|
Licht ist eine Welle, die sich im Äther mit c=300.000km/s ausbreitet. Bewegt sich die Erde mit der Geschwindigkeit v durch den Äther, so sollte das Licht in einer Richtung der Erdbewegung entgegeneilen, während es in der Gegenrichtung mit der Erde mitläuft. Die auf der Erde gemessene Lichtgeschwindigkeit beträgt daher c+v bzw. c-v.
Diese Unterschiede in der Lichtgeschwindigkeit wollte Michelson zur Bestimmung der Erdbewegung folgendermaßen ausnützen. Das Prinzip des Experiments von Michelson ist folgendes:
Der von der Lichtquelle austretende Lichtstrahl wird durch einen Halbdurchlässigen Spiegel in zwei aufeinander senkrecht stehende Strahlen zerlegt. Diese werden an zwei Spiegeln reflektiert und dann wieder vereinigt. Durch Ausnutzung der Interferenzeffekten können so kleinste Unterschiede in den Ausbreitungsgeschwindigkeiten der beiden Lichtstrahlen untersucht werden. Durch drehen des Apparats um 90° sollten sich Änderungen im Interferenzmuster ergeben. Das Experiment erwies sich jedoch als Fehlschlag. Dies ließ nur den einzigen Schluss zu, dass sich Licht in alle Richtungen gleich schnell ausbreitet.
Einstein vermutete also durch das Scheitern dieser Versuche, die Bewegung der Erde im Äther zu messen, ein allgemeines Naturprinzip.
Gibt es keinen absoluten Raum, so müssen sich alle Bezugssysteme, sogenannte Inertialsysteme, gleichermaßen zum Aufbau der Physik eignen.
Bezugssysteme in denen das Trägheitsgesetz gilt, heißen Inertialsysteme.
Einstein formulierte daher:
Relativitätsprinzip
Die Naturgesetze nehmen in allen Inertialsystemen die gleiche Form an.
Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
Die Lichtgeschwindigkeit hat in jedem Inertialsystem den Wert c= 300.000km/s.
Eine der bedeutendsten Veränderungen, die die Relativitätstheorie mit sich brachte, betreffen den Zeitbegriff. Das Ziel der Physik ist es, Zeit messbar zu machen. Dazu benötigt man Uhren. Eine einfache Form von Uhren war bereits vor 6.000 Jahren in Gebrauch, sogenannte Sonnenuhren. Im Mittelalter gab es bereits mechanische Uhren mit einem Fehler von 1 Stunde pro Tag. Erst als Galileo Galilei um 1600 die Eigenschaft des Pendels entdeckte, wurde die Konstruktion von Präzisionsuhren möglich. Die eine Genauigkeit von einigen Sekunden pro Tag aufweisen. Für die Seefahrt waren all diese Uhren aber noch viel zu ungenau.
Erst im Jahre 1761 erreichte eine Seeuhr auf einer Probefahrt eine Genauigkeit von 5 Sekunden Abweichung pro Jahr. Ein entscheidender Durchbruch wurde erst wieder im 20. Jahrhundert erzielt. Um 1930 entstanden die ersten Quarzuhren. Bei denen die Schwingungen eines Quarzkristalls den Taktgeber der Uhr bildeten. Quarzuhren erreichen eine Genauigkeit von Bruchteilen einer Sekunde im Jahr. Noch höhere Genauigkeit erreichten Atomuhren, ihr Gangfehler ist 10.000-mal kleiner als der von Quarzuhren. Wegen der großen Genauigkeit der Atomuhren zieht man sie heute zur Definition der Zeiteinheit heran.
Eine Sekunde ist das 91912631770fache der Periodendauer der Strahlung die von Cäsium emittiert wird.
|
