Histoire de l'expérience Michelson-Morley

L'expérience de Michelson-Morley était une tentative de mesurer la mouvement de la Terre à travers l'éther lumineux. Bien qu'elle soit souvent appelée l'expérience Michelson-Morley, l'expression fait en réalité référence à une série d'expériences menées par Albert Michelson en 1881 puis à nouveau (avec un meilleur équipement) à l'Université Case Western en 1887 avec le chimiste Edward Morley. Bien que le résultat final ait été négatif, l'expérience clé a ouvert la porte à une explication alternative pour l'étrange comportement ondulatoire de la lumière.

À la fin des années 1800, la théorie dominante sur le fonctionnement de la lumière était qu'il s'agissait d'une vague d'énergie électromagnétique, en raison d'expériences telles que Expérience à double fente de Young.

Le problème est qu'une vague a dû traverser une sorte de médium. Quelque chose doit être là pour faire des signes. La lumière était connue pour voyager à travers l'espace (que les scientifiques pensaient être un vide) et vous pourriez même créer une chambre à vide et briller une lumière à travers elle, de sorte que toutes les preuves montrent clairement que la lumière peut traverser une région sans air ni autre matière.

Pour contourner ce problème, les physiciens ont émis l'hypothèse qu'il y avait une substance qui remplissait l'univers entier. Ils ont appelé cette substance l'éther lumineux (ou parfois l'éther lumineux, bien qu'il semble que ce soit juste une sorte de lancement de syllabes et de voyelles au son prétentieux).

Michelson et Morley (probablement surtout Michelson) ont eu l'idée que vous devriez pouvoir mesurer le mouvement de la Terre à travers l'éther. L'éther était généralement considéré comme immobile et statique (sauf, bien sûr, pour les vibrations), mais la Terre se déplaçait rapidement.

Pensez à quand vous suspendez votre main par la fenêtre de la voiture sur un lecteur. Même s'il n'y a pas de vent, votre propre mouvement le fait sembler venteux. La même chose devrait être vraie pour l'éther. Même si elle était immobile, puisque la Terre se déplace, la lumière qui va dans une direction devrait se déplacer plus rapidement avec l'éther que la lumière qui va dans la direction opposée. Quoi qu'il en soit, tant qu'il y avait une sorte de mouvement entre l'éther et la Terre, cela aurait dû créer un "vent d'éther" efficace qui aurait soit poussé ou entravé le mouvement de l'onde lumineuse, semblable à la façon dont un nageur se déplace plus rapidement ou plus lentement selon qu'il se déplace avec ou contre le courant.

Pour tester cette hypothèse, Michelson et Morley (encore une fois, principalement Michelson) ont conçu un appareil qui divise un faisceau de lumière et l'a fait rebondir sur les miroirs pour qu'il se déplace dans des directions différentes et touche finalement le même cible. Le principe à l'œuvre était que si deux faisceaux parcouraient la même distance sur des chemins différents à travers l'éther, ils devraient se déplacer à des vitesses différentes et donc quand ils frappent l'écran cible final, ces faisceaux lumineux seraient légèrement déphasés les uns avec les autres, ce qui créerait un reconnaissable ingérence modèle. Cet appareil est donc devenu connu sous le nom d'interféromètre de Michelson (illustré dans le graphique en haut de cette page).

Le résultat a été décevant car ils n'ont trouvé absolument aucune preuve du biais de mouvement relatif qu'ils recherchaient. Quel que soit le chemin emprunté par le faisceau, la lumière semblait se déplacer précisément à la même vitesse. Ces résultats ont été publiés en 1887. Une autre façon d'interpréter les résultats à l'époque était de supposer que l'éther était en quelque sorte connecté au mouvement de la Terre, mais personne ne pouvait vraiment trouver un modèle qui a permis cela qui a fait sens.

En fait, en 1900, le physicien britannique Lord Kelvin a notoirement indiqué que ce résultat était l'un des deux "nuages" qui a entaché une compréhension par ailleurs complète de l'univers, avec une attente générale qu'il serait résolu dans un délai relativement court.

Cela prendrait près de 20 ans (et le travail de Albert Einstein) pour franchir véritablement les obstacles conceptuels nécessaires pour abandonner complètement le modèle éther et adopter le modèle actuel, dans lequel la lumière présente dualité onde-particule.

Retrouvez le texte intégral de leur article publié dans l'édition de 1887 du American Journal of Science, archivé en ligne sur Site Web de l'AIP.