El experimento de Michelson-Morley tenía como objetivo determinar la presencia del éter luminífero, o éter, un material ficticio que impregna el espacio y que se suponía que transportaba las ondas de luz. El experimento también se conoce como el experimento fallido más famoso; pero, para entender cómo el experimento fue un fracaso y un éxito al mismo tiempo, hay que estudiar a fondo el proceso y su resultado.
Fig 1: Los científicos A.A.Michelson y E.W.Morley intentaron demostrar en 1887 la existencia de un material llamado éter luminífero.
Explicación del experimento de Michelson-Morley
El experimento de Michelson-Morley tuvo lugar en un esfuerzo por comprender el movimiento relativo de la materia a través del éter luminífero estacionario. Para ello, los investigadores examinaron la velocidad de la luz en direcciones perpendiculares.
Michelson y Morley no observaron ninguna diferencia sustancial entre la velocidad de la luz en la dirección del flujo a través del supuesto éter y la velocidad en ángulos rectos; esto sugería que no existía el éter.
Esta conclusión se considera la primera prueba sustancial contra la, entonces, popular hipótesis del éter. También inició una línea de investigación que, finalmente, condujo a la teoría de la relatividad especial, la cual niega la posibilidad de la existencia del éter.
Experimento de Michelson y Morley y la velocidad de la luz
Las teorías de la física del siglo XIX suponían que, al igual que el sonido y las ondas de agua necesitan un medio para transmitir sus movimientos ondulatorios, la luz también necesita un medio para transmitir sus movimientos ondulatorios: el éter luminífero. Incluso, se pensaba que el vacío también debía estar lleno de éter, ya que la luz puede viajar a través de él con cierta velocidad.
El propósito del experimento de Michelson-Morley era demostrar la existencia del éter luminífero, que se basaba en la afirmación de que:
Dependiendo de tu posición relativa en el espacio, la luz debería atravesar el éter a distintas velocidades.
Si se hubiera confirmado la existencia del éter, el objetivo habría sido entonces determinar la velocidad de la Tierra en relación con este hipotético medio.
Interferómetro de Michelson y Morley
Antes de que el experimento tuviera lugar en 1887, en 1886 Michelson y Morley consiguieron confirmar el coeficiente de arrastre de Fresnel. Este coeficiente se consideró una prueba de la teoría del éter estacionario, ya que medía el efecto que un medio en movimiento tenía sobre la luz.
En su momento, se consideró una prueba de la teoría decir que el éter es arrastrado por un cuerpo en movimiento, o se mueve con el cuerpo en movimiento. Este resultado aumentó su confianza en detectar el viento de éter. Para el procedimiento se utilizó un interferómetro de Michelson.
Un interferómetro es un dispositivo óptico sensible, que compara la longitud de la trayectoria óptica de la luz en dos direcciones verticales mutuas.
Fig. 2: Este fue el interferómetro usado por los científicos Michelson y Morley con la intención de demostrar la existencia del éter.
Michelson sugirió que, comparando la velocidad de la luz en la dirección del movimiento de la Tierra y la velocidad de la luz vista en un ángulo determinado con respecto a la dirección de rotación de la Tierra, podrían detectar una diferencia. Esta diferencia demostraría que la velocidad de la luz es constante con respecto al éter propuesto. Pero los resultados del experimento no permitieron encontrar ninguna diferencia.
Conclusiones del experimento de Michelson y Morley
Como el resultado fue negativo, refutaron sus teorías y las teorías del éter que les precedieron. Los resultados del experimento demostraron que no hay diferencia entre la velocidad de la luz al viajar en diferentes direcciones.
Fig. 3: En los resultados de los experimentos se observó que la luz viajaba a la misma velocidad, independientemente de la dirección. Esto sirvió, tanto para refutar las hipótesis propuestas por Michelson y Morley, como para empezar a cimentar lo que conocemos como relatividad.
En la figura anterior están los resultados del experimento, donde la gráfica superior representa las observaciones del mediodía y la gráfica inferior representa las observaciones nocturnas. Las curvas teóricas (azul y verde) y reales (rosas) no se presentan a la misma escala; de hecho, las curvas punteadas representan únicamente una octava parte de los desplazamientos teóricos.
¿Por qué se le conoce como el experimento fallido más famoso?
El experimento se conoce como el experimento fallido más famoso porque, aunque sus resultados no fueron los esperados y no pudieron demostrar lo que pretendían, esta propuesta permitió a otros físicos demostrar que la velocidad de la luz es constante en cualquier situación. Esto ha servido como base para la teoría de la relatividad especial.
Impacto en la teoría de la relatividad especial
Albert Einstein publicó un artículo en 1905 (más de dos décadas después del experimento de Michelson-Morley) en el que explicaba sus desconcertantes resultados. En este afirmaba que no existe el éter, ya que la luz es un tipo específico de onda que no necesita un medio para transmitirse. No existe un marco de referencia específico que muestre diferentes mediciones de la velocidad de la luz sin el concepto de éter.
Mientras tenía estas ideas en mente como estudiante, llegué a conocer el extraño resultado del experimento de Michelson. Entonces me di cuenta intuitivamente de que, si admitimos esto como un hecho, debe ser nuestro error pensar en el movimiento de la Tierra contra el éter. Ese fue el primer camino que me llevó a lo que ahora llamamos el principio de la relatividad especial. - Albert Einstein
Experimento de Michelson-Morley - Puntos clave
- El experimento de Michelson-Morley fue diseñado para determinar la presencia del éter luminoso, una sustancia ficticia que se encuentra en el espacio y que teorizaron que transporta las ondas luminosas.
- Michelson y Morley no encontraron ninguna diferencia significativa entre la velocidad de la luz en la dirección del flujo a través del teórico éter y la velocidad en los ángulos perpendiculares, resultado que contradecía las predicciones iniciales.
- El resultado del experimento se considera ampliamente como la primera prueba sustancial contra la entonces popular hipótesis del éter.
- El experimento se conoce como el experimento fallido más famoso porque, aunque fue un fracaso en sus propios términos, supuso un gran paso en la física para quienes llegaron a refutar la hipótesis del éter.
- El experimento de Michelson-Morley ha desempeñado un gran papel en el desarrollo de la teoría de la relatividad especial.
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