Das Experiment von Fizeau und das gezogene Äther
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Wenn wir das Experiment von Fizeau im Licht eines Vakuums, das gezogenen Ether enthält, betrachten, sollte die folgende Physik erwartet werden. Der Ether in den Wassermolekülen steht hauptsächlich unter dem Einfluss der Sauerstoff‑ und Wasserstoffatome. Obwohl Mond und Sonne gravitative Einflüsse haben, sind diese Effekte klein im Vergleich zu den Effekten der magnetischen und elektrischen Felder in den Wassermolekülen.
Wenn das Wasser im Fizeau‑Experiment bewegt wird, wird das Ether zwischen den Wassermolekülen das Wasser mitgezogen. Das Licht durchläuft das sich bewegende Wasser, als wäre das Wasser ruhend. Für den Beobachter, der mit dem Wasser ruht, ist nicht das Wasser in Bewegung, sondern das Labor von Fizeau.
Wenn angenommen wird, dass der Äther gezogen wird, wird der Äther das Wasser gezogen und das Licht bewegt sich durch den Äther im Wasser, als wäre der Äther in Ruhe. Die Lichtgeschwindigkeit im Wasser ist c/n: die Lichtgeschwindigkeit geteilt durch den Brechungsindex des Wassers. Der Äther steht unter dem Einfluss des Wassers und bewegt sich deshalb mit dem Wasser. Das Licht weiß nicht, ob es gegen oder mit der Strömung bewegt wird. Nur für den Beobachter außerhalb des Wassers, der sich im Labor befindet, gibt es eine Wasserbewegung.
Angenommen, es gibt gezogenen Äther, dann hat das Licht, das in Richtung des Wassers reist, eine zu überwindende Strecke L minus die Strecke, die das Wasser während dieser Zeit zurücklegt. Und umgekehrt, gegen die Richtung des Wassers, ist der Weg durch das Wasser vergleichsweise länger.
Wenn man den theoretischen Widerstand auf diese Weise berechnet, ergibt sich ein „Widerstand“ von:
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Für die Herleitung dieser Formel siehe unten. Der theoretische Versatz der Interferenzlinien wird berechnet bei δ=0,23; exakt der von Fizeau gemessene Wert. Das Experiment von Fizeau stimmt perfekt mit der theoretischen Annahme des gezogenen Äthers überein; viel besser als der von Fresnel angenommene Zug.
Die Messungen von Fizeau
Die Abmessungen des Fizeau‑Experiments sind:
L=1,5 m v=7 m/s λ=5,3·10⁻⁷ m n=1.33 c=299 792 458 m/s and
Fresnels Zugfaktor.
Der berechnete Zeitunterschied mit dem Dragfaktor von Fresnel beträgt:
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Weil
wir finden ungefähr:
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Der optische Unterschied in Interferenzlinien beträgt:
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Nach Fresnels Theorie ist der Drag‑Faktor f=0,435 und daher muss die theoretische Verschiebung der Linien δ=0.203.
Die gemessenen Werte von Fizeau sind: f=0.48 δ=0.23
Der Unterschied zwischen dem theoretischen und dem gemessenen Wert beträgt 10 %.
Wenn wir die theoretischen Werte unter Annahme eines gezogenen Äthers bestimmen, verringert/spricht sich der Weg entsprechend der Strecke, die das Wasser während der Zeit, in der das Licht das Wasser durchläuft, fließt. Wir leiten die Gleichungen ab:
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Die erste Formel für t1 gibt die Zeit an, die das Licht benötigt, um das Wasser mit der Strömung zu durchqueren. Die für das Gegenüber die Strömung erforderliche Zeit wird durch die Formel für t2 angegeben. Der theoretische Unterschied in den Interferenzlinien wird dann berechnet bei:
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Die theoretische Verschiebung in den Interferenzlinien wird berechnet: δ=0.23
Die theoretische Verschiebung mit gezogenem Äther und das Experiment von Fizeau passt perfekt zu den gemessenen Werten.
Das Experiment von Fizeau ist damit ein starkes empirisches Argument für gezogenen Äther.
Nächstes Kapitel: The experiment of Michelson and Morley
