Sagnac, Michelson & Co
Relativität zum "Anfassen"
Rüdiger Rodloff
Hintergrundbild - DLR - Experimental-Laserkreisel - ELSY
Zwei Experimente, die das Bild unserer Welt verändert haben !
Michelson-Experiment
Sagnac-Experiment
Das Michelson-Experiment war der Ausgangspunkt für die Relativitätstheorie und damit die Grundlage für eine totale Umwälzung unserer Vorstellung von Raum und Zeit ! Das Sagnac-Experiment wird von "Einsteingegnern" als Gegenbeweis zitiert.
Im historischen Sagnac-Experiment war der Laufweg natürlich nicht rund, sondern vieleckig; das Signal, bzw. der Lichtwellenzug wurde mit Spiegeln oder Umlenkprismen auf eine geschlossene Umlaufbahn geschickt. Heute wid diese Umlaufbahn mit Lichtleitfasern realisiert, deshalb habe ich in dem Prinzipbild oben einen kreisförmigen Laufweg angedeutet.
Na ja, - eigentlich hatten Michelson und Sagnac vor, etwas über die "Natur" des Lichtes herauszufinden, aber das hat nicht geklappt. Trotzdem haben die Experimente "Geschichte geschrieben" - Sie werden gleich sehen warum !
Was sehen Sie ?
Sie sehen zwei Laufzeitexperimente:
- in beiden Fällen wird eine Lichtwelle für das Experiment benutzt. (Wir werden später sehen, dass es beim Sagnac-Experiment nicht auf die Art des Signals ankommt !)
- in beiden Fällen wird die Lichtwelle, hier dargestellt durch einen blauen Punkt, an einem halbdurchlässigen Spiegel in zwei Teilwellen (braun und hellblaue Punkte) aufgespalten und in unterschiedliche Richtungen losgeschickt;
- in beiden Fällen ist die Idee, dass die Lichtwelle in Bewegungsrichtung einen längeren Weg zurückzulegen hat, als die zweite, die senkrecht (Michelson) bzw. entgegengesetzt (Sagnac) dazu verläuft;
Das müssen Sie sich ungefähr so vorstellen:
Michelson-Experiment in einer gleichförmigen Bewegung
Sagnac-Experiment in einer Drehbewegung
- die Laufwegdifferenz zwischen den beiden Lichtwellen, - so hofften Michelson und Sagnac - ist ein Maß für die Geschwindigkeit bzw. Drehgeschwindigkeit des Systems.
- in beiden Fällen war zu erwarten, dass ein deutlicher Laufwegunterschied zwischen den beiden Signalen auftritt und der sollte um so größer sein, je schneller sich die Apparatur bewegt.
Etwa so könnte das im Michelson-Interferometer aussehen:
....der erwartete Laufwegseffekte beim Michelson-Experiment:
Michelson-Experiment in einer langsamen Bewegung
Michelson-Experiment in einer schnelleren Bewegung
Und jetzt kommt der Knaller !
- alle Versuche mit dem Michelson-Apparat einen Messeffekt zu erzielen sind gescheitert. Der Michelson Versuch wird bis heute ständig wiederholt, aber ein Laufwegsunterschied zwischen den Lichtwellen ist auch mit den modernsten Geräten nicht nachweisbar! (Eine Übersicht über die Vielzahl von Experimenten zu diesem Thema finden Sie hier.)
aber .... das Sagnac-Experiment zeigt genau den Laufwegsunterschied den die klassische Rechnung vorhersagt !
Jetzt sind Sie platt - oder ?
Dieselbe Modellvorstellung, dieselbe Rechnung, die beim Sagnac-Experiment das richtige Ergebnis liefert, versagt vollkommen beim Michelson-Experiment !
Was für ein Widerspruch! - Da wird in den nächsten Kapiteln einiges zu klären sein!