Expérience de Michelson-Morley

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Formulaire

Illustration de l'expérience de Michelson-Morley
A - Source le lumiere monochromatique
B - Miroir semi reflechissant
C - Miroirs
D - Déphasage

Albert A. Michelson et Edward Morley ont mené une expérience de mesure de la différence de vitesse de la lumière entre deux directions perpendiculaires et à deux périodes espacées de 6 mois.

En fait, c'est toute une série d'expériences entre 1881 (Michelson seul) et 1887 (les 2), date à laquelle le résultat est définitivement admis : l'éther n'existe pas. Cela montre aussi que la vitesse de la lumière est la même dans toutes les directions.

C'est dans l'histoire de la physique une des plus importantes et une des plus célèbres expériences.

Cette expérience a été concue par Albert Abraham Michelson pour mesurer la vitesse de la lumière dans son support supposé (l'éther) et en se basant sur la loi classique d'addition des vitesses. Il est apparu que la terre sur son orbite avec une vitesse d'environ 30 km/s était le laboratoire idéal pour déceler une variation de la vitesse de la lumière sur des parcours identiques en longueur mais qui devaient être différents en temps selon qu'ils seraient dans le sens du mouvement ou perpendiculairement au vent d'éther.

Une comparaison célèbre avec le nageur faisant un aller retour en rivière ayant un courant v permet de comprendre la démarche de Michelson :

un aller et retour dans le sens de la rivière avec comme temps t= $\frac {L}{c-v} + \frac {L}{c+v}$
ou un aller retour en traversant la rivière avec t'= $2\frac {L}{\sqrt{c^2-v^2}}$

l'écart entre ces deux temps devait permettre d'avoir un retard de phase ou déphasage et donc des franges d'interférences qui devaient se déplacer si l'on tournait l'ensemble de l'interféromètre de façon à intervertir les deux trajets. L'écart de temps attendu était de l'ordre de 10^-12s.

Les deux mesures séparées par 6 mois permettent de mesurer l'éventuelle contribution du déplacement du système solaire dans son entier relativement à l'éther supposé.

Le premier interféromètre monté par Michelson n'étant pas assez précis, c'est avec Morley que finalement les deux chercheurs purent affirmer que la vitesse de la Terre par rapport à l'éther était nulle, et ceci à tout moment de l'année.

Cette expérience est sans doute la plus célèbre des expériences négatives (donnant un résultat contraire à ce qui était recherché). Plusieurs tentatives d'explications classiques échouèrent et c'est Ernst Mach qui le premier émit l'hypothèse qu'il fallait rejeter le concept d'éther.

Parallèlement, des progrès théoriques permettaient, par la contraction des longueurs de Fitzgerald-Lorentz, d'expliquer le résultat expérimental, mais c'est finalement ce qui est devenu la relativité restreinte d'Einstein postulant l'invariance de c qui a permis d'expliquer l'étonnant résultat de Michelson et Morley.

L'expérience de Trouton-Noble est considérée comme l'équivalent en électrostatique de l'expérience de Michelson et Morley.

[modifier] Références

A. A. Michelson and E.W. Morley, Philos. Mag. S.5, 24 (151), 449-463 (1887), [1]
A. A. Michelson et al., Conference on the Michelson-Morley Experiment, Astrophysical Journal 68, 341 (1928)
Robert S. Shankland et al., New Analysis of the Interferometer Observations of Dayton C. Miller, Reviews of Modern Physics, 27(2):167-178, (1955)