Ohne Zuordnung · Spezielle Relativitätstheorie

Michelson-Morley-Versuch

Im 19. Jahrhundert galt Licht als Welle in einem ruhenden Stoff, dem Äther. Die Erde müsste mit rund 30 kms durch ihn hindurchfliegen, und das Licht müsste je nach Richtung verschieden lange brauchen. Michelson und Morley suchten diesen Unterschied mit einem Interferometer, das sich drehen ließ. Wie das Gerät grundsätzlich funktioniert, zeigt die Seite Michelson-Interferometer.

So gehst du vor

1Wähle den Aufbau. Lies im Wettlauf unten nach, warum man im Ätherbild einen Unterschied erwartet.
2Drehe die Steinplatte mit dem Finger oder lass sie vom Motor drehen. Vergleiche die beiden Streifenfelder.
3Tippe bei mindestens acht Winkeln „Streifenlage ablesen“.
4Tippe erst dann „Auswertung zeigen“ und vergleiche die Messwerte mit der Erwartung.

Winkel θ zum Ätherwind

0 °

Drehung um 90°: erwartet

0,40 Streifen

Aufbau

Winkel θ von Arm 1 zum Wind

0 °

Tempo v im Äther (nur Erwartung)

30 kms

Die Steinplatte schwamm auf Quecksilber, damit sie sich erschütterungsfrei drehen ließ. Spiegel vervielfachten den Lichtweg: Die wirksame Armlänge L war 1887 rund 11 m. Licht: λ = 550 nm. Die Streuung der Ablesung ist geschätzt.

Warum ein Unterschied erwartet wird: Wettlauf im Ätherwind

Tempo β = v : c (stark überhöht)

0,60

längs: t_∥ = Lc − v + Lc + v = 2Lc · 11 − β²

quer: t_⊥ = 2L√c² − v² = 2Lc · 1√1 − β²

Wie beim Schwimmer im Fluss: Hin und zurück gegen und mit der Strömung dauert länger als quer hinüber. Beim wirklichen Versuch ist β nur 0,0001.

Für kleine β beträgt der Gangunterschied bei θ = 0° rund L · β². In Streifen und für jeden Winkel: n = L · β²λ · cos(2θ). Eine Drehung um 90° verschiebt das Muster also um 2L · β² : λ.

Messung: Streifenlage n über dem Winkel θ

Die Streifenlage ist in Streifenbreiten angegeben, gemessen vom Fadenkreuz aus.

Nr.	Winkel θ in °	Streifenlage n

Aufträge

Berechne mit L = 11 m, λ = 550 nm und v = 30 kms die erwartete Verschiebung beim Drehen um 90°.
Warum wiederholt sich das Muster schon nach einer halben Drehung der Platte?
Nimm für den Aufbau von 1887 mindestens acht Winkel auf und vergleiche die Messwerte mit der Erwartung. Notiere, welches Tempo der Ätherwind höchstens haben kann.
Wiederhole die Messung mit dem Aufbau von 1881. Warum war dieses Ergebnis noch nicht überzeugend, und was änderte Michelson deshalb?
Könnte man das Ergebnis erklären, wenn die Erde zufällig gerade im Äther ruht? Was würde ein halbes Jahr später passieren?
Lorentz und FitzGerald schlugen vor, dass der Arm längs zum Wind kürzer wird. Welche Länge L_∥ macht t_∥ und t_⊥ gleich?

Michelson und Morley fanden 1887 weniger als ein Zwanzigstel der erwarteten Verschiebung. Spätere Wiederholungen mit Lasern und Resonatoren haben die Grenze um viele Größenordnungen verschärft. Die Simulation misst immer null plus Ablesestreuung; Temperaturdrift und Erschütterungen des echten Aufbaus fehlen.