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 que souvent appelée « expérience Michelson-Morley », l’expression fait en fait 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 a ouvert la porte à une autre explication de l’étrange comportement ondulatoire de la lumière.

Comment cela était censé fonctionner

À la fin des années 1800, la théorie dominante sur le fonctionnement de la lumière était qu’il s’agissait d’une onde d’énergie électromagnétique, grâce à des expériences telles que l’expérience de Young sur la double fente.

Le problème est qu’une vague devait se déplacer par une sorte de moyen. Quelque chose doit être là pour faire l’ondulation. On savait que la lumière voyageait dans l’espace (que les scientifiques croyaient être un vide) et que l’on pouvait même créer une chambre à vide et y faire passer une lumière, donc toutes les preuves indiquaient clairement que la lumière pouvait se déplacer dans une région sans air ou autre matière.

Pour contourner ce problème, les physiciens ont émis l’hypothèse qu’il existait une substance qui remplissait l’univers entier. Ils ont appelé cette substance l’éther lumineux (ou parfois éther luminiferous, bien qu’il semble que cela ne soit qu’une sorte de jet de syllabes et voyelles prétentieuses).

Michelson et Morley (probablement surtout Michelson) ont eu l’idée que vous devriez pouvoir mesurer le mouvement de la Terre à travers l’éther. On croyait généralement que l’éther était immobile et statique (sauf, bien sûr, pour la vibration), mais la Terre se déplaçait rapidement.

Pensez au moment où vous passez votre main par la fenêtre de la voiture en conduisant. Même s’il n’y a pas de vent, votre propre mouvement le fait paraître. Il devrait en être de même pour l’éther. Même s’il était immobile, puisque la Terre bouge, 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, comme un nageur se déplace plus vite ou plus lentement selon qu’il se déplace avec ou contre le courant.

Pour tester cette hypothèse, Michelson et Morley (encore une fois, surtout Michelson) ont conçu un dispositif qui divise un faisceau de lumière et le fait rebondir sur des miroirs de sorte qu’il se déplace dans des directions différentes et finit par toucher la même cible. Le principe à l’œuvre était que si deux faisceaux parcourent la même distance sur des trajets différents dans l’éther, ils devraient se déplacer à des vitesses différentes et donc, lorsqu’ils frappent l’écran cible final, ces faisceaux lumineux seraient légèrement déphasés l’un par rapport à l’autre, ce qui créerait un modèle d’interférence reconnaissable. Ce dispositif est donc connu sous le nom d’interféromètre de Michelson (illustré dans le graphique en haut de cette page).

Les résultats

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 trajet du faisceau, la lumière semblait se déplacer à la même vitesse. Ces résultats ont été publiés en 1887. À l’époque, une autre façon d’interpréter les résultats consistait à supposer que l’éther était en quelque sorte lié au mouvement de la Terre, mais personne n’a vraiment pu trouver un modèle qui permette de le faire de façon logique.

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

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

Source

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