(Strelno, Prusse, 19 décembre 1852; décédé. Pasadena, Californie, 9 mai 1931)
physique, optique, métrologie.
La mesure de précision en physique expérimentale était la passion de toute une vie de Michelson. En 1907, il est devenu le premier citoyen américain à remporter un prix Nobel dans l’une des sciences, étant ainsi honoré « pour ses instruments optiques de précision et les investigations spectroscopiques et métrologiques menées avec ceux-ci. »Michelson a mesuré la vitesse de la lumière en 1878 comme sa première entreprise dans la recherche scientifique, et il est revenu à plusieurs reprises à la détermination expérimentale de cette constante fondamentale au cours du demi-siècle suivant. Jamais pleinement satisfait de la précision des mesures antérieures, il a développé et mis à profit des techniques et des outils plus avancés pour augmenter la précision de ses observations. Il est mort, après plusieurs accidents vasculaires cérébraux, lors d’un test élaboré de la vitesse de la lumière dans un vrai vide partiel sur un parcours d’un kilomètre à Irvine, en Californie; mais la valeur publiée plus tard par ses collègues (299 774 ±11 km./sec.) était probablement moins précise que la propre détermination optique de Michelson sur un parcours de vingt-deux milles entre les montagnes du sud de la Californie entre 1924 et 1926 (299 796 ± 4 km./voir.).
Né de parents modestes dans un territoire disputé entre la Prusse et la Pologne, Michelson émigre à l’âge de quatre ans avec ses parents, Samuel et Rosalie Michelson, à San Francisco via New York et Panama. L’aîné Michelson est devenu marchand auprès des mineurs de la ruée vers l’or en Californie et plus tard à Virginia City, au Nevada, tandis que son fils a été envoyé après la sixième année pour embarquer d’abord avec des parents à San Francisco, puis avec Theodore Bradley, le directeur du lycée de garçons là-bas. Bradley semble avoir suscité l’intérêt du jeune Michelson pour la science et avoir reconnu et récompensé ses talents en laboratoire. À la suggestion de Bradley, Michelson a concouru pour une nomination d’État à l’Académie navale américaine; mais lorsque trois bovins ont terminé à égalité pour la première place à l’examen scolaire et qu’un autre a été nommé, le jeune Michelson a décidé de porter son cas, avec une lettre de recommandation de son membre du congrès, à la Maison Blanche. En 1869, il se rendit à Washington, vit le président Grant et obtint sa nomination à Annapolis.
Diplômé de la promotion de 1873, Michelson effectue plusieurs croisières en mer avant d’être réaffecté à l’académie en tant qu’instructeur en sciences physiques. Le 10 avril 1877, Michelson épousa Margaret Heminway, issue d’une famille prospère de New York; ce mariage a duré vingt ans et a produit deux fils et une fille.
Alors qu’il enseignait la physique en 1878, Michelson s’intéressa à l’amélioration de la méthode de Foucault pour mesurer la vitesse de la lumière terrestre. En juillet 1878, grâce à un don de 2 000 $ de son beau-père, Michelson a pu améliorer l’appareil à miroir tournant et perfectionner son expérience – la quatrième mesure terrestre de la vitesse de la lumière. Il est précédé par Fizeau, Foucault et Cornu. Simon Newcomb, surintendant du Bureau de l’Almanach nautique, s’est intéressé à son travail. En conséquence, ses premiers avis et articles scientifiques ont été publiés en 1878-1879, et il a commencé à collaborer avec Newcomb sur un projet parrainé par le gouvernement pour affiner davantage la détermination de la vitesse de la lumière. Il obtient un congé pour faire des études supérieures en Europe de 1880 à 1882. Il a étudié avec Helmholtz à Berlin, avec Quincke à Heidelberg et avec Cornu, Mascart et Lippman à Paris.
