Albert Abraham Michelson FFRS FRSE (pronunciación de apellido en inglés como "Michael-son", 19 de diciembre de 1852 - 9 de mayo de 1931) fue un físico estadounidense de ascendencia judía nacido en Prusia, conocido por su trabajo en la medición de la velocidad de la luz y especialmente por el experimento de Michelson-Morley . En 1907 recibió el Premio Nobel de Física , convirtiéndose en el primer estadounidense en ganar el Premio Nobel de una ciencia. Fue el fundador y primer director de los departamentos de física de la Case School of Applied Science (ahora Case Western Reserve University ) y de la Universidad de Chicago . [3] [4] [5]
Michelson nació en Strelno , Posen , Reino de Prusia (actual Strzelno, Polonia), de padres judíos, [6] hijo de Samuel Michelson [7] y su esposa, Rozalia Przyłubska. [8] Se mudó a los Estados Unidos con sus padres en 1855, a la edad de dos años. Creció en los pueblos mineros de Murphy's Camp , California, y Virginia City, Nevada , donde su padre era comerciante. Su familia no era religiosa y el propio Michelson fue agnóstico durante toda su vida . [9] [10] [11] Pasó sus años de escuela secundaria en San Francisco en la casa de su tía, Henriette Levy (de soltera Michelson), quien era la madre de la autora Harriet Lane Levy . [12] Su hermana era la novelista Miriam Michelson .
El presidente Ulysses S. Grant otorgó a Michelson un nombramiento especial para la Academia Naval de Estados Unidos en 1869. [13] Durante sus cuatro años como guardiamarina en la Academia, Michelson se destacó en óptica , calor, climatología y dibujo técnico . Después de graduarse en 1873 y dos años en el mar, regresó a la Academia Naval en 1875 para convertirse en instructor de física y química hasta 1879. En 1879, fue destinado a la Oficina de Almanaque Náutico, Washington (parte del Observatorio Naval de los Estados Unidos). ), [14] [15] [16] para trabajar con Simon Newcomb . Al año siguiente obtuvo una excedencia para continuar sus estudios en Europa. Visitó las Universidades de Berlín y Heidelberg , y el Collège de France y la École Polytechnique de París.
Michelson estaba fascinado por las ciencias y, en particular, por el problema de medir la velocidad de la luz . Mientras estaba en Annapolis , realizó sus primeros experimentos sobre la velocidad de la luz , como parte de una demostración de clase en 1877. Su experimento de Annapolis fue perfeccionado y en 1879, [17] midió la velocidad de la luz en el aire como299 864 ± 51 kilómetros por segundo, y estimó la velocidad de la luz en el vacío como299 940 km/s , o186 380 millas/s . [18] [19] [20] Después de dos años de estudios en Europa, renunció a la Marina en 1881. En 1883 aceptó un puesto como profesor de física en la Escuela Case de Ciencias Aplicadas en Cleveland , Ohio, y se concentró en desarrollando un interferómetro mejorado . En 1887, él y Edward Morley llevaron a cabo el famoso experimento de Michelson-Morley que no logró detectar evidencia de la existencia del éter luminífero . Más tarde pasó a utilizar interferómetros astronómicos para medir diámetros estelares y medir las separaciones de estrellas binarias.
En 1889, Michelson se convirtió en profesor de la Universidad Clark en Worcester , Massachusetts , y en 1892 fue nombrado profesor y primer jefe del departamento de física de la recién organizada Universidad de Chicago . En 1902, fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica Estadounidense . [21]
En 1907, Michelson tuvo el honor de ser el primer estadounidense en recibir el Premio Nobel de Física "por sus instrumentos ópticos de precisión y las investigaciones espectroscópicas y metrológicas realizadas con su ayuda". También ganó la Medalla Copley en 1907, la Medalla Henry Draper en 1916 y la Medalla de Oro de la Royal Astronomical Society en 1923. Un cráter de la Luna lleva su nombre. [ cita necesaria ]
Regresó al servicio militar en los últimos meses de la Primera Guerra Mundial como teniente comandante en la Reserva Naval , sirviendo en la Oficina de Artillería . Fue ascendido a comandante de la reserva en mayo de 1919 y fue llamado brevemente al servicio activo en el 9º Distrito Naval antes de ser liberado del servicio el 30 de septiembre de 1921 .
