraschte die Physiker jedoch, denn es zeigte keine Verschiebung im Interferenzmuster. Egal welche Richtung das Interferometer ausgerichtet war, es gab keine messbare Veränderung. Dieses Ergebnis war eine große Überraschung, denn es widersprach der damaligen Annahme, dass es ein Äthermedium geben müsse.
Das Michelson-Morley-Experiment war ein bedeutender Schritt in der Geschichte der Physik, da es den Glauben an die Existenz des Äthers und damit an eine fundamentale Eigenschaft des Universums in Frage stellte.
Das Experiment zeigte, dass es keinen Ätherwind gibt und dass sich das Licht mit der gleichen Geschwindigkeit in allen Richtungen bewegt, unabhängig von der Bewegung des Beobachters. Es war der Ausgangspunkt für Einsteins Theorie der speziellen Relativitätstheorie, die das Verständnis der Raumzeit revolutionierte und bis heute eine zentrale Rolle in der modernen Physik spielt.