(b. Strelno , Prussia, 19 dicembre 1852; d . Pasadena, California, 9 maggio 1931)
fisica, ottica, metrologia.
La misurazione di precisione nella fisica sperimentale è stata la passione di Michelson per tutta la vita. Nel 1907 divenne il primo cittadino americano a vincere un premio Nobel in una delle scienze, essendo così onorato “per i suoi strumenti ottici di precisione e le indagini spettroscopiche e metrologiche condotte con essi.”Michelson misurò la velocità della luce nel 1878 come sua prima avventura nella ricerca seientifica, e tornò ripetutamente alla determinazione sperimentale di questa costante fondamentale nel corso del successivo mezzo secolo. Mai pienamente soddisfatto della precisione delle misurazioni precedenti, ha sviluppato e sfruttato tecniche e strumenti più avanzati per aumentare l’accuratezza delle sue osservazioni. Morì, dopo diversi colpi, durante un elaborato test della velocità della luce in un vero vuoto parziale su un percorso lungo un miglio a Irvine, in California; ma il valore in seguito pubblicato dai suoi colleghi(299.774 ±11 km./ sec.) era probabilmente meno preciso della determinazione ottica di Michelson su un percorso di ventidue miglia tra le montagne nel sud della California durante il 1924-1926(299.796 ± 4 km./vedere.).
Nato da genitori di modesti mezzi in territorio conteso tra Prussia e Polonia, Michelson all’età di quattro anni emigrò con i suoi genitori, Samuel e Rosalie Michelson, a San Francisco attraverso New York e Panama. L’anziano Michelson divenne un mercante di minatori di corsa all’oro in California e più tardi a Virginia City, Nevada, mentre suo figlio fu mandato dopo la sesta elementare a salire a bordo prima con i parenti a San Francisco e poi con Theodore Bradley, il preside della scuola superiore dei ragazzi lì. Bradley sembra aver suscitato l’interesse del giovane Michelson per la scienza e di aver riconosciuto e premiato il suo talento in laboratorio. Su suggerimento di Bradley Michelson gareggiò per un incarico statale all’Accademia Navale degli Stati Uniti; ma quando tre bovs hanno legato per il primo posto nell’esame scolastico e un altro è stato nominato, il giovane Michelson ha deciso di portare il suo caso, con una lettera di raccomandazione dal suo membro del Congresso, alla Casa Bianca. Nel 1869 si recò a Washington, vide il presidente Grant e ottenne la sua nomina ad Annapolis.
Diplomandosi con la classe del 1873, Michelson andò in mare per diverse crociere prima di essere riassegnato all’accademia come istruttore in scienze fisiche. Il 10 aprile 1877 Michelson sposò Margaret Heminway da una prospera famiglia di New York; questo matrimonio durò vent’anni e produsse due figli e una figlia.
Mentre insegnava fisica nel 1878, Michelson si interessò a migliorare il metodo di Foucault per misurare la velocità della luce terrestre. Nel luglio 1878, con un dono di $2.000 da suo suocero, Michelson fu in grado di migliorare l’apparato a specchio rotante e di perfezionare il suo esperimento-la quarta misura terrestre della velocità della luce. Fu preceduto da Fizeau, Foucault e Cornu. Simon Newcomb, sovrintendente dell’Ufficio Almanacco Nautico, si interessò al suo lavoro. Di conseguenza, le sue prime comunicazioni scientifiche e documenti sono stati pubblicati nel 1878-1879, e ha iniziato a collaborare con Newcomb su un progetto sponsorizzato dal governo per affinare ulteriormente la determinazione della velocità della luce. Ha ottenuto un congedo di assenza per fare studi post-laurea in Europa durante 1880-1882. Studiò con Helmholtz a Berlino, con Quincke a Heidelberg e con Cornu, Mascart e Lippman a Parigi.
Nell’inverno del 1880-1881, mentre lavorava nel laboratorio di Helmholtz, Michelson pensò a un mezzo per provare una misurazione del secondo ordine del suggerimento di Maxwell per testare il moto relativo della terra contro l’onnipresente, se ipotetico, etere luminifero. Disegno di credito che Alexander Graham Bell mantenuto nel suo conto con la Berlino dei liutai Schmidt e Haensch, Michelson progettato un apparecchio chiamato un interferenziale rifrattometro, che ha poi utilizzato per il test di moto relativo, o di un “etere-vento”, confrontando la velocità di due matite della luce diviso da un unico fascio e le fece attraversare percorsi ortogonali tra loro su una base che può essere ruotato tra le osservazioni. A diversi azimut ci si aspettava che le matite ricombinate che formano frange di interferenza si spostassero oltre un segno fiduciale e quindi fornissero dati da cui si poteva calcolare il “moto assoluto” della terra, rispetto all’etere o alle stelle “fisse”, mentre sfreccia nello spazio. Questo primo esperimento di etere-deriva fu provato a Berlino, poi all’Astrophysicalisches Observatorium di Potsdam, con risultati deludentemente nulli. Lo strumento stesso era incredibilmente sensibile e versatile; ma gli errori nella progettazione sperimentale, sottolineato da A. Potier e più tardi da H. A. Lorentz, insieme ai risultati nulli stessi e alle difficoltà teoriche riguardo a ciò che si intendeva per “velocità assoluta”, in seguito portò Michelson a considerare l’esperimento un fallimento. Le ipotesi di A. J. Fresnel riguardanti un universale stazionario etere e di G. G. Stokes in materia di astronomico aberrazione sono stati quindi messi in discussione.
