アルバート・アブラハム・マイケルソン

アルバート・アブラハム・マイケルソン:何一つ見つけられなかった男

1887年、クリーブランドにてマイケルソンとエドワード・モーリー(Edward Morley)は、光速の揺らぎの場であると19世紀物理学が仮定していた目に見えない媒体「光エーテル」の中を地球が移動することを検出するのに十分な感度を持つ機器を製作した。しかし、彼らは何の動きも見つけられなかった。この無結果は科学史上最も重要な結果の一つであり、その作者はその後人生の残りの時間を、以前の誰よりも正確に物事を測定するという常にやってきたことに捧げた。

ストシェルノからバージニアシティまで

彼は1852年12月19日、当時プロイセン領で現在はポーランド領のストシェルノ(Strzelno)で、幼少期にアメリカに移住したポーランド系ユダヤ人の家庭に生まれた。父は店を経営しており、少年時代はカリフォルニア州マーフィーズキャンプやネバダ州バージニアシティといったアメリカ西部の荒々しい鉱山町で育った。高校時代はサンフランシスコで叔母のヘンリエット・レヴィ(Henriette Levy)と暮らし、1869年に公立学校を卒業した。妹のミリアム(Miriam)は小説家となった。家庭は非宗教的で、マイケルソンは生涯を通じて不可知論者であった。

グラント大統領による任命

1869年、彼はユリシーズ・S・グラント(Ulysses S. Grant)大統領からアメリカ海軍兵学校への特別任命を受けた。候補生としての4年間、彼は光学、熱学、気候学、製図の分野で秀でており、1873年に少尉として卒業した。西インド諸島での2年間の海上勤務を経て、1875年にアナポリスへ戻り物理学と化学を教えた。

1877年、そこで授業中のデモンストレーションがキャリアへと発展した。学生に光の速度を測定する方法を示すよう求められたマイケルソンは、装置を劇的に改良し、1879年に毎秒299,910キロメートル(誤差±50)という公式数値を発表した。同年、ワシントンの海軍航海年鑑局(Nautical Almanac Office)でサイモン・ニューカム(Simon Newcomb)と共に働くよう命じられ、その後、辞職する前にベルリン、ハイデルベルク、コレージュ・ド・フランス、エコール・ポリテクニークといった欧州の学術機関を訪れた。

光を追いかけて

光速は彼の人生の背骨となった。1883年の彼の測定値は299,853±60 km/sだった。1920年から1926年にかけて、ウィルソン山天文台と約35km離れたルックアウトマウンテンとの間で光線を通し、299,796±4という、若き日の自分には想像もつかなかった精度を達成した(ただし、1925年のサンタバーバラ地震により基線がずれた可能性がある)。1929年に始まった最後のキャンペーンでは、サンタアナ近郊で真空管を通して光を通した。233回予定されていた測定シリーズのうち36回を完了したのみで彼は死去し、299,774±11 km/sという結果は死後4年の1935年に発表された。50年以上にわたり、彼は宇宙の基本定数の不確かさを秒速50キロメートルから11キロメートルにまで縮小した。

それを可能にしたのは彼自身の計器だった。1881年に彼は干渉計(interferometer)を製作した。これは光線ビームを2つに分割し、直交する経路を進ませてから再結合させることで、干渉縞によって波長よりもはるかに小さな経路長の差を明らかにするものだった。

無料テスト
あなたはどのくらい?

20問、8分の制限時間、そして受験者全員と比べたパーセンタイル。登録不要。

IQテストを受ける →

科学史上最も有名な無結果

1883年にクリーブランドのケース応用科学学校(Case School of Applied Science)に任命され、干渉計を改良。1887年には近隣のウェスタン・リザーブ大学(Western Reserve University)のエドワード・モーリーと協力した。論理は単純だった。もし地球が静止エーテルを突き抜けているなら、進行方向に送られた光は、横方向に送られた光よりも戻るのに時間がかかるはずである。装置を回転させれば干渉縞はシフトするはずだった。

それらはシフトしなかった。この実験は検出可能なエーテルが存在しないことの典型的な証明と呼ばれている。ヘンドリック・ローレンツ(Hendrik Lorentz)はこれに応答して、特殊相対性理論の数学の一部となる収縮方程式を考案した。これがアインシュタインに直接影響を与えたかどうかは伝説が示唆するほど明確ではない。アインシュタイン自身はこう語っている。「直接的な影響を受けたという自覚はなかった……真実であると当然視していたのだと思う」。マイケルソン自身はエーテルを廃止するのではなく測定しようとしており、自分の実験が切り開く一助となった相対論的世界に完全に馴染むことはなかった。

