Theorie:
Infolge des Michelson-Morley Experimentes sind wir auf das Relativitätsprinzip gestoßen:
Die Lichtgeschwindigkeit ist in allen Inertialsystemen in alle Richtungen gleich groß.
Um uns näher mit den Konsequenzen dieser Entdeckung zu beschäftigen, werden wir Überlegungen mit sogenannten Lichtuhren anstellen. Eine Lichtuhr ist ein Gerät, in dem ein Lichtstrahl aus einer Lichtquelle zu einem Spiegel und wieder zurück zu einem Detektor bei der Lichtquelle verläuft. Sobald das Lichtsignal am Detektor registriert wird, gibt dieser ein Signal ("Klick"), das dem Ticken der Uhr entspricht.
Wie jede andere Uhr kann eine Lichtuhr somit die Zeit messen. Jeder Klick besagt, dass ein bestimmtes Zeitintervall (je nach Höhe der Uhr, z.B. eine Sekunde) verstrichen ist.
Lichtuhren basieren auf dem Relativitätsprinzip. Wäre beispielsweise stattdessen die Äthertheorie richtig, würde die Uhr in jedem Inertialsystem und in jeder Richtung eine andere Zeit messen. Erst das Relativitätsprinzip garantiert, dass die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von diesen Faktoren ist, d.h. dass das Licht immer dieselbe Zeit zum Durchqueren der Lichtuhr benötigt und somit die Lichtuhr immer dieselbe Zeit misst.
Betrachten wir nun zwei zueinander bewegte Lichtuhren. Der Einfachheit halber befinde sich eine in Ruhe und die andere bewege sich mit konstanter Geschwindigkeit daran vorbei:
Wir sehen, dass das Licht in der bewegten Uhr länger für den Hin- und Rückweg braucht, als in der ruhenden. Ist dies nicht ein Widerspruch zu unserer Feststellung, dass Lichtuhren in allen Inertialsystem gleich laufen?