Um Gravitationswellen nachweisen zu können, brauchen wir extrem genaue Instrumente, welche Abstände auf unglaublich kleinen Skalen messen können. Eine Gravitationswelle verursacht Längenänderungen im Bereich von gerade mal einem Milliardstel eines Milliardstel Meters, weshalb wir ein Messinstrument brauchen, welches empfindlich genug ist, dies auch zu "sehen".

Ein Michelson-Interferometer sollte für diesen Zweck eine einfache aber geeignete Apparatur sein. Sie besteht im Prinzip aus nur drei Spiegeln, einem Detektor und einer Lichtquelle. Die Spiegel reflektieren das Licht der Quelle und der Detektor fängt es auf, nachdem es reflektiert wurde. Selbstverständlich kann solch ein einfacher Aufbau in den Händen von Wissenschaftlern sehr komplex werden, aber dennoch können wir versuchen, sein Grundprinzip zu verstehen.

Das Licht der Quelle trifft unter einem bestimmten Winkel auf den ersten Spiegel. Da dieser Spiegel halbdurchlässig ist, wird die Hälfte des Lichtes reflektiert und in die eine Richtung geschickt, während die andere Hälfte des Lichtes einfach hindurch gelassen wird. Dieser erste Spiegel wird üblicherweise "Strahlteiler" genannt, da er genau dies tut; er teilt den Lichtstrahl in zwei Strahlen auf.

Wir haben also nun zwei identische Lichtstrahlen, die in verschiedene Richtungen weg vom Strahlteiler laufen. Diese unterschiedlichen Pfade der beiden Strahlen werden die zwei "Arme" des Interferometers genannt. Am Ende jeder der beiden Arme befindet sich jeweils ein weiterer Spiegel. Diese beiden "Endspiegel" sind hochreflektiv, d.h. alles sie treffende Licht wird vollständig zurück zum Strahlteiler reflektiert.

Jetzt wird es erst wirklich interessant! Wenn die beiden Strahlen wieder auf den Strahlteiler treffen, wird wiederum die Hälfte jedes Strahls reflektiert, während die andere Hälfte hindurchgeht. Der entscheidende Fakt ist nun, dass die Strahlen der beiden Arme miteinander INTERFERIEREN, also sich gegenseitig überlagern. Aus diesem Grund wird die gesamte Apparatur auch INTERFERometer genannt.

Interferenz geschieht immer genau dann, wenn zwei Wellen sich überlagen. Fallen die Wellenberge und -täler der beiden sich überlagernden Wellen auf die jeweils gleichen Punkte, dann addieren sie sich zu einer stärkeren Welle. Dies nennt man "Konstruktive Inferferenz". Fällt hingegen ein Wellenberg der einen Welle exakt auf ein Wellental der anderen und umgekehrt, dann löschen sich die beiden Wellen vollständig aus und verschwinden. Dies wird dann "Destruktive Interferenz" genannt. Werden zwei Wellen also zueinander addiert, dann hängt die Stärke der daraus resultierenden Welle von der relativen Position von Wellentälern und -bergen der ursprünglichen Wellen ab.

Licht kann in vielen Fällen als eine sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitende Welle beschrieben werden, so dass wir bei der Überlagerung zweier Lichtstrahlen, wie eben skizziert, Interferenz erwarten können. Dies geschieht genau dann, wenn die beiden Lichtstrahlen wieder auf den Strahlteiler treffen und sich dort überlagern. Dadurch entsteht ein aus dem Interferometer laufender Lichtstrahl, dessen Helligkeit von der relativen Position der Wellenberge und -täler der aus den beiden Armen stammenden Lichtwellen abhängt. Die Position der Berge und Täler der Lichtwellen in den beiden Armen hängt wiederum von der genauen Länge der Arme ab. Durch die Messung der Lichtintensität am Ausgang des Interferometers können wir also ableiten, wie gut die Berge und Täler der beiden Teilwellen in den Armen zusammenfallen und ob zwischen diesen ein kleiner Längenunterschied besteht. Da die Wellenlängen der verwendeten Lichtwellen sehr klein sind (ca. ein Tausendstel eines Millimeters) können wir den Unterschied der beiden Armlängen sehr, sehr genau bestimmen.

Die Lichtintensität am Ausgang eines Michelson-Interferometers hängt also vom Längenunterschied zwischen beiden Armen ab. Zur Verdeutlichung dieses Prinzips können sie sich unsere Processing-Animation Michelson-Interferometer anschauen, welche auch zeigt, wie die Interferenz zweier Lichtwellen zur Auslöschung oder Verstärkung führt: