(geb. Strelno, Preußen , 19.Dezember 1852; gest. Pasadena, Kalifornien, 9. Mai 1931)
Physik, Optik, Metrologie.
Präzisionsmessung in der Experimentalphysik war Michelsons lebenslange Leidenschaft. 1907 erhielt er als erster amerikanischer Staatsbürger einen Nobelpreis für eine der Wissenschaften und wurde „für seine präzisionsoptischen Instrumente und die damit durchgeführten spektroskopischen und metrologischen Untersuchungen“ geehrt.“ Michelson maß die Lichtgeschwindigkeit 1878 als sein erstes Unterfangen in der naturwissenschaftlichen Forschung und kehrte im Laufe des nächsten halben Jahrhunderts wiederholt zur experimentellen Bestimmung dieser fundamentalen Konstante zurück. Nie ganz zufrieden mit der Präzision früherer Messungen, entwickelte und nutzte er fortschrittlichere Techniken und Werkzeuge, um die Genauigkeit seiner Beobachtungen zu erhöhen. Er starb, nach mehreren Schlägen, während eines aufwendigen Tests der Lichtgeschwindigkeit in einem echten Teilvakuum über einen kilometerlangen Kurs in Irvine, Kalifornien; aber der Wert später von seinen Kollegen veröffentlicht (299.774 ± 11 km./ sec.) war wahrscheinlich weniger genau als Michelsons eigene optische Bestimmung über einen zweiundzwanzig Meilen langen Kurs zwischen Bergen in Südkalifornien während 1924-1926 (299.796 ± 4 km./sehen.).
Michelson wurde als Sohn bescheidener Eltern im umstrittenen Gebiet zwischen Preußen und Polen geboren und wanderte im Alter von vier Jahren mit seinen Eltern Samuel und Rosalie Michelson über New York und Panama nach San Francisco aus. Der ältere Michelson wurde Kaufmann für Goldgräber in Kalifornien und später in Virginia City, Nevada, während sein Sohn nach der sechsten Klasse zunächst bei Verwandten in San Francisco und dann bei Theodore Bradley, dem Schulleiter der dortigen High School, untergebracht wurde. Bradley scheint das Interesse des jungen Michelson an der Wissenschaft geweckt und seine Talente im Labor erkannt und belohnt zu haben. Auf Bradleys Vorschlag bewarb sich Michelson um eine staatliche Ernennung zur US Naval Academy; aber als drei Bovs den ersten Platz in der schulischen Prüfung erreichten und ein weiterer ernannt wurde, beschloss der junge Michelson, seinen Fall mit einem Empfehlungsschreiben seines Kongressabgeordneten ins Weiße Haus zu bringen. 1869 reiste er nach Washington, sah Präsident Grant und erhielt seine Ernennung nach Annapolis.
Michelson schloss sein Studium mit der Klasse von 1873 ab und unternahm mehrere Kreuzfahrten zur See, bevor er als Ausbilder für Naturwissenschaften an die Akademie versetzt wurde. Am 10. April 1877 heiratete Michelson Margaret Heminway aus einer wohlhabenden New Yorker Familie; diese Ehe dauerte zwanzig Jahre und brachte zwei Söhne und eine Tochter hervor.
Während Michelson 1878 Physik unterrichtete, interessierte er sich für die Verbesserung von Foucaults Methode zur Messung der Lichtgeschwindigkeit auf der Erde. Im Juli 1878 konnte Michelson mit einem Geschenk seines Schwiegervaters von 2.000 US-Dollar den Drehspiegelapparat verbessern und sein Experiment perfektionieren – die vierte terrestrische Messung der Lichtgeschwindigkeit. Ihm gingen Fizeau, Foucault und Cornu voraus. Simon Newcomb, Superintendent des Nautical Almanac Office, interessierte sich für seine Arbeit. In der Folge wurden seine ersten wissenschaftlichen Mitteilungen und Arbeiten 1878-1879 veröffentlicht, und er begann mit Newcomb an einem staatlich geförderten Projekt zusammenzuarbeiten, um die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit weiter zu verfeinern. Von 1880 bis 1882 erhielt er eine Beurlaubung für ein Aufbaustudium in Europa. Er studierte bei Helmholtz in Berlin, bei Quincke in Heidelberg und bei Cornu, Mascart und Lippman in Paris.
