Bueno, esta es una de mis primeras tareas en este curso, un
reporte estilo "resumen" de uno de los experimentos más famosos de la
Física, no queda más que proseguir con el material que recolecte al respecto,
me es necesario aclarar que mis habilidades en la narrativa no son del todo
buenas, entonces me apoyare con gifs, para poder explicar mejor algunos
aspectos de este resumen.
En 1887 se creía que todo lo que se podría saber acerca de
la física, o más bien dicho todo lo que valiera la pena saberse, ya se sabía;
se podría decir que la física había alcanzado un estado de “perfección”; y en
realidad el concepto de “éter”, era uno de sus dogmas centrales. Hasta este
entonces se había eludido la tarea de demostrar directamente la existencia del
éter, mediante un experimento claro e irrefutable, sin embargo en este mismo
año de 1887, dos físicos en Cleveland, Ohio, estaban preparando un experimento
para llevar a cabo esta tarea, demostrar que el éter realmente existía, y claro
que este realmente había existido, por lo menos en la mente de los filósofos
durante miles de años.
Actualmente aceptamos la idea de un espacio vacío, sin
ninguna dificultad, pero para los antiguos la idea de un vacío perfecto era
algo imposible de captar, el espacio tenía que ser ocupado por algo y la
solución que ideó Aristóteles fue: el éter. Hasta el siglo XIX, el
éter llego a servir para algo más que para satisfacer una necesidad filosófica,
el éter era el medio por el cual las ondas luminosas del sol se propagaban para
llegar a la tierra. Siempre que se halla una onda, debe de haber algo que oscile,
pero cuando las ondas luminosas que proceden del sol y alcanzan la tierra a
través del espacio, aparentemente vacío, realmente, ¿qué es lo que
oscila? En el siglo XIX, la respuesta era: el éter, el cual no solo se
consideraba real, si no que tenía propiedades físicas que se podían deducir
observando su comportamiento.
La velocidad de cualquier onda depende de la rigidez del
medio donde se propaga, y por supuesto la velocidad de la luz es enorme, así
que el éter debía de ser ciertamente algo muy rígido, de hecho se creía que era
casi imposible de comprimir, y sin embargo los planetas se movían con toda
velocidad a través de él, obedeciendo las leyes de Newton, como si no
estuviesen pasando a través de medio alguno.
Si el éter se comportase como un fluido viscoso, los
planetas en órbita perderían energía paulatinamente, y acabarían por caer en el
sol, siguiendo una espiral, y como eso no precia ocurrir, los físicos llegaron
a otra conclusión respecto al éter: este era un fluido perfectamente móvil, sin
viscosidad, incompresible, transparente, que llena todo el espacio.
Conociendo tanto sobre él, lo único que quedaba era
demostrar su existencia, tarea que Albert Michelson y Edward Morley, estaban
planeando hacer. Para este fin se necesitaría un experimento extraordinario,
con un grado de precisión sin precedentes. Por suerte Michelson tenía la
capacidad de diseñar este tipo de experimentos, de hecho sus mediciones de la
velocidad de la luz fueron mejores que cualquiera de las que se habían hecho
anteriormente.
Michelson diseño un nuevo instrumento llamado
interferómetro, este consistían en lo siguiente:
A un espejo en parte transparente y en parte refractante se
le enviaba un rayo de luz, el cual se dividía en dos, siguiendo
trayectorias perpendiculares entre sí, cada uno de estos volvían
hasta el punto donde el rayo había sido dividido en un principio, ahí volvían a
combinarse, formando un único rayo, esto se puede considerar como una carrera
entre 2 rayos de luz, si la carrera terminaba en empate , el resultado sería
una mancha brillante en el centro de la configuración de la interferencia.
Sin embargo en tiempos de Michelson, se creía que no debería
de haber empate, que ni siquiera debería de haber carrera, y la razón era
porque los dos rayos de luz corrían por una pista en movimiento
Todo mundo creía que la tierra y por tanto también el
interferómetro se movían a través del éter y así los rayos seguirían
trayectorias completamente distintas con respecto al éter. El rayo que se mueve
oblicuamente al movimiento de la tierra forma un triángulo mientras el que se
mueve siguiendo la dirección del movimiento de la tierra tiene que recorrer
menos distancia en una dirección, pero más en la otra, en sus trayectos de ida
y vuelta el rayo que sigue la dirección del movimiento de la tierra tiene que
recorrer un camino un poco más largo, por eso el rayo oblicuo gana
siempre.
