Einer der wichtigsten Tests der Speziellen Relativitätstheorie ist die Lorentzinvarianz. Im Rahmen des berühmten Michelson-Morley-Experimentes bedeutet dies, dass ein Laserstrahl den ich in eine Richtung schicke und einer den ich 90° dazu gedreht sende genau gleich lange unterwegs sind. Auch nach der Allgemeinen Relativitätstheorie muss dies noch lokal in ausreichend kleinen Raumzeitstücken gelten, die man als flach annähern kann. Dies widerlegte die Annahme eines Äthers, eines Mediums in dem sich das Licht bewegt. Der immer genauere Test dieser Annahme ist die Aufgabe der Wissenschaft, um bestehende Theorien zu testen oder ihre Grenzen zu finden. In der Physical Review Letters ist ein Paper von Christian Eisele und seinen Ko-Autoren von der Universität Düsseldorf erschienen (hier der Artikel als PDF von ihrer Homepage), das mit ungeheurer Genauigkeit die Isotropie des Raumes feststellt.
Das Prinzip hatte ich kurz erläutert, und fast so wird es auch hier gemacht: In einem Hohlraum befindet sich eine stehende optische Welle, die von einem geteilten Laserstrahl aus senkrecht stehenden Richtungen getestet wird:
Der Block auf dem der Hohlraum und die Laser stehen wird alle 90 Sekunden einmal gedreht. Man kann ganz kleine Laifzeitunterschiede feststellen, denn man vereint den geteilten Laserstrahl wieder und kann aus der Interferenz feststellen, ob es Verschiebungen gegeben hat. Diesen Unterschied zwischen den Laufgeschwindigkeiten will man messen – oder seine Abwesenheit, würde denn die Spezielle Relativitätstheorie stimmen.
Um dies mit hoher Präzision zu tun, wurde die Appartur im Verlaufe eines Jahr etwas 175000 mal gedreht und mit großem Aufwand systematische Fehler vermieden oder gemessen und abgezogen. Hier nur ein paar der Punkte die beachtet wurden:
- Ein 1,3-Tonnen Granittisch auf dem luftgelagert die Apparatur stand, mit aktiver Korrektur der Optik
- Luftfedern, die die Bewegung des Tisches gegen die Bewegung des Labors stabilisieren
- Aufzeichnung der Bewegung der Apparatur, der Temperatur und der Unterschiede in der Energieversorgung des Lasers, um diese Effekte herauszurechnen
- Herausrechnen der Effekte der Veränderung der Erdachse
Und die Ergebnisse sind wirklich atemberaubend genau: Die Anistropie der Lichtgeschwindigkeit auf der Erde ist kleiner als 0,6×10^(-17). Das ist die 1-Sigma-Umgebung des Fehlermodells. Komma, SIEBZEHN NULLEN und dann die signifikante Zahl. Wahnsinn.
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