Im Winter 1880-1881, während er in Helmholtz ‚Labor arbeitete, dachte Michelson an ein Mittel, um eine Messung zweiter Ordnung von Maxwells Vorschlag zu versuchen, um die relative Bewegung der Erde gegen den allgegenwärtigen, wenn auch hypothetischen, leuchtenden Äther zu testen. Gestützt auf den Kredit, den Alexander Graham Bell in seinem Konto bei den Berliner Instrumentenbauern Schmidt und Haensch unterhielt, entwarf Michelson ein Gerät namens Interferenzrefraktometer, mit dem er dann die Relativbewegung oder einen „Ätherwind“ testete, indem er die Geschwindigkeit von zwei Lichtstrahlen verglich, die von einem einzigen Strahl getrennt wurden und Pfade im rechten Winkel zueinander auf einer Basis durchquerten, die zwischen den Beobachtungen gedreht werden konnte. Bei verschiedenen Azimuten wurde erwartet, dass sich die rekombinierten, Interferenzfransen bildenden Sterne über eine Fiduzialmarke hinaus verschieben und dadurch Daten liefern würden, aus denen die „absolute Bewegung“ der Erde in Bezug auf den Äther oder die „festen“ Sterne berechnet werden könnte, wenn sie durch den Weltraum rast. Dieses erste Äther-Drift-Experiment wurde in Berlin und dann am Astrophysikalischen Observatorium in Potsdam mit enttäuschend null Ergebnissen durchgeführt. Das Instrument selbst war erstaunlich empfindlich und vielseitig; aber Fehler im experimentellen Design, darauf hingewiesen von A. Potier und später von H. A. Lorentz, zusammen mit den Null-Ergebnissen selbst und den theoretischen Schwierigkeiten in Bezug auf das, was mit „absoluter Geschwindigkeit“ gemeint war, führte Michelson später dazu, das Experiment als gescheitert zu betrachten. Die Hypothesen von A. J. Fresnel über einen universellen stationären Äther und von G. G. Stokes über astronomische Aberration wurden somit in Frage gestellt.
Die wellenförmige Theorie des Lichts, wie sie in den 1880er Jahren allgemein akzeptiert wurde, nahm einfach ein leuchtendes Medium an. Dieser „Äther“ muss intermolekulare Räume aus transparenten und opaken Materialien sowie den interstellaren Raum durchdringen. Daher sollte es im Universum ruhen oder stationär sein und daher einen Referenzrahmen bieten, anhand dessen die Geschwindigkeit der Erde gemessen werden kann. Michelson bestritt kühn die Gültigkeit dieser Hypothese eines stationären Äthers, behielt aber immer die Notwendigkeit einer Art Äther bei, um die Phänomene der Lichtausbreitung zu erklären. Ad-hoc-Hypothesen schienen bald notwendig zu sein, um zu erklären, warum in Michehons Interferometer an der Erdoberfläche kein relativer Etherwind oder keine relative Bewegung nachweisbar zu sein schien. Dieses kuriose Rätsel weckte das Interesse von Lorentz, W. Thomson (später Lord Kelvin), und FitzGerald, unter anderem.
1881 trat Michelson aus dem aktiven Dienst zurück und trat im nächsten Jahr der Fakultät der New Case School of Applied Science in Cleveland, Ohio, bei. Dort richtete er verbesserte Geräte ein, um Simon Newcombs Lichtgeschwindigkeitsmessungen zu überprüfen und verschiedene farbige Lichter auf Brechungsindizes in verschiedenen Medien zu testen. 1885 begann Michclson ein Kooperationsprojekt mit Edward W. Morley von Western Reserve, einem leitenden Experimentalisten (und hauptsächlich Chemiker) mit einem aufwendigen Labor. Ihre erste Anstrengung, die auf Vorschlag von W. Thomson und von Rayleigh und Gibbs unternommen wurde, bestand darin, das 1859 gemeldete Fizeau-Experiment zu verifizieren, das angeblich den Luftwiderstandsbeiwert von Fresnel bestätigt hatte, indem die scheinbaren Geschwindigkeiten von Licht verglichen wurden, das sich mit und gegen einen Wasserstrom bewegte. Dieses „Äther-Drag“ -Experiment funktionierte gut und bestätigte die Vermutungen von Fresnel, Maxwell, Stokes und Rayleigh über astronomische Aberration und ein alles durchdringendes immaterielles leuchtendes Medium.