Au cours de l’hiver 1880-1881, alors qu’il travaillait dans le laboratoire de Helmholtz, Michelson a pensé à un moyen d’essayer une mesure du second ordre de la suggestion de Maxwell pour tester le mouvement relatif de la terre contre l’éther luminifère omniprésent, bien qu’hypothétique. S’appuyant sur le crédit qu’Alexander Graham Bell a conservé dans son compte rendu avec les fabricants d’instruments berlinois Schmidt et Haensch, Michelson a conçu un appareil appelé réfractomètre interférentiel, qu’il a ensuite utilisé pour tester le mouvement relatif, ou « vent d’éther », en comparant la vitesse de deux crayons de lumière séparés d’un seul faisceau et amenés à parcourir des chemins perpendiculaires l’un à l’autre sur une base pouvant être tournée entre les observations. À différents azimuts, on s’attendait à ce que les crayons recombinés formant des franges d’interférence se déplacent au-delà d’une marque fiduciaire et donnent ainsi des données à partir desquelles on pourrait calculer le « mouvement absolu » de la terre, par rapport à l’éther ou aux étoiles « fixes », lorsqu’elle se précipite dans l’espace. Cette première expérience de dérive d’éther a été tentée à Berlin, puis à l’Astrophysicalalisches Observatorium de Potsdam, avec des résultats décevants et nuls. L’instrument lui-même était étonnamment sensible et polyvalent; mais des erreurs dans la conception expérimentale, soulignées par A. Potier et plus tard par H. A. Lorentz, avec les résultats nuls eux-mêmes et les difficultés théoriques en ce qui concerne ce que l’on entendait par « vitesse absolue », a ensuite conduit Michelson à considérer l’expérience comme un échec. Les hypothèses de A. J. Fresnel concernant un éther stationnaire universel et de G. G. Stokes concernant l’aberration astronomique ont ainsi été remises en question.
La théorie ondulatoire de la lumière telle que généralement acceptée dans les années 1880 supposait simplement un milieu luminifère. Cet « éther » doit pénétrer les espaces intermoléculaires, de matériaux transparents et opaques, ainsi que l’espace interstellaire. Par conséquent, il devrait être au repos ou stationnaire dans l’univers et fournir donc un cadre de référence par rapport auquel mesurer la vitesse de la terre. Michelson a hardiment nié la validité de cette hypothèse d’un éther stationnaire, mais il a toujours maintenu la nécessité d’une sorte d’éther pour expliquer les phénomènes de propagation de la lumière. Des hypothèses ad hoc ont rapidement semblé nécessaires pour expliquer pourquoi aucun vent d’éther relatif ou mouvement relatif ne semblait détectable dans l’interféromètre de Michehon à la surface de la terre. Ce curieux puzzle a suscité l’intérêt de Lorentz, W. Thomson (plus tard Lord Kelvin), et FitzGerald, entre autres.
En 1881, Michelson démissionna du service actif et, l’année suivante, il rejoignit la faculté de la new Case School of Applied Science à Cleveland, dans l’Ohio. Là, il a mis en place un appareil amélioré, aidant à vérifier les mesures de vitesse de la lumière de Simon Newcomb et testant diverses lumières colorées pour les indices de réfraction dans divers milieux. En 1885, Michclson commença un projet de collaboration avec Edward W. Morley de Western Reserve, un expérimentateur senior (et principalement un chimiste) avec un laboratoire élaboré. Leur premier effort, entrepris à la suggestion de W. Thomson, et de Rayleigh et Gibbs, était de vérifier l’expérience de Fizeau, rapportée en 1859, qui aurait confirmé le coefficient de traînée de Fresnel en comparant les vitesses apparentes de la lumière se déplaçant avec et contre un courant d’eau. Cette expérience de « traînée d’éther » a bien fonctionné et a corroboré les suppositions de Fresnel, Maxwell, Stokes et Rayleigh concernant l’aberration astronomique et un milieu luminifère immatériel omniprésent.
