Kontext: Unser Bundesstaat (NSW, Australien) hat kürzlich einen neuen Lehrplan für den Physikkurs der 12. Klasse erhalten, und als solcher sind wir das erste Jahr, das den neuen Kurs durchläuft.
Eines der Dinge, die wir lernen müssen, ist der Beweis für Einsteins Spezielle Relativitätstheorie. Das ganze Jahr über sagte mein Physiklehrer, dass das Michelson-Morley-Experiment keinen Beweis für SR liefert, da es ein Nullergebnis war – es konnte nicht schlussfolgern, dass Äther existiert, und es wollte nicht beweisen, dass das Licht trotzdem konstant war des Bezugsrahmens.
Während meines Studiums für die Abschlussprüfungen habe ich jedoch viele Leute und Schulzeitungen gefunden, die behaupteten, Michelson-Morley unterstütze SR, da dies implizierte, dass sich Licht unabhängig vom Bezugssystem mit einer konstanten Geschwindigkeit fortbewegte.
Ich weiß nicht, welche Ansicht richtig ist, und möchte, dass jemand das erklärt.
Das Nullergebnis ist eine Messung und schließt die Hypothese aus, dass Licht ein Medium benötigt, um sich auszubreiten. Die Lösungen der Maxwellschen Gleichungen mussten anders interpretiert werden als die Lösungen anderer Wellengleichungen: Es ist kein Medium, das die Energie und den Impuls der Lichtstrahlen trägt.
Wenn die Modellierung aufhört, abhängig von einem Medium zu sein, können die anderen Konsequenzen des Modells untersucht werden.
suchten nach der Transformation, unter der die Maxwellschen Gleichungen unveränderlich sind, wenn sie vom Äther in ein sich bewegendes System transformiert werden. Sie erweiterten die FitzGerald-Lorentz-Kontraktionshypothese und fanden heraus, dass auch die Zeitkoordinate ("Ortszeit") modifiziert werden muss. Henri Poincaré gab eine physikalische Interpretation der Ortszeit (erster Ordnung in v/c, der relativen Geschwindigkeit der beiden Referenzrahmen, normalisiert auf die Lichtgeschwindigkeit) als Folge der Uhrensynchronisation unter der Annahme, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist in bewegten Rahmen. Larmor wird zugeschrieben, dass er der Erste war, der die entscheidende Zeitdilatationseigenschaft verstand, die seinen Gleichungen innewohnt.
Sie glaubten damals noch an den Äther. Als das MM-Experiment zeigte, dass es keinen Äther gibt, bleibt die Mathematik der Lorenz-Transformationen übrig, um die Bewegung der magnetischen und elektrischen Feldlösungen der Maxwell-Gleichungen zu beschreiben. Lorenz-Transformationen haben eine c-Konstante, die Lichtgeschwindigkeit im Medium, inhärent. Da es kein Medium gab, wurde c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.
Es ist also ein abgeleiteter Beweis, aber sind die meisten Beweise in der Physik nicht abgeleitet?
Das Michelson-Morley (MM)-Experiment ist einflussreich, weil es die Äthertheorien des 19. Jahrhunderts widerlegte und damit zur Entwicklung der Speziellen Relativitätstheorie (STR) führte.
Bis in die 1970er Jahre war die allgemeine Ansicht, dass das MM-Experiment die Messungen lieferte, auf denen STR basiert. Und wenn STR auf diesen Messungen basiert, dann können sie auch als Beweis für die Theorie dienen.
Das Nullergebnis des Experiments hat zwei wichtige Implikationen:
Die erste dieser Implikationen wurde so interpretiert, dass die Bewegung der Erde durch den Weltraum nicht nachweisbar ist – und allgemeiner, dass Beobachter ihre eigene Bewegung nicht erkennen können. Daher ist Bewegung in STR streng relativ, was bedeutet, dass Sie immer einen Bezugspunkt für Bewegung benötigen; ohne Referenzpunkt können Sie nicht sagen, ob Sie sich bewegen oder nicht (wie das Nullergebnis des MM-Experiments nahelegt).
Die zweite Implikation ist die Grundlage für das "Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit", wie es von STR definiert wird.
Das Nullergebnis des MM-Experiments sagt Ihnen tatsächlich, dass es ein Problem mit der Galilei-Transformation der Maxwell-Gleichungen für die Elektrodynamik gibt. Für weitere Einzelheiten siehe Tests der speziellen Relativitätstheorie . Eine sehr detaillierte Diskussion zur relativistischen Elektrodynamik finden Sie in den Liénard-Wiechert-Potential- und Feynman-Vorlesungen .