Michelson und Morley entwarfen als nächstes das Ätherdriftexperiment von 1881, um die Weglänge fast zu verzehnfachen und die Reibung der Rotation zu reduzieren, indem sie eine Sandsteinplatte auf einem Quecksilberlager schweben ließen. Während fünf Tagen im Juli 1887 Michelson und Morley führten ihren Test für die relative Bewegung der Erde in der Umlaufbahn gegen einen stationären Äther durch. Ihre Ergebnisse waren null und so entmutigend, dass sie alle Anstrengungen unterließen, um mit den beabsichtigten Tests im folgenden Herbst, Winter und Frühjahr fortzufahren. Die Empfindlichkeit, die sie mit diesem neuen Interferometer erreicht hatten, etwa ein Viertel von einer Milliarde, war jedoch ihre eigene Belohnung; und beide Innovatoren begannen, über andere Anwendungen für solche Instrumente nachzudenken. Obwohl die Experimentatoren ihre Enttäuschung schnell vergaßen, machten Theoretiker, insbesondere FitzGerald, Larmor, Lorentz und Poincaré, viel aus ihrem Versagen, Randverschiebungen zu finden und Fresnels und Stokes ‚Wellentheorie des Lichts zu bestätigen.
Michelson nahm 1889 ein Angebot an, an die neue Clark University in Worcester, Massachusetts, zu ziehen. Gleichzeitig begann er mit der Durchführung eines monumentalen messtechnischen Projekts, das er und Morley sich vorgestellt hatten, um experimentell die Länge des internationalen Messstabs in Sèvres in Bezug auf die Wellenlängen des Cadmiumlichts zu bestimmen. Michelson passte sein Refraktometer als Komparator für Längen an, die durch Spektroskopie und interferometrische Techniken auf nichtmaterielle Längenstandards reduziert werden konnten, und stellte 1892-1893 fest, dass der Pariser Meterstab 1.553.163,5 Wellenlängen der roten Cadmiumlinie entsprach. Der Erfolg und die Präzision dieses Projekts waren so elegant, dass Michelson international berühmt wurde.
1893 wechselte Michelson an die New University of Chicago, um dort das Department of Physics zu leiten. Dort begann er seine Interessen in der astrophysikalischen Spektroskopie zu entwickeln. Beugungsgitter, ein neuer harmonischer Analysator und das Echelon-Spektroskop sowie ein großes vertikales Interferometer wurden um die Jahrhundertwende von Michelson entworfen und gebaut. Er wurde eindeutig als einer der führenden Experimentalphysiker der Nation anerkannt und 1899 zu den Lowell Lectures in Harvard eingeladen, die später als Light Waves and Their Uses (Chicago, 1903) veröffentlicht wurden. Ebenfalls 1899 heiratete Michelson erneut, nachdem er geschieden worden war, und nahm Edna Stanton als seine zweite Frau, die ihm drei Töchter gebar.
Als Einsteins drei berühmte Arbeiten von 1905 erschienen, von denen eine die spezielle Relativitätstheorie einleitete, indem sie auf die Idee eines Äthers verzichtete und die Lichtgeschwindigkeit in eine absolute Konstante erhob, war Michelson viel zu beschäftigt mit früheren Verpflichtungen und mit Ehrungen, um viel Aufmerksamkeit zu schenken.
Die Beziehung zwischen Michelsons experimentellen Arbeiten und Einsteins Relativitätstheorien ist komplex und historisch indirekt. Aber der Einfluss seiner Äther-Drift-Tests auf Lorentz, FitzGerald, Poincaré, W. Thomson, Lodge, Larmor und andere Theoretiker um 1900 sind weniger problematisch und ziemlich direkt. Obwohl Wissenschaftler weiterhin über die Rolle seines klassischen Äther-Drift-Experiments diskutieren, sprach Michelson selbst in seinen letzten Jahren immer noch von „dem geliebten alten Äther (der jetzt aufgegeben wird, obwohl ich persönlich immer noch ein wenig daran festhalte). Er riet 1927 in seinem letzten Buch, der Relativitätstheorie eine „großzügige Akzeptanz“ zu gewähren, obwohl er persönlich skeptisch blieb.
