Geschiedenis van het Michelson-Morley-experiment

Het Michelson-Morley-experiment was een poging om de beweging van de aarde door de lichtgevende ether te meten. Hoewel vaak het Michelson-Morley-experiment genoemd, verwijst de uitdrukking eigenlijk naar een reeks experimenten die werden uitgevoerd door Albert Michelson in 1881 en vervolgens (met betere apparatuur) aan de Case Western University in 1887 samen met chemicus Edward Morley. Hoewel het uiteindelijke resultaat negatief was, was de experimentele sleutel dat het de deur opende voor een alternatieve verklaring voor het vreemde golfachtige gedrag van licht.

Hoe het moest werken

Tegen het einde van de 19e eeuw was de dominante theorie over hoe licht werkte, dat het een golf van elektromagnetische energie was, vanwege experimenten zoals Young's double spleet-experiment.

Het probleem is dat een golf door een soort medium moest bewegen. Er moet iets zijn om te zwaaien. Het was bekend dat licht door de ruimte reisde (waarvan wetenschappers dachten dat het een vacuüm was) en je kon zelfs een vacuümkamer creëren en er een licht doorheen laten schijnen, dus alle bewijsmateriaal maakte duidelijk dat licht door een gebied kon bewegen zonder lucht of andere materie.

Om dit probleem te omzeilen, veronderstelden natuurkundigen dat er een substantie was die het hele universum vulde. Ze noemden deze stof de lichtgevende ether (of soms lichtgevende ether, hoewel het lijkt alsof dit gewoon een soort pretentieus klinkende lettergrepen en klinkers zijn).

Michelson en Morley (waarschijnlijk vooral Michelson) kwamen op het idee dat je de beweging van de aarde door de ether moet kunnen meten. Men geloofde meestal dat de ether onbeweeglijk en statisch was (behalve natuurlijk de trillingen), maar de aarde bewoog snel.

Denk aan wanneer u uw hand uit het autoraam hangt tijdens een rit. Zelfs als het niet winderig is, maakt je eigen beweging het lijken winderig. Hetzelfde zou moeten gelden voor de ether. Zelfs als het stilstaat, omdat de aarde beweegt, zou licht dat in één richting gaat sneller met de ether moeten bewegen dan licht dat in de tegenovergestelde richting gaat. Hoe dan ook, zolang er een soort beweging tussen de ether en de aarde was, had het een effectieve "etherwind" moeten creëren die de beweging van de lichtgolf zou hebben geduwd of gehinderd, vergelijkbaar met hoe een zwemmer sneller beweegt of langzamer, afhankelijk van of hij met of tegen de stroom in beweegt.

Om deze hypothese te testen, ontwierpen Michelson en Morley (nogmaals, meestal Michelson) een apparaat dat een lichtstraal splitste en het van spiegels stuiterde zodat het in verschillende richtingen bewoog en uiteindelijk hetzelfde doel raakte. Het principe dat aan het werk was, was dat als twee stralen dezelfde afstand aflegden langs verschillende paden door de ether, ze met verschillende snelheden zouden moeten bewegen en daarom, wanneer ze het uiteindelijke doelscherm zouden raken, die lichtstralen een beetje uit fase met elkaar zouden zijn, wat zou creëer een herkenbaar interferentiepatroon. Dit apparaat werd daarom bekend als de Michelson-interferometer (weergegeven in de afbeelding bovenaan deze pagina).

De resultaten

Het resultaat was teleurstellend omdat ze absoluut geen bewijs vonden van de relatieve bewegingsbias waarnaar ze op zoek waren. Het maakt niet uit welk pad de straal aflegde, het licht leek precies met dezelfde snelheid te bewegen. Deze resultaten werden gepubliceerd in 1887. Een andere manier om de resultaten op dat moment te interpreteren was om aan te nemen dat de ether op de een of andere manier verbonden was met de beweging van de aarde, maar niemand kon echt een model bedenken dat dit logisch maakte.

In feite gaf de Britse natuurkundige Lord Kelvin in 1900 beroemd aan dat dit resultaat een van de twee "wolken" was die een verder volledig begrip van het universum ontsierden, met een algemene verwachting dat het in relatief korte volgorde zou worden opgelost.

Het zou bijna 20 jaar duren (en het werk van Albert Einstein) om echt de conceptuele hindernissen te overwinnen die nodig zijn om het ethermodel volledig te verlaten en het huidige model over te nemen, waarin licht dualiteit van golfdeeltjes vertoont.

Bron

Vind de volledige tekst van hun paper gepubliceerd in de 1887-editie van de American Journal of Science, online gearchiveerd op de AIP-website.