Michelson-Interferometer
Michelson entwickelte die Idee, die Lichtgeschwindigkeiten auf zwei senkrecht zueinander stehenden Strecken zu vergleichen. Dabei bediente er sich eines dazu geeignet konstruierten Interferometers (optisches Gerät, welches das Prinzip der Interferometrie ausnutzt).
Die folgende Abbildung zeigt das Michelson-Interferometer in einer zeitgenössischen Darstellung.
Am besten ergibt sich ein Verständnis für die Funktionsweise dieses Interferometers, wenn man eine schematische Zeichnung davon erstellt.
Methode
Prinzip des Interferometers
Ein Lichtstrahl werde an einer halbverspiegelten Glasplatte in zwei senkrecht zueinander verlaufende Lichtstrahlen zerlegt. Die so entstandenen Teilstrahlen durchlaufen die senkrecht aufeinander stehenden Interferometer-Arme, an deren Enden sich jeweils Spiegel befinden. Nachdem die Lichtstrahlen reflektiert wurden, werden sie an der Glasplatte wieder vereinigt.
Es kommt dabei zur Interferenz der Lichtstrahlen. Die Interferenz, die ja bekanntlich nichts anderes als die Überlagerung der entsprechenden Lichtwellen darstellt, führt zu einem bestimmten Interferenzmuster bzw. Interferenzstreifen. Diese Interferenzstreifen können mit Hilfe eines optischen Gerätes (Fernrohr) beobachtet und analysiert werden.
Aus den entstehenden Interferenzstreifen lässt sich die Laufzeitdifferenz bzw. der Gangunterschied der Lichtstrahlen und damit die Lichtgeschwindigkeit in den verschiedenen Raumrichtungen bestimmen.
Nehmen wir an, dass $L_1$ die Länge des waagrechten und $L_2$ die Länge des senkrechten Interferometerarms bezeichnen. Im ruhenden System legt das Licht eine Strecke der Länge $2L_1$ entlang des waagrechten Arms zurück. Entlang des senkrechten Arms ergibt sich eine Länge von $2L_2$. Der Faktor 2 resultiert natürlich daraus, dass das Licht jeweils die gleiche Strecke zweimal durchlaufen muss, um wieder auf der halbdurchlässigen Glasplatte zu landen. Damit lautet der Wegunterschied $\Delta S$ im ruhenden System:
$\Delta S=2(L_1-L_2)$
Nun ist zu beachten, dass dieses Experiment auf der Erde durchgeführt wird. Wie bereits angesprochen, bewegt sich die Erde mit einer Bahngeschwindigkeit $v=30km/s$ um die Sonne. Diese Geschwindigkeit muss in die weiteren Betrachtungen einbezogen werden, was wir im Folgenden auch machen.
Hier auch das entsprechende Video, das auch Bezug zum Dopplereffekt nimmt:
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