Von 1901 bis 1903 war er Präsident der American Physical Society und erhielt 1907 neben dem Nobelpreis die Copley-Medaille der Royal Society (London). Insgesamt wurde er während seines halben Jahrhunderts als aktiver Wissenschaftler in mehr als fünfundzwanzig Gesellschaften zur Ehrenmitgliedschaft gewählt, erhielt elf Ehrentitel und erhielt siebzehn Medaillen. Von 1910 bis 1911 war er Präsident der American Association for the Advancement of Science und von 1923 bis 1927 Vorsitzender der National Academy of Sciences.
Während des Ersten Weltkriegs kehrte Michelson als fünfundsechzigjähriger Reserveoffizier zur Marine zurück. Er half bei der Perfektionierung eines optischen Entfernungsmessers und demonstrierte Toleranzen für Unvollkommenheiten in gestreiften optischen Gläsern. Nach dem Krieg machte die Eddington Eclipse Expedition von 1919 Einstein und die Relativitätstheorie fast zum Synonym für esoterische moderne Wissenschaft. Obwohl die Legende die Rolle des Michelson-Morley-Experiments als Grundlage für Einsteins erste Arbeit über das auf die Elektrodynamik angewandte Relativitätsprinzip stark überhöht hat, haben sich Michelsons Bestätigungen der Lichtgeschwindigkeit als virtuelle Konstante tatsächlich als signifikant erwiesen gleichermaßen für die speziellen und für die allgemeinen Relativitätstheorien.
Anfang der 1920er Jahre verbrachte Michelson mehr Zeit in Kalifornien am Mt. Wilson, in Pasadena und am California Institute of Technology. Neben der Lehre war seine Hauptarbeit seit fast einem Jahrzehnt die Perfektionierung von Rechenmaschinen für die Herstellung besserer Beugungsgitter. Aber auch administrative Aufgaben an der University of Chicago belasteten ihn schwer. In Südkalifornien konnte er in mehreren gut ausgestatteten Labors arbeiten und spielen und sich auch für Tennis, Billard, Schach und Aquarellmalerei interessieren. Tests für die Starrheit der Erde (oder Erde-Flut-Experimente) wurden von der Arbeit mit HG Gale in Richtung eines aufwendigen Tests in der Nähe von Chicago für die Wirkung der Erdrotation auf die Lichtgeschwindigkeit gefolgt. Andere Studien über die Anwendung von Interferenzmethoden auf astronomische Probleme führten 1920 zum Bau des berühmten stellaren Interferometers am Hooker 100-Zoll-Teleskop, das den erstaunlichen Winkeldurchmesser von α Orionis (Beleigeuse) maß, bei dem eine Scheibe gefunden wurde 0.047 „Bogen oder ungefähr 240 Millionen Meilen im Durchmesser. Wieder andere Tests und eine geodätische Vermessung unter Michelsons Aufsicht in Südkalifornien bereiteten den Weg für eine Messung der Lichtgeschwindigkeit zwischen Berggipfeln. Der Mt. Wilson zu den San Jacinto Mountains Messung (zweiundachtzig Meilen) wurde wegen Smog im Jahr 1925 versenkt; der Mt. Wilson zum Mt. Die Messung von San Antonio (zweiundzwanzig Meilen) wurde 1926 abgeschlossen, und der Wert bleibt eine der besten optischen Bestimmungen, die jemals gemacht wurden.
Inzwischen hat George Ellery Hale, Direktor des Mt. Wilson Observatory, hatte Michelsons Freund und Nachfolger bei Case, Dayton C. Miller, nach Südkalifornien eingeladen, der 1900-1906 mit Morley an anderen Äther-Drift-Tests gearbeitet hatte und in der Akustik eine herausragende Stellung erlangt hatte. Miller sollte das ursprüngliche Michelson-Morley-Experiment für alle Jahreszeiten und in einer Höhe von 6.000 Fuß perfektionieren. Nach vielen Wechselfällen tat er dies in den Jahren 1925-1926 und zur Bestürzung oder Freude eines geteilten Berufs gab Miller in seiner Ansprache als Präsident der American Phvsieal Society bekannt, dass er endlich die absolute Geschwindigkeit des Sonnensystems gefunden habe: etwa 200 km./sek. auf den Kopf des Sternbildes Draco zu! Diese Herausforderung spornte Michelson an, erneut Äther-Drift-Tests durchzuführen. In Zusammenarbeit mit F. G. Pease und F. Pearson, mehrere sehr aufwendige Interferometer wurden gebaut und betrieben kurz von 1926 bis 1928, aber mit wenig Erfolg. Weder Michelson noch sein Team – noch irgendwelche anderen Experimentatoren später in den 1920er Jahren — waren in der Lage, Millers leichte, aber positive Ergebnisse zu bestätigen; und so stand Einstein weitgehend auf der Autorität von Michelsons wiederholtem Wort.
