Ernst hat geschrieben:Es wird dort in Abrede gestellt, daß wie Michelson es betonte, die Laufzeit des Lichtes über die Anzahl der Wellenlänge verglichen wird. Doch, das ist das Prinzip des Experiment. Es werden bei Drehung des MMI die Änderungen der Anzahl der Wellenlängen gemessen. Das geschieht durch Beobachtung der "Schiebung" des Interferenzmusters.
Die Anzahl der Wellenlängen differiert nicht mal um eine halbe Wellenlänge. Diese Differenz existiert aber nur am nicht maßgeblichen Punkt des Umlenkers,
der von beiden Strahlen nicht so getroffen wird, dass sie beide dieselbe Linie zum Detektor hätten. Die für die Interferenz maßgeblichen Bereiche der Strahlen treffen sich hingegen genau um diese 0,44 Wellenlänge an einem anderen, in Bewegungsrichtung des Umlenkers verschobenen Punkt. Damit ist der winzige Zeitversatz kompensiert.
Ernst hat geschrieben:Hin und Herschieben kann keine Veränderung der Wellenzahl verursachen. Die Differenzwellen müssen "durch das Interferometer geschoben" werden. Richtig ist, daß das mit einer Frequenzänderung verbunden ist. Ja, eine temporäre Frequenzänderung ist während der Drehung am Interferometer tatsächlich vorhanden.
Es gibt keine Differenzwellen, die durch das Interferometer geschoben werden müssten. Es gibt nur diese winzige Differenz der o,44 Wellenlänge. Die wird hin und hergeschoben, weil sich Geschwindigkeiten und Wellenlängen während der Drehung angleichen. Es kann in keinem Fall bei beiden der Strahlen eine andere Anzahl am Umlenker ankommen, als sie beim Strahlteiler erzeugt wurden. Die Anzahl kann sich immer nur gegenseitig verschieben. Ein und dieselbe Frequenz erzeugt an jedem Spiegel einmal kürzere und langsamere Wellen und einmal schnellere längere Wellen. Das stimmt in jeder Lage des Interferometers so zusammen, dass die Gesamtanzahl der Wellenzüge an jenem Punkt stets unverändert bleibt, wo sie tatsächlich punktgenau, zeitgleich und phasengleich zusammenkommen. Michelson geht von einem Punkt am Umlenker aus, wo sich identische Bereiche der Strahlen überhaupt nicht treffen.
Ernst hat geschrieben:Richtig ist, daß an den beiden Spiegeln ein Phasensprung von pi auftritt, welcher aber irrelevant ist, weil er beide Strahlen identisch beeinflußt
Deshalb kommen die Strahlen ja mit derselben Phasenlage zurück - wenngleich nicht am selben Punkt, interferieren können sie aber nur dort, wo sie übereinander liegen, das ist innerhalb des Strahldurchmessers um ganze 200 nm verschoben! Der Laserstrahl, den ich in meiner Analyse annehme (20 µm), ist dreimal dünner als ein Haar, und wäre im Verhältnis zur relevanten 0,44 Wellenlänge schon mal rund 80 mal breiter! Michelson hat einen wesentlich dickeren Strahl eingesetzt. Wie will er eine Zeitdifferenz im Femtosekundenbereich messen, die einen winzigen Bruchteil des Strahldurchmessers ausmacht?
Ernst hat geschrieben:3. Die Betrachtung als linienförmiger Strahl wird der Sache nicht gerecht. Der ursprüglich parallele Strahl wird durch eine Konkavlinse zu einem Kugelsektor geformt. nur so ist die Entstehung eines Interfernzmusters überhaupt möglich.
Es ist richtig, daß infolge der Geometrie am Strahlenteiler beide Strahlen nicht genau am identischen Ort eintreffen. Das hat Michelson in seiner Versuchsbeschreibung auch erwähnt und richtig erläutert, daß das ein Effekt zweiter Ordnung ist.
