von Harald Maurer » Do 13. Jan 2011, 23:21
Hallo Jocelyne!
Zu Deiner Frage bezügl. der Einwegmessung des Lichts:
Schließen wir zuerst mal aus, was nicht in Frage kommt. Interferometrische Messungen a la Michelson eignen sich nicht, allfälligen Äthereinfluss festzustellen. In geschlossenen, unveränderlichen Lichtwegen ändern sich ob mit oder ohne Äther Wellenlängen nicht - und Interferometer messen nur diese und keine Geschwindigkeit. Geschlossene Lichtwege (zweiwegmessungen) kommen a priori nicht in Frage. In Deinem Vorschlag, wo in einem Kabel ein Signal zurückgeführt wird, liegt quasi ebenfalls eine Zweiwegmessung vor. Wie Ernst schon betont, kommt es auch im Kabel zum Äthereinfluss, dazu käme auch noch die Mitführung des Signals, die je nach Material unterschiedlich wäre. Es ist gleichgültig, in welcher Form ein Messsignal zum Start oder zu einer Uhr oder zu einem Messgerät zurückgeführt wird - immer muss man mit zumindest teilweiser Kompensation oder Verfälschung des Ergebnisses rechnen. Das wird auch deshalb kompliziert, weil man die Richtung des Ätherwinds, der im Augenblick der Messung existiert, in der Regel gar nicht kennt.
Wie Ernst schon erwähnt, ist das Problem in allen Fällen die Synchronisation. Da sich bei Verwendung synchronisierter Uhren Lorentz und Einstein nicht unterscheiden lassen, schließt das den Einsatz von Uhren generell aus - auch bei Synchronisation durch langsamen Uhrentransport, weil diese Methode zuviel Freiraum für Einwände gibt. Das heißt, Laufzeitmessungen des Lichts sind generell auch im Einwegverfahren als experimentum crucis zwischen LET und SRT nicht erfolgversprechend. Selbst die ungemein raffinierte Laufzeit-Messmethode im GPS ist dazu nicht genau genug und benötigt zu umfangreiche Korrektur-Eingriffe. Das liegt auch daran, dass hier Radiosignale eingesetzt sind, die vielen Störeinflüssen unterworfen sind.
Auch die von Joachim genannten Messungen sind genau genommen Zweiwegmessungen (auch hier werden Signale durch Kabel zum Messgerät geführt) und sie sind aufgrund der kurzen Messstrecken nicht genau genug. Da kann man zwar feststellen, inwieweit die Messung vom Literaturwert abweicht, doch das war`s auch schon. Denn ob der Literaturwert stimmt, genau das will man ja feststellen. Messungen im Picosekundenbereich sind immer haarig, wenn man Lichtsignale in elektr. SIgnale umsetzt, denn dazu benötigt man Geräte mit höchster Stabilität. Und die hängt wieder von vielen Störeinflüssen (Temperatur, Feuchtigkeit, Magnetfelder etc.) ab. Auch hier ist zuviel Platz für Einwände.
Michelson hat seinen Versuch selbst in Frage gestellt und betont, man müsse eine derartige Messung mit mechanischer Synchronisation durchführen. Auch da kommt keine echte Laufzeitmessung, sondern nur eine Vergleichsmessung a la MM-Experiment in Frage. Marinov hat die Idee Michelsons aufgegriffen und mechanisch synchronisiert. Angeblich mit positivem Resultat. Aber sein Experiment hat den Schönheitsfehler, dass es bis dato nicht erfolgreich reproduziert werden konnte. Sein Prinzip ist einfach. Ich vereinfache es zur Erklärung noch etwas mehr. Man befestige an den Enden einer Welle (eine Stange) jeweils eine undurchsichtige Scheibe mit einem Loch und zwar so, dass die beiden Löcher genau übereinstimmen. Dann versetze man die Welle (deren Länge ausreichend sein muss, um genügende Differenzen messen zu können) in Rotation und versuche, einen Lichtstrahl durch beide Löcher zu schicken. Das wird erstmal nicht gelingen, denn während der Laufzeit des Strahls hat sich die zweite Scheibe weiter gedreht und das Loch ist weg. Man muss also die zweite Scheibe so weit verdrehen, dass das Licht durch das Loch kommt. Aus dem Grad der Verdrehung, der Rotationsgeschwindigkeit und der Messstreckenlänge kann man berechnen, wie lange das Licht bis zum zweiten Loch gebraucht hat. Wer versucht hat, ein derartiges Experiment durchzuführen, wird feststellen, dass es eklatante Probleme mit Vibrationen gibt und dazu noch der störende Faktor kommt, dass die Stange eine Torsion zeigt, die ebenfalls einberechnet werden muss. Eine Methode dieser Art (mit Zahnrädern) hat man schon im Zweiwegverfahren mehrfach durchgeführt. Ihnen allen ist gemeinsam, dass sie nicht genau genug sind, um allfällige Äthereinflüsse zweifelsfrei zu messen. Das gilt auch für den Marinov-Versuch, der sicherlich höchst hinterfragbar bleibt.
Zur externen Synchronisation, wie wir sie im Jupiter-Experiment angewendet haben, ist zu sagen, dass man hier Voraussetzungen postulieren muss, von denen man nicht weiß, ob sie auch zutreffen. So weiß man nicht, was mit den Signalen auf dem Weg vom Jupiter zur Erde passiert und hat es außerdem mit den Störeinflüssen, die auch beim GPS eine Rolle spielen, zu tun. Keine Frage, dass es auch hier massenhaft Einwände gibt, die man nicht alle von der Hand weisen kann. Auch dieses Experiment führt daher nicht zu einem eindeutigen Ergebnis.
