Physik am Küchentisch

Dieses Experiment ist eines der bedeutendsten und wichtigsten der modernen Physik. Mit ihm wurde der Grundstein für die Relativitätstheorie gelegt. Im 19. Jahrhundert glaubten die meisten Wissenschaftler, dass alle Wellen ein Medium für die Ausbreitung brauchen. Für Wasserwellen wird Wasser, für Schallwellen wird Luft benötigt. Welches Medium benötigt Licht?

Mit diesem Experiment, das 1887 von Albert Abraham Michelson und Edward Morley durchgeführt wurde, sollte der Lichtäther nachgewiesen werden.

Dazu benutzten die Forscher ein Interferometer. Dieses Gerät teilte den Lichtstrahl einer Lampe in zwei Teile, schickte sie in verschiedene Richtungen los und leitete sie über mehrere Spiegel an denselben Ort zurück. Dort sollte der Ätherwind bewirken, dass die Strahlen nicht gleichzeitig zurückkamen. Dies ließ sich aus dem so genannten Interferenzmuster lesen, das die zwei Lichtstrahlen zusammen erzeugten.

Das Interferometer wurde so ausgerichtet, dass der eine Strahl in Richtung der Bewegung der Erde zeigte. Dort hätte das Licht zuerst »Gegenwind«, verursacht vom Äther, und – nachdem es vom Spiegel zurückgeworfen worden war – »Rückenwind«. Den anderen Strahl schickte er rechtwinklig zum ersten aus, wo er nach einem Meter von einem Spiegel auf dem gleichen Weg zurückgeschickt wurde. Er hatte auf beiden Wegen Ätherseitenwind.
Doch die beiden Lichtstrahlen kamen gleichzeitig an. Denn es gibt keinen Äther!

Um dieses »Jahrhundert-Experiment« nachzubauen, benötigt man zwei Rasierspiegel, einen Laserpointer, Knetmasse, ein rechtwinkliges Dreieck, eine Lupe, ein Stück Plexiglas, eine rechteckige Box – und einen Drehteller. Auf ihm wird die Versuchsanordnung aufgebaut.

Auf zwei benachbarten Seiten der Box befestigt man mit Klebemasse die beiden Spiegel. Mit den Dreieck wird dafür gesorgt, dass zwischen den Spiegeln ein perfekter rechter Winkel herrscht.

Im Winkel von 45 Grad zu den beiden Spiegeln wird nun die Plexiglasscheibe befestigt. Dazu nimmt man eine Kugel mit Klebmasse und steckt die Platte hinein. Diese Scheibe dient als Strahlteiler.

Nun wickelt man das Klebeband so um den Laserpointer, dass er dauerhaft brennt. Der Pointer wird auf Knetmasse gelegt – und zwar so, dass das Laserlicht durch den Strahlteiler auf einen Spiegel leuchtet und in den Laserpointer zurückgeworfen wird.

Beim Strahlteiler teilt sich der Lichtstrahl. Ein Teil des Lichtes geht direkt durch den Strahlteiler und wird dann vom Spiegel reflektiert. Dieses reflektierte Licht trifft wieder auf den Strahlteiler. Ein Teil davon wird in den Laserpointer zurückgeworfen, der andere Teil wird im rechten Winkel reflektiert.

Der zweite Strahl wird vom Strahlteiler auf den anderen Spiegel reflektiert. Er gelangt nun ebenfalls wieder zurück zum Strahlteiler. Ein Teil des Strahls geht durch, der andere Teil wird zum Pointer zurückgeschickt.

Damit verlassen zwei Strahlen das Interferometer. Mit etwas Fingerspitzengefühl muss man die Spiegel so verstellen, dass man nur mehr einen Lichtstrahl erkennt. Nun stellt man eine Lupe in den Strahlengang. Jetzt sieht man Streifen.

Die dort erzeugten Streifenmuster (Interferenz) reagieren äußerst empfindlich auf Änderungen der optischen Wege der beiden Lichtstrahlen. Beim »Jahrhundert-Experiment« erwartete man, dass diese optischen Wege durch die Bewegung der Erde im Äther beeinflusst werden, sodass sich das Interferenzmuster bei Drehung der Versuchsanordnung verschieben müsste.

Dreht man das Interferometer, müssten sich die Laufzeiten der beiden Lichtstrahlen verändern, und man erhält einen Laufzeitunterschied. Es wurden aber keine Unterschiede gefunden. Die Lichstrahlen waren gleich schnell.

Das kann man nachprüfen, indem man den Drehteller und damit das Interferometer dreht. Die Streifen verändern sich nicht. Das bedeutet: Licht breitet sich in alle Richtungen gleich schnell aus. Erst durch die Relativitätstheorie erkannte man, warum es keines Äthers bedarf.