Geschichte des Michelson-Morley-Experiments

Das Michelson-Morley-Experiment war ein Versuch, die Bewegung der Erde durch den leuchtenden Äther zu messen. Obwohl der Ausdruck oft als Michelson-Morley-Experiment bezeichnet wird, bezieht er sich tatsächlich auf eine Reihe von Experimenten, die Albert Michelson 1881 und dann (mit besserer Ausrüstung) 1887 zusammen mit dem Chemiker Edward Morley an der Case Western University durchführte. Obwohl das Endergebnis negativ war, öffnete das Experiment die Tür für eine alternative Erklärung für das seltsame wellenartige Verhalten des Lichts.

Wie es funktionieren sollte

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts war die vorherrschende Theorie der Lichtwirkung, dass es sich aufgrund von Experimenten wie dem Doppelspaltexperiment von Young um eine Welle elektromagnetischer Energie handelte.

Das Problem ist, dass sich eine Welle durch irgendein Medium bewegen musste. Etwas muss da sein, um zu winken. Es war bekannt, dass Licht durch den Weltraum wandert (was Wissenschaftler für ein Vakuum hielten), und man konnte sogar eine Vakuumkammer schaffen und ein Licht durchstrahlen, sodass alle Beweise klar machten, dass sich Licht durch eine Region ohne Luft oder Luft bewegen konnte andere Angelegenheit.

Um dieses Problem zu umgehen, vermuteten die Physiker, dass es eine Substanz gab, die das gesamte Universum füllte. Sie nannten diese Substanz den leuchtenden Äther (oder manchmal leuchtenden Äther, obwohl es so aussieht, als würde man nur prätentiös klingende Silben und Vokale hineinwerfen)..

Michelson und Morley (wahrscheinlich größtenteils Michelson) hatten die Idee, dass man die Bewegung der Erde durch den Äther messen kann. Es wurde angenommen, dass sich der Äther normalerweise nicht bewegt und statisch ist (abgesehen natürlich von der Schwingung), aber die Erde bewegte sich schnell.

Denken Sie daran, wenn Sie Ihre Hand auf einer Fahrt aus dem Autofenster hängen. Auch wenn es nicht windig ist, macht es Ihre eigene Bewegung scheinen windig. Gleiches sollte für den Äther gelten. Selbst wenn es stillsteht, sollte sich Licht, das in eine Richtung geht, zusammen mit dem Äther schneller bewegen als Licht, das in die entgegengesetzte Richtung geht, da sich die Erde bewegt. So oder so, solange es irgendeine Bewegung zwischen dem Äther und der Erde gab, hätte es einen effektiven "Ätherwind" erzeugen müssen, der die Bewegung der Lichtwelle entweder gestoßen oder behindert hätte, ähnlich wie sich ein Schwimmer schneller bewegt oder langsamer, je nachdem, ob er sich mit oder gegen den Strom bewegt.

Um diese Hypothese zu testen, entwickelten Michelson und Morley (ebenfalls hauptsächlich Michelson) ein Gerät, das einen Lichtstrahl aufteilte und von Spiegeln abprallte, sodass er sich in verschiedene Richtungen bewegte und schließlich dasselbe Ziel traf. Das Prinzip bei der Arbeit war, dass wenn zwei Strahlen die gleiche Strecke auf unterschiedlichen Wegen durch den Äther zurücklegen würden, sie sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen müssten und sich daher, wenn sie auf den endgültigen Zielschirm treffen, diese Lichtstrahlen leicht außer Phase zueinander befinden würden, was der Fall wäre Erstellen Sie ein erkennbares Interferenzmuster. Dieses Gerät wurde daher als Michelson-Interferometer bekannt (siehe Abbildung oben auf dieser Seite)..

Die Ergebnisse

Das Ergebnis war enttäuschend, da sie keinerlei Anhaltspunkte für die von ihnen gesuchte relative Bewegungsverzerrung fanden. Egal welchen Weg der Strahl nahm, das Licht schien sich mit genau derselben Geschwindigkeit zu bewegen. Diese Ergebnisse wurden 1887 veröffentlicht. Eine andere Möglichkeit, die damaligen Ergebnisse zu interpretieren, bestand darin, anzunehmen, dass der Äther irgendwie mit der Bewegung der Erde verbunden war, aber niemand konnte sich ein Modell ausdenken, das dies sinnvoll erscheinen ließ.

Tatsächlich wies der britische Physiker Lord Kelvin 1900 darauf hin, dass dieses Ergebnis eine der beiden "Wolken" war, die ein ansonsten vollständiges Verständnis des Universums beeinträchtigten, mit der allgemeinen Erwartung, dass es in relativ kurzer Zeit aufgelöst werden würde.

Es würde fast 20 Jahre dauern (und die Arbeit von Albert Einstein), um die konzeptionellen Hürden zu überwinden, die erforderlich sind, um das Äthermodell vollständig aufzugeben und das aktuelle Modell zu übernehmen, bei dem Licht eine Welle-Teilchen-Dualität aufweist.

Quelle

Finden Sie den vollständigen Text ihrer Arbeit in der 1887 Ausgabe des Amerikanisches Journal der Wissenschaft, online auf der AIP-Website archiviert.