Udenfor kupévinduerne glider prærie, nåleskove, bjerge og dybe slugter forbi.
Året er 1869, og den 16-årige Albert Abraham Michelson bumler tværs over USA på den spritnye transkontinentale jernbane.
Han håber på at få en studieplads på flådeakademiet i Annapolis. I inderlommen bærer han et brev til præsident Ulysses S. Grant.
I hjemstaten Nevada var én studieplads på højkant i en konkurrence, som minder om en eksamen. Tre unge mænd ender med lige gode resultater og deler førstepladsen. Albert Abraham Michelson er en af dem, men pladsen går til en anden, angiveligt fordi hans far er krigsveteran.
Præsidenten kan dog uddele ti ekstra pladser, og det er det, han er ude efter nu. Men da han kommer frem møder han endnu en skuffelse. Pladserne er allerede besat.
Alligevel får han lov til at tage optagelsesprøven, som han klarer han fremragende, men stadig uden at få tilbud en ledig studieplads. Så han sætter sig igen i toget mod vest, med 4.000 kilometer hjem.
Toget skal netop til at rulle ud af stationen i Washington, da en embedsmand stiger ombord og råber:
– Michelson? Er der en Albert Abraham Michelson ombord?
Albert Abraham Michelson rejser sig.
Præsidenten har simpelthen besluttet at oprette en ekstra studieplads på flådeakademiet, formentlig godt hjulpet af den viceadmiral, der har været dybt imponeret over Albert Abraham Michelsons optagelsesprøve.
Det bliver begyndelsen på et liv i videnskab, der ender med en nobelpris og et af videnskabens mest berømte, og mest “imponerende” nederlag.
Opvækst i en guldgraverby
Albert Michelson bliver født 19. december 1852 som ældste barn i en polsk-jødisk familie i byen Strzelno, dengang en del af Preussen, i dag i det centrale Polen.
Da han er to år gammel, gør familien som mange andre i tiden: vender snuden mod USA i håb om et bedre liv. Rejsen ender i Murphy’s Camp i Californien. Det var dengang en rigtig guldgraverby med saloon og offentlige hængninger som kulisse for Alberts Michelsons barndom.
RAKKERPAK ORIGINAL: VIDENSKABENS VINDERE
Bag de naturvidenskabelige nobelprisvindere gemmer sig 125 vilde fortællinger om de mennesker og deres forskning, der har flyttet grænserne for vores forståelse af verden.
Podcastserien Videnskabens Vindere vækker nu historierne til live.
Få indblik i podcasten gennem denne artikelserie eller lyt til Videnskabens Vindere her
Podcasten er en Rakkerpak Original af Rakkerpak Productions i samarbejde med Science Report støttet af Leo Fondet.
Den amerikanske borgerkrig danner bagtæppe for hans opvækst. Som tolvårig oplever han, at krigen slutter, og at præsident Abraham Lincoln kort efter bliver myrdet. I respekt for præsidenten giver forældrene ham et nyt mellemnavn: Abraham. Fra nu af hedder han Albert Abraham Michelson.
Samme år rejser han hjemmefra til San Francisco for at gå i en bedre skole. Her bor han hos sin high school-rektor, tjener lidt penge på at hjælpe til med fysikeksperimenter og øver sig i at spille violin. Kombinationen af håndværksagtig fysik og sans for finjustering bliver et kendetegn for resten af hans liv.
Lysets hastighed
En sommer i 1878 står han i et lille skur ved havnefronten i Annapolis. Udenfor bager solen på taget. Indenfor har han samlet spejle, lyskilder og måleapparater. Her vil han måle lysets hastighed. mere præcist end nogensinde før.
Lyset sendes langs havnefronten til et spejl cirka 600 meter væk og tilbage igen. Inde i skuret står et spejl, der kan rotere. Dampen fra en kedel sætter spejlet i voldsom rotation, over hundrede omdrejninger i sekundet.
Læs også: Pavlovs ubehagelige vej til Nobelprisen
Selv om lyset bevæger sig med enorm hastighed, når spejlet at dreje en anelse, mens strålen er fremme og tilbage. Det betyder, at lysstrålen ikke rammer lige dér, hvor den startede, men lidt forskudt. Den forskydning kan bruges i regnestykket, der giver lysets hastighed.