Äthereinflüsse aufgrund von Messungen der Lichtlaufzeiten festzustellen, halte ich von vornherein für aussichtslos. Dazu müssen stets Uhren ins Spiel kommen mit den damit verbundenen Problemen. Aber Vergleichsmessungen sind möglich. Dazu muss man die allereinfachste Variante wählen, die praktisch eine Kombination des Marinov-Versuchs mit der Methode des Jupiter-Experimentes ist. Mit Licht kann man nicht arbeiten, denn wenn eine Lichtsphäre einmal aufgebaut ist, hat sie praktisch keine Geschwindigkeit mehr. Man muss also durch eine Sphäre ein Signal laufen lassen - und das geht am besten mit Radiowellen. Alles, was man für so einen Versuch braucht, sind zwei stabile Signalgeneratoren, zwei Sender, zwei Empfänger und zwei Oszilloskope. Und man braucht eine ausreichend lange Messstrecke. Diese errichtet man zweckmäßigerweise so auf der Erde, dass sie in die Richtung zu liegen kommt, in welche die Erde zum Sternbild Löwe unterwegs ist. Da kann man mit einer "absoluten" Geschwindigkeit der Erde von rund 370 km/s rechnen. Man postiert an den Endpunkten jeweils ein Equipment aus Signalgenerator, Sender, Empfänger und Oszilloskop. Das generierte Signal bestehend aus einer Folge von Signalen (sehr kurze Peaks, damit sie auf einer Nanosekunden-Skala dargestellt werden können) schickt man sowohl ins Oszilloskop als auch per Sender zum anderen Messpunkt der Strecke, an welchem sich ganz dasselbe Equipment befindet. Dort macht man ganz dasselbe. In weiterer Folge benutzt man die Erdrotation. Bei beiden Messpunkten empfängt man das Signal bzw. die Aufeinanderfolge der Peaks und stellt sie ebenfalls auf dem Oszilloskop dar. Zu einem Zeitpunkt, zu welchem die Messstrecke quer zur Bewegungsrichtung der Erde liegt, schiebt man die Peaks auf den Oszilloskopen übereinander, dass sie sich quasi decken. Das empfangene SIgnal wird also am direkt eingespeisten ausgerichtet.
Die Erdoberfläche dreht sich samt Messstrecke nun in die Richtung, in der die Geschwindigkeit von 370 km/s vorliegt. Hat nun ein Ätherwind Einfluss auf die Signalgeschwindigkeit, so muss sich das empfangene Signal gegenüber dem direkt eingespeisten verschieben. Gibt es keinen Einfluss, bleibt alles gleich. Die Verschiebung findet auf beiden Oszilloskopen statt und zwar entgegen gesetzt. Denn das eine SIgnal wird langsamer und das andere wird schneller (c+/-v). Wenn die Erde weiter rotiert, egalisieren sich die Peaks wieder und verschieben sich neuerlich, wenn die entsprechende Richtung eingenommen wird. Die Messstrecke kommt also alle 12 Stunden in die Richtung mit dem Ätherwind, und ale 12 Stunden dagegen.
Falls ein Ätherwind die Signalgeschwindigkeit beeinflusst, hat man auf den Oszilloskopen daher eine Hin-und Herbewegung der gesendeten Peaks gegenüber den Referenzpeaks innerhalb von 12 Stunden. Das Ausmaß dieser Verschiebungen kann man mit dem Datenrekorder festhalten und addieren, wenn man den Versuch über längere Zeit laufen lässt. Dadurch vergrößern sich erstens die Differenzen und zweitens werden allfällige Störeinflüsse auf die Signale selbst minimiert. Selbstverständlich muss man während der Versuchsreihe die Komponenten der Equipments vertauschen, einmal die Generatoren und Sender, dann die Empfänger, dann die Oszilloskope etc., da man auch bei hochwertigen Geräten mit Instabilitäten rechnen muss (Temperatur, Feuchtigkeit etc.). Aber Summasummarum müssten sich die Verschiebungen deutlich manifestieren, falls es sie gibt. Und wenn Einstein Recht hat, messen wir eben nur den Sagnac-Effekt...
Warum macht man das mit 2 Equipments zugleich? Man braucht das direkt eingespeiste Signal als Referenz gegenüber dem anderen bzw. als Trigger. Denn was man sichtbar machen muss, ist die Verschiebung der beiden Signale zueinander. Aber auch so ist das Experiment einfach genug. Keine Uhren. Keine Synchronisation. Keine langen Kabel. Unmittelbar die Laufzeiten messen kann man auf diese Art allerdings nicht. Dazu müsste man die Geschwindigkeit des Ätherwinds genau kennen.
Klar, dass man mit allen möglichen Einwänden rechnen muss. So ist's nun mal in der Wissenschaft.
Alles, was wir zu diesem Versuch brauchen, haben wir schon im Jupiter-Experiment verwendet. Und die Geräte warten schon auf neue Aufgaben... Das größte Problem ist die Auffindung einer idealen Messstrecke und für die Signale die Funkerlaubnis zu bekommen. Denn so ein Versuch über mehrere Tage und Wochen bleibt nicht unbemerkt.
Ich hoffe, damit einen kleinen Einblick in die Möglichkeiten gegeben zu haben.
Grüße
Harald Maurer
