Het Michelson-Morley-experiment was een poging om de beweging van de aarde door de lichtgevende ether. Hoewel het vaak het Michelson-Morley-experiment wordt genoemd, verwijst de uitdrukking eigenlijk naar een reeks experimenten die zijn uitgevoerd door Albert Michelson in 1881 en dan weer (met betere uitrusting) aan Case Western University in 1887 samen met chemicus Edward Morley. Hoewel het uiteindelijke resultaat negatief was, was de sleutel van het experiment dat het de deur opende voor een alternatieve verklaring voor het vreemde golfachtige gedrag van licht.
Hoe het zou moeten 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 Youngs experiment met dubbele spleet.
Het probleem is dat een golf door een soort medium moest gaan. Er moet iets zijn om te zwaaien. Van licht was bekend dat het door de ruimte reisde (waarvan wetenschappers dachten dat het een vacuüm was) en je zou zelfs een vacuümkamer kunnen maken en een licht erdoorheen schijnen, dus al het bewijsmateriaal maakte duidelijk dat licht door een gebied kon bewegen zonder enige lucht of andere materie.
Om dit probleem te omzeilen, stelden natuurkundigen de hypothese dat er een stof 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 is).
Michelson en Morley (waarschijnlijk voornamelijk Michelson) kwamen op het idee dat je de beweging van de aarde door de ether zou moeten kunnen meten. Men geloofde doorgaans dat de ether onbeweeglijk en statisch was (behalve natuurlijk voor de vibratie), maar de aarde bewoog snel.
Denk eraan wanneer u uw hand op een oprit uit de autoruit hangt. Zelfs als het niet winderig is, maakt je eigen beweging het lijken winderig. Hetzelfde zou moeten gelden voor de ether. Zelfs als het stil stond, aangezien de aarde beweegt, zou licht dat in één richting gaat sneller met de ether mee moeten gaan dan licht dat in de tegenovergestelde richting gaat. Hoe dan ook, zolang er een soort beweging was tussen de ether en de aarde, zou het een effectieve "etherwind" moeten hebben gecreëerd die ofwel duwde of belemmerde de beweging van de lichtgolf, vergelijkbaar met hoe een zwemmer sneller of langzamer beweegt, afhankelijk van of hij beweegt met of tegen de huidige.
Om deze hypothese te testen, ontwierpen Michelson en Morley (nogmaals, meestal Michelson) een apparaat dat een balk splitste van licht en weerkaatste het van spiegels zodat het in verschillende richtingen bewoog en uiteindelijk hetzelfde raakte doelwit. Het principe op het werk was dat als twee bundels dezelfde afstand aflegden langs verschillende paden door de ether, ze met verschillende snelheden moesten bewegen en daarom zouden die lichtbundels, wanneer ze het uiteindelijke doelscherm raken, enigszins uit fase zijn met elkaar, wat een herkenbaar interferentie patroon. 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 bewegingsvoorkeur waarnaar ze op zoek waren. Ongeacht welk pad de straal volgde, het licht leek met precies dezelfde snelheid te bewegen. Deze resultaten zijn in 1887 gepubliceerd. Een andere manier om de resultaten destijds te interpreteren, was aan te nemen dat de ether op de een of andere manier verbonden was aan de beweging van de aarde, maar niemand kon echt een model bedenken dat dit mogelijk maakte zin.
In feite kwam in 1900 de Britse natuurkundige Lord Kelvin gaf beroemd aan dat dit resultaat een van de twee "wolken" was die een verder volledig begrip van het universum ontsierde, met de algemene verwachting dat het in relatief korte tijd 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 vertoont dualiteit van golfdeeltjes.
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.