Udgangspunktet er et forsøg af franskmanden Foucault. Albert Abraham Michelsons overordnede har bedt ham demonstrere det for eleverne. Da han ser opstillingen, kan han straks se, hvordan den kan forbedres, så målingen bliver mere nøjagtig. Og det er den videreudvikling, han nu udfører.
I begyndelsen af tyverne måler Albert Abraham Michelson lysets hastighed i luft til 299.940 kilometer i sekundet, et resultat, der er banebrydende præcist for sin tid. Fra det øjeblik er der ingen vej tilbage: Michelson er blevet bidt af lys.
Det usynlige medium, der skulle fylde alting
I 1800-tallets fysik er det en udbredt antagelse, at lys, ligesom lyd, må bevæge sig gennem et medium. Lydbølger kræver luft. Lysbølger må derfor kræve noget tilsvarende: æteren.
Begrebet går helt tilbage til de gamle grækere. Æteren tænkes som et mystisk medium, der på én gang skal være meget tæt for at kunne transmittere lys med stor hastighed, og samtidig meget elastisk for at kunne håndtere høje frekvenser. Samtidig må æteren fylde alting, helt ud i verdensrummet, for at lys fra for eksempel solen kan bevæge sig gennem den og nå jorden.
Michelson er både overbevist om, at æteren findes, og optaget af præcise målinger. Han har allerede målt lysets hastighed med imponerende nøjagtighed. Nu vil han bruge lyset til at måle jordens bevægelse gennem æteren.
For hvis æteren eksisterer, burde jordens bevægelse skabe en slags “æter-vind”. Og den mener Albert Abraham Michelson, at han kan måle.
De første forsøg med interferometeret
I 1881 har Albert Abraham Michelson taget orlov fra flådeakademiet for at tage til Europa og lære af tidens store videnskabelige stjerner. Han befinder sig nu på et observatorium uden for Berlin, på en bakke ved byen Potsdam. Her arbejder han med en tidlig udgave af det instrument, der senere får hans navn: Michelson-interferometeret.
Interferometeret udnytter lysets interferens, hvordan to lysbølger påvirker hinanden. Et halvgennemsigtigt spejl splitter en lysstråle i to og sender dem i hver sin retning. Når strålerne samles igen, kan interferensmønstrene afsløre forskelle i den tilbagelagte distance eller i hastigheden.
For at forklare princippet bruger Michelson, ifølge sin datter Dorothy, et billede med to svømmere i en flod. De skal begge svømme 100 meter. Den ene svømmer først mod strømmen og så med strømmen tilbage. Den anden svømmer direkte på tværs af floden og mærker derfor strømmen mindre. Selv om de er lige hurtige svømmere, vil de ikke nå mål på samme tid.
Sådan forestiller Michelson sig æter-vinden: som en strøm, der påvirker lysets “svømmere” forskelligt alt efter retning.
Læs også: Den uduelige lærling, der knækkede sukkerets kode
Instrumentet er så følsomt, at han må rykke ud af Berlin for at undgå vibrationer fra byens liv. I det stille observatorium arbejder han i månedsvis. Familien er flyttet med til Tyskland, hans kone føder deres tredje barn, men han giver ikke sig selv meget fritid.
Alligevel viser eksperimenterne ingen spor af æter-vind. Resultaterne forbliver negative.
Set med nutidens øjne er det ikke overraskende. Allerede i 1905 postulerer Einstein med sin specielle relativitetsteori, at lysets hastighed er den samme, uanset hvordan iagttageren bevæger sig. Som det formuleres i fortællingen, er det derfor “på ingen måde overraskende, at Michelson ikke kan måle æter-vinden, for som vi ved nu, er hans problem, at den slet ikke findes.”
Men det ved Michelson ikke. Han er overbevist om, at æteren er reel, og han har ikke tænkt sig at give op.
Det berømte nederlag
I 1887 er han i Cleveland, Ohio, nu i midten af trediverne, og har slået sig sammen med kemikeren Edward Williams Morley. Sammen vil de lave en forbedret version af eksperimentet. Forventningerne er store: Nu må æter-vinden vise sig.
Scenen er et kælderlokale med rå murstensvægge. Midt i rummet ligger en stor, rektangulær blok af sandsten. Ovenpå den står spejle, lyskilde og måleapparater, og under stenblokken ligger et kar med flydende kviksølv.