Michelsons zweites Buch, Studies in Optics, wurde 1927 veröffentlicht, ein Jahr bevor die Optical Society of America ihm ihre Jahrestagung zum fünfzigsten Jahrestag seiner wissenschaftlichen Karriere widmete. Michelson hatte „Lichtwellen als Messstäbe verwendet, um das Unendliche und das Infinitesimale auszuloten“, wie der Titel einer seiner letzten Arbeiten lautet. Als er 1931 starb, glaubte er kaum weniger an die Wellentheorie des Lichts und den damit verbundenen Äther. Obwohl er Einstein mit wenigen Vorbehalten unterstützte, war er sicher in dem Wissen, dass er tatsächlich die Natur des Lichts erkannt hatte und sein Feld sowohl unendlich als auch infinitesimal fand.
BIBLIOGRAPHIE
I. Originalwerke. Michelsons Bücher sind Lichtwellen und ihre Verwendung (Chicago, 1903); und Studien in Optik (Chicago, 1927). Übersetzungen und 78 Artikel sind in Harvey B. Lemon, „Albert Abraham Michelson: Der Mann und der Mann der Wissenschaft“, in American Physics Teacher, 4 (Feb. 1936), 1–11.
MS und Erinnerungsmaterial sind weit verstreut, aber die beste Sammlung befindet sich im Michelson Laboratory, Naval Weapons Center, China Lake, Kalifornien. Siehe D. Theodore McAllister, „Sammeln von Archiven für die Geschichte der Wissenschaft“, in American Archivist, 32 (Okt. 1969), 327-332; und Albert Abraham Michelson: Der Mann, der eine Welt lehrte, um zu messen, Veröffentlichung des Michelson Museums, Nr. 3 (China Lake, Calif., 1970). Siehe auch Bestände der Bohr Library, American Institute of Physics, Zentrum für Geschichte und Philosophie der Phvsics, 335 East 45th Street, New York, NY 10017.
II. Sekundärliteratur. Siehe Bernard Jaffe, Michelson und die Lichtgeschwindigkeit, Science Study Series (Garden City, NY, 1960); Dorothy Michelson Livingston, „Michelson in der Marine; die Marine in Michelson“, in Proceedings of the United States Naval Institute, 95 , Nr. 6 (Juni 1969), 72-79, eine Sammlung von Papieren und Erinnerungsstücken, die die Grundlage für eine Biographie ihres Vaters, des Meisters des Lichts, bildet (New York, 1973); Robert A. Millikan, „Albert A. Michelson“, in Biographical Memoirs. Akademie der Wissenschaften, 19, Nr. 4 (1938), 120-147; „Proceedings des Michelson-Treffens der Optical Society of America“, im Journal der Optical Society of America, 18, Nr. 3 (Mar. 1929), 143-286; Robert S. Shankland, „Albert A. Michelson bei Fall“, in American Journal of Physics, 17 (Nov. 1949), 487-490; und Loyd S. Swenson, Jr., Der ätherische Äther: Eine Geschichte der Michelson-Morley-Miller-Ätherdrift-Experimente 1880-1930 (Austin, Tex., 1972); Gerald Holton, „Einstein, Michelson und das ‚entscheidende Experiment'“ in Isis, 60, Nr. 202 (Sommer 1969), 133-197; Jean M. Bennett, et al., „Albert Michelson, Dean of American Optics-Life, Contributions to Science, and Influence on Modern-Day Physics“, zusammen mit Robert S. Shankland, „Michelsois Rolle bei der Entwicklung der Relativitätstheorie“, in Applied Optics, 12 , no. 10 (Oet. 1973), 2287 und 2253; Loyd S. Swenson, Jr., „Die Michelson-Morley-Miller-Experimente vor und nach 1905“, in Journal für die Geschichte der Astronomie, 1, Nr. 1 (1970), 56-78.
Loyd S. Swenson, Jr.