(f. Strelno, Preussen , 19 December 1852; d . Pasadena, Kalifornien, 9 maj 1931)
fysik, optik, metrologi.
precisionsmätning i experimentell fysik var Michelsons livslånga passion. 1907 blev han den första amerikanska medborgaren som vann ett Nobelpris i en av vetenskaperna och blev så hedrad ”för sina precisionsoptiska instrument och de spektroskopiska och metrologiska undersökningar som genomfördes därmed.”Michelson mätte ljusets hastighet 1878 som sin första satsning på seientific forskning, och han återvände upprepade gånger till den experimentella bestämningen av denna grundläggande konstant under det kommande halva århundradet. Aldrig helt nöjd med precisionen i tidigare mätningar utvecklade han och utnyttjade mer avancerade tekniker och verktyg för att öka noggrannheten i sina observationer. Han dog, efter flera slag, under ett detaljerat test av ljusets hastighet i ett verkligt partiellt vakuum över en milslång kurs vid Irvine, Kalifornien; men värdet senare publiceras av hans kollegor (299,774 11 km./ sek.) var förmodligen mindre exakt än Michelsons egen optiska bestämning över en tjugotvå mils kurs mellan berg i södra Kalifornien under 1924-1926 (299 796 2kg 4km./se.).
född till föräldrar med blygsamma medel i omtvistat territorium mellan Preussen och Polen, emigrerade Michelson vid fyra års ålder med sina föräldrar, Samuel och Rosalie Michelson, till San Francisco via New York och Panama. Den äldre Michelson blev en köpman till guldrush gruvarbetare i Kalifornien och senare i Virginia City, Nevada, medan hans son skickades efter sjätte klass att gå ombord först med släktingar i San Francisco och sedan med Theodore Bradley, rektor för Boys’ High School där. Bradley verkar ha väckt unga Michelsons intresse för vetenskap och att ha erkänt och belönat sina talanger i laboratoriet. På Bradleys förslag tävlade Michelson om en statlig utnämning till US Naval Academy; men när tre bovs bundet till första plats i den skolastiska undersökningen och en annan utsågs, beslutade unga Michelson att ta sitt fall, med ett rekommendationsbrev från sin kongressledamot, till Vita huset. 1869 reste han till Washington, såg President Grant och fick sin utnämning till Annapolis.
Michelson tog examen med klassen 1873 och åkte till sea lor flera kryssningar innan han omfördelades till akademin som instruktör i fysiska vetenskaper. Den 10 April 1877 gifte sig Michelson med Margaret Heminway från en välmående familj i New York; detta äktenskap varade i tjugo år och producerade två söner och en dotter.
under undervisningen i fysik 1878 blev Michelson intresserad av att förbättra Foucaults metod för att mäta ljusets hastighet terrestriellt. I juli 1878, med en gåva på 2 000 dollar från sin svärfar, kunde Michelson förbättra den roterande spegelapparaten och fullända sitt experiment-den fjärde markmätningen av ljusets hastighet. Han föregicks av Fizeau, Foucaultoch Cornu. Simon Newcomb, chef för Nautical Almanac Office, blev intresserad av sitt arbete. Följaktligen publicerades hans första vetenskapliga meddelanden och artiklar 1878-1879, och han började samarbeta med Newcomb på ett statligt sponsrat projekt för att ytterligare förfina bestämningen av ljusets hastighet. Han fick tjänstledighet för att göra forskarutbildning i Europa under 1880-1882. Han studerade för Helmholtz i Berlin, för Quincke i Heidelberg och för Cornu, Mascart och Lippman i Paris.
under vintern 1880-1881, medan han arbetade i Helmholtz laboratorium, tänkte Michelson på ett sätt att prova en andra ordningens mätning av Maxwells förslag för att testa jordens relativa rörelse mot den allestädes närvarande, om hypotetiska, luminiferösa etern. På grundval av den kredit som Alexander Graham Bell upprätthöll i sitt konto hos Berlins instrumenttillverkare Schmidt och Haensch designade Michelson en apparat som kallades en interferentiell refraktometer, som han sedan använde för att testa för relativ rörelse, eller en ”etervind”, genom att jämföra hastigheten på två ljuspennor delade från en enda stråle och orsakade att korsa vägar i rät vinkel mot varandra på en bas som kunde roteras mellan observationer. Vid olika azimutar förväntades att de rekombinerade pennorna som bildade interferensfransar skulle flytta förbi ett fiducialt märke och därigenom ge data från vilka man kunde beräkna jordens ”absoluta rörelse” med avseende på etern eller de ”fasta” stjärnorna, eftersom det skadar genom rymden. Detta första eterdriftsexperiment testades i Berlin, sedan vid Astrophysicalisches Observatorium i Potsdam, med besvikande nollresultat. Instrumentet i sig var otroligt känsligt och mångsidigt; men fel i experimentell design, påpekade av A. Potier och senare av H. A. Lorentz, tillsammans med nollresultaten själva och de teoretiska svårigheterna med avseende på vad som menas med ”absolut hastighet”, ledde senare Michelson att betrakta experimentet som ett misslyckande. Hypoteserna av A. J. Fresnel om en universell stationär eter och av G. G. Stokes om astronomisk avvikelse ifrågasattes således.
