Expérience de Michelson-Morley
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Albert Einstein
Cet article de physique fait
partie de la série relativité
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histoire - théorie
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EQR
exp:Michelson et Morley
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jumeaux-train
relativité restreinte-générale
théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important champ d'étude, tant théorique...)
controverse historique
Techniques
cyclotron (Le cyclotron est un type d’accélérateur circulaire inventé par Ernest Orlando Lawrence en 1931. Dans un cyclotron, les particules placées dans un champ magnétique suivent une trajectoire en forme de spirale et sont accélérées par un...)
accélérateur de particules (Les accélérateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs électriques et/ou magnétiques pour amener des particules chargées...)
Méta
article
Liens physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la nature ;...)
Formulaire
Illustration de l'expérience de Michelson-Morley A - Source de lumière monochromatique B - Miroir semi-réfléchissant C - Miroirs D - Déphasage
Illustration de l'expérience de Michelson-Morley (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.)
A - Source de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée à...) monochromatique (On qualifie de monochromatique (du grec mono-, un seul et chromos, couleur) une lumière dont la couleur n'est formée que d'une fréquence ou, par extension de sens, d'une bande...)
B - Miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent...) semi-réfléchissant
C - Miroirs
D - Déphasage

Albert A. Michelson et Edward Morley ont mené une expérience de mesure de la différence de vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un phénomène...) entre deux directions perpendiculaires et à deux périodes espacées de 6 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.).

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

C'est dans l'histoire de la physique (L'histoire de la physique essaie de retracer l'origine et l'évolution des idées, des méthodes, des hommes et des connaissances des sciences physiques.) une des plus importantes et une des plus célèbres expériences.

Cette expérience a été conçue 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 (L'addition est une opération élémentaire, permettant notamment de décrire la réunion de quantités ou l'adjonction de grandeurs...) des vitesses. Il est apparu que la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...) sur son orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) avec une vitesse d'environ 30 km/s était le laboratoire idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon féconde l'étude de la divisibilité pour les entiers. Il est...) pour déceler une variation de la vitesse de la lumière sur des parcours identiques en longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...) mais qui devaient être différents en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) selon qu'ils seraient dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution...) du mouvement ou perpendiculairement au vent d'éther.

Une comparaison célèbre avec le nageur faisant un aller retour en rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la gravité et qui se jette dans une autre rivière ou dans un fleuve, contrairement au fleuve qui se jette, lui, selon cette...) 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 (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) ou déphasage et donc des franges d'interférences qui devaient se déplacer si l'on tournait l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) 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 ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement...) du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit,...) 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) moment de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.).

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 (On nomme relativité restreinte une première version de la théorie de la relativité, émise en 1905 par Albert Einstein, qui ne considérait pas la question des accélérations d'un...) 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 (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-à-dire de leurs interactions.) de l'expérience de Michelson et Morley.

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