Albert A. Michelson

Albert A. Michelson FRS FRAS
Michelson en 1907
Nacido	Albert Abraham Michelson ( 19 de diciembre de 1852 )19 de diciembre de 1852 Strelno , Reino de Prusia (actualmente Strzelno, Polonia )
Fallecido	9 de mayo de 1931 (9 de mayo de 1931)(78 años) Pasadena, California , Estados Unidos
Alma máter	Academia Naval de los Estados Unidos Universidad de Berlín
Conocido por	Velocidad de la luz Estructura hiperfina Estructura fina Experimento de Michelson-Morley Experimento de Michelson-Gale-Pearson Interferómetro de Michelson Interferómetro estelar de Michelson
Esposas	Margaret Hemingway ​ ​ ( nació en  1877; se divorció en  1898 ) Edna Stanton ​ ( nacido en  1899 )
Niños	6
Premios	Medalla Matteucci (1903) Medalla Copley (1907) Premio Nobel de Física (1907) Medalla Elliott Cresson (1912) Medalla Henry Draper (1916) Medalla Alberto (1920) Medalla de oro de la RAS (1923) Medalla Franklin (1923) Medalla y premio Duddell (1929)
Carrera científica
Campos	Física
Instituciones	Universidad Case Western Reserve Universidad Clark Universidad de Chicago
Asesor de doctorado	Hermann von Helmholtz
Otros asesores académicos	Georg Hermann Quincke [1] Marie Alfred Cornu [1]
Estudiantes de doctorado	Robert Millikan William Smythe
Carrera militar
Lealtad	Estados Unidos
Rama	Marina de los Estados Unidos Reserva de la Marina de los Estados Unidos [2]
Años de servicio	1873–1881; 1918–1921 [2]
Rango	Comandante
Unidad	Academia Naval de los Estados Unidos
Firma

Albert Abraham Michelson FRS FRAS (19 de diciembre de 1852 - 9 de mayo de 1931) fue un físico germano-estadounidense 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 en una ciencia. Fue el fundador y el primer director de los departamentos de física de la Case School of Applied Science (ahora Case Western Reserve University ) y 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 EE. UU. 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 de toda la vida . ^{[9] [10] [11]} Pasó sus años de escuela secundaria en San Francisco en la casa de su tía, Henriette Levy (née Michelson), que era la madre de la autora Harriet Lane Levy . ^[12] Su hermana era la novelista Miriam Michelson .

El presidente Ulysses S. Grant le otorgó a Michelson un nombramiento especial en la Academia Naval de los Estados Unidos en 1869. ^[13] Durante sus cuatro años como guardiamarina en la Academia, Michelson 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 del Almanaque Náutico, Washington (parte del Observatorio Naval de los Estados Unidos ), ^{[14] [15] [16]} para trabajar con Simon Newcomb . Al año siguiente obtuvo una licencia para continuar sus estudios en Europa. Visitó las universidades de Berlín y Heidelberg , y el Collège de France y la École Polytechnique en 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 se perfeccionó y en 1879, ^[17] midió la velocidad de la luz en el aire y determinó que299 864 ± 51 kilómetros por segundo, y estimó la velocidad de la luz en el vacío como299 940  km/s , o186 380  mi/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 Case School of Applied Science en Cleveland , Ohio, y se concentró en el desarrollo de 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 en la medición de diámetros estelares y en la medición de 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 director del departamento de física de la recién organizada Universidad de Chicago . En 1902, fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica Americana . ^[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 en la Luna lleva su nombre. ^{[ cita requerida ]}

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 en la reserva en mayo de 1919 y fue llamado nuevamente al servicio activo en el 9.º Distrito Naval antes de ser dado de baja del servicio el 30 de septiembre de 1921. ^[2]

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 de ciencias, laboratorios y oficinas) en la Academia Naval de los Estados Unidos también lleva su nombre. El Laboratorio Michelson en la Estación Naval de Armas Aéreas 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 fue renombrado 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 que llevan el nombre de Michelson incluyen los siguientes: el premio y conferencia Bomem-Michelson otorgados anualmente hasta 2017 por la Sociedad Coblentz; ^[25] el premio y conferencia Michelson-Morley , junto con la serie de conferencias Michelson, ^[26] y la cátedra del premio postdoctoral Michelson, ^[27] todos ellos otorgados anualmente por la Universidad Case Western Reserve ; el premio AA Michelson otorgado cada año por 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 conmemorativas Michelson ^[30] presentadas anualmente por la División de Matemáticas y Ciencias de la Academia Naval de los Estados Unidos .