den vågformiga teorin om ljus som allmänt accepterad på 1880-talet antog helt enkelt ett luminifert medium. Denna” eter ” måste genomsyra intermolekylära utrymmen, av både transparenta och ogenomskinliga material, såväl som interstellärt utrymme. Därför bör den vara i vila eller stillastående i universum och därför ge en referensram mot vilken man kan mäta jordens hastighet. Michelson förnekade djärvt giltigheten av denna hypotes om en stationär eter, men han behöll alltid behovet av någon form av eter för att förklara fenomenen för ljusförökning. Ad hoc-hypoteser verkade snart nödvändiga för att förklara varför ingen relativ etherwind eller relativ rörelse tycktes vara detekterbar i Michehons interferometer vid jordens yta. Denna nyfikna pussel väckt intresse Lorentz, W. Thomson (senare Lord Kelvin) och FitzGerald, bland andra.
år 1881 avgick Michelson från aktiv tjänst och nästa år gick han med i fakulteten för new Case School of Applied Science i Cleveland, Ohio. Där satte han upp förbättrade apparater som hjälpte till att kontrollera Simon Newcombs hastighetsmätningar och testa olika färgade lampor för brytningsindex i olika medier. 1885 inledde Michclson ett samarbetsprojekt med Edward W. Morley från Western Reserve, en senior experimentalist (och främst en kemist) med ett detaljerat laboratorium. Deras första ansträngning, som gjordes på förslag av W. Thomson och av Rayleigh och Gibbs, var att verifiera Fizeau-experimentet, rapporterat 1859, som förmodligen hade bekräftat Fresnels dragkoefficient genom att jämföra de uppenbara hastigheterna för ljus som rör sig med och mot en ström av vatten. Detta” eter-drag ” – experiment fungerade bra och bekräftade antagandet av Fresnel, Maxwell, Stokes och Rayleigh om astronomisk avvikelse och ett allomfattande immateriellt luminifert medium.
Michelson och Morley redesignade nästa 1881 ether-drift-experimentet för att öka banlängden nästan tiofaldigt och för att minska rotationsfriktionen genom att flyta en sandstenplatta på ett kvicksilverlager. Under fem dagar i juli 1887 utförde Michelson och Morley sitt test för jordens relativa rörelse i omlopp mot en stationär eter. Deras resultat var noll och så nedslående att de övergav alla ansträngningar för att fortsätta med de tester de avsåg följande höst, vinter och vår. Känsligheten de hade uppnått med denna nya interferometer, ungefär en fjärdedel av en miljard, var dock sin egen belöning; och båda innovatörerna började tänka på andra användningsområden för sådana instrument. Även om experimenterna snabbt glömde sin besvikelse, gjorde teoretikerna, och särskilt FitzGerald, Larmor, Lorentz och Poincar Bisexuell, mycket av deras misslyckande med att hitta fransskift och att bekräfta Fresnel och Stokes vågteori om ljus.
Michelson accepterade ett erbjudande 1889 att flytta till det nya Clark University i Worcester, Massachusetts. Samtidigt började han genomföra ett monumentalt metrologiskt projekt som han och Morley hade tänkt sig att experimentellt bestämma längden på den internationella mätarstången vid S Excepilivres när det gäller våglängder av kadmiumljus. Genom att anpassa sin refraktometer som komparator för längder som kan minskas genom spektroskopi och interferometriska tekniker till icke-materiella längdstandarder fann Michelson 1892-1893 att Paris-mätaren var lika med 1 553 163,5 våglängder av den röda kadmiumlinjen. Så elegant var framgången och precisionen i detta projekt som Michelson blev internationellt känd.
