Michelson-Morley-Experiment

Es ist bekannt, dass sich das Licht in verschiedenen Erscheinungen entweder als Teilchen oder als Welle zeigt (die Phrase vom Dualismus Welle-Teilchen hat mit der betrachtenden Frage nichts zu tun). Am Anfang setzen wir die Korpuskularherkunft des Lichtes voraus. Dann kann das Interferometermodell von Michelson-Morley in Form zweier Arme mit einem idealen Reflektor im Zentrum der Einrichtung und mit zwei Reflektoren an Enden von Armen (Abb. 3.1) dargestellt.

Abbildung 3.1: Korpuskelmodell des Michelson-Experiments.

Es sollen zwei Teilchen, die sich parallel zueinander mit der Geschwindigkeit ${\bf v}_1$ (in Bezug auf das "Weltbezugssystem") bewegen, in die Einrichtung geraten, die sich selbst mit der Geschwindigkeit ${\bf V}$ bewegt (bezüglich desselben Systems), dabei $v_1>V$. Im Punkt $O_1$ wird die Geschwindigkeit der Teilchen bezüglich der Einrichtung $v_1-V$ ausmachen. Nach der Reflexion im Zentrum der Einrichtung wird sich das Teilchen 1 in senkrechter Richtung mit derselben (dem Modul nach) Geschwindigkeit $v_1-V$ bezüglich der Einrichtung bewegen. Die Teilchen spiegeln sich gleichzeitig von Armenden ab. Auf solche Weise erreichen sie gleichzeitig sowie den Punkt $O$, als auch den Punkt $O_1$. Es wird keine Geschwindigkeitsdifferenz dieser zwei Teilchen für zwei gegenseitig senkrechte Richtungen unabhängig von den Geschwindigkeiten $v_1$ und $V$ beobachtet. Also, wenn man das Licht für eine Teilchenströmung hält, konnten die Experimente von Michelson-Morley (Kennedy-Thorndike, Tomaschek, Bontsch-Brujewitsch und Moltschanow, und anderen) kein positives Ergebnis bringen.

Setzen wir jetzt die Wellenherkunft des Lichtes voraus. In diesem Fall kann die Lichtgeschwindigkeit nur von Eigenschaften des Mediums (des Äthers oder des Vakuums) und/oder von inneren Charakteristiken des fortpflanzenden Lichtes selbst abhängen. Wenn man die Hypothese von Ätherexistenz akzeptiert, hängt die Lichtgeschwindigkeit von den Eigenschaften dieses Mediums ab (analog dem Schall; das Surren des Überschallflugzeuges breitet sich mit konstanter vom Medium fixierter Geschwindigkeit aus, im Ergebnis kommt das Flugzeug dem Schall zuvor). Dann ist es klar, dass die Lichtgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit der Bewegung der Quelle nicht addiert werden können. Es ist auch offensichtlich, weil das Licht sowie mit Materie (wird zerstreut oder absorbiert), als auch mit dem Äther (sich darin fortpflanzt) zusammenwirkt, so soll die Zusammenwirkung vom Äther und Materie geben. In der relativistischen Interpretation des Experiments von Michelson-Morley wurde das Unwahrscheinliche vorausgesetzt: eine feste "Anbindung" des Lichtes an den Äther gemeinsam mit dem vollen Fehlen der Zusammenwirkung des Äthers mit Körpern (ohne Mitführung von der Erde, der Einrichtung). Natürlich wird die Theorie im Falle der teilweisen Mitführung des Äthers komplizierter (und für die Reihe lokaler Experimente in einer schmalen Grenzschicht kann die Mitführung des Äthers praktisch vollständig sein). Aber das widerlegt die Ätherhypothese nicht (die Relativisten schlagen doch vor, so zu handeln, wie im Witz über den Betrunkenen unter der Laterne: dort nicht suchen, wo es zu finden ist, sondern dort, wo es leichter zu suchen ist). Wir werden kurz und bündig die Ätherkonzeption unten berühren, und soweit werden wir uns nur auf das klassische Relativitätsprinzip im Vakuum stützen, weil es für alle SRT-Paradoxa und Ergebnisse dieses Buches nicht wichtig ist, ob wir das Vakuum oder den Äther haben.

Falls das Licht eine Welle darstellt, verändert die Quellengeschwindigkeit nur die Frequenz. So hängt die Lichtgeschwindigkeit $c$ für diese Frequenz $\omega$ von der Quellengeschwindigkeit nicht ab. Hier fassen wir ins Auge folgendes: die Lichtwellen einer Frequenz gleichen einander; und wenn wir das Licht der Frequenz $\omega$ wahrnehmen, ist es vollkommen gleichgültig, ob es von der Quelle sofort mit dieser Frequenz oder mit der Frequenz $\omega_1$ ausgestrahlt wurde, aber infolge der Quellenbewegung änderte sich die Frequenz $\omega_1\rightarrow\omega$ (Doppler-Effekt). In beiden Fällen bleibt die Messgröße $c(\omega)$ dieselbe.

