Das Experiment von Fizeau

Wenn Sie sich für Physik interessieren, müssen Sie „Unbelievable“!

Fresnel führte den Drag‑Faktor ein, um die Tatsache zu erklären bzw. zu kompensieren, dass die Erde im Ether scheinbar ruhte. Offensichtlich suchten sie den Beweis für den absoluten Ether. Wenn es keinen Ether gäbe, wäre es unerklärlich, wie Licht, Felder und Kräfte wie Gravitation, elektrostatische und magnetische Felder durch den Raum propagiert werden könnten. Der Drang, die Existenz des absoluten Ether zu beweisen, war deutlich. Ohne den Ether wären physikalische Eigenschaften, wie die Ausbreitung des Lichts im Vakuum, unvorstellbar und mysteriös. Der Nachweis von Fresnels Drag‑Faktor war notwendig. Die Demonstration des Drag‑Faktors war nicht einfach wegen der extrem hohen Geschwindigkeit des Lichts mit etwa 300 000 km/s.

Im Jahr 1851 entwickelte Fizeau ein Experiment mit unbekannter Genauigkeit, das den angenommenen Drag‑Faktor von Fresnel messen konnte.

Abbildung 6.  Das Experiment von Fizeau. 

Das Licht der Quelle wird in zwei Strahlen aufgeteilt. Ein Strahl folgt dem Wasserfluss, der andere entgegen dem Fluss. Wird das Licht im Wasser gezogen, braucht das dem Fluss entgegen reisende Licht mehr Zeit, um die Röhren zu durchqueren, als das mit dem Fluss. Das ist vergleichbar mit dem Zeitunterschied, den ein Schwimmer benötigt, um mit oder gegen die Strömung zu schwimmen. Das Problem ist, dass die Geschwindigkeit des „Schwimmers“ so hoch ist, dass er nur 1/100 000 000 einer Sekunde zum Durchlauf benötigt. Der Unterschied zwischen mit und gegen den Fluss ist noch viel kleiner.

Licht ist eine Schwingung mit sehr kurzer Wellenlänge. Schwingungen können sich gegenseitig verstärken oder abschwächen, wenn sie aufeinandertreffen. Der Unterschied zwischen Auslöschung und Verstärkung, einer hellen und einer dunklen Linie im Interferenzmuster, beträgt etwa 1/40 einer Millionstel Meter. Die Interferenz von Licht äußert sich in hellen und dunklen Streifen: den Interferenzlinien. Das gesamte Bild aus dunklen und hellen Streifen wird Interferenzmuster genannt.

Das Experiment von Fizeau ist ein optischer Interferometer und wurde entwickelt, um sehr kleine Zeit‑ oder Abstandsunterschiede zu messen. Der Drag‑Koeffizient von Fresnel,  , , impliziert im Experiment von Fizeau einen Zug von   Interferenzlinien (λ die Wellenlänge des Lichts,  v  die Fließgeschwindigkeit des Wassers und  L  die Länge). Für die Herleitung dieser Formel siehe das nächste Kapitel. Fizeau registrierte während seines Experiments eine Verschiebung von  δ=0,23 in den Interferenzlinien; was einen Drag‑Faktor von  f=0,48 impliziert; den empirischen Wert. Der theoretische Wert des Drag‑Faktors wird mit den Formelnund  berechnet und beträgt  f=0.43. Damit bestätigte das Experiment von Fizeau Fresnels Drag‑Faktor innerhalb eines Fehlers von etwa 10 %..

Nächstes Kapitel: Das Experiment von Fizeau und der gezogene Ether