El experimento de Michelson-Morley

Es un placer para mi estar una vez por acá compartiendo con todos ustedes un nuevo tema; resulta que últimamente hemos desarrollado todo lo relacionado con la mecánica cuántica, es decir, la naturaleza ondulatoria, por lo que resulta propicio hablar un poco sobre el Experimento de Michelson – Morley.

Resulta, que partiendo del estudio del movimiento ondulatorio sabemos que todas las ondas, excepto las electromagnéticas, necesitan un medio para su propagación; la velocidad de las ondas depende sólo de las propiedades del medio. En el caso de las ondas sonoras, por ejemplo, puede detectarse el movimiento absoluto, es decir, el movimiento relativo al aire en calma. El efecto Dopler del sonido depende no sólo del movimiento relativo del observador y de la fuente, sino del movimiento relativo de ellos con respecto al aire. Era natural esperar que cierto tipo de medio debería soportar la propagación de la luz y de las ondas electromagnéticas. Dicho medio, denominado éter, fue propuesto en el siglo XIX. El éter según la proposición hecha debía tener propiedades poco usuales; aunque debería tener una gran rigidez para que por él se moviesen las ondas de una velocidad tan alta (hay que recordar que la velocidad de las ondas en una cuerda depende de la tensión de la misma), por lo que no debería presentar ninguna fuerza de rozamiento sobre los planetas, puesto que su movimiento se describe totalmente sólo mediante la ley de gravitación. Era por lo tanto de un interés considerable determinar la velocidad de la tierra respecto al éter.

Ahora bien, el experimento de Michelson – Morley se centraba en determinar el movimiento “real” de la Tierra en relación con el éter. En el experimento fue usado el movimiento de la Tierra por su órbita a la velocidad de 30 Km/s. La idea del experimento consistía en lo siguiente:

La luz se transmitió desde la fuente S en dos direcciones perpendiculares entre sí, reflejándose en los espejos A y B, situados a igual distancia L de la fuente S, después de lo cual regresaba al punto S. En este experimento se comprobó el tiempo recorrido de la luz por ambas trayectorias SAS y SBS.

Si se supone que la instalación se mueve junto con la Tierra de modo que su velocidad V respecto al éter se dirige a lo largo de SA (en el momento de realización del experimento). Si la velocidad de la luz se somete a la ley habitual de composición de las velocidades, entonces la velocidad de la luz en la trayectoria SA en relación con la instalación (a la Tierra) es igual a c-v y en la trayectoria de regreso es c + v. Luego, el tiempo de recorrido en la trayectoria SAS es igual a:

Mas, en la trayectoria SBS la velocidad de la luz respecto a la instalación, es igual a

De igual forma, el tiempo de recorrido de esta trayectoria es:

De la comparación de las expresiones se puede ver que la luz debe recorrer ambas trayectorias en diferentes tiempos. Midiendo la diferencia de los tiempos, entonces se puede determinar la velocidad de la instalación (de la Tierra) en relación con el éter.

A pesar de que la diferencia de tiempo esperado era extraordinariamente pequeña, la instalación, la instalación tenía suficiente sensibilidad para detectar con fiabilidad esta diferencia (esto se logró con ayuda de un método interferencial muy sensible).

No obstante, el resultado del experimento resultó ser negativo: o fue advertida diferencia de tiempo. Desde luego, pudo resultar casualmente que en el momento de realización del experimento la Tierra estaba en reposo, en relación con el éter. Pero entonces, por ejemplo, al cabo de medio año, la velocidad de la Tierra respecto al éter alcanzaría 60 Km/s. Sin embargo, la repetición del experimento después de medio año no dio como antes el resultado esperado.

Experimentos más exactos de esta misma naturaleza realizados posteriormente, también confirmaron el resultado que se esperaba. Sin embargo, el resultado negativo en el experimento de Michelson – Morley contradijo lo que se esperaba sobre la base de las transformaciones de Galileo (transformaciones de velocidad). También demostró, que es imposible descubrir el movimiento respecto al éter, que la velocidad de la luz no depende del movimiento de la fuente de la luz (ya que la fuente se mueve de modo distinto respecto al éter en diferentes épocas del año). También, al demostrar que el éter carecía de propiedades mensurables, resultaba insostenible la hipótesis del éter final ignominioso para lo que había sido una idea respetada. Se sugería un nuevo principio físico: la velocidad de la luz en el espacio libre es la misma en todas partes, independientemente de cualquier movimiento de la fuente o del observador.

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