Bei einem Interferometer werden Messungen mithilfe von Interferenz durchgeführt. Das Michelson-Interferometer stammt aus dem berühmten Versuch von Michelson und Morley (siehe unten).

Michelson Interferometer

Zum Erzeugen von Interferenzmustern eignet sich am besten ein Laser, da er monochromatisches und kohärentes Licht aussendet. Der Laserstrahl trifft auf einen Strahlteiler, sodass zwei Lichtstrahlen entstehen.Bei dem Strahlteiler handelt es sich um einen halbdurchlässigen Spiegel. Das heißt, ein Teil des Strahls geht grade durch den Spigel durch, der andere Teil wird nach den üblichen Gesetzten reflektiert. Beide Lichtstrahlen treffen auf jeweils einen “normalen” Spiegel, also einen der komplett reflektiert. Diese Spiegel sind so ausgerichtet, dass die Lichtstrahlen grade zurückgeworfen werden und wieder auf den Strahlteiler treffen. Hier werden beide Strahlen wieder jeweils in zwei Teiltrahlen aufgeteilt, so das von jedem einer auf den Schirm trifft. Diese beiden Lichtstrahlen interferieren miteinander und es enstehen kozentrische Interfernezringe auf dem Schirm.

Das Entstehen von Maxima und Minima auf dem Schirm ist abhängig vom Gangunterschied der beiden Strahlen. Beträgt er ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge $\lambda$ so kommt es zu konstruktiver Interfernez, also einem Maximum. Bei ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge $\frac{\lambda}{2}$ entstehen aufgrund destruktiver Interfernez die Minima. Dies bedeutet aber, dass sich bei einer Veränderung dieses Gangunterschiedes, z.B. für die Strahlen des Mittelpunkts der Kreise, auch das Interfernzmusters ändert.

Dieser Umstand wird genutzt um mithilfe des Michelson-Interferometers kleinste Abstandsäderungen nachweisen zu können. Schon eine Verschiebung um $\frac{\lambda}{2}$, also bei einem roten Laser um ca. 300nm, wird sichtbar gemacht!

Doch wie genau funktioniert das? Wie oben gesagt hängt das Auftreten von Minima und Maxima vom Gangunterschied der beiden Lichtstrahlen ab. Sind die Abstände zwischen dem Strahlteiler und den beiden Spiegeln (diese Entfehrnungen werden “Arme” genannt) exakt gleich, so ist der Gangunterschied null und in der Kreismitte befindet sich ein Maximum. Wird die Länge des einen Arms nun ganz leicht geändert, so ändert sich der Gangunterschied der beiden Lichtstrahlen und damit das Interferenzmuster. Man beobachtet Wechsel zwischen Minima und Maxima. Aus der Häufigkeit der Übergänge lässt sich dann auf die Abstandsänderung schließen. Um wie viel wurde ein Arm verschoben wenn ein Wechsel von einem Maximum zu einem Minimum beobachtet wird? Der Gagunterschied muss von einem Vielfachen von $\lambda$ zu einem Vielfachen von $\frac{\lambda}{2}$, also um $\frac{\lambda}{2}$ geändert werden. Daraus ergibt sich eine Armlängenänderung von $\frac{\lambda}{4}$. (Da die Strahlen in de Armen hin und zurück laufen!)

Ergebniss auf dem schirm eines Michelson-interferometers

Bevor Albert Einstein seine Relativitätstheorie und die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit postulierte, hatte man von Licht noch eine andere Vorstellung. So wie Schall von der Luft getragen wird und Wasserwellen sich auf Flüßigkeiten ausbreiten wurde auch von einem Trägermedium für elektromagnetische Wellen ausgegangen. Dieses Medium, der “Äther” füllte den ganzen Raum. Aus dieser Überlegung folgte, dass die Erde sich in diesem Äther bewegt und eine relative Geschwindigkeit dazu aufweist. Weiter wurde gefolgert, dass ein Lichtstrahl unterschiedliche Geschwindigkeit hat, je nach dem ob in oder gegen die Bewegung der Erde durch den Äther ausgerichtet ist.

Das Michelson und Morley Experiment ist eines der berühmtesten fehlgeschlagenen Experimente der Geschichte. Fehlgeschlagen, da die Ätherthese bestätigt werden sollte, das Ergebniss aber zu der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und der Abschaffung der Äther-Hypothese führte.

Doch wie sollte mit diesem Interferometer die Exsistenz eines Äthers gezeigt werden? Die Arme des Experiments wurden so ausgerichtet, dass einer in Bewegungsrichtug zum Äther und einer senkrecht dazu ausgerichtet waren. Würde der Versuchstisch gedreht, so müsste sich die Geschwindigkeit in den Armen ändern und ein Übergang zwischen Minima und Maxima zu sehen sein. Dies war aber in keiner Ausrichtung der Fall. Das Licht musste also konstant sein.