Albert Abraham Michelson: L'uomo che non trovò nulla

Nel 1887, a Cleveland, Michelson ed Edward Morley costruirono uno strumento abbastanza sensibile da rilevare il movimento della Terra attraverso l'etere luminifero — il mezzo invisibile in cui la fisica del XIX secolo supponeva che la luce dovesse propagarsi. Non trovarono alcun movimento. Il risultato nullo è tra i più importanti nella storia della scienza, e il suo autore trascorse il resto della vita facendo ciò che aveva sempre fatto: misurare le cose con una precisione superiore a chiunque altro prima di lui.

Da Strzelno a Virginia City

Nacque il 19 dicembre 1852 a Strelno, allora in Prussia e oggi Strzelno in Polonia, in una famiglia ebrea polacca emigrata negli Stati Uniti quando era ancora un bambino. Suo padre gestiva un negozio e il ragazzo crebbe nelle aspre città minerarie dell'Ovest americano: Murphy's Camp in California, Virginia City in Nevada. Per le scuole superiori visse a San Francisco con una zia, Henriette Levy, completando gli studi pubblici nel 1869. Sua sorella Miriam divenne una romanziera. La famiglia non era religiosa; Michelson rimase agnostico per tutta la vita.

Una nomina dal presidente Grant

Nel 1869 ricevette una nomina speciale all'Accademia Navale degli Stati Uniti dal presidente Ulysses S. Grant. Durante quattro anni come aspirante guardiamarina si distinse in ottica, calore, climatologia e disegno tecnico, diplomandosi come guardiamarina nel 1873. Seguirono due anni di servizio in mare nelle Indie Occidentali, poi un ritorno ad Annapolis nel 1875 per insegnare fisica e chimica.

Fu lì, nel 1877, che una dimostrazione in classe si trasformò in una carriera. Invitato a mostrare agli studenti come potesse essere misurata la velocità della luce, Michelson migliorò l'apparato in modo così efficace che nel 1879 pubblicò un dato formale: 299.910 chilometri al secondo, più o meno 50. Quell'anno fu trasferito al Nautical Almanac Office a Washington per lavorare con Simon Newcomb, poi andò in Europa — Berlino, Heidelberg, il Collège de France, l'École Polytechnique — prima di dimettersi dalla commissione.

All'inseguimento della luce

La velocità della luce divenne il pilastro della sua vita. Il suo valore del 1883 fu di 299.853 ± 60 km/s. Tra il 1920 e il 1926 fece passare un raggio tra l'osservatorio del Monte Wilson e Lookout Mountain, a trentacinque chilometri di distanza, ottenendo 299.796 ± 4 — una precisione inimmaginabile per se stesso da giovane, sebbene il terremoto di Santa Barbara del 1925 possa aver spostato la base sotto di lui. La sua ultima campagna, iniziata nel 1929, fece passare la luce attraverso un tubo sottovuoto vicino a Santa Ana. Morì con solo 36 delle 233 serie di misurazioni pianificate completate; il risultato, 299.774 ± 11 km/s, fu pubblicato nel 1935, quattro anni dopo la sua morte. In cinquant'anni aveva ridotto l'incertezza sulla costante fondamentale dell'universo da cinquanta chilometri al secondo a undici.

Lo strumento che lo rese possibile era una sua creazione. Nel 1881 costruì l'interferometro, che divide un fascio di luce in due, invia le metà lungo percorsi perpendicolari e le ricombina in modo che le frange di interferenza rivelino differenze nel percorso ottico molto più piccole di una lunghezza d'onda.

Il risultato nullo più famoso della scienza

Nominato alla Case School of Applied Science di Cleveland nel 1883, perfezionò l'interferometro e nel 1887 unì le forze con Edward Morley della vicina Western Reserve University. La logica era semplice: se la Terra si muove attraverso un etere stazionario, la luce inviata nella direzione del viaggio dovrebbe impiegare sensibilmente più tempo a tornare rispetto alla luce inviata trasversalmente. Ruota l'apparato e le frange dovrebbero spostarsi.

