ألبيرت أبراهام ميكلسون: الرجل الذي لم يجد شيئًا

في عام 1887، في كليفلاند، بنى ميكلسون (Albert Abraham Michelson) وإدوارد مورلي (Edward Morley) أداة حساسة بما يكفي للكشف عن حركة الأرض عبر "الأثير الضوئي" - وهو الوسط غير المرئي الذي افترضت فيزياء القرن التاسع عشر أن الضوء يجب أن ينتشر فيه. لم يجدا أي حركة على الإطلاق. تعد هذه النتيجة السلبية من بين أكثر النتائج تأثيرًا في تاريخ العلم، وقضى صاحبها بقية حياته في فعل ما كان يفعله دائمًا: قياس الأشياء بدقة أكبر مما فعل أي شخص قبله.

من ستشيلنو إلى فيرجينيا سيتي

وُلد في 19 ديسمبر 1852 في ستشيلنو (Strzelno)، التي كانت آنذاك في بروسيا والآن في بولندا، لعائلة بولندية يهودية هاجرت إلى الولايات المتحدة عندما كان طفلاً صغيرًا. كان والده يدير متجرًا، ونشأ الصبي في بلدات التعدين البدائية في الغرب الأمريكي - مخيم ميرفي في كاليفورنيا، وفيرجينيا سيتي في نيفادا. للمدرسة الثانوية، عاش في سان فرانسيسكو مع عمته، هنرييت ليفي (Henriette Levy)، وأنهى المدرسة العامة هناك في عام 1869. أصبحت أخته ميريام (Miriam) روائية. كانت العائلة غير متدينة؛ وظل ميكلسون ملحدًا (لا أدريًا) طوال حياته.

تعيين من الرئيس غرانت

في عام 1869 حصل على تعيين خاص للأكاديمية البحرية الأمريكية من الرئيس يوليسيس س. غرانت (Ulysses S. Grant). على مدار أربع سنوات كطالب بحري، تميز في البصريات والحرارة وعلم المناخ والرسم الفني، وتخرج كضابط في عام 1873. تلا ذلك عامان من الخدمة البحرية في جزر الهند الغربية، ثم عاد إلى أنابوليس في عام 1875 لتدريس الفيزياء والكيمياء.

هناك، في عام 1877، تحول عرض توضيحي في الفصل إلى مهنة. طُلب منه أن يوضح للطلاب كيف يمكن قياس سرعة الضوء، فقام ميكلسون بتحسين الجهاز بشكل كبير لدرجة أنه في عام 1879 نشر رقمًا رسميًا: 299,910 كيلومتر في الثانية، زائد أو ناقص 50. في ذلك العام تم تعيينه في مكتب التقويم البحري في واشنطن للعمل مع سيمون نيوكومب (Simon Newcomb)، ثم ذهب إلى أوروبا - برلين، هايدلبرغ، كوليج دو فرانس، المدرسة المتعددة التكنولوجية - قبل أن يستقيل من منصبه العسكري.

مطاردة الضوء

أصبحت سرعة الضوء العمود الفقري لحياته. كانت قيمته في عام 1883 هي 299,853 ± 60 كم/ثانية. بين عامي 1920 و1926 أرسل شعاعًا بين مرصد جبل ويلسون وجبل لوك آوت، على بعد اثنين وعشرين ميلاً، وحصل على 299,796 ± 4 - وهي دقة كانت ستكون لا يمكن تصورها لنفسه الأصغر سنًا، على الرغم من أن زلزال سانتا باربرا عام 1925 ربما أزاح خط الأساس تحته. بدأت حملته الأخيرة في عام 1929، حيث أجرى الضوء عبر أنبوب مفرغ بالقرب من سانتا آنا. توفي ولم يكتمل سوى 36 من أصل 233 سلسلة قياس مخطط لها؛ تم نشر النتيجة، 299,774 ± 11 كم/ثانية، في عام 1935، بعد أربع سنوات من وفاته. على مدى خمسين عامًا، قلل من عدم اليقين في الثابت الأساسي للكون من خمسين كيلومترًا في الثانية إلى أحد عشر.

الأداة التي جعلت ذلك ممكنًا كانت أداته الخاصة. في عام 1881 بنى مقياس التداخل (Interferometer)، الذي يقسم شعاع الضوء إلى نصفين، ويرسل النصفين عبر مسارات متعامدة، ويعيد دمجهما بحيث تكشف تداخلات التداخل عن اختلافات في طول المسار أصغر بكثير من الطول الموجي.

أشهر نتيجة سلبية في العلم

بعد تعيينه في مدرسة كيس للعلوم التطبيقية في كليفلاند عام 1883، قام بتطوير مقياس التداخل وفي عام 1887 انضم إلى إدوارد مورلي من جامعة ويسترن ريزيرف المجاورة. كان المنطق بسيطًا: إذا كانت الأرض تشق طريقها عبر أثير ثابت، فإن الضوء المرسل في اتجاه السفر يجب أن يستغرق وقتًا أطول بشكل ملموس للعودة من الضوء المرسل عبره. قم بتدوير الجهاز ويجب أن تتحرك التداخلات.