Michelson sabía que la diferencia esperada en la llegada de los dos rayos sería
muy pequeña, ya que la velocidad de la luz era c=3x10^8 m/s, mientras que
la velocidad de la tierra a través del éter era de v=3x10^4 m/s; como los rayos
tenían que ir hacia adelante y hacia atrás antes de ser comparados, la
diferencia de sus tiempos dependería del cuadrado del cociente de las
velocidades (v/c)^2, =10^-8, una diferencia de una cienmillonésima.
El primer interferómetro, fue fabricado en Alemania en 1880,
era muy sensible, tanto así que incluso los peatones en la calle en el
exterior del laboratorio, podrían afectar las mediciones, dado esta situación,
Michelson no se preocupó al no ver ningún efecto del éter en sus mediciones,
paso el tiempo y Michelson regreso a EEUU. En 1887, él y Morley, trabajaron en
un nuevo interferómetro, 10 veces más sensible que el anterior, Michelson había
estado trabajando en buscar que el interferómetro fuera estable de tal manera
que las mediciones no fueran afectadas por factores externos, los espejos
estaban apoyados en una base de piedra arenisca que flotaba en una piscina de
mercurio, el experimento se debía realizar observando la configuración de la
interferencia con el interferómetro en una determinada orientación con respecto
al movimiento a través del éter y girándolo después, si la interferencia era
constructiva significaba que los dos rayos llegaban empatados de lo contrario
había una interferencia destructiva dicho de otra manera el efecto del
movimiento través del éter se vería reflejado en el cambio de las franjas de
interferencia cuando se girase el instrumento.
Todos se sorprendieron cuando notaron que no hubo ningún
cambio en absoluto, ninguna diferencia cuando se giraba el interferómetro, el
resultado siempre fue el mismo, la luz viajaba a la misma velocidad en todas
las direcciones, algo totalmente contradictorio con respecto a que la tierra se
mueve a través del éter en los siguientes años muchos científicos repitieron el
experimento con más precisión, llegando a la misma conclusión.
El experimento que quería detectar el éter, fracasó y
las consecuencias fueron “devastadoras”; se crearon dilemas teóricos y
respuestas fantásticas por parte de la comunidad científica, por una
parte Lorenz elaboró un modelo cuantitativo que explicaría el fenómeno, y
en el proceso desarrollo expresiones matemáticas que cambiarían la faz de la
física , acabaron llamándose las transformaciones de Lorenz, por otra parte en
1899 el matemático francés Henri Poincaré, examinó los resultados y dio una
explicación general, que llamo principio de la relatividad; la idea detrás era
que en un laboratorio nunca se detectaría el movimiento absoluto, tiene que
surgir ahí un tipo nuevo de dinámica recalcó, este tenía razón, surgiría un
tipo nuevo de dinámica, pero el principio de relatividad que sería su piedra
angular , estaba lejos de ser algo nuevo, su antigüedad se remontaba a tiempos
de Galileo, la ley de inercia, es decir todo estado de movimiento uniforme en
su propio marco de referencia era en realidad estado de reposo.
Aunque Lorenz desarrollo matemática que explicaba el
experimento, esta estaba basada en las propiedades aun por
verificar de una partícula recientemente descubierta, el electrón, hizo falta
un punto de vista distinto para ver la velocidad de la luz desde un aspecto
nuevo: Albert Einstein.
Michelson por su parte prosiguió los años venideros,
midiendo la velocidad de la luz, cada vez con más precisión y con el tiempo
llego a admitir que su experimento del interferómetro había confirmado la
teoría de relatividad de Einstein, sin embargo este nunca llego a aceptar
plenamente las implicaciones de su experimento, siempre creyó que su
experimento había sido un fracaso, pero de ser así, entonces fue el fracaso más
brillante de toda la historia de la ciencia y la solución que Michelson
buscaba, pero se negó aceptar, la teoría de relatividad de Albert
Einstein cambio para siempre el verdadero significado de espacio y el tiempo.
Referencias:
- Matematica; Experimento Michelson-Murley, (nov. 10 de 2012), fecha de consulta: ene. 30 de 2016, desde: https://www.youtube.com/watch?v=qHDzvlSShpc
- Michael Fowler: Experimento de Michelson-Morley, University of Virginia, fecha de consulta: ene. 30 de 2016, desde: http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/lectures/Michelson-Morley_Sp.htm
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