La Relativité: théorie restreinte et générale, édition allemande Section section-0038

Hierfür hatte Michelson einen Weg gefunden, der nicht fehlschlagen zu können schien. Man denke sich an einem starren Körper zwei Spiegel angeordnet, welche einander die reflektierende Seite zukehren. Ein Lichtstrahl braucht eine ganz bestimmte Zeit T , um von einem Spiegel zum anderen und wieder zurück zu gelangen, falls dies ganze System gegen den Lichtäther ruht. Man findet für diesen Vorgang aber eine etwas andere Zeit T′ , wenn der Körper nebst Spiegeln relativ zum Äther bewegt ist. Ja noch mehr! Die Rechnung ergibt, daß diese Zeit T′ bei gegebener Geschwindigkeit v gegen den Äther eine andere sei, wenn der Körper senkrecht zu den Spiegelebenen bewegt ist, als wenn er parallel zu den Spiegelebenen bewegt ist. So winzig die so berechnete Differenz zwischen diesen beiden Zeitdauern auch sich ergab, Michelson und Morley führten ein Interferenzexperiment aus, bei welchem die Differenz deutlich hätte in Erscheinung treten müssen. Das Experiment fiel aber negativ aus, zur großen Verlegenheit der Physiker. Lorentz und FitzGerald zogen die Theorie aus dieser Verlegenheit, indem sie annahmen, daß die Bewegung des Körpers gegen den Äther eine Kontraktion in der Bewegungsrichtung bewirke, welche das Verschwinden der genannten Zeitdifferenz gerade bewirken sollte. Ein Vergleich mit den Darlegungen des § 12 zeigt, daß dieser Ausweg auch vom Standpunkt der Relativitätstheorie der richtige war. Die Auffassung der Sachlage ist aber nach der Relativitätstheorie eine unvergleichlich befriedigendere. Nach ihr gibt es kein bevorzugtes Koordinatensystem, welches zur Einführung der Ätheridee Anlaß gibt, mithin auch keinen Ätherwind und kein Experiment, um einen solchen in Evidenz zu setzen. Die Kontraktion bewegter Körper folgt hier ohne besondere [S. 37] Hypothesen aus den beiden Grundprinzipien der Theorie; und zwar ergibt sich als maßgebend für diese Kontraktion nicht die Bewegung an sich, welcher wir keinen Sinn beizulegen vermögen, sondern die Bewegung gegen den jeweilen gewählten Bezugskörper. So ist also für ein mit der Erde bewegtes Bezugssystem der Spiegelkörper von Michelson und Morley nicht verkürzt, wohl aber für ein relativ zur Sonne ruhendes Bezugssystem.

For this purpose Michelson had found a method that seemed incapable of failure. Imagine two mirrors mounted on a rigid body, with their reflecting surfaces facing one another. A light ray requires a quite definite time T to travel from one mirror to the other and back again if this entire system is at rest relative to the luminiferous ether. One finds, however, a somewhat different time T′ for this process if the body together with the mirrors is moving relative to the ether. And more than that: calculation shows that, for a given velocity v relative to the ether, this time T′ is different when the body moves perpendicular to the planes of the mirrors than when it moves parallel to those planes. However minute the difference calculated between these two durations, Michelson and Morley carried out an interference experiment in which the difference should have appeared clearly. But the experiment gave a negative result, to the great embarrassment of physicists. Lorentz and FitzGerald rescued the theory from this embarrassment by assuming that the motion of the body relative to the ether causes a contraction in the direction of motion that would exactly cause the stated time difference to disappear. Comparison with the discussions in § 12 shows that this solution was also correct from the standpoint of the theory of relativity. According to the theory of relativity, however, the interpretation of the situation is incomparably more satisfactory. According to it, there is no privileged coordinate system that gives occasion for introducing the idea of the ether, and consequently no ether wind and no experiment for demonstrating one. Here the contraction of moving bodies follows without special [p. 37] hypotheses from the two fundamental principles of the theory. What governs this contraction is not motion in itself, to which we are unable to attach any meaning, but motion relative to the particular reference body chosen. Thus, for a reference system moving with the Earth, the mirror apparatus of Michelson and Morley is not shortened, whereas it is shortened for a reference system at rest relative to the Sun.

Michelson avait trouvé à cette fin une méthode qui semblait ne pouvoir échouer. Imaginons deux miroirs disposés sur un corps rigide, leurs faces réfléchissantes tournées l’une vers l’autre. Un rayon lumineux met un temps tout à fait déterminé T pour aller d’un miroir à l’autre et revenir, si l’ensemble du système est au repos par rapport à l’éther lumineux. On trouve toutefois pour ce processus un temps légèrement différent T′ lorsque le corps et les miroirs sont en mouvement par rapport à l’éther. Bien plus encore ! Le calcul montre que, pour une vitesse donnée v par rapport à l’éther, ce temps T′ diffère selon que le corps se déplace perpendiculairement ou parallèlement aux plans des miroirs. Si infime que fût la différence ainsi calculée entre ces deux durées, Michelson et Morley réalisèrent une expérience d’interférence dans laquelle cette différence aurait dû apparaître nettement. Mais l’expérience donna un résultat négatif, au grand embarras des physiciens. Lorentz et FitzGerald tirèrent la théorie de cet embarras en supposant que le mouvement du corps par rapport à l’éther provoquait une contraction dans la direction du mouvement, contraction qui devait précisément faire disparaître la différence de temps mentionnée. Une comparaison avec les développements du § 12 montre que cette issue était également correcte du point de vue de la théorie de la relativité. Mais cette dernière donne de la situation une conception incomparablement plus satisfaisante. Selon elle, il n’existe aucun système de coordonnées privilégié qui donne lieu à l’introduction de l’idée d’éther, et par conséquent ni vent d’éther ni expérience permettant de mettre un tel vent en évidence. La contraction des corps en mouvement découle ici, sans hypothèse particulière [p. 37], des deux principes fondamentaux de la théorie. Ce qui est déterminant pour cette contraction n’est pas le mouvement en soi, auquel nous ne pouvons attribuer aucun sens, mais le mouvement par rapport au corps de référence choisi dans chaque cas. Ainsi, pour un système de référence entraîné avec la Terre, le dispositif à miroirs de Michelson et Morley n’est pas raccourci, tandis qu’il l’est pour un système de référence au repos par rapport au Soleil.