La teoria ondulatoria della luce come generalmente accettata nel 1880 ha semplicemente assunto un mezzo luminifero. Questo “etere” deve pervadere gli spazi intermolecolari, sia di materiali trasparenti che opachi, così come lo spazio interstellare. Quindi, dovrebbe essere a riposo o stazionario nell’universo e quindi fornire un quadro di riferimento contro il quale misurare la velocità della terra. Michelson negò coraggiosamente la validità di questa ipotesi di un etere stazionario, ma mantenne sempre la necessità di una sorta di etere per spiegare i fenomeni della propagazione della luce. Le ipotesi ad hoc sembrarono presto necessarie per spiegare perché nessun vento relativo o movimento relativo sembrava essere rilevabile nell’interferometro di Michehon sulla superficie della terra. Questo curioso puzzle ha suscitato l’interesse di Lorentz, W. Thomson (più tardi Lord Kelvin), e FitzGerald, tra gli altri.
Nel 1881 Michelson si dimise dal servizio attivo e l’anno successivo entrò a far parte della facoltà della new Case School of Applied Science di Cleveland, Ohio. Lì ha creato un apparato migliorato, aiutando a controllare le misurazioni della velocità della luce di Simon Newcomb e testando varie luci colorate per gli indici di rifrazione in vari media. Nel 1885 Michclson iniziò un progetto di collaborazione con Edward W. Morley della Western Reserve, un esperto sperimentalista (e principalmente un chimico) con un elaborato laboratorio. Il loro primo sforzo, intrapreso su suggerimento di W. Thomson e di Rayleigh e Gibbs, fu quello di verificare l’esperimento Fizeau, riportato nel 1859, che presumibilmente aveva confermato il coefficiente di resistenza di Fresnel confrontando le velocità apparenti della luce che si muoveva con e contro una corrente d’acqua. Questo esperimento di “trascinamento dell’etere” ha funzionato bene e ha corroborato le supposizioni di Fresnel, Maxwell, Stokes e Rayleigh riguardanti l’aberrazione astronomica e un mezzo luminifero immateriale onnipervasivo.
Michelson e Morley riprogettarono successivamente l’esperimento del 1881 ether-drift per aumentare la lunghezza del percorso di quasi dieci volte e ridurre l’attrito di rotazione facendo galleggiare una lastra di arenaria su un cuscinetto di mercurio. Durante cinque giorni nel luglio 1887 Michelson e Morley eseguirono il loro test per il moto relativo della terra in orbita contro un etere stazionario. I loro risultati furono nulli e così scoraggianti che abbandonarono ogni sforzo per continuare con i test che intendevano nel successivo autunno, inverno e primavera. La sensibilità che avevano raggiunto con questo nuovo interferometro, circa un quarto su un miliardo, era comunque la sua ricompensa; ed entrambi gli innovatori iniziarono a pensare ad altri usi per tali strumenti. Anche se gli sperimentatori rapidamente dimenticato la loro delusione, teorici, e in particolare FitzGerald, Larmor, Lorentz, e Poincaré, fatto gran parte della loro incapacità di trovare fringe shifts e per corroborare Fresnel e Stokes di onda teoria della luce.
Michelson accettò un’offerta nel 1889 per trasferirsi alla New Clark University di Worcester, Massachusetts. Contemporaneamente iniziò a realizzare un monumentale progetto metrologico che lui e Morley avevano immaginato per determinare sperimentalmente la lunghezza della barra metro internazionale a Sèvres in termini di lunghezze d’onda della luce al cadmio. Adattando il suo rifrattometro come comparatore per lunghezze che potevano essere ridotte attraverso la spettroscopia e le tecniche interferometriche a standard di lunghezza non materiali, Michelson scoprì nel 1892-1893 che la barra del metro di Parigi era pari a 1.553.163, 5 lunghezze d’onda della linea rossa del cadmio. Il successo e la precisione di questo progetto sono stati così eleganti che Michelson è diventato famoso a livello internazionale.
