Condotto nel 1887, l’esperimento di Michelson-Morley è stato definito “l’esperimento fallito di maggior successo nella scienza”. È stato anche chiamato “il punto di partenza per gli aspetti teorici della Seconda Rivoluzione Scientifica”. L’esperimento di Michelson-Morley fornì una forte evidenza contro l’idea di un etere luminifero (portatore di luce), molto in voga tra i fisici dell’epoca.
Considera come le onde fisiche e audio viaggiano attraverso i mezzi; un liquido o un gas come acqua o aria. Dal lavoro di James Clerk Maxwell nel 1861, si sapeva che la luce era un’onda elettromagnetica. I fisici iniziarono a postulare che quest’onda si muovesse attraverso un mezzo, fatto di particelle molto più piccole di quelle all’interno dell’aria, e molto meno dense. Hanno chiamato questa sostanza l’etere. Lo stesso Maxwell aiutò a rendere popolare la nozione di etere, e presto fu dato per scontato che l’etere esistesse.
L’idea dell’etere presentava numerosi problemi, come notarono alcuni fisici dell’epoca. Per servire come mezzo per l’energia elettromagnetica tenendo conto dei dati osservati, l’etere doveva essere fluido – per riempire lo spazio, un milione di volte più rigido dell’acciaio – per supportare le alte frequenze delle onde luminose, senza massa e senza viscosità – altrimenti sarebbe lenti i pianeti nelle loro orbite, trasparenti – o stelle più distanti avrebbero magnitudini apparenti che scendono più rapidamente del quadrato della distanza, non dispersive, incomprimibili e continue su scale molto piccole. Era molto da chiedere a qualsiasi sostanza, e l’etere aveva un ruolo più di una stampella teorica che altro.
L’esperimento Michelson-Morley, condotto da Albert Michelson e Edward Morley presso quella che oggi è la Case Western Reserve University in Ohio, fu l’inizio della fine per le teorie dell’etere. I fisici si sono resi conto che se esistesse l’etere, la Terra si muoverebbe rispetto ad esso a causa della sua rotazione attorno al suo asse, dell’orbita attorno al Sole e dell’orbita del Sole attorno alla galassia. Anche se l’etere stesso si muovesse, sarebbe improbabile che si muova perfettamente di pari passo con la Terra, che varia sia la sua direzione di movimento che la sua velocità nel tempo.
L’effetto previsto era un “vento di etere” che avrebbe causato lievi variazioni nella velocità della luce a seconda della direzione in cui viaggiava la luce. Poiché la velocità dell’orbita terrestre attorno al Sole è solo circa un centesimo dell’uno percento della velocità della luce, si pensava che l’effetto fosse lieve. Varie configurazioni sperimentali per rilevare il vento di etere erano state allestite a metà del 1800, ma gli strumenti a quel tempo semplicemente non erano abbastanza precisi.
L’esperimento di Michelson-Morley è stato progettato per misurare minuscole variazioni nella velocità della luce facendo rimbalzare due raggi ad angolo retto usando specchi a metà scheggia e completamente riflettenti, quindi ricombinandoli e osservando il modello di interferenza. Se ci fosse anche una minima differenza nella velocità dei due fasci di luce, sarebbe evidente nello schema di interferenza costruttiva e distruttiva sull’elemento di rilevamento. Per eliminare le interruzioni dell’esperimento, il tutto si è svolto nel seminterrato di un edificio in pietra e l’apparato è stato posto su una grande tavoletta di marmo che galleggiava in una pozza di mercurio. Ciò ha permesso di ruotare l’esperimento di Michelson-Morley e le variazioni della velocità dell’etere a seconda della direzione avrebbero causato un effetto misurabile.
Alla fine, l'”effetto etere” è risultato essere così basso da essere quasi impercettibile, più di 10 volte inferiore all’effetto previsto. Era un effetto così lieve che, tenendo conto del margine di errore, avrebbe potuto essere zero.
Esperimenti successivi, via via più precisi, confermarono ciò che nessuno voleva sentire: l’etere era immaginario. La luce in qualche modo si propagava come un’onda attraverso il vuoto, e basta. L’esperimento di Michelson-Morley è stato solo il primo a scoprirlo. Questi risultati hanno posto le basi per la fisica teorica del XX secolo, inclusa la relatività generale e la teoria quantistica.
Per il suo lavoro in fisica, Albert Michelson ricevette il Premio Nobel nel 1907.