Highway hat geschrieben:Frage die sich für mich stellt: Wo kommt dieser Frequenzunterschied her? Mit Doppler kann man den nicht erklären bzw. ich wüsste nicht wie.
Die Interferenz ist einer der Beweise für die Wellennatur des Lichts. Amplituden können sich addieren oder auslöschen. Zwei Wellenzüge mit gleicher Frequenz (monochromatisch, kohärent, gleiche Wellenlänge, gleiche Periode) können sich daher so überlagern, dass sich die Amplituden verdoppeln und der Wechsel der Intensität sichtbar wird, vorausgesetzt, es entsteht eine stehende Welle - denn andernfalls zischt der Intensitätswechsel zu schnell durch das Sichtfeld, um wahrgenommen zu werden. Frontal gesehen besteht der aus zwei Wellenzügen überlagerte Lichtstrahl daher quasi aus aufeinander folgenden Flächen, die sich in der Intensität abwechseln. Weitet man diese Flächen mit einer Optik auf, wird jeder Punkt dieser Flächen ein Ausgangspunkt für eine Kugelwelle (Huygens), die man auf eine Bildfläche projizieren kann. Man sieht den Wechsel der Intensität daher in Form von Ringen, die von innen nach außen die addierten Amplituden sichtbar machen. Um Streifen zu erhalten, blendet man einen Abschnitt dieses Ringmusters z.B. durch Schrägstellen der Optik einfach heraus, die Streifen erscheinen daher nahezu als gerades Strichmuster. Hat man dieses Muster so justiert, dass es sich nicht bewegt, kann sich eine Verschiebung der überlagerten Phasen zueinander nur dann zeigen, wenn sich die optische Weglänge eines der Wellenzüge ändert oder eine temporäre Frequenz- oder Wellenlängenänderung durch Bewegung eines zu messenden Objektes bzw. durch die Brechzahl eines durchstrahlten Körpers ergibt, dann verschieben sich die sichtbaren Streifen oder Ringe. Damit kann man letztlich Wellenlängen messen oder Längen bzw. Brecheigenschaften von Materialien mit der Genauigkeit einer Wellenlänge messen.
Im Michelson Interferometer wird auf diese Weise ein Interferenzmuster erzeugt. Moderne Interferometer sehen sich nicht mehr die Muster an, sondern messen bzw. zählen einfach den Wechsel der Intensitäten mittels Detektoren, falls sich die Streifen aus einem der genannten Gründe bewegen. Michelson erwartete eine Änderung der optischen Weglänge bzw. eine Differenz der Laufzeiten durch Einfluss des Äthers auf die Lichtgeschwindigkeit in Bezug zum Interferometer. Das hätte seiner Meinung nach zu einer Verschiebung der Ringe oder der heraus geblendeten Striche führen müssen. Das Ergebnis entsprach nicht den Erwartungen. Der Grund dafür ist trivial: die im Apparateaufbau auftretenden Doppler-Effekte heben die geschwindigkeitsbedingten Effekte exakt auf. Die Periodendauer und damit die Frequenz wird an keinem der Reflexionspunkte des Apparates verändert. Und die Rechnung mit den Lichtlaufzeiten in den Armen ist schlicht und einfach falsch. Denn diese Rechnung mit c+/-v ergibt Reflexionszeitpunkte, die gar nicht möglich sind, denn die Amplituden der Wellenzüge sind sowohl zeit- als auch raumabhängig. D.h. an einem Spiegel treffen
abwechselnd Berge und Täler ein, und eine Reflexion kann nur dann erfolgen, wenn ein Berg eintrifft. Und da diese nur im Takt der Periode ankommen, ist nicht jeder beliebige Zeitpunkt einer Reflexion möglich. Ein Spiegel wird niemals Täler oder halbe Amplituden bzw. Bruchteile von Wellenlängen reflektieren, denn damit es zu einer Reflexion kommt, ist es Bedingung, dass der Spiegel ein komplettes elektrisches Feld absorbiert. Jede Reflexion einer em-Welle sieht daher gleich aus, das elektrische Feld bildet am Spiegel stets einen "Knoten", die Reflexion beginnt daher stets mit einem Nulldurchgang zum Maximum einer Amplitude. Ergibt sich aus der naiven Laufzeitrechnung ein Zeitpunkt, an welchem sich eine andere Phasenlage ergibt, also nicht gerade eine Amplitude am Spiegel anliegt oder ein Minimum, dann ist eine Reflexion früher erfolgt oder wird später sein, und damit ist der primitiv berechnete Reflexionszeitpunkt falsch. Es kommt also gar nicht auf die Laufzeit irgend einer Amplitude an, sondern lediglich auf die Phasenlage zum berechneten Zeitpunkt - sie entscheidet den tatsächlichen Zeitpunkt, und dieser wird immer im Takt der Periodendauer liegen, denn in diesem Takt treffen die Amplituden ein. Die Laufzeit ist völlig unwesentlich, denn die elektromagnetische Welle rekonstruiert sich nach Ablauf einer Periode immer zum gleichen Erscheinungsbild, wobei am Spiegel nur ein Wechsel der Berge und Täler stattfindet und die Reflexionszeitpunkte nur durch die Berge bestimmt werden!
