当时的困境
十九世纪末，光是波已成定论。而波需要介质：声波要空气，水波要水。于是必然存在一种充满整个空间的介质——以太。
以太的性质要求互相矛盾。它必须稀薄到不减慢行星的运动，又必须坚硬到能传播横波（横波要求介质具有剪切刚度，也就是说以太得像固体）；它要遍布宇宙每个角落，又要能被任何物体自由穿过。
没有人喜欢这个图像。但麦克斯韦方程给出的光速 c 是一个确定的数值，而速度总要相对于某个参考系——如果不是以太，那是相对于什么？
于是有了一个可以检验的推论：地球以每秒三十公里绕日运动，就是在以太中「逆风而行」。沿运动方向与垂直方向测得的光速应当有微小差别，量级是 。
这个量小到当时任何直接测速手段都无能为力。
洞见时刻
迈克尔逊的解法是不测速度，而是让光自己去比较。
干涉仪把一束光用半透半反镜分成两路，让它们沿互相垂直的方向走等长的距离、各自反射回来、再合并。如果两路的往返时间有极微小差别，合并处的干涉条纹位置就会移动。
关键的巧思是：不需要绝对测量条纹在哪里，只需把整个装置旋转九十度，让两条臂互换角色，然后看条纹动没动。所有系统误差在旋转中抵消。
1881 年他在柏林第一次做，臂长仅 1.2 米，结果为零，但精度勉强。
1887 年他与化学家莫雷在克利夫兰重做。装置是一块 1.5 米见方的砂岩板，浮在一槽水银上——既能极平稳地连续旋转，又隔绝了振动。光路经多次反射折叠到十一米。灵敏度足以看到预期效应的四十分之一。
他们让石板一直缓慢匀速地转，边转边读，每组六圈、每圈十六个方位；1887 年 7 月里的四天，正午与傍晚各测一组。论文许诺此后每隔三个月重做一次，因为地球公转方向随季节改变，总有某个时刻是「顺风」或「逆风」——跨季节的重复，后来是莫雷与米勒在 1902 到 1905 年做的。
按以太理论，条纹应移动约 0.4 条。论文的原话是：实际位移肯定不到这个值的二十分之一，很可能不到四十分之一——换算成速度，地球相对以太很可能不到公转速度的六分之一。严格说这是一个上限；但对一个本该迎着每秒三十公里「以太风」的实验，它等于什么也没有。
涟漪效应
接下来二十年，物理学界试图救回以太。
菲茨杰拉德与洛伦兹提出：运动物体沿运动方向收缩，收缩比例恰好抵消掉时间差。这个假设数值上完全成立，但显得刻意——为什么物质要按这样一个精确的比例收缩？洛伦兹为此发展出一整套坐标变换，1904 年的形式已与狭义相对论的公式完全一致，只是他仍把它解释为物体在以太中运动的动力学效应。
1905 年爱因斯坦换了问法。他不去解释零结果，而是把它当作出发点：光速对所有惯性观察者相同，这是一条原理，无需解释。以太不再必要；收缩与时间膨胀不是物质的性质，而是时空本身的结构。
爱因斯坦本人后来对这个实验在他工作中的分量说法不一，但整个物理学界公认它是狭义相对论最重要的经验背景。
如果没有它
这台仪器本身活得比它要检验的理论久得多。
迈克尔逊干涉仪成了精密测量的基本工具：1893 年迈克尔逊用它以镉红光的波长定义米，为国际计量提供了不依赖实物原器的长度基准；1920 年他用它测出参宿四的角直径，人类第一次量出太阳以外恒星的大小。
一百二十九年后，同样的原理造出了 LIGO。两条四公里长的真空管臂里跑着激光，用干涉测量臂长差。2015 年 9 月 14 日，它测到臂长变化约为质子直径的千分之一——十三亿光年外两个黑洞并合传来的引力波。
1887 年那台仪器要找的是以太，什么也没找到，因此催生了相对论；2015 年那台仪器要找的是相对论预言的引力波，找到了。同一种装置，一头一尾。