Michelson murió en Pasadena, California , a la edad de 78 años. [22] Las residencias universitarias de la Universidad de Chicago recordaron a Michelson y sus logros dedicando la 'Casa Michelson' en su honor. Case Western Reserve le ha dedicado una Casa Michelson, y Michelson Hall (un edificio académico de aulas, laboratorios y oficinas de ciencias) en la Academia Naval de los Estados Unidos también lleva su nombre. El Laboratorio Michelson en la Estación Naval de Armas Aéreas de China Lake en Ridgecrest, California, lleva su nombre. Hay una exhibición en el área de acceso público del laboratorio que incluye facsímiles de la medalla del Premio Nobel de Michelson, el documento del premio y ejemplos de sus rejillas de difracción. En 2017, un centro de investigación de física recientemente renovado en la Universidad de Chicago también pasó a llamarse en honor a Michelson. [23]
Se han creado numerosos premios, conferencias y honores en nombre de Albert A. Michelson. [24] Algunos de los premios y conferencias actuales nombrados en honor a Michelson incluyen los siguientes: el Premio y Conferencia Bomem-Michelson presentados anualmente hasta 2017 por la Sociedad Coblentz; [25] el Premio y Conferencia Michelson-Morley , junto con la Serie de Conferencias Michelson, [26] y la Conferencia del Premio Postdoctoral Michelson, [27] todos los cuales son impartidos anualmente por la Universidad Case Western Reserve ; el Premio AA Michelson que otorga cada año el Computer Measurement Group ; [28] el Premio Albert A. Michelson otorgado por la Liga Naval de los Estados Unidos ; [29] y la serie de conferencias en memoria de Michelson [30] presentadas anualmente por la División de Matemáticas y Ciencias de la Academia Naval de EE. UU .
En 1877, Michelson se casó con Margaret Hemingway, hija de un rico abogado y corredor de bolsa de Nueva York y sobrina de su comandante William T. Sampson . Tuvieron dos hijos y una hija. [31] [32]
En 1899 se casó con Edna Stanton. Criaron a tres hijas. [32]
Es tío abuelo del físico Peter Michelson . [33]
Michelson estuvo fascinado por la luz toda su vida. Una vez le preguntaron por qué estudiaba la luz y supuestamente dijo: "porque es muy divertido". [34]
Ya en 1869, mientras servía como oficial en la Armada de los Estados Unidos , Michelson comenzó a planificar una repetición del método del espejo giratorio de Léon Foucault para medir la velocidad de la luz, utilizando ópticas mejoradas y una línea de base más larga. Realizó algunas mediciones preliminares utilizando equipos en gran parte improvisados en 1878, casi al mismo tiempo que su trabajo llamó la atención de Simon Newcomb , director de la Oficina del Almanaque Náutico, que ya estaba avanzado en la planificación de su propio estudio.
Los experimentos formales de Michelson tuvieron lugar en junio y julio de 1879. Construyó un edificio de estructura a lo largo del malecón norte de la Academia Naval para albergar la maquinaria. [35] Michelson publicó su resultado de 299.910 ± 50 km/s en 1879 antes de unirse a Newcomb en Washington DC para ayudar con sus mediciones allí. Así comenzó una larga colaboración profesional y amistad entre ambos.
Simon Newcomb , con su proyecto mejor financiado, obtuvo un valor de 299.860 ± 30 km/s, justo en el límite extremo de coherencia con el de Michelson. Michelson continuó "refinando" su método y en 1883 publicó una medición de 299.853 ± 60 km/s, bastante más cercana a la de su mentor.
En 1906, EB Rosa y la Oficina Nacional de Normalización utilizaron un nuevo método eléctrico para obtener un valor de la velocidad de la luz de 299.781 ± 10 km/s. Aunque posteriormente se demostró que este resultado estaba muy sesgado por los deficientes estándares eléctricos utilizados en ese momento, parece haber marcado la moda de valores medidos bastante más bajos.