Wie die Interferenz sichtbar gemacht wird, ist nebensächlich. Da gibt es unterschiedliche Methoden. Sichtbar gemacht werden kann nur etwas, das in den Strahlen, die zur Linse kommen, auch vorliegt. Träfen sie sich am theoretisch angenommenen Punkt des Umlenkers, liegt keine Interferenz vor, die sichtbar gemacht werden könnte. Ja, richtig, Michelson weist zwar darauf hin, dass sich die Strahlen nicht exakt am selben Punkt treffen, wischt diesen Umstand aber mit der Bemerkung weg, dass dies ein Effekt zweiter Ordnung sei - und ignoriert die Tatsache, dass auch der Effekt, den er messen will, einer zweiter Ordnung ist! Und zwar mit derselben Größe, in welcher sich die beiden Auftreffpunkte unterscheiden. Denn dort, wo sie sich exakt treffen, kommt der Bereich des senkrechte Strahls genau um diese 0,44 Wellenlängen später daher. Denn der senkrechte Strahl setzt sich ja tatsächlich aus unzähligen parallelen Wellenzügen zusammen, die alle zueinander zeitverschoben sein müssen, denn sie entstehen am bewegten Strahlteiler! Der erwartete Zeitversatz wird so genau kompensiert. Dazu kommt noch der Umstand, dass die Wellenkämme im senkrechten Strahl schräg liegen. Und an jenem theoretischen Treffpunkt, der gar nicht zustande kommt, gar keine Interferenz ausgelöst werden könnte! Michelson beobachtet daher eine Interferenz aus einem Punkt, an welchem der Zeitversatz zweifellos kompensiert ist.
An jedem Reflexionspunkt des Interferometers ist die Frequenz unverändert. Auch bei Bewegung des Äthers kompensieren sich die Dopplereffekte exakt. An der Linse liegt dieselbe Frequenz an, wie sie am Strahlteiler vorliegt. Es ist daher sowohl mit und ohne Äther völlig unmöglich, dass im Endeffekt eine andere Gesamtanzahl an Wellenzügen herauskommt, als sie hineinkam! Die Gesamtanzahl der Wellenzüge beider Arme an jenem Punkt, der für die Interferenz tatsächlich maßgeblich ist, bleibt bei jeder Lage des Interferometers gleich. Die beiden Spiegel erzeugen im Takt der Frequenz eine Differenz von o,44 Wellenlängen, die einmal in einem Arm und nach Drehung im anderen Arm liegt, was keine Rolle spielt, weil am tatsächlich Punkt des Zusammentreffens stets Phasengleichheit vorliegt. Jeder Spiegel erzeugt die Wellenlängen von vornherein entweder verkürzt oder gedehnt (nur um diese 0,44 Wellenlängen nicht in der Zahl, sondern in der Zeit verschoben!), hat der eine Strahl diese 0,44 Wellenlänge mehr, hat sie der andere weniger und umgekehrt. Die Summe ist am Treffpunkt Umlenker immer dieselbe. Nämlich an jenem Punkt, der von Michelson großzügig negiert wird, mit der nebensächlichen Bemerkung, dass sich die Strahlen nicht am selben Punkt treffen würden. Wenn sie sich nicht am selben Punkt treffen, treffen sie sich gar nicht! Das ist im wahrsten Sinn des Wortes der springende Punkt bei diesem Experiment.
Ernst hat geschrieben:Im Gegenteil zeigt die Diskussion an dieser Stelle hier im Forum meines Erachtens die Genialität der Methodik dieses Versuches.
Das sehe ich ganz und gar nicht so. Ganz im Gegenteil ist der Versuch, innerhalb von Strahlbereichen, die um Größenordnungen breiter sind als die zu erwartende opt. Weglängenverschiebung im Ausmaß von etwa 200 nm, einen Zeitversatz im Femtosekunden-Bereich zu messen, eine äußerst grobe und nicht voll durchdachte Angelegenheit.
Grüße
Harald Maurer