Kviksølvet skal både sikre, at opstillingen er fuldstændig plan og hjælper med at dæmpe vibrationer, og samtidig gør det det muligt at dreje hele systemet, så lysstrålerne skiftevis oplever med- og modvind fra den tænkte æter-strøm.
Med et skub sættes sandstenen i langsom rotation på toppen af kviksølvet. Michelson står ved et lille kighul og følger interferensmønsteret. Hvis æter-vinden påvirker lysets hastighed, burde mønsteret ændre sig, når opstillingen drejes.
Men igen sker der ingenting. Resultaterne viser ingen forskel, uanset hvordan opstillingen vendes. Eksperimentet giver ingen beviser for æterens eksistens eller jordens bevægelse i forhold til den.
Det senere berømte Michelson-Morley-eksperiment bliver beskrevet som et “imponerende nederlag”. Det er et nederlag for æter-teorien, men et fremskridt for fysikken, og medvirker kraftigt til at modbevise æteren og bekræfte Einsteins postulat om lysets konstante hastighed.
Præcision som livsprojekt
Selv om Michelson-Morley-eksperimentet i dag fremhæves som et centralt skridt mod moderniseringen af fysikken, ser Michelson selv sig som en fiasko helt frem til sin død. Han bliver ved med at tro på æteren, og er dybt frustreret over ikke at kunne måle og bevise den.
Alligevel lykkes det ham at måle en lang række andre ting med imponerende præcision:
- Allerede i 1883 laver han i Ohio forbedrede målinger af lysets hastighed. Det tal, han når frem til, står som standard for lysets hastighed i de næste 45 år.
- I 1893 måler han den internationale meter, prototypen af platin og iridium, som skal sikre en entydig længde for én meter. Han når frem til, at en meter er “præcis 1.553.163,5 bølgelængder for en bestemt linje i cadmiums spektrum.
- Senere bliver han den første, der måler diameteren på en stjerne, der ikke er solen, da han i 1920 med et videreudviklet interferometer bestemmer størrelsen af den røde superkæmpe Betelgeuse.
I dag er definitionen af en meter knyttet direkte til lysets hastighed. En meter er nemlig defineret som den afstand, lys rejser på 1/299.792.458 sekund. Den moderne længdeenhed er dermed bundet til præcis den størrelse, Michelson var optaget af at måle med stadig større nøjagtighed.
Den første amerikanske nobelpris i videnskab
I 1907 kulminerer anerkendelsen, da Albert Abraham Michelson bliver den første amerikaner, der får en nobelpris i en af videnskabskategorierne. Han modtager prisen for, som det lyder i begrundelsen; “sine optiske præcisionsinstrumenter, og de spektroskopiske og metrologiske undersøgelser udført ved hjælp af dem.
På mere ligefremt sprog kan man sige, at han får prisen for sine enormt præcise måleapparater, og for de målinger, der er udført med dem.
Selv den store hæder får dog et skær af antiklimaks. Den svenske konge Oscar II dør nemlig to dage før den traditionelle nobelceremoni i december 1907. Det store festarrangement bliver aflyst og erstattet af en mere afdæmpet sammenkomst i det svenske videnskabsakademi.
Livet sluttede, før den sidste måling
Resten af sit liv jagter Albert Michelseon endnu mere præcise målinger. I 1929 påbegynder han et sidste, meget kompliceret og langvarigt eksperiment i Californien, hvor lys sendes frem og tilbage gennem et kilometerlangt vakuumrør. Forsøget strækker sig over flere år.
Men han dør i 1931, 78 år gammel, inden han når at se resultaterne af sit eksperiment.
Tilbage står et paradoksalt eftermæle. For ham selv er troen på æteren en livslang frustration, der aldrig løses. Han når aldrig at acceptere, at det medium, han prøvede at måle, slet ikke findes.
Men for fysikken bliver hans “imponerende nederlag” og hans besættelse af nøjagtighed afgørende. Lysets hastighed ender som universets faste hastighedsgrænse og som fundament for selve definitionen af en meter. Og navnet Michelson er for altid flettet ind i historien om, hvordan præcision flyttede grænserne for vores forståelse af verden.
SPONSORERET INDHOLD.
Artiklen er baseret på research og interviews af Maya Zachariassen i podcasten Videnskabens Vindere af Rakkerpak Productions i samarbejde med Science Report støttet af Leo Fondet.
Lyt til episoden her eller i din fortrukne podcastapp.