1893 flyttade Michelson till det nya universitetet i Chicago för att leda sin fysikavdelning. Där började han utveckla sina intressen för astrofysisk spektroskopi. Diffraktionsgaller, en ny harmonisk analysator, och echelon-spektroskopet, liksom en storskalig vertikal interferometer, designades av och byggdes för Michelson runt sekelskiftet. Han erkändes tydligt som en av landets främsta experimentella fysiker och blev inbjuden att hålla Lowell-föreläsningarna vid Harvard 1899, senare publicerad som ljusvågor och deras användningsområden (Chicago, 1903). Även 1899 gifte sig Michelson igen, efter att ha varit skild och tog som sin andra fru Edna Stanton, som bar honom tre döttrar.
när Einsteins tre berömda tidningar från 1905 dök upp, invigde en av uhich den speciella relativitetsteorin genom att avstå från tanken på en eter och genom att höja ljusets hastighet till en absolut konstant, Michelson var alltför upptagen med tidigare åtaganden och med att få utmärkelser för att betala mycket uppmärksamhet.
förhållandet mellan Michelsons experimentella arbete och Einsteins relativitetsteorier är komplext och historiskt indirekt. Men påverkan av hans eter-drift tester på Lorentz, FitzGerald, Poincar Bisexuell, W. Thomson, Lodge, Larmor och andra teoretiker runt 1900 är mindre problematiska och ganska direkt. Även om forskare fortsätter att diskutera rollen som hans klassiska eter-drift-experiment, talade Michelson själv under sina senaste år fortfarande om ” den älskade gamla etern (som nu överges, även om jag personligen fortfarande klamrar mig lite på det).”Han rådde 1927 i sin sista bok att relativitetsteorin skulle ges en ”generös acceptans”, även om han förblev personligen skeptisk.
från 1901 till 1903 hade han tjänstgjort som president för American Physical Society, och 1907 fick han Copley Medal från Royal Society (London) utöver Nobelpriset. Under hela sitt halvt sekel som aktiv forskare valdes han till hedersmedlemskap i mer än tjugofem samhällen, tilldelades Elva hedersgrader och fick sjutton medaljer. 1910-1911 tjänstgjorde han som president för American Association for the Advancement of Science, och från 1923 till 1927 ledde han National Academy of Sciences.
under första världskriget återvände Michelson till marinen som en sextiofem år gammal reservofficer. Han hjälpte till att göra en optisk avståndsmätare perfekt och visade toleranser för brister i strimmiga optiska glasögon. Efter kriget Eddington eclipse expedition 1919 gjorde Einstein och relativitetsteorin nästan synonymt med esoterisk modern vetenskap. Även om legenden har mycket uppblåst rollen som Michelson-Morley-experimentet för att förmodligen ge grunden för Einsteins första arbete med relativitetsprincipen som tillämpas på elektrodynamik, visade Michelsons bekräftelser av ljusets hastighet som en virtuell konstant faktiskt betydande lika för det speciella och för de allmänna relativitetsteorierna.
tidigt på 1920-talet började Michelson spendera mer tid i Kalifornien på Mt. Wilson, i Pasadena, och vid California Institute of Technology. Förutom undervisning hade hans huvudsakliga arbete i nästan ett decennium varit att perfekta styrande motorer för produktion av bättre diffraktionsgaller. Men administrativa uppgifter vid University of Chicago vägde också tungt på honom. I södra Kalifornien kunde han arbeta och spela i flera välutrustade laboratorier och också njuta av sitt intresse för tennis, biljard, schack och akvarellmålning. Tester för jordens styvhet (eller jordvattensexperiment) följdes av arbete med H. G. Gale mot ett utarbetat test nära Chicago för effekten av jordens rotation på ljusets hastighet. Andra studier av tillämpningen av interferensmetoder på astronomiska problem ledde till konstruktionen 1920 av den berömda stjärninterferometern på Hooker 100-tums teleskopet som mätte den fantastiska vinkeldiametern hos Macau Orionis (Belelgeuse), som visade sig ha en disk subtending 0.047″ båge, eller ungefär 240 miljoner miles i diameter. Ytterligare andra tester och en geodetisk undersökning under Michelsons övervakning i södra Kalifornien förberedde vägen för en mätning av ljusets hastighet mellan bergstoppar. Mt. Wilson till San Jacinto Mountains mätning (åttiotvå mil) sänktes på grund av smog 1925; Mt. Wilson till Mt. San Antonio mätning (tjugotvå miles) slutfördes 1926, och värdet är fortfarande en av de bästa optiska bestämningarna som någonsin gjorts.
