Il 14 novembre 2005, la Case Western Reserve University di Cleveland ha celebrato sia l’anno mondiale della fisica che il centenario del loro edificio di fisica. Come parte dei festeggiamenti, l’American Physical Society ha presentato una targa che commemora la CWRU come sito storico di fisica, in onore dell’esperimento Michelson-Morley che ebbe luogo lì nel 1887.
Nel XIX secolo, i fisici credevano generalmente che, come le onde d’acqua devono avere un mezzo per muoversi (acqua), e le onde sonore udibili richiedono un mezzo per muoversi (aria), così anche le onde luminose richiedono un mezzo, che è stato chiamato “luminifero” (cioè portatore di luce) “e.L’esperimento Michelson-Morley divenne quello che potrebbe essere considerato il più famoso esperimento fallito fino ad oggi ed è generalmente considerato come la prima forte prova contro l’esistenza dell’etere luminifero. Michelson ricevette il premio Nobel nel 1907, diventando il primo americano a vincere il premio Nobel per la fisica.
I fisici avevano calcolato che, mentre la Terra si muoveva nella sua orbita intorno al sole, il flusso dell’etere attraverso la superficie terrestre poteva produrre un “vento di etere” rilevabile. A meno che, per qualche motivo, l’etere fosse sempre fermo rispetto alla Terra, la velocità di un fascio di luce emesso da una sorgente sulla Terra sarebbe dipesa dall’entità del vento di etere e dalla direzione del fascio rispetto ad esso. L’idea dell’esperimento era di misurare la velocità della luce in diverse direzioni per misurare la velocità dell’etere rispetto alla Terra, stabilendo così la sua esistenza.
Per misurare la velocità della Terra attraverso l’etere misurando come cambiava la luce, Albert Michelson (1852-1931) progettò un dispositivo noto ora come interferometro. Inviava il fascio di una singola fonte di luce attraverso uno specchio semi-argentato che veniva utilizzato per dividerlo in due fasci che viaggiavano ad angolo retto l’uno rispetto all’altro. Dopo aver lasciato lo splitter, i fasci viaggiavano verso le estremità di lunghi bracci dove venivano riflessi al centro da piccoli specchi. Poi si ricombinavano sul lato lontano dello splitter in un oculare, producendo un modello di interferenza costruttiva e distruttiva basato sulla lunghezza dei bracci. Qualsiasi piccolo cambiamento nella quantità di tempo che i fasci passavano in transito sarebbe stato osservato come uno spostamento nelle posizioni delle frange di interferenza.
Michelson aveva fatto una versione preliminare dell’esperimento nel 1881. Dopo aver accettato un posto alla Case School of Applied Science di Cleveland, iniziò una collaborazione con Edward Morley, un professore di chimica al vicino Western Reserve College. L’apparato che costruirono galleggiava in un trogolo di mercurio, che permetteva di farlo ruotare lentamente. Mentre ruotava, secondo la teoria dell’etere, la velocità della luce in ciascuno dei due bracci perpendicolari sarebbe cambiata, causando uno spostamento nel modello di interferenza. I risultati dell’esperimento indicavano uno spostamento coerente con lo zero, e certamente meno di un ventesimo dello spostamento previsto se la velocità della Terra in orbita intorno al sole fosse la stessa della sua velocità attraverso l’etere.
Altre versioni dell’esperimento furono eseguite con crescente sofisticazione, ma le misurazioni di Michelson-Morley furono le prime con sufficiente accuratezza da mettere in discussione l’esistenza dell’etere. La spiegazione del loro risultato nullo attendeva le intuizioni fornite dalla teoria della relatività speciale di Einstein nel 1905.