A partir de 1920, Michelson comenzó a planificar una medición definitiva desde el Observatorio del Monte Wilson , utilizando una línea de base hasta Lookout Mountain , un saliente prominente en la cresta sur del Monte San Antonio ("Old Baldy"), a unas 22 millas de distancia.
En 1922, el Servicio Geodésico y Costero de los Estados Unidos comenzó dos años de minuciosas mediciones de la línea de base utilizando las cintas invar recientemente disponibles . Con la longitud de la línea de base establecida en 1924, se realizaron mediciones durante los dos años siguientes para obtener el valor publicado de 299.796 ± 4 km/s. [37]
Por muy famosa que sea la medición, estuvo plagada de problemas, entre ellos la neblina creada por el humo de los incendios forestales que desdibujaba la imagen especular. También es probable que el trabajo intensamente detallado del estudio geodésico , con un error estimado de menos de una parte en 1 millón, se viera comprometido por un cambio en la línea de base resultante del terremoto de Santa Bárbara del 29 de junio de 1925, que fue un Magnitud estimada de 6,3 en la escala de Richter .
El ahora famoso experimento de Michelson-Morley también influyó en los intentos de afirmación de la teoría de la relatividad general y la relatividad especial de su colega Albert Einstein , utilizando instrumentación óptica similar. Estos instrumentos y colaboraciones relacionadas incluyeron la participación de los físicos Dayton Miller , Hendrik Lorentz y Robert Shankland .
El período posterior a 1927 marcó la llegada de nuevas mediciones de la velocidad de la luz utilizando novedosos dispositivos electroópticos , todos sustancialmente inferiores al valor de Michelson de 1926.
Michelson buscó otra medición, pero esta vez en un tubo de vacío para evitar dificultades en la interpretación de la imagen debido a los efectos atmosféricos. En 1929, inició una colaboración con Francis G. Pease y Fred Pearson para realizar una medición en un tubo de 1,6 km y 3 pies de diámetro en Irvine Ranch cerca de Santa Ana, California. [38] [39] En múltiples reflexiones, la trayectoria de la luz se incrementó a 5 millas. Por primera vez en la historia se midió la velocidad de la luz en un vacío casi perfecto de 0,5 mm de mercurio. Michelson murió con sólo 36 de las 233 series de mediciones completadas y el experimento se vio posteriormente plagado de inestabilidad geológica y problemas de condensación antes de que se conociera el resultado de299 774 ± 11 km/s , consistente con los valores electroópticos predominantes , se publicó póstumamente en 1935. [39]
Durante junio y principios de julio de 1879, Michelson perfeccionó los arreglos experimentales de los desarrollados por Hippolyte Fizeau y Léon Foucault . La configuración experimental fue la siguiente: la luz generada a partir de una fuente se dirige hacia un espejo giratorio a través de una hendidura en una placa fija; el espejo giratorio refleja la luz entrante y con cierto ángulo, hacia la dirección donde se coloca otro espejo plano fijo cuya superficie es perpendicular al rayo de luz entrante; el espejo giratorio debería haber girado un ángulo α cuando el rayo de luz viaja hacia atrás y se refleja nuevamente hacia la placa fija (la distancia entre el espejo fijo y el giratorio se registra como D ); se detecta un desplazamiento de la hendidura en la placa que mide d ; la distancia desde el espejo giratorio hasta la placa fija se designa como radio r, mientras que el número de revoluciones por segundo del espejo se registra como ω . De esta forma, tan(2 α ) = d / r ; Δ t = ( α /2 π )/ ω ; La velocidad de la luz se puede derivar como c = 2 D /Δ t .
Aunque a simple vista, se trata de cuatro cantidades medidas: distancia D , radio r , desplazamiento d y revolución del espejo giratorio por segundo ω , lo cual parece simple; sin embargo, basándose en las limitaciones de la tecnología de medición en ese momento, Michelson hizo grandes esfuerzos para reducir los errores sistemáticos y aplicar correcciones posteriores. Por ejemplo, adoptó una cinta métrica de acero con una longitud de 100 pies y tenía la intención de medir decenas de veces a lo largo de la distancia; aun así, midió su longitud con una copia del patio estándar oficial para determinar que era 100,006 pies, eliminando así un error sistemático, aunque pequeño.