under tiden George Ellery Hale, chef för Mt. Wilson Observatory, hade bjudit in till södra Kalifornien Michelsons vän och efterträdare vid Case, Dayton C. Miller, som hade arbetat med Morley på andra eterdrifttester 1900-1906 och hade uppnått eminens inom akustik. Miller skulle perfekta det ursprungliga Michelson-Morley-experimentet för alla årstider och på en 6000 fot höjd. Efter många omväxlingar gjorde han det 1925-1926 och till bestörtning eller glädje för ett uppdelat yrke meddelade Miller i sin avgående adress som president för American Phvsieal Society att han äntligen hade hittat solsystemets absoluta hastighet: cirka 200 km./ sek. mot huvudet av konstellationen Draco! Denna utmaning sporrade Michelson att ta upp eter-drift tester igen. Tillsammans med F. G. Pease och F. Pearson, flera mycket detaljerade interferometrar byggdes och drivs kort från 1926 till 1928 men till liten nytta. Varken Michelson eller hans team—eller några andra experimentalister senare på 1920—talet-kunde bekräfta Millers lilla men positiva resultat; och så stod Einstein verifierad till stor del på Michelsons upprepade ord.
Michelsons andra bok, studier i optik, publicerades 1927, året innan Optical Society of America ägnade sitt årliga möte till honom på femtioårsdagen av sin vetenskapliga karriär. Michelson hade använt ”ljusvågor som Mätstänger för att låta det oändliga och det oändliga” som titeln på en av hans sista papper. När han dog 1931 var han knappast mindre troende i vågteorin om ljus och dess samtidiga eter. Även om han stödde Einstein med få reservationer, var han säker i vetskapen om att han verkligen hade låtit ljusets natur och fann sitt fält både oändligt och oändligt.
bibliografi
I. originalverk. Michelsons böcker är ljusvågor och deras användningsområden (Chicago, 1903); och studier i optik (Chicago, 1927). Översättningar och 78 artiklar listas i Harvey B. citron, ”Albert Abraham Michelson: mannen och mannen av vetenskap,” i American Physics Teacher, 4 (februari. 1936), 1–11.
MS och memorabilia material är brett spridda, men den bästa samlingen hålls av Michelson Laboratory, Naval Weapons Center, China Lake, Kalifornien. Se D. Theodore McAllister,” samla Arkiv för Hisiory of Science, ” i American Archivist, 32 (oktober. 1969), 327-332; och Albert Abraham Michelson: mannen som lärde en värld att mäta, publicering av Michelson Museum, nr 3(China Lake, Calif. , 1970). Se även innehav av Bohr-biblioteket, American Institute of Physics, Centrum för historia och filosofi för Phvsics, 335 East 45th Street, New York, N. Y. 10017.
II. sekundär litteratur. Se Bernard Jaffe, Michelson och ljusets hastighet, Science Study series (Garden City, NY, 1960); Dorothy Michelson Livingston, ”Michelson i marinen; marinen i Michelson,” i förfaranden från United States Naval Institute, 95 , nr. 6 (juni 1969), 72-79, en samling papper och memorabilia som ligger till grund för en biografi om hennes far, mästaren av ljus (New York, 1973); Robert A. Millikan, ”Albert A. Michelson,” i biografiska memoarer. Sational Academy of Sciences, 19, nr 4 (1938), 120-147; ”förhandlingar om Michelson-mötet i Optical Society of America”, i Journal of the Optical Society of America , 18, nr 3 (Mar. 1929), 143-286; Robert S. Shankland, ”Albert A. Michelson i Case”, i American Journal of Physics, 17 (Nov. 1949), 487-490; och Loyd S. Swenson, Jr. , den eteriska etern: En historia av Michelson-Morley-Miller Aether-Drift experiment 1880-1930 (Austin, Tex., 1972); Gerald Holton, ”Einstein, Michelson och det” avgörande experimentet ”” i Isis, 60, nr 202 (sommaren 1969), 133-197; Jean M. Bennett, et al. , ”Albert Michelson, dekan för Amerikansk Optik-liv, bidrag till vetenskap och inflytande på Dagens fysik”, tillsammans med Robert S. Shankland, ”Michelsois roll i Relativitetsutvecklingen”, i tillämpad Optik, 12 , nr 10 (Oet. 1973), 2287 och 2253; Loyd S. Swenson, Jr., ”Michelson-Morley-Miller-experimenten före och efter 1905,” i Journal for the History of Astronomy, 1 , no. 1 (1970), 56-78.
Loyd S. Swenson, Jr.