Die vorrelativistische (Newtonsche) Mechanik war invariant gegen Galilei-Transformationen, die Elektrodynamik gegenüber der Lorentz-Gruppe. Da diese aber mit der Galilei-Gruppe höchstens ein einziges Bezugssystem gemeinsam haben kann, war anzunehmen, daß es durch mechanisch-elektrische bzw. mechanisch-optische Versuche möglich sein müsse, dieses "absolute" Inertialsystem, dem man in Anlehnung an die historische Entwicklung den Namen "Weltäther" gab, aufzufinden. So war es z. B. die Meinung dieser Absoluttheorie daß die Lichtausbreitung im Vakuum im Äther erfolge und relativ zu diesem allseitig, mit der Geschwindigkeit c fortschreite. Da man, wenn man nicht in ein geozentrisches Denken zurückfallen will, nicht annehmen kann, daß die Erde relative zum Weltäther ruht, sondern in jedem Augenblick eine gewisse Geschwindigkeit   gegen den Äther haben muß, sollte es also möglich sein, die scheinbare Anisotropie der Lichtausbreitung relativ zur Erde nachzuweisen.

Der aussichtsreichste Versuch in dieser Hinsicht ist das nachfolgend beschriebene, von Maxwell vorgeschlagene und im Jahre 1881 von  A.A. Michelson erstmals ausgeführte, in späteren Jahren von verschiedenen Seiten verbesserte Experiment. Es wurde u. a.

im Jahre 1930 von G. Joos mit den Hilfsmitteln des Zeisschen Laboratoriums in Jena mit solcher Genauigkeit wiederholt, daß noch eine Erdgeschwindigkeit von v = 1,5 km/s gegen den Äther hätte nachgewiesen werden können. Abgesehen von abweichenden Resultaten D.C.Millers, die jedoch nicht bestätigt werden konnten, haben alle Ausführungen des Michelson-Versuchs ein negatives Ergebnis gehabt. Neben dem Versuch von Trouton und Noble ist er dadurch zur wichtigsten Erfahrungsgrundlage der speziellen Relativitätstheorie geworden. Er kann wie folgt prinzipiell geschildert werden (Abb. 1).

Von der Lichtquelle Q fällt ein Lichtstrahl auf die halbdurchlässige planparallel Glasplatte G. Er wird teils zum Spiegel S₁ hin reflektiert und kehrt von dort zur Glasplatte zurück, sie wiederum teilweise zum Fernrohr F hin durchsetzend. Zum anderen Teil geht der Primärstrahl sofort durch die Glasplatte hindurch zum Spiegel S₂ und erreicht von dort nach Reflexion an G gleichfalls das Fernrohr, wo er mit dem ersten Teil interferiert. Denkt man sich die letztgenannte Reflexion ersetzt durch die Strahlung, die vom optischen Bild S'₂ des Spiegels S₂ (an G) herkäme, so erkennt man, daß die Interferenz denselben Charakter hat, als ob sie an den Spiegeln S₁ und S'₂ zustande käme, also wie bei einer Interferometeranordnung. Sind S₁ und S'₂ exakt parallel, so entstehen bei senkrechtem Auftreffen der Strahlen die bekannten Interferenzringe. Bei etwas schiefer Auftreffrichtung wird von diesem Ringsystem nur ein Ausschnitt weit weg von ihrem Zentrum zu sehen sein. Sind aber S₁ und S'₂ nicht parallel, so entstehen im Gesichtsfeld des Fernrohres die "Streifen gleicher Dicke". In beiden Fällen wird das Gesichtsfeld also von einem parallelen und äquidistanten Streifensystem durchzogen.

Der Apparat ist so montiert (auf einer Steinplatte, die auf Quecksilber schwimmt), daß er um eine Achse senkrecht zur Zeichenebene leicht gedreht werden kann. Für die Lage der Interferenzstreifen maßgebend ist der optische Gangunterschied, den die beiden Strahlen von ihrer Aufspaltung an der Vorderseite der Platte an bis zu ihrer Wiedervereinigung an der Rückseite erreichen (Der Durchtritt durch die planparallele Platte, der in beiden Fällen unter 45° Neigung gegen die Platte geschieht, wirkt sich symmetrisch aus und kann in der Folge außer Betracht bleiben, bzw. durch eine kleine Wegkorrektur ersetzt werden). Da nun nach der Auffasung der Absoluttheorie die Lichtfortpflanzung im Äther mit der Geschwindigkeit c erfolgt, hat man die beiden optischen Wege in dessen Ruhesystem zu ermitteln. Dabei spielt, wie leicht einzusehen ist, die Geschwindigkeit v des Apparats gegen den Äther eine entscheidende Rolle, allerdings nur die Komponente in der Ebene des Apparats, weil sich eine Komponente senkrecht dazu in gleicher Weise auf die beiden Strahlen auswirken müßte, deren Gangunterschied also nicht verändern würde. Zur Abschätzung dieses Geschwindigkeitseinflusses genügt es, die beiden Arme des Apparats gleich lang (l₁ = l₂ = l) anzunehmen. Sie sind in Wirklichkeit auch nahezu gleich.

In der Abb. 2 nimmt man zunächst an, die Geschwindigkeit der Erde gegen den Äther habe die Richtung . Dann ist die Zeit, die der Strahl 1 bis zum Spiegel 1 und zurück zur Platte braucht

Für die Zeiten, die das Licht unterwegs ist, kommt es nämlich auf die relative Geschwindigkeit an. So ergibt sich für den Strahl 1 insgesamt der Lichtweg:

 

 

 

 

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Dreht man nun den Apparat in seiner Horizontalebene um 90°, so vertauschen die Arme 1 und 2 ihre Rollen, und der Gangunterschied wird der entgegengesetzte. Dabei müßte sich also das Streifensystem um ganze Streifenbreiten verschieben, wenn Lambda die Wellenlänge des benützten Lichts ist.

Beobachtet wurde an verschiedenen Orten der Erde zu den verschiedensten Tages- und Jahreszeiten keine Verschiebung. Ein positiver Effekt, den Miller eine Zeitlang entdeckt zu haben glaubte, konnte nicht bestätigt werden. Vergrößerung des Weges, nämlich durch mehrfache Hin- und Herreflektion (zwischen dem durch Spiegel erweiterten System G und den
Spiegeln S₁ und S₂) konnte die Genauigkeit so gesteigert werden, daß noch ein ¹/₁₀₀₀ des oben berechneten Effekts hätte wahrgenommen werden müssen. Trotzdem zeigte sich keine Spur einer Verschiebung.

A. Einstein schließt daraus, daß eine Absolutbewegung gegen einen Weltäther nicht existiert, daß vielmehr alle physikalischen Gesetze, mechanische und elektrodynamische, einem gemeinsamen Relativitätsprinzip gehorchen, welches den Begriff der Translationsgeschwindigkeit in ähnlicher Weise relativiert, wie es das Galileische Relativitätsprinzip im Rahmen der Newtonschen Mechanik tat. Er forderte in der speziellen Relativitätstheorie Invarianz der physikalischen Gesetze gegen Lorentz-Transformation.