Nel 1893 Michelson si trasferì alla nuova Università di Chicago per dirigere il suo dipartimento di fisica. Lì iniziò a sviluppare i suoi interessi nella spettroscopia astrofisica. Griglie di diffrazione, un nuovo analizzatore di armoniche, e lo spettroscopio echelon, così come un interferometro verticale su larga scala, sono stati progettati e costruiti per Michelson intorno alla fine del secolo. Fu chiaramente riconosciuto come uno dei più importanti fisici sperimentali della nazione e fu invitato a tenere le Lowell lectures ad Harvard nel 1899, successivamente pubblicate come Light Waves and Their Uses (Chicago, 1903). Sempre nel 1899, Michelson si risposò, dopo aver divorziato, e prese come seconda moglie Edna Stanton, che gli diede tre figlie.
Quando i tre famosi documenti di Einstein del 1905 apparvero, uno di uhich inaugurò la teoria speciale della relatività dispensando l’idea di un etere e elevando la velocità della luce in una costante assoluta, Michelson era troppo impegnato con impegni precedenti e con gli onori ricevuti per prestare molta attenzione.
La relazione tra il lavoro sperimentale di Michelson e le teorie della relatività di Einstein è complessa e storicamente indiretta. Ma l’influenza dei suoi test etere-deriva su Lorentz, FitzGerald, Poincaré, W. Thomson, Lodge, Larmor, e altri teorici intorno al 1900 è meno problematico e abbastanza diretto. Anche se gli studiosi continuano a discutere il ruolo del suo classico esperimento etere-deriva, Michelson stesso nei suoi ultimi anni ha ancora parlato di “l’amato vecchio etere (che ora è abbandonato, anche se personalmente mi aggrappo ancora un po’ ad esso).”Consigliò nel 1927 nel suo ultimo libro che la teoria della relatività fosse accordata una “generosa accettazione”, anche se rimase personalmente scettico.
Dal 1901 al 1903 fu presidente dell’American Physical Society, e nel 1907 ricevette la Medaglia Copley dalla Royal Society (Londra) oltre al premio Nobel. In tutto, durante il suo mezzo secolo come scienziato attivo fu eletto membro onorario in più di venticinque società, ricevette undici gradi onorari e ricevette diciassette medaglie. Nel 1910-1911 ha servito come presidente della American Association for the Advancement of Science, e dal 1923 al 1927 ha presieduto la National Academy of Sciences.
Durante la prima guerra mondiale, Michelson tornò in marina come ufficiale di riserva sessantacinquenne. Ha aiutato a perfezionare un telemetro ottico e ha dimostrato tolleranze per le imperfezioni negli occhiali ottici striati. Dopo la guerra la spedizione di eclissi di Eddington del 1919 rese Einstein e la teoria della relatività quasi sinonimo di scienza moderna esoterica. Sebbene la leggenda abbia molto gonfiato il ruolo dell’esperimento Michelson-Morley nel fornire presumibilmente la base per il primo lavoro di Einstein sul principio di relatività applicato all’elettrodinamica, le conferme di Michelson della velocità della luce come costante virtuale si sono dimostrate significative allo stesso modo per le teorie speciali e per le teorie generali della relatività.
All’inizio del 1920 Michelson ha iniziato a trascorrere più tempo in California a Mt. Wilson, a Pasadena, e al California Institute of Technology. Oltre all’insegnamento, il suo lavoro principale per quasi un decennio era stato quello di perfezionare i motori dominanti per la produzione di griglie di diffrazione migliori. Ma anche i doveri amministrativi presso l’Università di Chicago pesavano pesantemente su di lui. Nel sud della California, ha potuto lavorare e giocare in diversi laboratori ben attrezzati e anche indulgere il suo interesse per il tennis, biliardo, scacchi, e pittura ad acquerello. I test per la rigidità della terra (o esperimenti di marea terrestre) furono seguiti da un lavoro con H. G. Gale verso un elaborato test vicino a Chicago per l’effetto della rotazione della terra sulla velocità della luce. Altri studi sull’applicazione di metodi di interferenza a problemi astronomici portarono alla costruzione nel 1920 del celebre interferometro stellare sul telescopio Hooker da 100 pollici che misurava l’incredibile diametro angolare di α Orionis (Belelgeuse), che si scoprì avere un disco che subiva un arco di 0,047″, o circa 240 milioni di miglia di diametro. Ancora altri test e un’indagine geodetica sotto la supervisione di Michelson nel sud della California prepararono la strada per una misurazione della velocità della luce tra le cime delle montagne. Il Monte. Wilson alla misura San Jacinto Mountains (ottantadue miglia) è stato affondato a causa dello smog nel 1925; il Monte. Wilson a Mt. San Antonio misura (ventidue miglia) è stata completata nel 1926, e il valore rimane una delle migliori determinazioni ottiche mai fatte.
