Das 1887 durchgeführte Michelson-Morley-Experiment wurde als „das erfolgreichste gescheiterte Experiment der Wissenschaft“ bezeichnet. Es wurde auch als „Startpunkt für die theoretischen Aspekte der zweiten wissenschaftlichen Revolution“ bezeichnet. Das Michelson-Morley-Experiment lieferte starke Beweise gegen die Idee eines leuchtenden (lichttragenden) Äthers, der zu dieser Zeit unter Physikern sehr in Mode war.
Überlegen Sie, wie sich sowohl physische als auch Audiowellen durch Medien ausbreiten; eine Flüssigkeit oder ein Gas wie Wasser oder Luft. Seit der Arbeit von James Clerk Maxwell im Jahr 1861 war bekannt, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist. Physiker begannen zu postulieren, dass sich diese Welle durch ein Medium bewegt, das aus Teilchen besteht, die viel kleiner als die in der Luft sind und viel weniger dicht sind. Sie nannten diese Substanz den Äther. Maxwell selbst trug dazu bei, den Begriff des Äthers populär zu machen, und bald wurde es als selbstverständlich angesehen, dass der Äther existierte.
Die Idee des Äthers hatte zahlreiche Probleme, wie einige Physiker der damaligen Zeit bemerkten. Um als Medium für elektromagnetische Energie zu dienen und gleichzeitig beobachtete Daten zu berücksichtigen, musste der Äther flüssig sein – um den Raum zu füllen, eine Million Mal steifer als Stahl – um die hohen Frequenzen von Lichtwellen zu unterstützen, masselos und ohne Viskosität – sonst würde er es tun verlangsamen die Planeten auf ihren Bahnen, transparent – oder weiter entfernte Sterne würden scheinbare Helligkeiten haben, die schneller als das Quadrat der Entfernung abfallen, nicht dispersiv, inkompressibel und auf sehr kleinen Skalen kontinuierlich sind. Das war von jeder Substanz viel verlangt, und Äther spielte eher eine theoretische Krücke als alles andere.
Das Michelson-Morley-Experiment, das von Albert Michelson und Edward Morley an der heutigen Case Western Reserve University in Ohio durchgeführt wurde, war der Anfang vom Ende der Äthertheorien. Physiker erkannten, dass, wenn der Äther existierte, sich die Erde aufgrund ihrer Rotation um ihre Achse, ihrer Umlaufbahn um die Sonne und der Umlaufbahn der Sonne um die Galaxie relativ zu ihm bewegen würde. Selbst wenn sich der Äther selbst bewegen würde, wäre es unwahrscheinlich, dass er sich perfekt im Gleichschritt mit der Erde bewegt, die sowohl ihre Bewegungsrichtung als auch ihre Geschwindigkeit im Laufe der Zeit ändert.
Der erwartete Effekt war ein „Ätherwind“, der je nach Flugrichtung des Lichts leichte Schwankungen der Lichtgeschwindigkeit verursachen würde. Da die Geschwindigkeit der Erdumlaufbahn um die Sonne nur etwa ein Hundertstel Prozent der Lichtgeschwindigkeit beträgt, wurde der Effekt als gering eingeschätzt. Mitte des 1800. Jahrhunderts waren verschiedene Versuchsaufbauten zum Nachweis des Ätherwinds aufgebaut worden, aber die damaligen Instrumente waren einfach nicht präzise genug.
Das Michelson-Morley-Experiment wurde entwickelt, um winzige Variationen der Lichtgeschwindigkeit zu messen, indem zwei Strahlen im rechten Winkel mit halbgeschlitzten und voll reflektierenden Spiegeln reflektiert, dann wieder kombiniert und das Interferenzmuster beobachtet werden. Selbst ein winziger Unterschied in der Geschwindigkeit der beiden Lichtstrahlen würde sich im Muster der konstruktiven und destruktiven Interferenz auf dem Detektionselement bemerkbar machen. Um Störungen des Experiments auszuschließen, fand das Ganze im Keller eines Steingebäudes statt, und die Apparatur wurde auf eine große Marmortafel gestellt, die in einem Quecksilberbecken schwamm. Dadurch konnte das Michelson-Morley-Experiment gedreht werden, und richtungsabhängige Änderungen der Äthergeschwindigkeit würden einen messbaren Effekt haben.
Am Ende stellte sich heraus, dass der „Äthereffekt“ so gering war, dass er fast nicht nachweisbar war – mehr als 10 Mal weniger als der erwartete Effekt. Dieser Effekt war so gering, dass er unter Berücksichtigung der Fehlerspanne gleich null hätte sein können.
Spätere, immer genauere Experimente bestätigten, was niemand hören wollte: Der Äther war imaginär. Licht breitete sich irgendwie als Welle durch das Vakuum aus, und das war es. Das Michelson-Morley-Experiment war nur das erste, das dies entdeckte. Diese Erkenntnisse ebnen den Weg für die theoretische Physik des 20. Jahrhunderts, einschließlich der allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantentheorie.
Für seine physikalische Arbeit erhielt Albert Michelson 1907 den Nobelpreis.