Dazu ein einfaches Beispiel:
Wir denken uns eine Lichtlaufstrecke von 200000000 m Länge, eine Sendefrequenz von 1000 Hz, wodurch sich eine Wellenlänge von 299792,458 m und eine Periode T=0,001 s ergibt und nehmen erstmal an, dass diese Strecke im Äther ruht oder keiner existiert.
Der mit der Lichtgeschwindigkeit c=299792458 m/s berechnete Reflexionszeitpunkt an einem Spiegel am Ende dieser Strecke ergibt sich mit 0,6671281904 Sekunden. Zu diesem Zeitpunkt liegen 667,1281904 Wellenlängen auf der Strecke und ebensoviele Periodendauern sind verstrichen. Am Spiegel liegt daher nicht gerade ein Nulldurchgang zu einer Amplitude an, sondern dieser ist noch etwas weniger als eine halbe Wellenlänge entfernt. Eine Reflexion kann daher zum berechneten Zeitpunkt gar nicht erfolgen, sondern sie ist entweder früher erfolgt, als im Wechsel von Tal zu Berg gerade ein Berg auftrat oder wird später erfolgen, wenn der nächste Nulldurchgang zu einer Amplitude auftritt. Der tatsächliche Zeitpunkt der Reflexion wird daher keinesfalls nach den berechneten 667,1281904 Sekunden sein können, und die Laufzeitrechnung ist daher unrichtig.
Den Zustand der Amplitude zum berechneten Zeitpunkt am Spiegel kann man einfach berechnen mit
y=sin(2π(t/T)*(x/λ))
Im gegebenen Beispiel ergibt sich, wenn man y der Amplitude mit 150 m annimmt, nach berechneter Laufzeit eine Amplitudenhöhe von etwa 21 m. Das ist also eine Phasenlage, die nicht den berechneten Reflexionszeitpunkt ermöglicht, denn die Reflexion ist zu diesem Zeitpunkt bereits im Gange und die nächste wird erst später erfolgen, eben dann, wenn die nächste Amplitude anliegt. Die "Laufzeit" des Lichts wird daher immer ein Mehrfaches der Periodendauer sein!
Dazu noch ein Bild:
- phasenlage_zum_berechneten_zeitpunkt.jpg (11.25 KiB) 4955-mal betrachtet
Es zeigt die Phasenlage zum berechneten Zeitpunkt am Spiegel und wie man sieht, hat die Reflexion schon längst begonnen (grüne Welle). Nämlich zu dem Zeitpunkt, zu welchem ein Nulldurchgang zum Maximum am Spiegel anlag. Und die nächste Reflexion wird wieder in dieser Situation erfolgen. Der berechnete Zeitpunkt ist daher Illusion.
Da im Michelson-Interferometer sich in Bezug zu den Laufstrecken eine zueinander proportionale Geschwindigkeits- und Wellenlängenänderung ergibt, die Periode T daher auf allen Strecken erhalten bleibt, ändert sich an der Unrichtigkeit der berechneten Laufzeiten nichts, denn die Reflexionsbedingungen ändern sich durch den Ätherwind nicht. Auch in diesem Fall wird aufgrund dieser Bedingungen die Kompensation der Geschwindigkeitsänderungen durch die Doppler-Effekte exakt sein, und die Reflexionen an den Spiegeln im Takt der Periodendauer erfolgen. Michelsons Laufzeitenrechnung ist daher verfehlt, denn eine winzige Phasenverschiebung kann sich nur am Strahlteiler/Umlenker ergeben, weil sich hier die Strahlen im Falle eines Ätherwindes nicht genau treffen und hier die Amplituden deshalb nicht genau zusammenfallen, weil bei der Begegnung der beiden Wellenzüge einer reflektiert wird, wogegen der andere durch den Umlenker tritt. Eine Phasenverschiebung und somit eine Verschiebung der Interferenzstreifen wird daher sehr viel kleiner sein, als man durch die grobe Laufzeitrechnung erwartet. Und eine wesentlich kleinere Phasenverschiebung hat Michelson ja auch gemessen. Damit hat er den Äther nicht widerlegt, sondern nachgewiesen, denn nach SRT oder Emissionsthese hätte er gar nichts messen dürfen!
Auch in den modernen Experimenten zum Nachweis der Lorentzinvarianz wird nicht berücksichtigt, dass aufgrund dieser Reflexionsbedingungen keine Änderungen von Frequenzen auftreten können, ganz egal, ob es einen Äther bzw. irgendein lichttragendes Medium gibt oder nicht. Die Nichtbeachtung dieser Doppler- und Reflexionseffekte in den verfehlten Laufzeitrechnungen mit c+/-v führt schnurstraks zur Lorentztransformation, um damit die scheinbare Konstanz der LG zu begründen. Alle diese Experimente sind aber verfehlt, wenn man nicht die tatsächlichen Reflexionszeitpunkte erkennt!
Grüße
Harald Maurer
