Menée en 1887, l’expérience Michelson-Morley a été qualifiée de l’expérience ratée la plus réussie de la science. Il a également été appelé le point de départ des aspects théoriques de la deuxième révolution scientifique. L’expérience Michelson-Morley a fourni des preuves solides contre l’idée d’un éther luminifère (portant de la lumière), très en vogue parmi les physiciens à l’époque.
Considérez comment les ondes physiques et audio traversent les médiums ; un liquide ou un gaz tel que l’eau ou l’air. Depuis les travaux de James Clerk Maxwell en 1861, on savait que la lumière était une onde électromagnétique. Les physiciens ont commencé à postuler que cette onde se déplaçait dans un milieu, composé de particules beaucoup plus petites que celles de l’air et beaucoup moins denses. Ils appelaient cette substance l’éther. Maxwell lui-même a contribué à populariser la notion d’éther, et il est vite devenu évident que l’éther existait.
L’idée de l’éther posait de nombreux problèmes, comme l’ont noté certains physiciens de l’époque. Pour servir de support à l’énergie électromagnétique tout en tenant compte des données observées, l’éther devait être fluide – pour remplir l’espace, un million de fois plus rigide que l’acier – pour supporter les hautes fréquences des ondes lumineuses, sans masse et sans viscosité – sinon il serait les planètes lentes dans leurs orbites, transparentes – ou des étoiles plus éloignées auraient des magnitudes apparentes décroissant plus rapidement que le carré de la distance, non dispersives, incompressibles et continues à très petites échelles. C’était beaucoup demander à n’importe quelle substance, et l’éther servait plus de béquille théorique qu’autre chose.
L’expérience Michelson-Morley, menée par Albert Michelson et Edward Morley dans l’actuelle Case Western Reserve University dans l’Ohio, a marqué le début de la fin des théories de l’éther. Les physiciens ont réalisé que si l’éther existait, la Terre se déplacerait par rapport à lui en raison de sa rotation autour de son axe, de son orbite autour du Soleil et de l’orbite du Soleil autour de la galaxie. Même si l’éther lui-même se déplaçait, il serait peu probable qu’il se déplace parfaitement au même rythme que la Terre, qui varie à la fois sa direction de mouvement et sa vitesse au fil du temps.
L’effet attendu était un vent d’éther qui provoquerait de légères variations de la vitesse de la lumière en fonction de la direction dans laquelle la lumière se déplaçait. Étant donné que la vitesse de l’orbite de la Terre autour du Soleil n’est que d’environ un centième d’un pour cent de la vitesse de la lumière, l’effet était considéré comme léger. Diverses configurations expérimentales pour détecter le vent d’éther avaient été mises en place au milieu des années 1800, mais les instruments de l’époque n’étaient tout simplement pas assez précis.
L’expérience Michelson-Morley a été conçue pour mesurer d’infimes variations de la vitesse de la lumière en faisant rebondir deux faisceaux à angle droit à l’aide de miroirs semi-réfléchissants et entièrement réfléchissants, puis en les recombinant et en observant la figure d’interférence. S’il y avait ne serait-ce qu’une infime différence dans la vitesse des deux faisceaux lumineux, cela serait évident dans le schéma d’interférences constructives et destructives sur l’élément de détection. Pour éliminer les perturbations de l’expérience, le tout s’est déroulé dans le sous-sol d’un bâtiment en pierre, et l’appareil a été placé sur une grande tablette de marbre flottant dans une piscine de mercure. Cela a permis de faire tourner l’expérience de Michelson-Morley, et les variations de la vitesse de l’éther en fonction de la direction provoqueraient un effet mesurable.
En fin de compte, l’effet éther s’est avéré si faible qu’il était presque indétectable – plus de 10 fois moins que l’effet attendu. C’était un effet si faible que, compte tenu de la marge d’erreur, il aurait pu être nul.
Des expériences ultérieures, de plus en plus précises, confirmèrent ce que personne ne voulait entendre : l’éther était imaginaire. La lumière s’est en quelque sorte propagée comme une onde dans le vide, et c’était tout. L’expérience Michelson-Morley n’a été que la première à le découvrir. Ces découvertes ont ouvert la voie à la physique théorique du 20e siècle, y compris la relativité générale et la théorie quantique.
Pour ses travaux en physique, Albert Michelson a reçu le prix Nobel en 1907.