Histoire de l'expérience Michelson-Morley

L'expérience de Michelson-Morley était une tentative de mesurer le mouvement de la Terre à travers l'éther lumineux. Bien qu'elle soit souvent appelée 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 la Case Western University 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..

Comment cela devait fonctionner

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 l'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 dans l'espace (ce que les scientifiques pensaient être un vide) et vous pouviez même créer une chambre à vide et y faire briller une lumière, de sorte que toutes les preuves indiquaient clairement que la lumière pouvait traverser une région sans air ni autre affaire.

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 soit gêné le mouvement de l'onde lumineuse, semblable à la façon dont un nageur se déplace plus rapidement. ou plus lent 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 le fait rebondir sur les miroirs afin qu'il se déplace dans différentes directions et atteigne finalement la même cible. Le principe à l'œuvre était que si deux faisceaux parcouraient la même distance le long de chemins différents à travers l'éther, ils devaient se déplacer à des vitesses différentes et donc lorsqu'ils atteignaient l'écran cible final, ces faisceaux lumineux seraient légèrement déphasés l'un par rapport à l'autre, ce qui créer un motif d'interférence reconnaissable. Cet appareil est donc devenu connu sous le nom d'interféromètre de Michelson (montré dans le graphique en haut de cette page).

Les resultats

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 permettant cela qui avait du sens.

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

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

La source

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