Non si spostarono. L'esperimento è stato definito la dimostrazione canonica che non esiste alcun etere rilevabile. Hendrik Lorentz rispose ideando le equazioni di contrazione che sarebbero diventate parte della matematica della relatività speciale. Se ciò abbia influenzato direttamente Einstein è meno chiaro di quanto suggerisca la leggenda; Einstein stesso disse: "Non ero consapevole che mi avesse influenzato direttamente... Immagino di aver dato per scontato che fosse vero". Michelson, dal canto suo, si era prefissato di misurare l'etere, non di abolirlo, e non si adattò mai pienamente al mondo relativistico che il suo esperimento contribuì a inaugurare.

Chicago e il primo Nobel americano

Si trasferì alla Clark University a Worcester nel 1890 e nel 1892 alla nuova Università di Chicago, dove fu professore fondatore e primo capo del dipartimento di fisica fino al pensionamento nel 1929. Fu presidente dell'American Physical Society nel 1900, dell'American Association for the Advancement of Science nel 1910-11 e della National Academy of Sciences dal 1923 al 1927. Rientrò in Marina durante la Prima Guerra Mondiale e progettò un telemetro; costruì anche lo spettroscopio a echelón, uno strumento ad alta risoluzione per la scomposizione delle righe spettrali.

Nel 1907 divenne il primo americano a vincere un Premio Nobel in una delle scienze. Le medaglie si accumularono: Rumford (1888), Matteucci (1903), Copley (1907), Elliott Cresson (1912), Henry Draper (1916), la Albert Medal della Royal Society (1920), il Prix Jules Janssen (1922), la medaglia d'oro della Royal Astronomical Society e la medaglia Franklin (entrambe nel 1923).

Misurare una stella

Nel 1920, con Francis G. Pease al Monte Wilson, fece qualcosa che nessuno aveva mai fatto: misurare il diametro di una stella diversa dal Sole. Usando una disposizione a periscopio che inviava la luce da due sub-pupille distanti fino a sei metri verso la pupilla principale del telescopio Hooker da 100 pollici, riuscirono a risolvere la gigante rossa Betelgeuse. Ogni grande schiera interferometrica attiva oggi — il VLTI in Cile, CHARA sul Monte Wilson, l'NPOI della Marina — discende da quella disposizione.

Perché Albert è chiamato genio

La qualità in questione non è l'intuizione teorica; Michelson non propose leggi e non scrisse equazioni che portano il suo nome. È l'immaginazione strumentale — la capacità di capire che una domanda che altri consideravano insolubile era in realtà un problema di costruzione di un righello migliore, e poi costruirlo. L'interferometro era un'idea genuinamente nuova su come confrontare due quantità, e convertì una domanda cosmologica astratta in frange che una persona poteva contare a occhio nudo. Quella stessa facoltà produsse lo spettroscopio a echelón, il telemetro navale e l'interferometro stellare, e continuò a restringere i margini di errore sulla velocità della luce per mezzo secolo.

Il comitato Nobel premiò esattamente questo: gli strumenti prima, i risultati poi. Fu il primo scienziato americano trattato dai suoi pari europei come un pari, e le presidenze di tre organismi nazionali dicono che anche i suoi colleghi la pensavano così.

Il controargomento onesto è che Michelson non comprese il significato del suo risultato più famoso. Dava la caccia all'etere ed era deluso di non trovarlo; Lorentz e Einstein fornirono il significato. Egli era, secondo le sue stesse parole, spinto meno da grandi domande che dal piacere — quando gli chiesero perché studiasse la luce, si dice abbia risposto "perché è così divertente". Definitelo il più grande sperimentatore della sua epoca anziché uno dei suoi grandi teorici, e la definizione calza senza sforzo.

Eredità

Morì a Pasadena il 9 maggio 1931, all'età di settantotto anni, con il suo ultimo esperimento sulla velocità della luce incompiuto. Il suo nome è su edifici dell'Università di Chicago, della Case Western Reserve e dell'Accademia Navale, sul Laboratorio Michelson presso la stazione di armi navali a China Lake, e sul premio e serie di conferenze Michelson-Morley alla Case Western. Il monumento più grande è procedurale. L'interferometro che costruì nel 1881 per inseguire un mezzo che si rivelò inesistente è ora dotazione standard ovunque i fisici abbiano bisogno di confrontare due lunghezze con una precisione impossibile, e la schiera che improvvisò sul Monte Wilson nel 1920 è l'antenato di ogni telescopio che risolve una stella come un disco anziché come un punto.