Michelson et Morley ont ensuite repensé l’expérience de dérive à l’éther de 1881 pour décupler la longueur du trajet et réduire le frottement de rotation en faisant flotter une dalle de grès sur un palier à mercure. Pendant cinq jours en juillet 1887, Michelson et Morley ont effectué leur test pour le mouvement relatif de la terre en orbite contre un éther stationnaire. Leurs résultats étaient nuls et si décourageants qu’ils ont abandonné tout effort pour poursuivre les tests qu’ils prévoyaient à l’automne, à l’hiver et au printemps suivants. La sensibilité qu’ils avaient obtenue avec ce nouvel interféromètre, environ un quart de partie sur un milliard, était cependant sa propre récompense; et les deux innovateurs ont commencé à penser à d’autres utilisations pour de tels instruments. Bien que les expérimentateurs aient rapidement oublié leur déception, les théoriciens, et notamment FitzGerald, Larmor, Lorentz et Poincaré, ont fait une grande partie de leur incapacité à trouver des décalages marginaux et à corroborer la théorie de la lumière des ondes de Fresnel et de Stokes.
Michelson accepta une offre en 1889 pour s’installer à la nouvelle Université Clark à Worcester, Massachusetts. Parallèlement, il a commencé à réaliser un projet métrologique monumental que lui et Morley avaient envisagé pour déterminer expérimentalement la longueur de la barre du mètre international à Sèvres en termes de longueurs d’onde de la lumière cadmitique. Adaptant son réfractomètre comme comparateur de longueurs pouvant être réduites par des techniques de spectroscopie et d’interférométrie à des normes de longueur non matérielles, Michelson a découvert en 1892-1893 que la barre du mètre de Paris était égale à 1 553 163,5 longueurs d’onde de la raie rouge du cadmium. Le succès et la précision de ce projet étaient si élégants que Michelson est devenu internationalement célèbre.
En 1893, Michelson a déménagé à la nouvelle Université de Chicago pour diriger son département de physique. Là, il a commencé à développer ses intérêts en spectroscopie astrophysique. Des réseaux de diffraction, un nouvel analyseur harmonique et le spectroscope echelon, ainsi qu’un interféromètre vertical à grande échelle, ont été conçus et construits pour Michelson au tournant du siècle. Il a été clairement reconnu comme l’un des physiciens expérimentaux les plus importants du pays et a été invité à donner les conférences Lowell à Harvard en 1899, publiées plus tard sous le titre Light Waves and Their Uses (Chicago, 1903). Toujours en 1899, Michelson s’est remarié, après avoir divorcé, et a pris comme seconde épouse Edna Stanton, qui lui a donné trois filles.
Lorsque les trois articles célèbres d’Einstein de 1905 parurent, l’un d’eux inaugura la théorie spéciale de la relativité en abandonnant l’idée d’un éther et en élevant la vitesse de la lumière à une constante absolue, Michelson était beaucoup trop occupé par des engagements antérieurs et à recevoir des honneurs pour en tenir compte.
La relation entre les travaux expérimentaux de Michelson et les théories de la relativité d’Einstein est complexe et historiquement indirecte. Mais l’influence de ses tests de dérive d’éther sur Lorentz, FitzGerald, Poincaré, W. Thomson, Lodge, Larmor et d’autres théoriciens autour de 1900 est moins problématique et assez direct. Bien que les chercheurs continuent de débattre du rôle de son expérience classique de dérive de l’éther, Michelson lui-même dans ses dernières années parlait encore de « l’ancien éther bien-aimé (qui est maintenant abandonné, bien que personnellement je m’y accroche encore un peu). »Il conseilla en 1927 dans son dernier livre que la théorie de la relativité reçoive une « acceptation généreuse », bien qu’il soit resté personnellement sceptique.
