Un Poco de Historia: Michelson

Cuando Clerk Maxwell escribió a D.P. Todd de la U.S. Nautical Almanac Office en Washington en 1879, le preguntó por la posibilidad de medir la velocidad del sistema solar a través del éter, mediante la observación de los eclipses de las lunas de Júpiter. Roemer había utilizado las mediciones de los tiempos de eclipse, para obtener el valor de la velocidad de la luz. Maxwell llegó a la conclusión de que los efectos que buscaba eran demasiado pequeños para poder medirse, pero esa afirmación despertó la atención de un joven instructor naval llamado A. A. Michelson que acababa de ser trasladado a esa oficina. En 1878, Michelson había hecho una excelente medida de la velocidad de la luz a la edad de 25 años, y pensó que se podría medir la detección del movimiento a través del éter.

Michelson procedió a inventar un nuevo instrumento con una precisión muy superior a la que se había llegado hasta esa fecha, ese instrumento es ahora universalmente conocido como el interferómetro de Michelson. Al tratar de medir la velocidad de la Tierra a través del supuesto "éter", se podría depender de un componente de la velocidad que se conoce, -la velocidad de la Tierra alrededor del Sol, a unos 30 km/s-. Utilizando una longitud de onda de aproximadamente 600 nm, debería haber un cambio de aproximadamente 0,04 franjas según girase el espectrómetro 360°. Aunque pequeño, esto entraba bien dentro de la capacidad de Michelson. Michelson, y todos los demás, quedaron sorprendidos de que no hubiera cambio. Descripción concisa de Michelson sobre experimento: "La interpretación de estos resultados es que no hay desplazamiento de las bandas de interferencia .... El resultado de la hipótesis de un éter estacionario, se demuestra de este modo que es incorrecto." (A. A. Michelson, Am. J. Sci, 122, 120 (1881))

Los partidarios de un "éter" como medio de propagación de la luz no estaban dispuestos a renunciar a la idea, y propusieron que la Tierra arrastraba el éter junto con a ella en su órbita, lo cual explicaba el resultado negativo del experimento del interferómetro. Lord Rayleigh escribió a Michelson, instándolo a repetir el experimento con una mayor precisión para poner a prueba estas hipótesis. Michelson, con la colaboración de E. W. Morley, construyeron un nuevo interferómetro con múltiples espejos, y un trayecto de luz unas 10 veces más largo. Este dispositivo debería haber dado un desplazamiento de franjas de alrededor de 0,4, pero observaron menos de 0,005 franjas (A. A. Michelson y E. W. Morley, Am. J. Sci., 134, 333 (1887)). A pesar de repetirlo en los siguientes 40 años con una precisión cada vez mayor y el mismo resultado negativo, este experimento de 1887 es señalado como una de las bases experimentales de la relatividad, y Michelson ganó el Premio Nobel en 1907.

El Misterioso Éter

Cuando llegamos al punto en el que hemos podido demostrar que la luz era una onda, entonces se presume que la onda debe tener un medio sobre el que viajar. Todas las otras ondas que conocíamos requerían de un medio. Dado que no se hizo evidente ningún medio entre la Tierra y el Sol, se presumió que este medio era transparente y por lo tanto no fácilmente observable -fue llamado "éter"-. La presunción popular era que este éter estaba en reposo y que llenaba todo el espacio. Ello implicó la presunción de que había un marco de referencia absoluto en el universo, y que todos los movimientos de los planetas y las estrellas, se hacían a través de este éter.

Estas presunciones fueron parte de la configuración histórica del experimento de Michelson-Morley. Con el interferómetro que él inventó, Michelson para su sorpresa y de todo el mundo, no encontró ninguna evidencia del éter. Descripción concisa de Michelson sobre el experimento: "La interpretación de estos resultados es que no hay desplazamiento de las bandas de interferencia ... el resultado de la hipótesis de un éter estacionario, se demuestra de este modo que es incorrecto." (A. A. Michelson, Am. J. Sci, 122, 120 (1881))

Los partidarios de un "éter" como medio de propagación de la luz no estaban dispuestos a renunciar a la idea, y propusieron que la Tierra arrastraba el éter junto con a ella en su órbita, lo cual explicaba el resultado negativo del experimento del interferómetro. Lord Rayleigh escribió a Michelson, instándolo a repetir el experimento con una mayor precisión para poner a prueba estas hipótesis. Michelson, con la colaboración de E. W. Morley, construyeron un nuevo interferómetro con múltiples espejos, y un trayecto de luz unas 10 veces más largo. Este dispositivo debería haber dado un desplazamiento de franjas de alrededor de 0,4, pero observaron menos de 0,005 franjas (A. A. Michelson y E. W. Morley, Am. J. Sci., 134, 333 (1887)). A pesar de repetirlo en los siguientes 40 años con una precisión cada vez mayor y el mismo resultado negativo, este experimento de 1887 es señalado como una de las bases experimentales de la relatividad, y Michelson ganó el Premio Nobel en 1907.

Aunque aún existen partidarios de la existencia de un medio en el espacio, un "éter", la posición estándar es que no hay un medio en el espacio. Una de las razones de esta posición es que no ha habido ninguna evidencia experimental directa de la existencia del éter -todo puede ser explicado sin él-, de aquí el enfoque de la navaja de Ockham. Otro consiste en las absurdas propiedades mecánicas requeridas de un medio que soporta una onda a 3 x 10⁸ m/s. La velocidad de cualquier onda dependiente de un medio, tiene la naturaleza de la raíz cuadrada de una característica elástica dividida por una propiedad inercial o densidad. Para soportar a una onda, de la velocidad de la luz, se requeriría una increíblemente alta "rigidez" del espacio, que tiene una densidad cerca de cero. Un medio tan tenue que no produjera ninguna resistencia detectable en los planetas que se muevan a su través, sin embargo debe tener una fuerza increíblemente alta de restauración, para volver al equilibrio una vez pasara el planeta.