En 1877, Michelson se casó con Margaret Hemingway, hija de un rico corredor de bolsa y abogado 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 y tuvieron tres hijas. ^[32]

Es tío abuelo del físico Peter Michelson . ^[33]

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Michelson estuvo fascinado por la luz toda su vida. Una vez le preguntaron por qué estudiaba la luz y supuestamente respondió: "porque es muy divertido". ^[34]

En 1869, cuando era oficial de la Marina 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 una óptica mejorada y una línea de base más larga. Realizó algunas mediciones preliminares utilizando un equipo en gran medida improvisado en 1878, aproximadamente al mismo tiempo en 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 se llevaron a cabo 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 los dos.

Simon Newcomb , con su proyecto financiado de forma más adecuada, obtuvo un valor de 299.860 ± 30 km/s, justo en el límite de la coherencia con el de Michelson. Michelson siguió "refinando" su método y en 1883 publicó una medición de 299.853 ± 60 km/s, bastante más próxima a la de su mentor.

En 1906, EB Rosa y la Oficina Nacional de Normas 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 las deficientes normas eléctricas que se utilizaban en ese momento, parece haber marcado una moda para obtener valores medidos bastante más bajos.

A partir de 1920, Michelson comenzó a planificar una medición definitiva desde el Observatorio del Monte Wilson , utilizando como línea de base el Lookout Mountain , un bulto 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 base utilizando las cintas de invar que se habían puesto a disposición recientemente . Con la longitud de la línea base establecida en 1924, se llevaron a cabo mediciones durante los dos años siguientes para obtener el valor publicado de 299.796 ± 4 km/s. ^[37]

Aunque esta medición es famosa, estuvo plagada de problemas, uno de los cuales fue la neblina creada por el humo de los incendios forestales que desdibujó la imagen reflejada. También es probable que el trabajo minuciosamente detallado del estudio geodésico , con un error estimado de menos de una parte en un millón, se viera comprometido por un cambio en la línea de base que surgió del terremoto de Santa Bárbara del 29 de junio de 1925, que tuvo una magnitud estimada de 6,3 en la escala de Richter .

El ahora famoso experimento de Michelson-Morley también influyó en los intentos de reafirmar 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 sus colegas físicos Dayton Miller , Hendrik Lorentz y Robert Shankland .

El período posterior a 1927 marcó el advenimiento de nuevas mediciones de la velocidad de la luz utilizando novedosos dispositivos electroópticos , todos sustancialmente inferiores al valor de 1926 de Michelson.

Michelson buscó otra medida, pero esta vez en un tubo de vacío para evitar dificultades en la interpretación de la imagen debido a los efectos atmosféricos. En 1929, comenzó 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 el rancho Irvine cerca de Santa Ana, California. ^{[38] [39]} En reflexiones múltiples, el camino de la luz se incrementó a cinco 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 solo 36 de las 233 series de mediciones completadas y el experimento se vio posteriormente acosado por la inestabilidad geológica y los problemas de condensación antes del 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 refinó 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 rendija en una placa fija; el espejo giratorio refleja la luz entrante y en un 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 para cuando el rayo de luz viaja de regreso 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 desde la rendija en la placa que mide  d ; la distancia desde el espejo giratorio hasta la placa fija se designa como el radio r mientras que el número de revoluciones por segundo del espejo se registra como ω . De esta manera, 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 magnitudes medidas: distancia D , radio r , desplazamiento d y revolución del espejo giratorio por segundo  ω , lo que parece sencillo; sin embargo, basándose en la limitación 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 determinada de 100 pies y se propuso medir decenas de veces la distancia; aun así, midió su longitud con una copia de la yarda estándar oficial y descubrió que era 100,006 pies, eliminando así un error sistemático, aunque pequeño.