De 1901 à 1903, il a été président de l’American Physical Society et, en 1907, il a reçu la médaille Copley de la Royal Society (Londres) en plus du prix Nobel. Au total, au cours de son demi-siècle en tant que scientifique actif, il a été élu membre honoraire de plus de vingt-cinq sociétés, a reçu onze diplômes honorifiques et a reçu dix-sept médailles. En 1910-1911, il est président de l’American Association for the Advancement of Science et, de 1923 à 1927, il préside l’Académie nationale des Sciences.
Pendant la Première Guerre mondiale, Michelson retourne dans la marine en tant qu’officier de réserve âgé de soixante-cinq ans. Il a aidé à perfectionner un télémètre optique et a démontré des tolérances pour les imperfections dans les lunettes optiques striées. Après la guerre, l’expédition d’éclipse d’Eddington de 1919 a rendu Einstein et la théorie de la relativité presque synonymes de science moderne ésotérique. Bien que la légende ait beaucoup gonflé le rôle de l’expérience de Michelson-Morley en fournissant soi-disant la base du premier travail d’Einstein sur le principe de relativité appliqué à l’électrodynamique, les corroborations de Michelson de la vitesse de la lumière en tant que constante virtuelle se sont en fait révélées significatives aussi bien pour les théories spéciales que pour les théories générales de la relativité.
Au début des années 1920, Michelson a commencé à passer plus de temps en Californie au mont. Wilson, à Pasadena, et au California Institute of Technology. Outre l’enseignement, son travail principal pendant près d’une décennie avait été de perfectionner les moteurs de décision pour la production de meilleurs réseaux de diffraction. Mais les tâches administratives à l’Université de Chicago pesaient également lourdement sur lui. En Californie du Sud, il pouvait travailler et jouer dans plusieurs laboratoires bien équipés et s’intéresser au tennis, au billard, aux échecs et à l’aquarelle. Les tests de rigidité de la terre (ou expériences de marée terrestre) ont été suivis de travaux avec H. G. Gale sur un test élaboré près de Chicago pour l’effet de la rotation de la terre sur la vitesse de la lumière. D’autres études sur l’application des méthodes d’interférence aux problèmes astronomiques ont conduit à la construction en 1920 du célèbre interféromètre stellaire sur le télescope de 100 pouces de Hooker qui mesurait l’incroyable diamètre angulaire de α Orionis (Belelgeuse), qui avait un disque sous 0,047 » d’arc, soit environ 240 millions de miles de diamètre. D’autres tests et un relevé géodésique sous la supervision de Michelson dans le sud de la Californie ont préparé la voie à une mesure de la vitesse de la lumière entre les sommets des montagnes. MT. Wilson à la mesure des montagnes de San Jacinto (quatre-vingt-deux miles) a été sabordé à cause du smog en 1925; le mont. Wilson au mont. La mesure de San Antonio (vingt-deux miles) a été achevée en 1926, et la valeur reste l’une des meilleures déterminations optiques jamais effectuées.
Pendant ce temps, George Ellery Hale, directeur du Mt. L’Observatoire Wilson, avait invité dans le sud de la Californie l’ami et successeur de Michelson à Case, Dayton C. Miller, qui avait travaillé avec Morley sur d’autres tests de dérive d’éther en 1900-1906 et avait atteint une éminence en acoustique. Miller était censé perfectionner l’expérience originale de Michelson-Morley pour toutes les saisons et à une altitude de 6 000 pieds. Après de nombreuses vicissitudes, il l’a fait en 1925-1926 et, à la consternation ou au plaisir d’une profession divisée, Miller a annoncé dans son discours de retraite en tant que président de l’American Phvsieal Society qu’il avait enfin trouvé la vitesse absolue du système solaire: environ 200 km./ sec. vers la tête de la constellation Draco ! Ce défi a incité Michelson à reprendre les tests de dérive d’éther une fois de plus. En collaboration avec F. G. Pease et F. Pearson, plusieurs interféromètres très élaborés ont été construits et exploités brièvement de 1926 à 1928, mais en vain. Ni Michelson ni son équipe — ni aucun autre expérimentateur plus tard dans les années 1920 — n’ont pu corroborer les résultats légers mais positifs de Miller; et Einstein s’est donc tenu en grande partie vérifié sur l’autorité de la parole réitérée de Michelson.
