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Michelson-Interferometer


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Das Michelson-Morley-Experiment eines der bekanntesten und wichtigsten Experimente in der Geschichte der Physik wurde 1887 durchgeführt.

Die theoretische Physik Ende des 19. Jahrhunderts postulierte dass genauso wie Wasserwellen ein Medium die Ausbreitung benötigen - Wasser - und Schallwellen ein Medium benötigen Luft - Lichtwellen ebenfalls ein Medium den Lichtäther für ihre Ausbreitung benötigen. Wegen der großen Lichtgeschwindigkeit war der Nachweis und die Untersuchung Äthers nicht einfach.

Der Ansatzpunkt für Albert Abraham Michelson und Edward Morley war die Relativgeschwindigkeit mit der sich Erde durch den Äther bewegt zu messen. nahmen an dass sich die Erde durch Äther bewegt wie sich ein Flugzeug durch die Luft bewegt und einen "Ätherwind" erzeugt.

Jedes Jahr legt die Erde bei ihrem Umlauf um die Sonne mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 km /s über 100.000 km/h eine enorme Strecke Es wurde angenommen dass die von der aus gemessene Richtung des Windes relativ zum Fixsternhimmel variieren würde was den Effekt leichter lassen würde. Aus diesem Grund und um Effekte die von der Bewegung der Sonne den Äther kommen könnten trennen zu können das Experiment zu verschiedenen Zeiten im Jahr werden.

Die Auswirkung des Ätherwindes auf Lichtwellen genauso sein wie die Auswirkung einer starken Strömung eines Flusses auf einen Schwimmer der sich mit konstanter Geschwindigkeit zwischen zwei Punkten flussaufwärts und flussabwärts

Wenn der zweite Punkt direkt flussaufwärts ersten wäre würde der Schwimmer durch die zuerst verlangsamt und dann beim Rückweg beschleunigt

Wenn die Strecke zwischen Start- und senkrecht zur Strömungsrichtung wäre müsste der Schwimmer kompensieren indem er in einem kleinen Winkel schräg zu seinem Ziel schwimmt.

Die Gesamtzeit für Hin- und Rückweg für die Richtung senkrecht zur Strömung etwas Genauso wäre die Auswirkung des Ätherwindes auf Lichtstrahl senkrecht zur Windrichtung geringfügig niedriger als einen Lichtstrahl parallel dazu.

Über die Strecke von ein paar Metern wäre der Zeitunterschied aber nur in Größenordnung des millionsten Teils einer millionstel Sekunde . Michelson hatte jedoch bereits eine ganze Zeit investiert die Lichtgeschwindigkeit zu messen und mehrere Techniken entwickelt um Unterschiede in dieser Größenordnung messen.

Michelson und Morley bauten auf was Michelson-Interferometer bekannt wurde. Das Michelson-Morley-Experiment wurde im eines Steingebäudes in der Nähe des Meeresspiegels durchgeführt. Ein teilversilberter Spiegel wurde benutzt um einen monochromatischen Lichtstrahl in zwei Strahlen rechtwinklig zueinander Nach Verlassen des Strahlteilers wurden beide Strahlen an einem Spiegel reflektiert und wieder zusammengeführt. Dabei erzeugten sie Muster aus konstruktiver und destruktiver Interferenz .

Um möglichen Mängeln in der Konstruktion wurde des Gerät drehbar gelagert so dass durch den ganzen Bereich der möglichen Richtungen Ätherwindes gedreht werden konnte.

Das berühmteste misslungene Experiment

Ironischerweise wurde das Experiment nach all Planungen und Vorbereitungen das berühmteste misslungene Experiment Zeiten. Statt Einsicht in die Eigenschaften den zu gewähren zeigte es keinen der erwarteten Das Gerät verhielt sich als würde der überhaupt nicht existieren als würde sich die nicht relativ zu einem Medium bewegen.

Dieses Ergebnis war sehr verwunderlich und die damalige Theorie der Lichtausbreitung nicht zu Mehrere Erklärungen wurden versucht unter anderem dass Experiment einen verstecken Fehler hatte (offenbar Michelsons Gedanke) oder dass das Gravitationsfeld der Erde irgendwie den Äther mit mitzog und so den Effekt lokal verschwinden

Ernst Mach war einer der ersten Physiker der dass das Experiment eigentlich darauf hinauslief die zu widerlegen. Entwicklungen in der theoretischen Physik bereits begonnen eine alternative Theorie vorzuschlagen die Kontraktion die das Ergebnis des Experiments erklärte. Entwicklung die Einsteins spezielle Relativitätstheorie wurde bot eine vollständige Erklärung ohne Äther zu benötigen und war konsistent mit Ergebnis des Experiments.

Michelson war nie vollständig von der des Äthers überzeugt und führte das Experiment zu seinem Tod 1931 mehrere Male mit noch höherer Präzision durch. Morley war auch nicht überzeugt machte mit Dayton Miller weitere Versuche. 1932 wurde das Kennedy-Thorndike Experiment ein modifiziertes mit unterschiedliche langen Wegen durchgeführt bei dem Nullergebnis nicht mit der Fitzgerald-Lorentz-Kontraktion erklärt werden

Das Trouton-Noble-Experiment bezieht sich auf das elektrostatische Äquivalent des optischen Michelson-Morley-Experiments.

Weblinks

Literatur




Bücher zum Thema Michelson-Interferometer

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