Aparte de los esfuerzos por reducir lo máximo posible los errores sistemáticos, se realizaron mediciones repetidas en múltiples niveles para obtener resultados más precisos. Como RJ MacKay y RW Oldford comentaron en su artículo, ^[40] 'Es claro que Michelson apreciaba el poder del promedio para reducir la variabilidad en la medición', es claro que Michelson tenía en mente la propiedad de que los promedios varían menos, lo que debería describirse formalmente 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 lograrlo, también se esforzó por que cada medición no 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 adquiridos. La ley de los grandes números sugiere estimar la expectativa por la media de la muestra. ^[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 de Michelson-Morley . Su experimento para el movimiento esperado de la Tierra en relación con el éter , el medio hipotético en el que se suponía que viajaba la luz, dio como resultado un resultado nulo . Sorprendido, Michelson repitió el experimento con mayor y mayor precisión durante los años siguientes, pero continuó sin encontrar la capacidad de medir el éter. Los resultados de Michelson-Morley fueron inmensamente influyentes en la comunidad de la física, lo que llevó a Hendrik Lorentz a idear sus ahora famosas ecuaciones de contracción de Lorentz como un medio para explicar el resultado nulo.

Ha habido cierta controversia histórica sobre si Albert Einstein era consciente de los resultados de Michelson-Morley cuando desarrolló su teoría de la relatividad especial , que declaró que el éter era "superfluo". En una entrevista posterior, Einstein dijo sobre el experimento de Michelson-Morley: "No era consciente de que me había influenciado directamente... Supongo que simplemente di por sentado que era cierto". ^[42] Independientemente del conocimiento específico de Einstein, el experimento se considera hoy en día el experimento canónico en lo que respecta a demostrar la falta de un éter detectable. ^{[43] [44]}

La precisión de sus equipos 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 había inventado la interferometría astronómica y había construido 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 un dispositivo 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. La medición de los diámetros estelares y las separaciones de estrellas binarias ocuparon una parte cada vez mayor de la vida de Michelson después de esto.

A principios de la década de 1970, se resurgió la interferometría astronómica, y las configuraciones que utilizan dos (o más) aberturas separadas (con diámetros pequeños en comparación con su separación) se denominan a menudo "interferometría estelar de Michelson". Esto se hizo para distinguirla de la interferometría de moteado , pero no debe confundirse con el interferómetro de Michelson , que es una configuración de interferómetro de laboratorio común de la que fue un ejemplo el interferómetro utilizado en el experimento de Michelson-Morley. El concepto de Michelson de luz interferente desde dos aberturas relativamente pequeñas separadas por una distancia sustancial (pero con esa distancia, o línea de base , ahora a menudo tan larga como cientos de metros) se emplea en observatorios operativos modernos como el VLTI , CHARA y el NPOI de la Armada 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 interferómetros de Michelson en funcionamiento y un cuarto en construcción. Estos interferómetros de Michelson tienen brazos de 4 kilómetros de longitud, dispuestos 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 estira ligeramente un brazo mientras acorta el otro. Este 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 armónico, para calcular coeficientes de series de Fourier y dibujar gráficos 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", emitido el 18 de marzo de 1962), Ben Cartwright ( Lorne Greene ) ayuda a Michelson, de 16 años (interpretado por Douglas Lambert (1936-1986) de 25 años) a obtener un nombramiento en la Academia Naval de los Estados Unidos , a pesar de la oposición del intolerante maestro de escuela de la ciudad (interpretado por William Schallert ). Bonanza se desarrolla en Virginia City, Nevada , y sus alrededores , donde Michelson vivió con sus padres antes de irse a 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 Michelson vivió de niño en Murphys Camp, California, estaba en la tienda de su padre, primero en Main Street, Murphys, CA, frente al Sperry & Perry Hotel y, después del incendio de 1859, en una tienda junto al hotel. Su tía Bertha Meyers era dueña de una casa en Main Street, hacia el extremo este de la ciudad, y Michelson probablemente visitaba a su familia allí con frecuencia.