Le deuxième livre de Michelson, Studies in Optics, a été publié en 1927, l’année précédant la réunion annuelle de l’Optical Society of America à l’occasion du cinquantième anniversaire de sa carrière scientifique. Michelson avait utilisé « Les ondes lumineuses comme des tiges de mesure pour sonder l’Infini et l’Infinitésimal », comme titre d’un de ses derniers articles. À sa mort en 1931, il ne croyait guère moins à la théorie ondulatoire de la lumière et à son éther concomitant. Bien qu’il soutienne Einstein avec peu de réserves, il était sûr de savoir qu’il avait effectivement sonné la nature de la lumière et trouvé son champ à la fois infini et infinitésimal.
BIBLIOGRAPHIE
I. Ouvrages originaux. Les livres de Michelson sont Les ondes lumineuses et leurs utilisations (Chicago, 1903); et Studies in Optics (Chicago, 1927). Les traductions et 78 articles sont répertoriés dans Harvey B. Lemon, « Albert Abraham Michelson: L’Homme et l’Homme de la Science », dans American Physics Teacher, 4 (Fév. 1936), 1–11.
Le matériel MS et les souvenirs sont largement dispersés, mais la meilleure collection est détenue par le laboratoire Michelson, Naval Weapons Center, China Lake, Californie. Voir D. Theodore McAllister, » Collecting Archives for the Hisiory of Science », dans American Archivist, 32 (oct. 1969), 327-332; et Albert Abraham Michelson: L’Homme qui a enseigné un Monde à Mesurer, Publication du Musée Michelson, no 3 (China Lake, Californie., 1970). Voir aussi les fonds de la Bibliothèque Bohr, Institut Américain de Physique, Centre d’Histoire et de Philosophie des Phvsics, 335 East 45th Street, New York, N.Y. 10017.
II. Littérature secondaire. Voir Bernard Jaffe, Michelson et la vitesse de la Lumière, série d’études scientifiques (Garden City, New York, 1960); Dorothy Michelson Livingston, « Michelson in the Navy; the Navy in Michelson « , dans Proceedings of the United States Naval Institute, 95, no. 6 (juin 1969), 72-79, une collection d’articles et de souvenirs qui constitue la base d’une biographie de son père, Le Maître de la Lumière (New York, 1973); Robert A. Millikan, « Albert A. Michelson », dans Mémoires biographiques. Sational Academy of Sciences, 19, no. 4 (1938), 120-147; « Proceedings of the Michelson Meeting of the Optical Society of America », dans Journal of the Optical Society of America, 18, no. 3 (Mar. 1929), 143-286; Robert S. Shankland, « Albert A. Michelson à Case », dans American Journal of Physics, 17 (nov. 1949), 487-490; et Loyd S. Swenson, Jr., L’Éther éthéré: A History of the Michelson-Morley-Miller Aether-Drift Experiments 1880-1930 (Austin, Tex., 1972); Gerald Holton, « Einstein, Michelson et l’expérience cruciale », dans Isis, 60, no 202 (Été 1969), 133-197; Jean M. Bennett, et al., « Albert Michelson, Doyen de l’Optique américaine – Vie, Contributions à la Science et Influence sur la Physique moderne », avec Robert S. Shankland, « Le rôle de Michelsoi dans le développement de la Relativité », in Applied Optics, 12, no. 10 (Oet. 1973), 2287 et 2253; Loyd S. Swenson, Jr., « The Michelson-Morley-Miller Experiments Before and After 1905 », dans Journal for the History of Astronomy, 1, no. 1 (1970), 56-78.
Loyd S. Swenson, Jr.