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Lexikon Physik

Michelson-Versuch

Der Michelson-Versuch, auch Versuch von Michelson-Morley (nach Abraham A. Michelson und Edward W. Morley), war ein Schlüsselexperiment auf dem Weg zur Formulierung der Relativitätstheorie.

Er wurde zuerst 1881 und dann in verbesserter Form 1887 durchgeführt und hatte zum Ziel, die Existenz des Äthers als Ausbreitungsmedium für elektromagnetische Wellen und als absolutes Bezugssystem für die Beschreibung beliebiger Bewegungen nachzuweisen. Wenn es diesen Äther gäbe, dann würde sich die Erde relativ zu ihm bewegen und eine Art „Fahrtwind“, den sog. Ätherwind spüren. Dies würde sich dann darin äußern, dass die Lichtgeschwindigkeit parallel und senkrecht zur Bewegung der Erde durch den Äther unterschiedlich groß wäre.

Mit einem speziell konstruierten Interferometer brachte Michelson auf unterschiedlichen Wegen verlaufende Lichtstrahlen zur Interferenz. Wenn die Lichtgeschwindigkeit von der Wegrichtung abhinge, müsste sich das Interferenzmuster ändern, wenn die Orientierung des Versuchsaufbaus relativ zum Äther bzw. zur Erdbewegung verändert wird. Tatsächlich zeigte sich aber, dass die Lichtgeschwindigkeit in allen Richtungen und bei allen Orientierungen des Interferometers gleich war. Dies ist gleichbedeutend mit der Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit im Bezugssystem der bewegten Erde gleich groß ist wie ruhenden Bezugssystem des hypothetischen Äthers. Dies hat zwei Konsequenzen:

  • Der Äther ist eine nicht nachweisbare und damit überflüssige Hypothese, man kann also davon ausgehen, dass elektromagnetische Wellen sich auch ohne Medium, also im Vakuum, ausbreiten.
  • Die Lichtgeschwindigkeit hat unabhängig vom Bewegungszustand des Beobabchters überall den gleichen Wert, woraus sich direkt die relativistische Längenkontraktion und Zeitdilatation ergeben.

Übrigens: Die Ergebnisse des Michelson-Versuchs waren anfangs ziemlich ungenau und es brauchte einige Zeit, bis die Messungenauigkeit klein genug gemacht werden konnte. Albert Einstein hat sich daher bei der Entwicklung der Speziellen Relativitätstheorie auch mehr von den Maxwell-Gleichungen leiten lassen, aus denen sich die Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit vom Bewegungszustand direkt folgern lässt. Andererseits ist das Michelson-Interferometer heute eines der präzisesten Messgeräte überhaupt – bei ersten Nachweis von Gravitationswellen mit einem modernen Michelson-Interferometer wurden Längenänderungen von 0,1 Attometer (ein Zehntausendstel vom Durchmesser eines Protons) und weniger reproduzierbar nachgewiesen!

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