PS. Wenn Sie auch nur ein bisschen recherchieren, werden Sie feststellen, dass es nicht einmal direkte Tests zur Längenkontraktion gibt.
Viele Tests der speziellen Relativitätstheorie wie das Michelson-Morley-Experiment und das Kennedy-Thorndike-Experiment haben innerhalb enger Grenzen gezeigt, dass die Lichtgeschwindigkeit in zwei Richtungen in einem Trägheitssystem isotrop und unabhängig von dem betrachteten geschlossenen Pfad ist.
Die "Einweg"-Lichtgeschwindigkeit von einer Quelle zu einem Detektor kann jedoch nicht unabhängig von einer Konvention gemessen werden, wie die Uhren an der Quelle und dem Detektor zu synchronisieren sind. Was jedoch experimentell gemessen werden kann, ist die Hin- und Rückgeschwindigkeit (oder Lichtgeschwindigkeit in zwei Richtungen) von der Quelle zum Detektor und wieder zurück.
In populären und lehrreichen Büchern über die Relativitätstheorie wird häufig behauptet, Michelson und Morley hätten den Irrtum des ätherischen Konzepts experimentell bewiesen. Dies ist eine unwahre Aussage. Das Ergebnis des Michelson-Morley-Experiments zeigte die Unmöglichkeit, Äther mit einem Experiment dieser Art nachzuweisen, aber nicht die Abwesenheit von Äther.
Man darf nicht aus den Augen verlieren, dass die Ergebnisse des Michelson- und Morley-Experiments nicht verhinderten, dass die Vorstellungen über den Äther gut zwei Jahrzehnte nach Erhalt ihres negativen Messergebnisses festgehalten wurden. Michelson selbst und Lorentz teilten diese Vorstellungen.
Tatsächlich erklärten FitzGerald und Lorentz dieses Ergebnis durch die Längenverkürzung von Objekten, die sich durch den Äther bewegen, dh sie erklärten es im Rahmen des ätherischen Weltbildes. Und so schrieb Einstein in seinen letzten Lebensjahren 1952 in dem Artikel „Relativität und das Problem des Weltraums “: „Bezüglich des Experiments von Michelson und Morley zeigte HA Lorentz, dass das erhaltene Ergebnis zumindest nicht widerspricht die Theorie eines ruhenden Äthers“.
In diesem Zusammenhang sollte auch die Bemerkung eines Befürworters und Popularisierers der Relativitätstheorie, M. von Laue, klar sein, der schrieb: „…es war experimentell unmöglich, eine Wahl zwischen dieser Theorie (der Lorentz-Theorie) und der von Einstein zu treffen Relativitätstheorie, und wenn die Lorentz-Theorie dennoch in den Hintergrund trat – obwohl sie immer noch Befürworter unter den Physikern hat – dann geschah dies zweifellos aus Gründen philosophischer Natur“.
Wie ist die Bemerkung von M. von Laue zu verstehen, dass es experimentell unmöglich ist, zwischen der Lorentz-Theorie und der Einstein-Theorie zu wählen? In der Tat sind nach Lorentz im Äther ruhende und sich trägheitsmäßig absolut durch den Äther bewegende Bezugssysteme physikalisch nicht gleich. Stimmt dieser Umstand wirklich mit der Tatsache der Gleichheit der Inertialsysteme in Einsteins SRT überein?
Die Gleichheit von Inertialsystemen in der SRT wird durch die Invarianz der mathematischen Notation der Naturgesetze in diesen Systemen ausgedrückt, aber diese Form der Gleichheit ist historisch aus der Lorentz-Theorie in Einsteins SRT gewandert . Tatsächlich erscheinen die Transformationen, die die unveränderliche Form der Notation derselben Maxwell-Gleichungen in unterschiedlichen, physikalisch ungleichen Inertialbezugssystemen gewährleisten, in Lorentz' Arbeit als Folge der Forderung nach einer solchen Unveränderlichkeit. Während Einstein die Unveränderlichkeit der Schreibweise der physikalischen Naturgesetze in unterschiedlichen Bezugssystemen an physikalische Gleichheit knüpfte, zeigte Lorentz, dass diese Forderung auch in physikalisch ungleichen Systemen absolut ruhend und absolut bewegt erfüllt werden kann. Dh Lorentz zeigtedass physikalisch ungleiche Inertialbezugssysteme in mathematisch gleiche umgewandelt werden können, indem man ihnen die Forderung der Invarianz auferlegt
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