لم تتحرك. أُطلق على التجربة اسم التوضيح الأساسي لعدم وجود أثير قابل للكشف. استجاب هندريك لورنتز (Hendrik Lorentz) بوضع معادلات الانكماش التي ستصبح جزءًا من رياضيات النسبية الخاصة. هل حركت أينشتاين (Einstein) مباشرة؟ هذا أقل وضوحًا مما تشير إليه الأسطورة؛ قال أينشتاين نفسه: "لم أكن واعيًا بأنها أثرت علي مباشرة... أعتقد أنني أخذت الأمر كأمر مسلم به أنه صحيح". أما ميكلسون، فقد شرع في قياس الأثير، وليس إلغاءه، ولم يتقبل تمامًا العالم النسبي الذي ساعدت تجربته في إدخاله.

شيكاغو، وأول جائزة نوبل أمريكية

انتقل إلى جامعة كلارك في ورسستر في عام 1890 وفي عام 1892 إلى جامعة شيكاغو الجديدة، حيث كان أستاذاً مؤسساً وأول رئيس لقسم الفيزياء حتى تقاعده في عام 1929. شغل منصب رئيس الجمعية الفيزيائية الأمريكية في عام 1900، والجمعية الأمريكية لتقدم العلوم في 1910-1911، والأكاديمية الوطنية للعلوم من 1923 إلى 1927. عاد إلى البحرية خلال الحرب العالمية الأولى وصمم جهاز تحديد المدى؛ كما بنى مطياف السلم (Echelon spectroscope)، وهو أداة عالية الدقة لتقسيم الخطوط الطيفية.

في عام 1907 أصبح أول أمريكي يفوز بجائزة نوبل في أي من العلوم. تراكمت الميداليات حولها: رمفورد (1888)، ماتيوتشي (1903)، كوبلي (1907)، إليوت كريسون (1912)، هنري درابر (1916)، ميدالية ألبرت للجمعية الملكية (1920)، جائزة جول يانسن (1922)، الميدالية الذهبية للجمعية الفلكية الملكية وميدالية فرانكلين (كلاهما 1923).

قياس نجم

في عام 1920، مع فرانسيس ج. بيس (Francis G. Pease) في جبل ويلسون، فعل شيئًا لم يفعله أحد: قياس قطر نجم غير الشمس. باستخدام ترتيب منظار يغذي الضوء من بؤرتين فرعيتين تصل مسافتهما إلى عشرين قدمًا في البؤرة الرئيسية لتلسكوب هوكر مقاس 100 بوصة، قاما بحل النجم العملاق الأحمر منكب الجوزاء (Betelgeuse). كل مصفوفة تداخلية كبيرة تعمل اليوم - مثل تلسكوب VLT في تشيلي، وCHARA على جبل ويلسون، وNPOI التابع للبحرية - تنحدر من ذلك الترتيب.

لماذا يُدعى ألبيرت عبقريًا

الجودة المعنية ليست البصيرة النظرية؛ لم يقترح ميكلسون أي قوانين ولم يكتب أي معادلات تحمل اسمه. إنها الخيال الأداتي - القدرة على رؤية أن السؤال الذي تعامل معه الآخرون على أنه غير قابل للحل كان في الواقع مشكلة بناء مسطرة أفضل، ثم بناؤها. كان مقياس التداخل فكرة جديدة حقًا حول كيفية مقارنة كميتين، وحول سؤالًا كونيًا مجردًا إلى تداخلات يمكن للشخص عدها بالعين. أنتجت نفس الملكة مطياف السلم، وجهاز تحديد المدى البحري، ومقياس التداخل النجمي، وظلت تضغط على أشرطة الخطأ في سرعة الضوء لمدة نصف قرن.

كرمت لجنة نوبل هذا بالضبط: الأدوات أولاً، والنتائج ثانيًا. كان أول عالم أمريكي عامله أقرانه الأوروبيون على قدم المساواة، وتقول رئاسة ثلاث هيئات وطنية إن زملائه اعتقدوا ذلك أيضًا.

الحالة المضادة الصادقة هي أن ميكلسون لم يفهم أهمية نتيجته الأكثر شهرة. كان يصطاد الأثير وشعر بخيبة أمل لعدم العثور عليه؛ قدم لورنتز وأينشتاين المعنى. كان، حسب روايته الخاصة، مدفوعًا بمتعة أكثر من الأسئلة الكبرى - عندما سُئل عن سبب دراسته للضوء، قيل إنه أجاب "لأنه ممتع للغاية". أطلق عليه أعظم تجريبي في عصره بدلاً من كونه أحد كبار منظريها، وسوف يتناسب السجل دون توتر.

الإرث

توفي في باسادينا في 9 مايو 1931، عن عمر يناهز الثامنة والسبعين، ولم تكتمل تجربته النهائية لسرعة الضوء. يحمل اسمه مبانٍ في جامعة شيكاغو، وكيس ويسترن ريزيرف، والأكاديمية البحرية، ومختبر ميكلسون في محطة الأسلحة البحرية في بحيرة تشاينا، وسلسلة جوائز ومحاضرات ميكلسون-مورلي في جامعة كيس ويسترن. النصب التذكاري الأكبر هو إجرائي. مقياس التداخل الذي بناه عام 1881 لمطاردة وسط تبين أنه غير موجود أصبح الآن معدات قياسية حيث يحتاج الفيزيائيون إلى مقارنة طولين بدقة مستحيلة، والمصفوفة التي ارتجلها في جبل ويلسون عام 1920 هي سلف كل تلسكوب يحلل نجمًا كقرص بدلاً من نقطة.