New Beast Theatre Works, en colaboración con High Concept Laboratories, produjo una "semiópera" sobre Michelson, su obsesivo estilo de trabajo y el efecto que éste tuvo en su vida familiar. La producción se representó del 11 al 26 de febrero de 2011 en Chicago, en The Building Stage. Jon Stutzman interpretó a Michelson. La obra fue dirigida por David Maral con música compuesta por Joshua Dumas. ^{[ cita requerida ]}

Norman Fitzroy Maclean escribió un ensayo titulado "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 observaba regularmente jugar al billar. ^[48]

• 1888 – Premio Rumford
• 1903 – Medalla Matteucci
• 1907 – Medalla Copley
• 1907 – Premio Nobel de Física ^[36]
• 1912 – Medalla Elliott Cresson
• 1916 – Medalla Henry Draper de la Academia Nacional de Ciencias ^[49]
• 1922 – Prix Jules Janssen , el máximo galardón de la Société astronomique de France , la sociedad astronómica francesa.
• 1922 – Miembro honorario de la Sociedad Óptica de América ^[50]
• 1923 – Medalla de Oro de la Real Sociedad Astronómica
• 1923 – Medalla Franklin

Michelson fue miembro de la Royal Society , la Academia Nacional de Ciencias, la Sociedad Americana de Física y la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia .

El Computer Measurement Group otorga un premio anual AA Michelson .

• Lista de premios Nobel judíos
• Lista de premios Nobel de la Academia Naval
• Lista de polacos

• Jaffe, Bernard (1960) Michelson y la velocidad de la luz , Doubleday, Nueva York

• Livingston, DM (1973). El maestro de la luz: biografía de Albert A. Michelson . University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-48711-3.
• Levy, Harriet Lane (1996). 920 O'Farrell Street. Berkeley: Heyday Books. ISBN 978-0-930588-91-5.

• Ondas de luz y sus usos. Chicago: University Press. 1907.
• Determinación experimental del valor del metro en longitudes de ondas luminosas . París: Gauthier-Villars et fils, 1894. (Traducción francesa de Determinación experimental de la velocidad de la luz )

• 
  Ondas de luz y sus usos (1907)
• 
  Determinación experimental de la velocidad de la luz (1894)

• Tres vistazos a Albert Abraham Michelson en la cima de su carrera Este vídeo incluye audio de Michelson hablando.
• Memorias biográficas de la Academia Nacional de Ciencias
• Vida y obra de Michelson del Instituto Americano de Física Archivado el 16 de julio de 2012 en Wayback Machine .
• La Academia Naval de los Estados Unidos y la Marina
• De la USNA al Nobel: la vida y las contribuciones de Albert A. Michelson ^{[ enlace muerto permanente ]}
• Casa Michelson en la Universidad de Chicago
• Albert A. Michelson en Nobelprize.orgincluida la Conferencia Nobel, 12 de diciembre de 1907 Avances recientes en espectroscopia
• Obras de Albert A. Michelson en el Proyecto Gutenberg
• Obras de Albert A. Michelson o sobre él en Internet Archive
• IMDB: episodio de Bonanza Mira a las estrellas
• Norman Maclean: "El billar es un buen juego": la astucia y el primer científico norteamericano con premio Nobel; reimpreso en Lapham's Quarterly
• Los programas del observatorio de la Academia Naval de Estados Unidos y tiempos pasados: una historia de dos cúpulas
• "NAWS China Lake". Archivado desde el original el 22 de septiembre de 2008. Consultado el 3 de septiembre de 2010 .
• Astronomía del siglo XIX en la Academia Naval de Estados Unidos

• Guía de los documentos de Albert A. Michelson 1891–1969 Archivado el 7 de septiembre de 2019 en Wayback Machine en el Centro de Investigación de Colecciones Especiales de la Universidad de Chicago
• Guía de la Colección Albert A. Michelson de la USNA, 1803-1989
• Cuadernos de notas de William Polk Jesse, 1919-1921, Biblioteca y Archivos Niels Bohr (contiene notas sobre las conferencias de Albert A. Michelson, incluidos los cursos dictados por Michelson: Mecánica y movimiento ondulatorio, Electricidad y magnetismo y Óptica física)