Kehren wir zu den Michelson-Morley-Experimenten und von anderen zurück. Da das fallende Licht, das Licht, das durch eine dünne Platte ging, und das Licht, das von Spiegeln reflektiert wurde, eine und dieselbe Frequenz in einem und demselben Beobachtungssystem haben, blieb die Lichtgeschwindigkeit c konstant für zwei senkrechte Richtungen, und die Experimente konnten nichts feststellen. Das Experiment von Tauson mit zwei gleichen Lasern konnte auch nichts auffinden, da die Frequenzen beim Zusammenfügen der Strahlen in ein gemeinsames Bild (in einer Richtung) gleich werden und keine regulären Schwebungen beobachtet werden. Also ist der Versuch in seinem Wesen unrichtig, Änderungen der Lichtgeschwindigkeit in den Experimenten mit einer fixierten Frequenz zu suchen. Die einzige Abhängigkeit, die man zu erkennen versuchen kann, ist $c(\omega)$: alle anderen Abhängigkeiten können nur vermittelt durch den Doppler-Effekt eingeführt werden.

In methodischen Zwecken erörtern wir einige glaubwürdige Fehler aus Lehrbüchern. Geht man "unter dem klassischen Gesichtswinkel" von der Hypothese des ruhenden nicht mitgeführten Äthers aus, zeichnet man für die Berechnung der Zeitdifferenz des Strahlengangs im Michelson-Interferometer gewöhnlich ein seltsames Schema [35], für das das Reflexionsgesetz ungültig ist: der Einfallswinkel gleicht dem Reflexionswinkel nicht (Abb. 3.2).

Abbildung 3.2: Schema vom Interferometer.

Es widerspricht den Experimenten. Dann ist es mindestens nötig, den Mechanismus solcher Abweichung zu erklären und seinen Einfluss auf das Experiment bestimmen (man könnte es machen, die Addition der Lichtgeschwindigkeit mit der Geschwindigkeit des Spiegels des Interferometers nach den klassischen Gesetzen vorausgesetzt). Es ist auch nicht klar, wie der Winkel zu erraten ist, der die Interferenz eines und desselben Strahls sichert. Da alle Daten nur der Beobachter registriert, der sich zusammen mit dem Interferometer bewegt, soll man in der Tat den Versuch eben aus Sicht dieses Beobachters [52] analysieren.

Die Zeitsynchronisation nach der Einstein-Methode bringt künstliche Beschränkungen sogar in die Ideen von Experimenten hinein. Offenbar, dass nur der ungerade Effekt kraft der Umkehrbarkeit der relativen Bewegung ( $-{\bf v}+{\bf v}=0$) für die Abhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit der Bewegung des Systems existieren kann. Man versucht aber die Lichtgeschwindigkeit als eine durchschnittliche Geschwindigkeit für zwei gegenseitig entgegengesetzte Richtungen (auf dem geschlossenen Weg) zu bestimmen. Folglich schließt sich die einzige klassische lineare Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Bewegung des Systems gegenseitig aus. Auf solche Weise schiebt ähnliches Herangehen das Postulat der Stabilität der Lichtgeschwindigkeit schon unter, das experimentell zu prüfen war.

Das Experiment von Michelson-Morley und seine Analoga widersprechen dem Galilei-Prinzip nicht, und von den Positionen des leeren Raumes wurde eingehend oben betrachtet. Betrachten wir jetzt die ursprüngliche Idee des Experiments aus der Sicht der Ätherkonzeptionen. Es sei erwähnt, dass man den Fresnel-Mitführungskoeffizient immer ein bisschen korrigieren kann, um die Experimente sowie der 1. als auch der 2. Reihenfolge durch praktische Genauigkeit zu bestätigen. Um gerecht zu sein, soll man bemerken, dass das Michelson- Experiment und seine Analoga (trotz der Streite wegen dem Aufbau des Gerätes und der Theorie) unter Berücksichtigung möglicher Fehler immer sicher die Nichtnullgeschwindigkeit des Ätherwindes [94,95] gab. Marinow [90,91], Silvertus [115] fanden die richtige Geschwindigkeit betreffs der Reliktstrahlung. Nur bei der Abschirmung mit dem Metallmantel zeigte sich das Resultat nah Null. Die Theorie des Äthers bedingungslos nicht annehmend, besinnen wir uns ungeachtet dessen wegen Objektivität darauf, dass alle Geräte gegenwärtig evakuiert werden (es wird ein separat geschlossenes System gemacht). Z.B., die lokale Schallgeschwindigkeit im Salon der Maschine bleibt konstant (nicht abhängig vom Wind draußen) sogar bei der Überschallbewegung des Flugzeuges. Der Ätherstandpunkt widerspricht den erhaltenen Ergebnissen nicht: die Fresnel-Mitführung für metallische Körper ist eine volle Mitführung (für Metalle ist die Hertz-Elektrodynamik richtig), das hat zu sagen, dass der Äther bezüglich des Gerätes (lokal) im Metallmantel drin ruht, und es ist sinnlos, den Ätherwind innen zu suchen. Noch ein Moment wird von den Relativisten gewöhnlich verschwiegen. Sogar beim Fehlen von Metallabschirmung reicht die dünnste Glasplatte(oder die Luft in den ursprünglichen Experimenten), damit es nötig wäre, die Widerausstrahlung des Lichts von diesen separat ruhenden Elementen zu berücksichtigen. Im Ergebnis soll die real beobachtete Geschwindigkeit in der Ätherkonzeption wissentlich kleiner der Bewegungsgeschwindigkeit der Erde auf der Umlaufbahn sein. Auf solche Weise zeugt das Michelson-Morley-Experiment zugunsten der Stabilität der Lichtgeschwindigkeit nicht und widerlegt irgendwelche klassische Prinzipien nicht.