シカゴと初のアメリカ人ノーベル賞受賞

1890年にウースターのクラーク大学に移り、1892年には新設のシカゴ大学へ移り、1929年に引退するまで物理学科の創設教授および初代学科長を務めた。1900年にはアメリカ物理学会、1910-11年にはアメリカ科学振興協会、1923年から1927年までは全米科学アカデミーの会長を歴任した。第一次世界大戦中に海軍に復帰し、測距儀を設計したほか、スペクトル線を分割するための高解像度計器であるエシェロン回折格子(echelon spectroscope)を製作した。

1907年、科学分野でアメリカ人初のノーベル賞受賞者となった。周囲にはメダルが蓄積された。ランフォード(1888年)、マテウッチ(1903年)、コプリ(1907年)、エリオット・クレッソン(1912年)、ヘンリー・ドレイパー(1916年)、王立協会のアルバート・メダル(1920年)、ジュール・ジャンセン賞(1922年)、王立天文学会のゴールドメダルおよびフランクリン・メダル(共に1923年)。

星を測定する

1920年、ウィルソン山でフランシス・G・ピース(Francis G. Pease)と共に、太陽以外の星の直径を測定するという誰も成し遂げなかったことを行った。100インチ・フッカー望遠鏡(Hooker Telescope)の主瞳に、約6メートル離れた2つの副瞳からの光を送り込む潜望鏡のような装置を用いて、赤色巨星ベテルギウスを分解した。今日稼働しているすべての大型干渉計アレイ(チリのVLTI、ウィルソン山のCHARA、海軍のNPOI)は、その配置を継承している。

なぜアルバートは天才と呼ばれるのか

問題の資質は理論的洞察ではない。マイケルソンは自らの名を冠する法則も数式も書き残していない。それは計器に対する想像力である。他の人が答えられないと考えていた問題を、より良い定規を作る問題として捉え、それを実現する能力だ。干渉計は2つの量を比較する方法についての真に新しいアイデアであり、抽象的な宇宙論の問題を肉眼で数えられる干渉縞へと変換した。同じ能力がエシェロン回折格子、海軍用測距儀、星間干渉計を生み出し、半世紀にわたって光速の誤差バーを縮小し続けた。

ノーベル委員会はまさにこの点、つまり「計器が先、結果が後」であることを称えた。彼は欧州の同僚から対等に扱われた最初のアメリカ人科学者であり、3つの国家機関の会長職を務めたことは、同僚たちもそう考えていたことを示している。

正直な反論があるとすれば、マイケルソンは自身の最も有名な結果の重要性を理解していなかったという点だ。彼はエーテルを狩り続けていたが、それを見つけられず落胆していた。ローレンツやアインシュタインがその意味を提供した。彼は自身の言葉によれば、大きな問いよりも楽しさに駆り立てられていた。なぜ光を研究するのかと聞かれ、「とても楽しいから」と答えたと伝えられている。彼を偉大な理論家の一人ではなく、その時代の最大の実験家と呼ぶならば、記録は無理なく適合する。

遺産

彼は1931年5月9日、パサデナにて78歳で死去したが、最後の光速実験は未完のままだった。シカゴ大学、ケース・ウェスタン・リザーブ大学、海軍兵学校の建物にその名が刻まれており、チャイナレイクの海軍兵器基地にはマイケルソン研究所があり、ケースウェスタン大学にはマイケルソン・モーリー賞と講義シリーズがある。より大きな記念碑は手続き上のものである。存在しないことが判明した媒体を追うために1881年に彼が構築した干渉計は、物理学者が不可能な精度で2つの長さを比較する必要がある場所ならどこでも標準装備となっている。また、1920年にウィルソン山で即興で作ったアレイは、星を点ではなく円盤として解像するすべての望遠鏡の祖先である。

偉人と比較

Mahatma Gandhi vs Stephen HawkingSteve Jobs vs Variste GaloisBenjamin Franklin vs PythagorasGalileo Galilei vs Henri Poincar
IQランキングを見る →すべての比較 →

神童

Shakuntala DeviShakuntala DeviMultiplied two 13-digit numbers in her head in 28 secondsJeremy ShulerCornell University at 12 — Reading at 21 Months, Top-Decile SAT…Akiane KramarikSelf-Taught Painter from Age 4 — Paintings Sold for Up to…Marko ČalasanWorld's Youngest Microsoft Certified Systems Engineer — Age 8…
神童 →

遊んで、また明日

毎日の天才チャレンジ · Brain teaser
In a race, you overtake the person in 2nd place. What place are you in now?
答えをタップ ↓
あなたはどの天才? 無料IQテスト