Theorie:
Im Jahr \(1887\) führten die beiden Physiker Albert Michelson und Edward Morley ein Experiment durch, mit dem sie das durch den Lichtäther ausgezeichnete Bezugssystem bestimmen wollten. Sie stellten dazu folgende Überlegungen an:
In Bezug zum Äther muss (da der Äther das Medium der Lichtausbreitung ist) die Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen gleich groß sein. Da sich die Erde jedoch auf ihrer Bahn zu jeder Jahreszeit in eine andere Richtung bewegt, muss sie sich relativ zum Äther bewegen - zumindest während eines Großteils des Jahres. Daher müssten auf der Erde in unterschiedliche Richtungen unterschiedliche Lichtgeschwindigkeiten messbar sein, die von der Relativbewegung zwischen Erde und Äther abhängig sind.
Versuchsaufbau:
Michelson und Morley erdachten daher folgenden Versuchsaufbau:
Ein Lichtstrahl bewegt sich von einer Lichtquelle zu einem Strahlteiler (halbdurchlässiger Spiegel). Von hier wird ein Teil des Strahls nach unten reflektiert (rot) und ein Teil durchquert den Strahlteiler nach rechts (blau). Jeder der beiden Strahlen trifft dann auf einen Spiegel und kehrt zum Strahlteiler zurück. Von hier aus bewegt sich je ein Teil beider Strahlen nach oben (die beiden anderen Strahlteile, die sich wieder in Richtung der Lichtquelle zurückbewegen, sind für das Experiment unwichtig).
Am oberen Ende des Aufbaus werden die beiden Strahlen auf einem Schirm aufgefangen, wo sie interferieren können. Wenn das Licht für den roten Weg genauso lang braucht, wie für den blauen, dann treffen die Strahlen einander genau in Phase und verstärken einander (konstruktive Interferenz). Ansonsten tritt - je nach Gangunterschied der Strahlen - konstruktive oder destruktive Interferenz auf.
Durch Bewegen eines der Spiegel (also Veränderung der Länge \(l\) oder \(L\)) kann das Interferenzmuster verändert werden, z.B. so, dass auf dem Schirm destruktive Interferenz auftritt und kein Licht sichtbar ist.
Erwartungen:
Nun kommt der Äther ins Spiel. Wenn - wie die Äthertheorie vorhersagt - die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde in verschiedenen Richtungen unterschiedlich ist, dann muss das Licht auf dem blauen Weg (hauptsächlich waagrecht) eine andere Durchschnittsgeschwindigkeit haben, als auf dem roten (hauptsächlich senkrecht). Durch Drehen der Versuchsapparatur müsste sich also die Geschwindigkeit beider Strahlen (und damit der Gangunterschied und auch das Interferenzmuster) verändern. Aus den Veränderungen des Interferenzmusters bei bekannten Drehwinkeln ließen sich Schlussfolgerungen über die Lage des Äthers ziehen.
Ergebnis:
Entgegen aller Erwartungen veränderte das Drehen des Versuchsaufbaus nichts am Interferenzmuster. Daraus zogen Michelson und Morley folgenden Schluss:
Die Lichtgeschwindigkeit ist in alle Richtungen gleich groß.
Da dies im Widerspruch zu den Vorhersagen der Äthertheorie steht, bedeutete das auch:
Es gibt keinen Lichtäther.