Nel frattempo, George Ellery Hale, direttore del Monte. Wilson Observatory, aveva invitato a southern California amico e successore di Michelson a Case, Dayton C. Miller, che aveva lavorato con Morley su altri test etere-drift nel 1900-1906 e aveva raggiunto l’eminenza in acustica. Miller avrebbe dovuto perfezionare l’esperimento originale Michelson-Morley per tutte le stagioni e ad un’altitudine di 6.000 piedi. Dopo molte vicissitudini lo fece nel 1925-1926 e, con costernazione o gioia di una professione divisa, Miller annunciò nel suo discorso di ritiro come presidente dell’American Phvsieal Society che aveva finalmente trovato la velocità assoluta del sistema solare: circa 200 km./ sec. verso la testa della costellazione Draco! Questa sfida ha spinto Michelson a riprendere i test di ether-drift ancora una volta. In collaborazione con F. G. Pease e F. Pearson, diversi interferometri molto elaborati furono costruiti e funzionarono brevemente dal 1926 al 1928, ma con scarso successo. Né Michelson né la sua squadra-né altri sperimentalisti più tardi nel 1920-sono stati in grado di corroborare i risultati lievi ma positivi di Miller; e così Einstein si è verificato in gran parte sull’autorità della parola reiterata di Michelson.
Il secondo libro di Michelson, Studies in Optics, fu pubblicato nel 1927, l’anno prima che la Optical Society of America gli dedicasse il suo incontro annuale nel cinquantesimo anniversario della sua carriera scientifica. Michelson aveva usato “Onde luminose come aste di misurazione per suonare l’infinito e l’infinitesimo”, come il titolo di uno dei suoi ultimi documenti. Quando morì nel 1931, non era certo meno un credente nella teoria delle onde della luce e del suo etere concomitante. Anche se egli ha sostenuto Einstein con poche riserve, egli era sicuro nella consapevolezza che egli aveva effettivamente suonato la natura della luce e ha trovato il suo campo sia infinito e infinitesimale.
BIBLIOGRAFIA
I. Opere originali. I libri di Michelson sono Onde luminose e loro usi (Chicago, 1903); e Studi in ottica (Chicago, 1927). Traduzioni e 78 articoli sono elencati in Harvey B. Limone, “Albert Abraham Michelson: L’uomo e l’uomo della scienza,” in American Physics Teacher, 4 (Feb. 1936), 1–11.
MS e materiale memorabilia sono ampiamente sparsi, ma la migliore collezione è detenuta dal Laboratorio Michelson, Naval Weapons Center, China Lake, California. Vedere D. Theodore McAllister, “Raccolta di archivi per la Hisiory della scienza,” in American Archivist, 32 (ottobre. 1969), 327-332; e Albert Abraham Michelson: The Man Who Taught a World to Measure, Pubblicazione del Museo Michelson, no. 3(China Lake, Calif., 1970). Vedi anche partecipazioni della Biblioteca Bohr, American Institute of Physics, Center for History and Philosophy of Phvsics, 335 East 45th Street, New York, N. Y. 10017.
II. Letteratura secondaria. Vedi Bernard Jaffe, Michelson and the Speed of Light, Science Study series (Garden City, N. Y., 1960); Dorothy Michelson Livingston, “Michelson in the Navy; the Navy in Michelson”, in Proceedings of the United States Naval Institute , 95, no. 6 (Giugno 1969), 72-79, una raccolta di documenti e cimeli che costituisce la base per una biografia di suo padre, Il Maestro della Luce (New York, 1973); Robert A. Millikan, “Albert A. Michelson”, in Biographical Memoirs. Sational Academy of Sciences, 19, no. 4 (1938), 120-147; “Proceedings of the Michelson Meeting of the Optical Society of America,” in Journal of the Optical Society of America, 18 , no. 3 (Mar. 1929), 143-286; Robert S. Shankland, “Albert A. Michelson at Case”, in American Journal of Physics, 17 (Nov. 1949), 487-490; e Loyd S. Swenson, Jr., L’etere etereo: A History of the Michelson-Morley-Miller Aether-Drift Experiments 1880-1930 (Austin, Tex. Nel 1972, Gerald Holton, “Einstein, Michelson, and the ‘Crucial Experiment,'” in Isis, 60, no. 202 (Summer 1969), 133-197; Jean M. Bennett, et al., “Albert Michelson, Dean of American Optics-Life, Contributions to Science, and Influence on Modern-Day Physics,” insieme a Robert S. Shankland, “Michelsoi’s Role in the Development of Relativity,” in Applied Optics, 12 , no. 10 (Oet. 1973), 2287 e 2253; Loyd S. Swenson, Jr., “The Michelson-Morley-Miller Experiments Before and After 1905,” in Journal for the History of Astronomy, 1, no. 1 (1970), 56-78.
Loyd S. Swenson Jr.