1-3. 에테르 가설의 실패: 마이켈슨-몰리 실험

물리학 역사상 가장 위대한 "실패"

과학에서 실험이란 보통 무언가를 발견하기 위해 수행한다. 새로운 입자, 새로운 현상, 새로운 법칙 — 무언가를 "찾는 것"이 성공이다.

그런데 1887년, 미국 클리블랜드에서 수행된 한 실험은 아무것도 찾지 못했다. 실험자들이 기대했던 신호는 나타나지 않았고, 측정 결과는 처참할 정도로 **"영(0)"**이었다. 실험을 설계한 두 과학자 — 앨버트 마이켈슨과 에드워드 몰리 — 는 실망했다.

하지만 지금 우리는 안다. 이 "실패한 실험"이 물리학의 역사를 바꾸었다는 것을. 에테르라는 가상의 물질이 존재하지 않음을 보여주었고, 아인슈타인이 특수상대론을 세우는 데 결정적인 실험적 토대가 되었다.

아무것도 발견하지 못한 것이 가장 위대한 발견이 된 사례 — 이것이 마이켈슨-몰리 실험의 이야기이다.

지금까지의 이야기

1-1절에서 우리는 빛의 속도가 관찰자의 운동 상태와 무관하게 항상 같다는 광속 불변의 원리를 만났다. 1-2절에서는 모든 물리 법칙이 모든 관성 기준틀에서 동일하다는 상대성 원리를 배웠다. 그리고 두 원리를 함께 받아들이면 시간과 공간에 대한 우리의 상식이 무너져야 한다는 것도 보았다.

하지만 한 가지 빠진 것이 있다: 실험적 증거. 물리학은 아무리 아름다운 이론이라도 실험의 지지 없이는 받아들이지 않는다. 아인슈타인의 두 가설은 정말로 자연에 부합하는가? 빛의 속도가 정말로 방향이나 관찰자에 따라 변하지 않는가?

이 질문에 답한 것이 바로 마이켈슨-몰리 실험이다. 시간적으로는 아인슈타인의 논문(1905년)보다 18년 앞선 1887년에 수행되었다. 아이러니하게도, 이 실험은 에테르를 찾으려고 설계되었지만, 결과적으로 에테르가 없다는 것을 보여주었다.