Además de los esfuerzos por reducir al máximo los errores sistemáticos, se realizaron mediciones repetidas en múltiples niveles para obtener resultados más precisos. Como observaron RJ MacKay y RW Oldford en su artículo, [40] "Está claro que Michelson apreciaba el poder de promediar para reducir la variabilidad en la medición", está claro que Michelson tenía en mente la propiedad de que los promedios varían menos, lo cual debería ser formalmente considerado. descrito como: la desviación estándar del promedio de n variables aleatorias independientes es menor que la de una sola variable aleatoria por un factor de la raíz cuadrada de n . Para darse cuenta de eso, también se esforzó en que cada medición no se influyera entre sí, siendo así variables aleatorias mutuamente independientes .
Un modelo estadístico para mediciones repetidas con el supuesto de independencia o distribuciones idénticas no es realista. En el caso del estudio de la velocidad de la luz, cada medición se aborda como la suma de la cantidad de interés y el error de medición. En ausencia de error sistemático, el error de medición de la velocidad de la luz se puede modelar mediante una muestra aleatoria de una distribución con expectativa desconocida y varianza finita; por lo tanto, la velocidad de la luz está representada por la expectativa de la distribución del modelo y el objetivo final es estimar la expectativa de la distribución del modelo en el conjunto de datos adquirido. La ley de los grandes números sugiere estimar la expectativa mediante la media muestral. [41]
En 1887 colaboró con su colega Edward Williams Morley de la Western Reserve University, ahora parte de la Case Western Reserve University , en el experimento Michelson-Morley . Su experimento sobre el movimiento esperado de la Tierra en relación con el éter , el medio hipotético en el que se suponía que viajaba la luz, arrojó un resultado nulo . Sorprendido, Michelson repitió el experimento cada vez con mayor precisión durante los años siguientes, pero siguió sin encontrar la capacidad de medir el éter. Los resultados de Michelson-Morley fueron inmensamente influyentes en la comunidad física, lo que llevó a Hendrik Lorentz a idear sus ahora famosas ecuaciones de contracción de Lorentz como medio para explicar el resultado nulo.
Ha habido cierta controversia histórica sobre si Albert Einstein estaba al tanto de los resultados de Michelson-Morley cuando desarrolló su teoría de la relatividad especial , que declaraba que el éter era "superfluo". En una entrevista posterior, Einstein dijo sobre el experimento de Michelson-Morley: "No era consciente de que me hubiera influido directamente... Supongo que simplemente di por sentado que era cierto". [42] Independientemente del conocimiento específico de Einstein, el experimento se considera hoy el experimento canónico en lo que respecta a mostrar la falta de un éter detectable. [43] [44]
La precisión de su equipo permitió a Michelson y Morley ser los primeros en obtener valores precisos para la estructura fina en las líneas espectrales atómicas [45] para lo cual en 1916 Arnold Sommerfeld dio una explicación teórica, introduciendo la constante de estructura fina .
En 1920 Michelson y Francis G. Pease realizaron la primera medición del diámetro de una estrella distinta del Sol. Michelson inventó la interferometría astronómica y construyó un instrumento de este tipo en el Observatorio del Monte Wilson que se utilizó para medir el diámetro de la gigante roja Betelgeuse . Se utilizó una disposición de periscopio para dirigir la luz desde dos subpupilas, separadas por hasta 20 pies (6 m), hacia la pupila principal del Telescopio Hooker de 100 pulgadas (2,5 m) , produciendo franjas de interferencia observadas a través del ocular. Después de esto, la medición de los diámetros estelares y las separaciones de estrellas binarias ocuparon una parte cada vez mayor de la vida de Michelson.
A partir de la década de 1970, se revivió la interferometría astronómica, y las configuraciones que utilizaban dos (o más) aperturas separadas (con diámetros pequeños en comparación con su separación) a menudo se denominan "interferometría estelar Michelson". Esto fue para distinguirlo de la interferometría moteada , pero no debe confundirse con el interferómetro de Michelson, que es una configuración de interferómetro de laboratorio común de la cual el interferómetro utilizado en el experimento de Michelson-Morley fue un ejemplo. El concepto de Michelson de interferencia de luz proveniente de dos aberturas relativamente pequeñas separadas por una distancia sustancial (pero con esa distancia, o línea de base , ahora a menudo de hasta cientos de metros) se emplea en observatorios operativos modernos como VLTI , CHARA y el NPOI de la Marina de los EE. UU .
Las ondas gravitacionales se detectan mediante un interferómetro de Michelson con una fuente de luz láser. En 2020 había tres detectores de ondas gravitacionales con interferómetro Michelson operativos y un cuarto en construcción. Estos interferómetros de Michelson tienen brazos de 4 kilómetros de longitud, colocados en ángulos de 90 grados entre sí, y la luz pasa a través de tubos de vacío de 1 m de diámetro que recorren toda su longitud. Una onda gravitacional que pasa estirará ligeramente un brazo mientras acorta el otro. Éste es precisamente el movimiento al que son más sensibles estos interferómetros de Michelson. Hasta 2020 se habían observado quince eventos de ondas gravitacionales utilizando estos interferómetros de Michelson.
En la década de 1890, Michelson construyó un dispositivo mecánico llamado analizador de armónicos, para calcular coeficientes de series de Fourier y dibujar gráficas de sus sumas parciales. Él y S. W. Stratton publicaron un artículo sobre esta máquina en el American Journal of Science en 1898. [46] [47]
En el episodio 26 de la temporada 3 de la serie de televisión Bonanza ("Look to the Stars", transmitida el 18 de marzo de 1962), Ben Cartwright ( Lorne Greene ) ayuda a Michelson, de 16 años (interpretado por Douglas Lambert, de 25 años). 1936-1986)) obtienen un nombramiento en la Academia Naval de los EE. UU. , a pesar de la oposición del intolerante maestro de escuela de la ciudad (interpretado por William Schallert ). Bonanza se desarrolló en Virginia City, Nevada y sus alrededores , donde Michelson vivía con sus padres antes de partir hacia la Academia Naval. En una voz en off al final del episodio, Greene menciona el Premio Nobel de 1907 de Michelson.
La casa en la que vivió Michelson cuando era niño en Murphys Camp, California estaba en la tienda de su padre, primero en Main Street, Murphys, CA, frente al hotel Sperry & Perry y después del incendio de 1859, en una tienda al lado del hotel. . Su tía Bertha Meyers era dueña de una casa en Main Street, hacia el extremo este de la ciudad, y Michelson probablemente visitaba allí a su familia con frecuencia.
New Beast Theatre Works, en colaboración con High Concept Laboratories, produjo una 'semiópera' sobre Michelson, su estilo de trabajo obsesivo y su efecto en su vida familiar. La producción se desarrolló del 11 al 26 de febrero de 2011 en Chicago en The Building Stage. Michelson fue interpretado por Jon Stutzman. La obra fue dirigida por David Maral con música compuesta por Joshua Dumas. [ cita necesaria ]
Norman Fitzroy Maclean escribió un ensayo "El billar es un buen juego"; publicado en The Norman Maclean Reader (ed. O. Alan Weltzien, 2008), es una apreciación de Michelson desde el punto de vista de Maclean como estudiante de posgrado que lo observa regularmente jugar al billar. [48]
Michelson fue miembro de la Royal Society , la Academia Nacional de Ciencias, la Sociedad Estadounidense de Física y la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia .
El Computer Measurement Group otorga un premio AA Michelson anual .
Los biógrafos de Michelson subrayan que nuestro héroe no brillaba por su religiosidad. Su padre era un librepensador y Michelson creció en una familia no religiosa y no tuvo oportunidad de reconocer las creencias de sus antepasados. Fue agnóstico durante toda su vida y sólo durante el breve período que fue miembro de la logia 21 en Washington.
Morley era profundamente religioso. Su formación original había sido en teología y sólo se dedicó a la química, un pasatiempo autodidacta, cuando no pudo ingresar al ministerio. Michelson, por el contrario, era un agnóstico religioso.
En cuanto a la cuestión religiosa, Michelson no estaba de acuerdo con estos dos hombres. Había renunciado a cualquier creencia de que estuvieran en juego cuestiones morales en...
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